Ứng dụng công nghệ GIS trong xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng khu vực núi luốt trường đại học lâm nghiệp

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MƠI TRƢỜNG

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ GIS TRONG XÂY DỰNG BẢN ĐỒ
XÓI MÕN TIỀM NĂNG KHU VỰC NƯI LUỐT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

NGÀNH

: KHOA HỌC MƠI TRƢỜNG

MÃ SỐ

: 306

Giáo viên hướng dẫn

: PGS.TS. Trần Quang Bảo

Sinh viên thực hiện

: Bùi Thị Ánh Ngọc

Mã sinh viên

: 1153061906

Lớp

: 56 B- KHMT

Khóa học

: 2011- 2015

Hà Nội, 2015


LỜI CẢM ƠN

Được sự đồng ý của Ban giám hiệu trường Đại học Lâm nghiệp, khoa
Quản lí tài nguyên rừng và Mơi trường,sự giúp đỡ và hỗ trợ nhiệt tình của
các thầy cô giáo trong khoa đã giúp chúng em thực hiện và hồn thành đợt
thực tập khóa luận tốt nghiệp, nhằm hồn thiện chương trình học của mình và
có những kỹ năng ngoài thực địa nhất định phục vụ cho công việc sau này.
Nhân đây em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Trần
Quang Bảo, thầy đã định hướng nghiên cứu và chỉ bảo tận tình trong suốt thời
gian em thực hiện đề tài và hồn thành khóa luận.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong khoa Quản lý tài
nguyên rừng và Mơi trường, các bạn khóa 56-KHMT đã tạo điều kiện giúp đỡ
trong quá trình thu thập điều tra số liệu. Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh
đạo và các anh chị trong Viện Sinh Thái Rừng & Môi Trường - trường ĐH
Lâm Nghiệp đã cung cấp và giúp đỡ em khai thác dữ liệu trên mạng DEM để
hoàn thành đề tài.
Mặc dù đã cố gắng nhưng trong q trình thực hiện khơng tránh khỏi
những thiếu sót, vì vậy em rất mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo của các
thầy, cơ giáo và ý kiến đóng góp của các anh, chị và các bạn để đề tài được
hoàn thiện hơn!
Em xin chân thành cảm ơn!

HàNội, ngày 10 tháng 5 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Bùi Thị Ánh Ngọc


MỤC LỤC
MỤC LỤC ..................................................................................................... i
Danh mục bảng ........................................................................................... iii
Danh mục hình ........................................................................................... iii
Danh mục biểu ............................................................................................ iii
ĐẶT VẤN ĐỀ .............................................................................................. 1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................... 2
1.1.Xói mịn đất và các nhân tố ảnh hưởng tới xói mịn đất ..................... 2
1.1.1. Xói mịn đất ................................................................................. 2
1.1.2. Phân loại xói mịn đất.................................................................. 2
1.1.3. Các q trình xói mịn đất ........................................................... 3
1.1.4. Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mịn đất .................................... 4
1.2. Nghiên cứu xói mịn đất trên thế giới và Việt Nam ........................... 7
1.2.1 Nghiên cứu xói mịn đất trên thế giới .......................................... 7
1.2.2. Nghiên cứu xói mịn đất ở Việt Nam .......................................... 8
1.3. Cơng nghệ GIS ................................................................................. 10
1.3.1. Khái niệm GIS........................................................................... 10
1.3.2. Sự ra đời của GIS ...................................................................... 10
1.3.3. Ứng dụng công nghệ GIS trong lâm nghiệp và nghiên cứu xói
mịn ...................................................................................................... 11
CHƢƠNG II: MỤC TIÊU, NỘI DUNG, CÁC PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ........................................................................................... 14
2.3.1. Phương pháp điều tra thực địa .................................................. 14
2.3.2. Phương pháp nghiên cứu xói mịn ............................................ 16
2.3.3. Phương pháp xây dựng bản đồ bằng công nghệ GIS................ 17

2.3.4. Phương pháp kế thừa số liệu ..................................................... 21
CHƢƠNG III: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI KHU
VỰC NÚI LUỐT ....................................................................................... 22
3.1. Điều kiện tự nhiên ............................................................................ 22
3.1.1. Ví trí địa lý ................................................................................ 22
3.1.2. Địa hình ..................................................................................... 22
i


3.1.3. Địa chất thổ nhưỡng .................................................................. 23
3.1.4. Về khí hậu thủy văn .................................................................. 24
3.1.5. Về độ ẩm khơng khí .................................................................. 25
3.1.6. Về tình hình động-thực vật ....................................................... 25
3.2. Điều kiện kinh tế xã hội ................................................................... 26
CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................. 27
4.1. Đặc điểm hiện trạng rừng núi Luốt ................................................. 27
4.2. Nghiên cứu xây dựng bản đồ xói mịn tiềm năng ............................ 29
4.2.1 Độ cao địa hình .......................................................................... 29
4.2.2. Xây dựng bản đồ độ dốc ........................................................... 31
4.2.3. Chỉ số xói mịn mưa K .............................................................. 33
4.2.4 Một số chỉ tiêu về cấu trúc của thảm thực vật tại khu vực núi
Luốt ..................................................................................................... 35
4.2.5 Xây dựng bản đồ xói mịn tiềm năng ......................................... 43
4.3. Đề xuất kỹ thuật thành lập bản đồ xói mịn tiềm năng bằng cơng
nghệ GIS và giải pháp bảo vệ đất chống xói mịn ở núi Luốt ................ 46
4.3.1. Kỹ thuật thành lập bản đồ xói mịn tiềm năng bằng công nghệ
GIS ...................................................................................................... 46
4.3.2. Đề xuất giải pháp bảo vệ đất chống xói mịn ở núi Luốt .......... 49
CHƢƠNG V : KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ .............................................. 51
4.1. Kết luận ............................................................................................ 51

4.2. Tồn tại và kiến nghị.......................................................................... 52

ii


Danh mục bảng
Bảng 3.1. Chỉ tiêu khí hậu khu vực Xuân Mai 1996-2007 ........................ 24
Bảng 4.1: Diện tích các trạng thái khu vực núi Luốt .................................. 29
Bảng 4.2 : Bảng tính chỉ số xói mịn của mưa (K)...................................... 34
Bảng 4.3: Các chỉ tiêu cấu trúc rừng liên quan đến xói mịn đất ................ 36
Bảng 4.4: Bảng phân cấp xói mịn ............................................................. 43
Bảng 4.5. Tổng hợp diện tích đất bị xói mịn ở cấp độ ............................... 45

Danh mục hình
Hình 1.1: Các nhân tố chính ảnh hưởng đến xói mịn đất ............................ 4
Hình 2.1. Giải đốn ảnh có kiểm định trong ArcGIS ................................. 18
Hình 2.2. Chức năng truy vấn trong ArcGIS .............................................. 19
Hình 2.3. Chuyển bản đồ dạng Vector sang Raster .................................... 19
Hình 2.4. Phương pháp xây dựng bản đồ độ dốc ........................................ 20
Hình 4.1. Ảnh vệ tinh và ranh giới khu vực núi Luốt – ĐHLN.................. 27
Hình 4.2: Bản đồ hiện trạng rừng núi Luốt ................................................. 28
Hình 4.3: Bản đồ độ cao núi Luốt ............................................................... 30
Hình 4.4: Bản đồ độ dốc núi Luốt ............................................................... 32
Hình 4.5: Bản đồ độ tàn che tầng cây cao (TC) .......................................... 37
Hình 4.6: Bản đồ che phủ thảm tươi cây bụi(CP) ....................................... 39
Hình 4.7 : Bản đồ chiều cao tầng cây cao(H) ............................................. 40
Hình 4.8: Bản đồ độ che phủ thảm khơ....................................................... 42
Hình 4.9 : Bản đồ xói mịn tiềm năng ......................................................... 44
Hình 4.10 : Bản đồ phân cấp xói mịn......................................................... 46
Hình 4.11: Sơ đồ đề xuất kỹ thuật thành lập bản đồ xói mịn tiềm năng

bằng công nghệ GIS .................................................................................... 47

Danh mục biểu
Mẫu biểu 2.1: Mẫu biểu điều tra điểm mẫu ngoài thực địa ........................ 15
Mẫu biểu 2.2: Điều tra nhanh độ xốp đất.................................................... 15
iii


ĐẶT VẤN ĐỀ
Rừng thực nghiệm núi Luốt–trường Đại học Lâm nghiệplà nơi lý
tưởng cho thực hành,thực tập của nhiều thế hệ học sinh, sinh viên của nhà
trường. Trước khi trường chuyển về từ Đơng Triều (Quảng Ninh), nơi đây
cịn hoang vu, chưa có rừng mà chủ yếu là cỏ tranh, sim ,mua…Từ năm
1984 đến nay,đã có nhiều thế hệ thầy cơ giáo, các lớp sinh viên đã trồng và
chăm sóc để hình thành nên khu rừng thực nghiệm như ngày nay.Ban đầu,
rừng chủ yếu hai lồi cây là thơng và keo.Tuy nhiên,trong những năm gần
đây, hai loài cây này đã dần đuọc thay thế bằng cây bản địa tạo nên khu
rừng nhiều tầng tán, đa dạng và phong phú về lồi. Ngồi việc tạo nên
mộtcảnh quan đẹp cho khn viên nhà trường, rừng thực nghiêm núi Luốt
còn mang lại giá trị mơi trường,điều hịa nguồn nước cho khu vực xung
quanh.
Tuy vậy, trong bối cảnh biến đổi khí hậu như hiện này,không chỉ quản
lý bảo vệ rừng,các vấn đề về bảo vệ đất chống xói mịn cho khu vực
nàycũng cần được quan tâm. Bởi lẽ, xói mịn đất dẫn đến suy thoái, giảm
giátrị dinh dưỡng trong đất và sẽ ảnh hưởng trực tiếp đên sinh trưởng và
phát triển của cây trồng, và từ đó, làm giảm đi ý nghĩa của một khu rừng
thực nghiệm. Địa hình núi Luốt tuy khơng q phức tạp nhưng một khi lớp
thảm thực vật bị suy thối với tính chất mưa thất thường như hiện nay
thìdịng chảy mặt sẽ không được điều tiết và dẫn đến xói mịn. Chính vì
vậy,để quản lý tốt và có biện pháp phịng chống xói mịn kịp thời, cần xác

địnhđược những khu vực có nguy cơ xói mịn cao, hay nói cách khác là cần
cóbản đồ xói mịn tiềm năng của khu vực núi Luốt.Vì thế , em tiến hành
nghiên cứu đề tài “Ứng d ng c ng ngh
mòn tiềm năng khu vực núi Luốt- trường

1

trong ây dựng bản đồ xói
i h c Lâm Nghi p”.


CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.Xói mịn đất và các nhân tố ảnh hƣởng tới xói mịn đất
1.1.1.Xói mịn đất
Xói mịn đất(soil erosion) là q trình phá hủy lớp thổ nhưỡng (bao gồm
phá hủy các thành phần cơ,lý,hóa,chất dinh dưỡng v.v… của đất) dưới tác
động của các nhân tố tự nhiên và nhân sinh,làm giảm độ phì của đất, gây ra
bạc màu,thối hóa đất,laterit hóa, trơ sỏi đá v.v… ảnh hưởng trực tiếp đến
sự sống và phát triển của thảm thực vật, thảm cây trồng khác.
Theo Ellison(1994):” xói mòn là hi n tượng di chuyển đất bởi nước
mưa,bởi gió dưới tác động của tr ng lực lên bề mặt đất. Xói mịn đất được
em như là một hàm số với biến số là lo i đất,độ dốc địa hình,mật độ che
phủ của thảm thực vật,lượng mưa và cường độ mưa” [1]
Theo FAO(1994) “ xói mịn là hi n tượng các phần tử mảnh, c c và có
khi cả lớp bề mặt đất bị bào mịn, cuốn trơi do sức gió và sức nước”
1.1.2. Phân loại xói mịn đất
1.1.2.1. Xói mịn do nước
Xói mịn do nước gây ra do tác dụng của nước chảy tràn trên bề mặt.
Để xảy ra xói mịn 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 các dạng:
- Xói mịn theo lớp: Đất bị mất đi theo lớp không đồng đều nhau trên
những vị trí khác nhau của bề mặt địa hình.Đơi khi dạng xói mịn này
cũng kèm theo những rãnh xói nhỏ đặc biệt rõ ở những đồi trọc trồng
cây hoặc bị bỏ hoang.
- Xói mịn theo các khe, rãnh: Bề mặt đất tạo thành những dịng xói theo
các khe, rãnh trên sườn dốc nơi mà dòng chảy được tập trung. Sự hình
2


thành các khe lớn hay nhỏ tùy thuộc vào mức xói mịn và đường cắt
của dịng chảy.
- Xói mịn mương xói: Đất bị xói mịn 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 kht sâu.
1.1.2.2. Xói mịn do gió
Là hiện tượng xói mịn gây ra bởi sức gió. Đây là hiện tượng xói mịn
có thể xảy ra tại bất kỳ nơi nào khi có những điều kiện thuận lợi như:
- 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
Thơng thường đất cát là loại rất dễ bị xói mịn do gió vì sức 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.
1.1.3. Các q trình xói mịn đất
Các q trình xói mịn gồm: xói lở sơng suối và xói mịn,rửa trơi bề
mặt

1.1.3.1. Xói lở sơng suối
Q trình xói lở sơng suối được xác định theo cơng thức về động năng
của dịng chảy
F=vm2/2
Trong đó:

F: là động năng của khối nước chảy
m: là khối lượng nước chảy
v: vận tốc dòng chảy
3


Như vậy động năng của dòng chảy tỷ lệ thuận với bình phương của tốc độ
dịng chảy. Trong q trình xói lở, dịng chảy tạo ra vật liệu, phù sa. Tùy
theo kích thước phù sa và tốc độ dịng chảy mà phù sa có thể vận chuyển
xi theo chiều dịng chảy.Khi động năng của dịng chảy khơng đủ sức
mang đi từng bộ phận vật chất, phù sa sẽ lắng đọng xuống dịng sơng gọi là
q trình bồi tụ.
1.1.3.2. Xói mịn và rửa trơi bề mặt
Là q trình xói mịn do dòng chảy tạm thời trên sườn lúc mưa hoặc
tuyết tan và chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố tự nhiên, trong đó có yếu
tố địa hình là quan trọng nhất.
1.1.4. Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mịn đất
Các nhân tố chính ảnh hưởng đến q trình xói mịn đất gồm: khí
hậu,địa hình,đất đai, thảm thực vật và con người, được mơ tả trong hình
1.1:

khí hậu

đất đai

xói
mịn

con
người

thảm
thực vật

đại hình

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

4


1.1.4.1. Ảnh hưởng của các nhân tố khí hậu đến ói mòn đất
Xói mòn chủ yếu do dòng chảy bề mặt gây ra, nhưng dòng chảy lại do
các yếu tố khí hậu quyết định đó là: Tổng lượng mưa và tính chất của
mưa,thời gian và cường độ mưa. Thời gian mưa càng lớn, cường độ mưa
càng cao thì quá trình xói mịn càng xảy ra mạnh.Sự xuất hiện của xói mòn
phụ thuộc rất nhiều vào lớp nước trong một đợt mưa và lượng mưa trung
bình tháng, năm. Lớp nước mặt trên diện tích trồng cà phê 3 năm tuổi là
754mm gây rửa trôi 44,0 tấn/ha. Khi lớp nước mặt 2501mm gây rửa trôi
213 tấn/ha. Như vậy, trong điều kiện như nhau, khi dòng chảy mặt tăng 4
lần sẽ làm tăng rửa trôi đất từ 5 lần[4]
Cường độ mưa gây ảnh hưởng mạnh nhất đến dịng chảy mặt và xói
mịn đất. Theo Nguyễn Quang Mỹ[4]: trận mưa 10mm với cường độ trung
bình trong khoảng thời gian dưới 1 giờ xói mịn đất xảy ra mạnh nhất khi

lớp nước đạt từ 8-10mm và đặc biệt trên đất bỏ hoang. Ảnh hưởng của
cường độ mưa đến xói mịn càng mạnh nếu cường độ đạt cực đại xảy ra
vào nửa giờ đầu của trận mưa.
Ở Việt Nam nói chung và khu vực nghiên cứu nói riêng, mưa phân
hóa theo mùa rõ rệt. Lượng mưa cực đại vào các tháng mùa hè và cực tiểu
vào các 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,độ ẩm cũng có ảnh
hưởng đến xói mịn đất, tuy nhiên mức độ ảnh hưởng không rõ ràng.
1.1.4.2. Ảnh hưởng của địa hình đến ói mịn đất
Địa hình cũng là nhân tố tự nhiên ảnh hưởng lớn đến xói mịn đất.Nếu
xét trên diện rộng, địa hình có tác dụng làm thay đổi sự phân bố nhiệt và
lượng mưa rơi xuống. Sự thay đổi về độ cao kéo theo sự thay đổi về nhiệt
độ,mưa, ẩm. Các yếu tố địa hình như độ dốc, chiều dài sườn dốc, hình dạng

5


(lồi, lõm, thẳng ,bậc thang, v.v…) mức độ chia cắt ngang của địa hình ảnh
hưởng trực tiếp đến xói mịn đất.
Độ dốc của sườn là yếu tố địa hình có ảnh hưởng lớn nhất đến q
trình xói mịn. Độ dốc lớn làm tăng cường độ dịng chảy và do đó đẩy
nhanh q trình rửa trơi, xói mịn đất, gây nên xói mịn mạnh hơn. Bộ Nơng
nghiệp và phát triển nơng thôn đã đề xuất thang độ dốc trên lãnh thổ Việt
Nam: 0-30,3-80,8-150,15-250,trên 250, tuy chưa được hoàn thiện nhưng đây
cũng là bước thống nhất đầu tiên để sử dụng độ dốc ở nước ta[4]
Ở Việt Nam có trên ¾ 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.
1.1.4.3. Ảnh hưởng của lớp phủ thực vật đến ói mịn đất

Lớp phủ thực vật có ảnh hưởng lớn đến q trình xói mịn đất,nếu lớp
phủ thực vật càng tăng thì q trình xói mịn càng giảm. Vai trị chống xói
mịn của lớp phủ thực vật phụ thuộc vào tuổi và độ che phủ của nó. Thực
vật có khả năng bảo vệ đất chống xói mịn qua việc làm giảm ảnh hưởng
của hạt mưa xuống mặt đất bởi tán lá và làm cho nước có khả năng chảy
xuống đến 50-60% theo chiều thẳng đứng của bộ rễ. Không những thế,vật
rơi rụng của thực vật như cành khơ, lá rụng… cịn tạo ra lượng mùn lớn
trong đất, giữ đất tơi xốp, chống xói mịn.
1.1.4.4. Ảnh hưởng của đất đến q trình ói mòn đất
Đất là đối tượng bị dòng chảy mặt phá hủy, bởi vậy sự phát triển của
xói mịn phụ thuộc vào tính chất và trạng thái của đất.Những yếu tố chính
của đất ảnh hưởng đến xói mịn đất là thành phần cơ giới, cấu trúc và độ
thấm nước cũng như hàm lượng mùn trong đất.Những yếu tố đó ảnh hưởng
đến khả năng hình thành dịng chảy khi mưa rào.

6


1.1.4.5. Ảnh hưởng của con người đến ói mịn đất
Con người ảnh hưởng trực tiếp đến q trình xói mịn đất thông qua
hoạt động sống. Việc phá rừng đã gián tiếp đẩy mạnh q trình xói mịn
đất.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 khơng khoa học, du canh du cư cũng là những
tác nhân gây 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 mưav.v… mà q trình xói mịn xảy ra mạnh hay yếu.
1.2. Nghiên cứu xói mịn đất trên thế giới và Việt Nam
1.2.1 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 nền văn minh quá khứ mất đi. Vì
vậy, cùng với thối hóa đất, xói mịn tồn tại như một vấn đề trong suốt quá
trình phát triển của nhân loại.
Về ngun nhân xói mịn , hầu hết các nhà nghiên cứu trên thế giới
đều thống nhất cho rằng có hai ngun nhân cơ bản dẫn tới hiện tượng
thối hóa đất đang diễn ra mạnh mẽ trên quy 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 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
7


với xói mịn do ngun nhân con người. Tuy vậy, việc phân định ngun
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.
Có khoảng 2/3 diện tích đất nông nghiệp trên thế giới bị suy giảm
nghiên trọng trong 50 năm qua do xói mịn rửa trơi, sa mạc hóa, chua hóa,
ơ nhiễm mơi trường….Khoảng 40% đất nơng nghiệp bị suy thối mạnh
hoặc rất mạnh. Tỷ trọng đóng góp gây thối hóa đất trên thế giới như sau:
mất rừng 30%, khai thác rừng quá mức( chặt cây cối làm củi..) 7%, chăn
thả gia súc quá mức 35%, canh tác nơng nghiệp khơng hợp lý 28%. Vai trị
của các ngun nhân gây thối hóa đất ở các châu lục khơng giống nhau: ở

Châu Á, Âu, Nam Phi mất rừng là nguyên nhân hàng đầu, châu Đại Dương
và châu Phi chăn thả gia súc q mức có vai trị chính yếu nhất, Bắc và
Trung Mỹ chủ yếu do hoạt động nông nghiệp. Mỗi năm rửa trơi xói mịn
chiếm 15% ngun nhân thối hóa đất, trong đó nước đóng góp 55,7% vai
trị, gió đóng góp 28% vai trị, mất dinh dưỡng đóng góp 12% vai trị.
Trung bình đất đai trên thế giới bị xói mịn 1,8-3,4 tấn/ha/năm. Tổng lượng
dinh dưỡng bị rửa trơi xói mịn hàng năm là 5,4-8,4 triệu tấn, tương đương
với khả năng sản sinh 30-50 triệu tấn lương thực.[5]
1.2.2. Nghiên cứu xói mịn đất ở Việt Nam
Nước ta nằm trong vùng nhiệt đới ẩm và có lượng mưa tương đối lớn
( từ 1800-2000mm) nhưng lại phân bố không đồng đều và tập trung chủ
yếu trong các tháng của mùa mưa từ tháng 4-5 đến tháng 10. Riêng vùng
duyên hải miền Trung thì lượng mưa bắt đầu và kết thúc muộn hơn từ 2-3
tháng.Lượng mưa lớn tập trung lại tạo ra dịng chảy có cường độ rất lớn,
đây là ngun nhân chính gây ra hiện tượng xói mịn đất ở Việt Nam. Hàng
năm nước của các con sông mang phù sa đổ ra biển Đông khoảng 200 triệu

8


tấn, người ta ước tính trung bình 1m3 chứa 50-400g phù sa, riêng đồng
bằng sơng Hồng 1000g/m3 và có khi đạt 2000g/m3
Với tổng diện tích đất tự nhiên 33,121 triệu ha, với khoảng 25 triệu
ha đất dốc, chiếm hầu hết lãnh thổ miền núi và trung du. Cùng với những
biến động của mơi trường thì Việt Nam đang đứng trước nguy cơ suy thối
đất do xói mịn rửa trơi là rất lớn. Ngun nhân chính dẫn đến sự xói mịn
đất là do sự khai phá rừng để lấy gỗ và lấy đất canh tác. Từ năm 1983-1994
trên cả nước ta có khoảng 1,3 triệu ha rừng đã bị khai thác để lấy gỗ và lấy
đất trồng trọt, gây nên sự xói mịn và rửa trơi lớp đất mặt làm cho đất ở các
nơi này ngày càng trở nên bạc màu. Chỉ tính riêng cho các vùng phía bắc

sơng Hồng và dọc dãy Trường Sơn thì đã có 700000 ha đất bị bạc màu.
Các số liệu thống kê hiện trạng sử dụng đất năm 2008 cho thấy, Việt
Nam có khoảng 25 triệu ha đất dốc nên nguy cơ xói mịn và rửa trơi rất
lớn.Theo các quan trắc có hệ thống từ năm 1960 đến nay thì có khoảng 1020% lãnh thổ bị ảnh hưởng xói mịn từ trung bình đến mạnh. Đặc biệt là
khu vực miền núi và trung du. Do thảm thực vật che phủ bị tàn phá đã dẫn
đến hiện tượng sụt lở đất, làm giảm diện tích đất đồi, thu hẹp đất ruộng.
Quan trắc ở 14 khu vực thuộc Bắc Kạn, Phú Thọ, Thái Nguyên,Đắk Lắk
cho thấy, tỷ lệ mất đất tới 1-2%/năm. Kết quả nghiên cứu về xói mịn đất
của Hội Khoa học đất Việt Nam ở huyện Quỳnh Nhai-Sơn La cũng cho
phép ước tính lượng đất mất hàng năm lên tới hơn 800 nghìn tấn, thiệt hại
mỗi năm khoảng trên 15 tỷ đồng.
Tình trạng xói mịn và rửa trôi đất đang đe dọa trực tiếp tới sự phát
triển kinh tế. Ước tính mất mát do canh tác nương rẫy và quang cảnh ở Việt
Nam( trong diện tích 2,6 triệu ha) khơng dưới 700 triệu USD so với diện
tích như vậy khơng bị thối hóa. Và con số này dường như ngày một gia
tăng. Tốc độ hủy hoại bởi chính bàn tay con người ngày một tăng mặc cho
những nỗ lực không ngừng của rất nhiều tổ chức trong và ngoài nước.
9


1.3. Công nghệ GIS
1.3.1. Khái niệmGIS
Công nghệ GIS: hệ thống thông tin địa lý (GIS) ngày nay đã trở thành
một trong những ứng dụng quan trọng, cùng với sự phát triển của công
nghệ tin học, các thiết bị phần cứng phần mềm đã đưa GIS thành 1 công cụ
mạnh trong nghiên cứu môi trường, lập dự án và trợ giúp ra quyết định
vv…Khái niệm cơ sở GIS: theo ủy ban tọa độ quốc gia liên ngành về bản
đồ số của Mỹ,1988:” hệ thống thơng tin địa lí GIS là tập hợp phần cứng,
phần mềm và các thủ tục để lưu trữ, quản lý, điều khiển, phân tích, mơ hình
hóa và hiển thị dữ liệu địa lí nhắm giải quyết các vấn đề quản lí và quy

hoạch phức tạp”
GIS đem lại sự thuận tiện nhờ sự phát triển nhanh của các kỹ thuật và
ứng dụng tin học, sức chứa dữ liệu cũng như khả năng phân tích dữ liệu.Dữ
liệu ở đây là dữ liệu không gian liên quan tới thế giới thực.Trong đó thế
giới thực bao gồm nhiều yếu tố địa lí được thể hiện như những lớp dữ liệu
quan hệ.
1.3.2. Sự ra đời của GIS
Thuật ngữ GIS đầu tiên xuất hiện vào năm 1964 thuộc dự án “ rehabilitation and Development agency program” của chính phủ Canada. Cơ
quan “ hệ thống thơng tin địa lí Canada-CGIS” đã thiết kế để phân tích
.kiểm kê đất nhằm trợ giúp cho chính phủ trong việc sử dụng đất nông
nghiệp . Dự án CGIS hoàn thiện vào năm 1971 và phần mềm vẫn sử dụng
tới ngày nay. Dự án CGIS gồm nhiều ý tưởng sáng tạo mà đã được phát
triển trong những phần mềm sau này . Giữa những năm 60,70 GIS phát
triển chủ yếu trong chính phủ và các phịng thí nghiệm
Năm 1964 ơng Howard Fisher thành lập “ phịng thí nghiệm đồ họa
máy tính Harvard” phịng dẫn đầu về cơng nghệ mới . Phịng thí nghiệm
Harvard đã tạo ra một loạt các ứng dụng chính GIS bao gồm : SYMAP(
10


synagraphic Mapping System) CALFORM, SYMVU, GRID, POLYVRT
và ODYSSEY. ODYSSEY là mơ hình đầu tiên đưa vector vào hệ thống
GIS và nó trở thành chuẩn cho các phần mềm thương phẩm.
Năm 1969, Jack Dangermond là một người trong nhóm nghiên cứu
tại phịng thí nghiệm Harvard trong bộ phận đồ họa máy tính , đồng sáng
lập ESRI cùng với vợ là Laura. ESRI trong ít năm vượt trội trong thị trường
GIS và tạo ra các sản phẩm phần mềm ArcInfo và ArcView.
Trong những năm 1980 và 1990 nhiều ứng dụng được phát triển là
những gói phần mềm phát triển bởi cơng ty tư nhân: ArcInfo,
ArcView,MapInfo,SPANS GIS,PAMAP GIS, INTERGRAPH ,SMALL

WORLD. Và rất nhiều ứng dụng đã chuyển từ hệ máy lớn vào sử dụng
trong máy tính cá nhân.
Ngày nay GIS với phần cứng và phần mềm đồ họa hiện đại có sức
mạnh trong hiển thị thế giới thực, các kỹ thuật 3D thể hiện cảnh quan , hình
ảnh động thể hiện sự thay đổi theo thời gian.
1.3.3. Ứng dụng công nghệ GIS trong lâm nghiệp và nghiên cứu xói mịn
Một trong những ứng dụng quan trọng của GIS trong sản xuất
nônglâm nghiệp là quy hoạch sử dụng đất.Trong suốt 20 năm qua, các
nướccông nghiệp phát triển và các tổ chức quốc tế đã sử dụng kỹ thuật GIS
chủyếu trong lĩnh vực quản lý và bảo vệ môi trường. Tại Hội nghị những
người sử dụng ARC/INFO (một phần mềm chuyên dụng về GIS, hiện được
tích hợp trong ArcGIS của hãng ESRI) năm 1992, các nhà khoa học đã
nhất trí rằng để bảo vệ mơi trường một cách bền vững và hạn chế những
suy thoái đang diễn ra, cần thiết phải ưu tiên đưa GIS vào ứng dụng trong
lĩnh vực nghiên cứu và quy hoạch sản xuất nơng lâm nghiệp, bằng cách này
có thể tìm kiếm những mơ hình sử dụng đất bền vững nhằm xố đi hoặc
giảm bớt những hiểm hoạ đối với mơi trường tự nhiên và với lồi người
(như tình trạng phá rừng để canh tác, tình trạng xói mịn và suy thoái đất
11


đai, tình trạng ơ nhiễm mơi trường…). Tất nhiên, mọi biện pháp và chỉ dẫn
về bảo vệ môi trường sẽ khơng thành cơng trừ phi những địi hỏi về lương
thực và đất nông nghiệp được xác định và đáp ứng một cách tối ưu nhất
trên từng vùng, từng quốc gia cũng như trên toàn thế giới. Do vậy tiềm
năng ứng dụng GIS trong định hướng sản xuất nông lâm nghiệp đã được
mở rộng và ngày càng tỏ ra hiệu quả, trở thành một công cụ hỗ trợ ra quyết
định đối với các chuyên gia quy hoạch và nhà quản lý.
Đề tài “Ứng dụng GIS trong đánh giá mức độ xói mịn đất tại lưu vực
sơng Đa Tam, tỉnh Lâm Đồng” của tác giả Lê Hoàng Tú (2011) đã thu thập

dữ liệu xây dựng bản đồ hệ số mưa, bản đồ hệ số xói mịn đất, bản đồ hệ số
độ dốc và chiều dài sườn, bản đồ hệ số thực phủ, từ đó thành lập bản đồ xói
mịn tiềm năng và hiện trạng xói mịncủa lưu vực. Trong đó, bản đồ lượng
mưa được tác giả xây dựng bằng phương pháp nội suy khơng gian, bản đồ
hệ số xói mịn được thành lập bằng phương pháp truy vấn và điền thông tin,
bản đồ độ dốc được tính từ mơ hình số độ cao bằng công cụ Slope trong
phần mềm ArcGIS. Từ các dữ liệu cơ sở, tác giả sử dụng công cụ “Raster
Calculator” trong ArcGIS để tính tốn và thành lập bản đồ xói mịn tiềm
năng cho lưu vực sơng Đa Tam (Lâm Đồng).
Năm 2009, tác giả Đinh Văn Hùng với luận văn thạc sĩ khoa học
“Ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá xói mịn đất khu vực n Châu, Sơn
La” cũng dựa trên dữ liệu về lượng mưa, đặc điểm lớp phủ thực vật, đặc
điểm địa hình để xây dựng cơ sở dữ liệu cho thành lập bản đồ xói mịn đất
ở huyện n Châu, Tỉnh Sơn La.
Tạp chí Khoa học và Phát triển, 2011, của trường Đại học Nông
nghiệp I Hà Nội đã công bố kết quả nghiên cứu của tác giả Trần Quốc Vinh
và cộng sự về “ứng dụng viễn thám và hệ thống thông tin địa lý đánh giá
xói mịn đất đồi gị huyện tam nơng tỉnh Phú Thọ”. Trong nghiên cứu này,
bản đồ xói mịn đất vùng đồi gị huyện Tam Nơng được xây dựng bằng
12


phương pháp viễn thám và GIS dựa trên công thức của phương trình mất
đất phổ dụng biến đổi RUSLE, gồm có 5 bản đồ hệ số: bản đồ hệ số che
phủ đất (C); bản đồ hệ số xói mịn do mưa (R); bản đồ hệ số kháng xói của
đất (K); bản đồ hệ số xói mịn của địa hình (LS) và bản đồ hệ số do biện
pháp canh tác (P). Từ kết quả nghiên cứu sẽ xác định được mức độ và vị trí
của các khu vực xói mịn đất, từ đó giúp chính quyền địa phương có kế
hoạch áp dụng các biện pháp chống xói mịn đất một cách hiệu quả.Năm
2012, Trương Đình Trọng và cộng sự tại Đại học Khoa học - Đại học Huế

đã tiến hành đánh giá khả năng xói mịn đất ở huyện Dắk Krơng, tỉnh
Quảng Trị bằng mơ hình RMMF (Revised Morgan-Morgan-Finney). Với
sự trợ giúp của công nghệ GIS, tác giả đã sử dụng mơ hình RMMF để tính
tốn khả năng xói mịn đất.Dữ liệu đầu vào của mơ hình gồm 15 thơng số
liên quan đến địa hình, thổ nhưỡng, khí hậu và thảm phủ.Kết quả tính tốn
cho thấy lượng đất xói mịn biến thiên từ 0-957(tấn/ha.năm) chia thành 5
cấp xói mịn. Xói mịn yếu chiếm phần lớn diện tích (47,28%), trung bình
chiếm 5,43%, các cấp xói mịn mạnh chiếm diện tích nhỏ.
Như vậy, qua nghiên cứu tổng quan về xói mịn và ứng d ng GIS
trong xây dựng bản đồ xói mịn cho thấy rằng, vi c ứng d ng GIS sẽ giúp
c ng tác đánh giá ói mịn và ây dựng bản đồ xói mịn tiềm năng trở nên
dễ dàng hơn.

13


CHƢƠNG II: MỤC TIÊU, NỘI DUNG, CÁC PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu
2.1.1. M c tiêu chung
Góp phần bảo vệ đất, chống xói mịn và nâng cao hiệu quả trong
cơng tác quản lý bảo vệ rừng.
2.1.2. M c tiêu c thể
- Đánh giá được đặc điểm hiện trạng rừng khu vực núi Luốt;
- Xây dựng được bản đồ xói mịn tiềm năng khu vực núi Luốt;
- Đề xuất được phương pháp xây dựng bản đồ xói mịn tiềm năng và
giải pháp bảo vệ đất, chống xói mịn ở khu vực núi Luốt.
2.2. Nội dung:
- Nghiên cứu đặc điểm hiện trạng rừngkhu vực núi Luốt
- Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS xây dựng bản đồ xói mịn tiềm

năngkhu vực núi Luốt.
- Đề xuất phương pháp xây dựng bản đồ xói mịn tiềm năng và giải
pháp bảo vệ đất, chống xói mịn khu vực núi Luốt
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp điều tra thực địa
Đề tài đã điều tra 413 điểm theo hệ thống lưới, tọa độ các điểm được
xác định bằng máy định vị cầm tay GPS. Tại mỗi điểm tiến hành xác định
nhanh đặc điểm trạng thái và các chỉ tiêu liên quan đến cơng thức tính
cường độ xói mòn.Độ tàn che, che phủ thảm tươi, che phủ thảm khô được
xác định bằng phương pháp mục trắc; chiều cao cây được xác định bằng
giá trị trung bình của 5 cây gần nhất xung quanh điểm điều tra (Theo tài
liệu kỹ thuật điều tra, kiểm kê rừng – Cục kiểm lâm). Kết quả điều tra được
ghi vào mẫu biểu ở sau:

14


TT

Kinh độ

Vĩ độ

Trạng
thái

Chiều
cao TB

Tàn

che TB

CP
thảm
tười TB

CP
thảm
khô
TB

1
2
3
4
5
6
7
Mẫu biểu 2.1: Mẫu biểu điều tra điểm mẫu ngoài thực địa
Điều tra độ xốp đất: đối với mỗi trạng thái rừng sau khi đã được phân
loại bằng ảnh vệ tinh kết hợp với số liệu điều tra nói trên, tiến hành xác
định nhanh 5 độ xốp tại 5 vị trí khác nhau đối với mỗi trạng thái. Giá trị
trung bình của 5 vị trí sẽ được gán chung cho trạng thái đó. Thiết bị xác
định độ xốp là máy cầm tay đo nhanh độ xốp lớp đất mặt tại hiện trường.
Kết quả được ghi vào mẫu biểu sau:
TT

Trạng thái

Vị trí

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

1

7

2

8

…

9

1

Mẫu biểu 2.2: Điều tra nhanh độ xốp đất
15

Độ xốp (%)


2.3.2. Phương pháp nghiên cứu xói mịn
Đặc điểm xói mịn dưới các trạng thái rừng được xác định thông qua
các chỉ tiêu về cấu trúc với mơ hình tính lượng xói mịn của GS.TS Nguyễn
Hải Tuất và PGS.TS Vương Văn Quỳnh(năm 1997) như sau:

(1)

Trong đó:
d là cường độ xói mịn, tính bằng mm/năm, nếu xem dung trọng
lớp đất mặt xấp xỉ 1.2 gam/cm3 thì có thể quy đổi 1 mm/năm
tương đương với 12 tấn/ha/năm
K là chỉ số xói mịn của mưa, hay đại lượng phản ảnh năng lực gây
xói mịn đất của mưa, được xác định theo lượng mưa các tháng ở
khu vực nghiên cứu theo công thức sau:
K=∑

(2)

Ri là lượng mưa tháng thứ i trong năm, tính bằng mm.
α là độ dốc mặt đất, tính bằng độ
TC là độ tàn che tầng cây cao,
H là chiều cao tầng cây cao, tính bằng m
CP là tỷ lệ che phủ mặt đất của lớp thảm tươi cây bụi, có giá trị
lớn nhất là 1.0
TM là tỷ lệ che phủ mặt đất của lớp thảm khơ, được điều tra theo
có giá trị lớn nhất là 1.0
X là độ xốp lớp đất mặt, trên các địa hình dốc độ xốp X dưới rừng
thường không vượt quá 0.75.
16


Từ công thức, xác định được các đại lượng cần thu thập đó là:
- Độ tàn che (TC)
- Tỷ lệ che phủ mặt đất của lớp thảm tươi (CP)
- Tỷ lệ che phủ mặt đất của lớp thảm khô(TM)
- Chiều cao tầng cây cao (H)
Các chỉ tiêu về khí hậu được lấy từ phần mềm sinh khí hậu của tác giả
Vương Văn Quỳnh.
Độ dốc được xác định từ mơ hình số độ cao (DEM) có độ phân giải
30m
Độ xốp đất được kế thừa từ kết quả nghiên cứu của bộ môn Đất lâm
nghiệp – Khoa lâm học – Trường Đại học Lâm nghiệp.
2.3.3. Phương pháp xây dựng bản đồ bằng công nghệ GIS
2.3.3.1. Phương pháp ây dựng bản đồ hi n tr ng rừng từ ảnh v tinh
Trên cơ sở 413 điểm mẫu điều tra thực địa, đề tài tiến hành xây dựng
mẫu khóa giải đốn ảnh bằng cách tạo buffer với bán kính 7,5 m (tương
ứng với 5 điểm ảnh x 1.5 m/điểm ảnh) và đặt tên là hethongmau.shp (Input
Signature file). Đây chính là hệ thống “traning sample” dùng để giải đốn

ảnh.
Tiến hành giải đốn ảnh có kiểm định (Supperviser Classification)
trong ArcGIS với thuật toán Maximum Likelihood Classification trong bộ
cơng cụ Image Classification.
Kết quả giải đốn là một bản đồ dạng raster, bản đồ này được chuyển
sang dạng vector để hiệu chỉnh kết quả giải đoán và thống kê diện tích các
trạng thái rừng. Đây là cơ sở để thành lập các bản đồ trung gian như chiều
cao cây rừng, độ tàn che, độ che phủ thảm tươi, độ che phủ thảm khô.
17


Hình 2.1. Giải đốn ảnh có kiểm định trong ArcGIS
2.3.3.2. Phương pháp ây dựng bản đồ chiều cao, tàn che, che phủ thảm
tươi, che phủ thảm khô.
Từ số liệu điều tra thu thập tại 413 điểm mẫu, đề tài tiến hành tính giá
trị trung bình từng chỉ tiêu đối với từng trạng thái rừng. Các giá trị này
được gắn cho các trạng thái rừng tương ứng trên bản đồ hiện trạng rừng mà
đề tài đã xây dựng.Sử dụng chức năng truy vấn của phần mềm ArcGIS để
tìm kiếm và điền các giá trị vào các cột tương ứng của từng trạng thái rừng.

18


Hình 2.2. Chức năng truy vấn trong ArcGIS
Sau khi gán xong các giá trị vào các cột tương ứng trong bảng thuộc
tính của bản đồ hiện trạng rừng, tiến hành lần lượt chuyển bản đồ sang
dạng raster đối với từng chỉ tiêu bằng cơng cụ Feature to Raster.

Hình 2.3. Chuyển bản đồ dạng Vector sang Raster
19

2.3.3.3. Phương pháp ây dựng bản đồ độ xốp
Độ xốp lớp đất mặt cho các trạng thái rừng khác nhau ở khu vực núi
Luốt được kế thừa từ kết quả nghiên cứu của bộ môn Đất lâm nghiệp –
Khoa Lâm học – Trường Đại học Lâm Nghiệp.Cũng tương tự như bản đồ
chiều cao, tàn che, che phủ… độ xốp đất cũng được gán cho các trạng thái
rừng bằng chức năng truy vấn và điền thông tin. Bản đồ dạng raster được
chuyển đổi bằng công cụ Feature to Raster.
2.3.3.4. Phương pháp ây dựng bản đồ độ dốc
Bản đồ độ dốc được xây dựng từ mơ hình số độ cao (DEM) độ phân
giải 30 m bằng cơng cụ Slope có trong phần mềm ArcGIS.

Hình 2.4. Phương pháp xây dựng bản đồ độ dốc
2.3.3.5. Phương pháp ây dựng bản đồ xói mịn tiềm năng
Mở tất cả các lớp bản đồ raster trung gian bằng phần mềm ArcGIS sau
đó sử dụng cơng cụ “Raster Calculator” để tiến hành tính tốn cường độ
xói mịn cho từng điểm ảnh (pixel) bằng công thức (1).

20