2 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 6 1. Đặt vấn đề 6 2. Mục đích nghiên cứu 7 3. Ý nghĩa của đề tài nghiên cứu 7 4. Khối lƣợng và cấu trúc luận văn 7 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 9 1.1. Xói mòn đất và các nhân tố ảnh hƣởng đến xói mòn đất 9 1.1.1. Xói mòn đất 9 1.1.2. Các quá trình xói mòn đất 9 1.1.2.1. Xói lở sông suối 9 1.1.2.2. Xói mòn và rửa trôi bề mặt 10 1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất 10 1.1.3.1. Ảnh hưởng của các nhân tố khí hậu đến xói mòn đất 11 1.1.3.2. Ảnh hưởng của địa hình đến xói mòn đất 11 1.1.3.3. Ảnh hưởng của lớp phủ thực vật đến xói mòn đất 13 1.1.3.4. Ảnh hưởng của đất đến quá trình xói mòn đất 13 1.1.3.5. Ảnh hưởng của con người đến xói mòn đất 13 1.2. Nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới 14 1.2.1. Các xu hướng mới trong nghiên cứu xói mòn 14 1.2.2. Các phương pháp đánh giá xói mòn đất [30] 15 1.2.3. Các mô hình đánh giá xói mòn đất 16 1.2.3.1. Mô hình kinh nghiệm 16 1.2.3.2. Mô hình nhận thức 22 1.3. Nghiên cứu xói mòn đất ở Việt Nam 23 1.4. Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong đánh giá xói mòn đất 28 1.4.1. Sự hình thành và phát triển của GIS 28 1.4.2. Ứng dụng GIS trực tiếp xây dựng bản đồ xói mòn 29 1.4.3. Ứng dụng GIS và mô hình hóa tính toán xói mòn đất 30 CHƢƠNG II: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN - XÃ HỘI 33 KHU VỰC NGHIÊN CỨU 33 2.1. Điều kiện tự nhiên 33 2.1.1. Vị trí địa lý, địa hình 33 2.1.1.1. Vị trí địa lý 33 2.1.1.2. Địa hình 34 2.1.2. Khí hậu, thuỷ văn 35 2.1.2.1. Khí hậu 35 2.1.2.2. Thuỷ văn 37 2.1.3. Thổ nhưỡng 38 2.1.4. Đặc điểm tài nguyên rừng 40 2.2. Điều kiện kinh tế - xã hội 43 2.2.1. Thành phần dân tộc và phân bố dân cư 43 2.2.2. Y tế, giáo dục[21] 43 2.2.3. Giao thông 44 2.2.4. Tình hình phát triển sản xuất huyện Sơn Động 44 Chƣơng 3: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45 3.1. Đối tƣợng nghiên cứu và giới hạn phạm vi nghiên cứu 45 3.2. Thời gian nghiên cứu 45 3.3. Nội dung nghiên cứu 45 3.4. Phƣơng pháp nghiên cứu 46 3.4.1. Ngoại nghiệp 46 3.4.2. Nội nghiệp 47 3.4.2.1. Hệ số mưa (R) 47 3.4.2.2. Hệ số thổ nhưỡng (K) 49 3.4.2.3. Hệ số độ dốc (S) và chiều dài sườn dốc (L) 51 3.4.2.4. Hệ số thực bì (C) 53 3.4.2.5. Hệ số các công trình bảo vệ đất (P) 54 3.4.2.6. Thành lập bản đồ xói mòn tiềm năng huyện Sơn Động (V) 55 3.4.2.7. Thành lập bản đồ xói mòn huyện Sơn Động (A) 55 3.4.3. Quy trình nghiên cứu 56 3.4.3.1. Xây dựng các bản đồ đơn thành phần: 56 3.4.3.2. Xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng và xói mòn thực tế: 56 3.5. Cơ sở tài liệu 57 Chƣơng 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 59 4.1. Xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng và xói mòn thực tế huyện Sơn Động 59 4.1.1. Xây dựng bản đồ hệ số xói mòn do mưa (R) 59 4.1.2. Thành lập bản đồ hệ số kháng xói của đất (K) 60 4.1.3. Thành lập bản đồ hệ số địa hình (LS) 62 4.1.4. Thành lập bản đồ hệ số lớp phủ thực vật (C) 63 4.1.5. Bản đồ hệ số canh tác (P) 65 4.1.6. Bản đồ xói mòn tiềm năng huyện Sơn Động 66 4.1.7. Bản đồ xói mòn huyện Sơn Động 69 4.2. Kiểm chứng kết quả nghiên cứu 72 4.3. Ảnh hƣởng biến động lớp phủ thực vật tới xói mòn đất huyện Sơn Động 73 4.3. Một số đề xuất cho khu vực nghiên cứu 74 4.3.1. Đối với khu vực xói mòn cấp 1 - Cấp không xói mòn 74 4 4.3.2. Đối với khu vực xói mòn cấp 2 - Cấp ít nguy hại 74 4.3.3. Đối với khu vực xói mòn cấp 3 - Cấp nguy hại 75 4.3.4. Đối với khu vực xói mòn cấp 4 - Cấp rất nguy hại 75 4.3.5. Đối với khu vực xói mòn cấp 5 - Cấp cực kỳ nguy hại 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 1. Kết luận: 77 2. Kiến nghị: 77 TÀI LIU THAM KHẢO 78 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Ảnh hƣởng của độ dốc đến xói mòn đất [6] 12 Bảng 2.1: Một số thông tin về chế độ khí hậu 36 huyện Sơn Động – Bắc Giang 36 Bảng 2.2: Lƣợng mƣa huyện Sơn Động năm 2007 theo tháng 36 Bảng 2.3: Độ che phủ thảm thực vật Sơn Động 42 Bảng 3.1: Hệ số xói mòn đất của một số loại đất ở Việt Nam 50 Bảng 3.2. Bảng tra C theo Hội khoa học đất quốc tế [3] 53 Bảng 3.3: Hệ số xói mòn đất của một số dạng thảm thực vật 54 ở Việt Nam [4] 54 Bảng 3.4. Bảng tra hệ số P theo hội khoa học đất quốc tế [3] 55 Bảng 3.5: Phân cấp xói mòn và xói mòn tiềm năng 57 Bảng 4.1: Hệ số kháng xói các loại đất huyện Sơn Động 61 Bảng 4.2: Bảng hệ số C khu vực nghiên cứu 64 Bảng 4.3: Phân cấ p xó i mò n tiê ̀m năng huyện Sơn Động 68 Bảng 4.4: Phân cấ p xó i mo ̀n huyện Sơn Động 71 Bảng 4.5: Tƣơng quan diện tích xói mòn với độ che phủ rừng 73 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Các nhân tố chính ảnh hƣởng đến xói mòn đất 10 Hình 1.2: Ứng dựng GIS trực tiếp tính toán xói mòn 30 Hình 1.3: Sử dụng mô hình USLE trong tính toán xói mòn bằng GIS 32 Hình 2.1: Vị trí địa lý huyện Sơn Động 33 Hình 2.2: Bản đồ hành chính huyện Sơn Động 34 Hình 2.3: Biểu đồ lƣợng mƣa huyện Sơn Động, năm 2007 37 Hình 2.4: Hệ thống sông, suối huyện Sơn Động 38 Hình 2.5: Bản đồ phân bố các loại đất huyện Sơn Động 39 Hình 2.6: Diện tích các loại đất chính huyện Sơn Động 40 Hình 2.7: Bản đồ hiện trạng thảm thực vật 41 huyện Sơn Động, năm 2007 41 Hình 2.8: Phân bố dân cƣ huyện Sơn Động 43 Hình 3.1: Mô hình phƣơng pháp tính toán bản đồ trên GIS 46 Hình 3.2. Các bƣớc xây dựng bản đồ hệ số R 48 Hình 3.3: Các bƣớc xây dựng bản đồ hệ số LS 52 Hình 3.4: Phƣơng pháp nghiên cứu xói mòn đất 58 Hình 4.1: Bản đồ đƣờng đẳng trị mƣa huyện Sơn Động 59 Hình 4.2: Bản đồ hệ số xói mòn do mƣa (R) 60 Hình 4.3: Bản đồ hệ số kháng xói của đất (K) 62 Hình 4.4: Bản đồ hệ số LS 63 Hình 4.5: Bản đồ hệ số C khu vực nghiên cứu 65 Hình 4.6: Bản đồ xói mòn tiềm năng huyện Sơn Động 67 6 Hình 4.7: Bản đồ xói mòn đất huyện Sơn Động 70 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Sơn Động là huyện miền núi của tỉnh Bắc Giang có diện tích tự nhiên là 84.432,4 ha, trong đó diện tích đất lâm nghiệp là 68.348,29 hecta chiếm 72,0% [14]. Địa hình Sơn Động gồm đồi núi xen kẽ các thung lũng, manh mún, địa hình chia cắt mạnh chênh lệch về độ cao, độ dốc lớn. Hiện tƣợng xói mòn, rửa trôi đang xảy ra mạnh. Tuy nhiên, đến nay chƣa có nghiên cứu nào về xói mòn đất trên địa bàn huyện Sơn Động. Đất đai là tài nguyên vô cùng quý giá, là tƣ liệu đặc biệt, là thành phần quan trọng hàng đầu của môi trƣờng sống, là tƣ liệu lao động chính của nền kinh tế Nông – Lâm nghiệp. Tuy nhiên, trong vài thập kỷ gần đây, cùng với sự gia tăng dân số, các nguồn tài nguyên khoáng sản, thảm thực vật, đất đai đã và đang đƣợc sử dụng ở mức độ cao, thậm chí không hợp lý. Việc khai thác Nông – Lâm nghiệp không có ý thức ngày càng làm cho quá trình xói mòn đất xảy ra nghiêm trọng, độ phì nhiêu ngày càng giảm, nhiều nơi trơ sỏi đá, trở thành đất trống, đồi núi trọc [6]. Xói mòn đất là quá trình phá huỷ lớp thổ nhƣỡng (bao gồm cả phá huỷ thành phần cơ, lý, hoá, chất dinh dƣỡng v.v… của đất) dƣới tác động của các nhân tố tự nhiên và nhân sinh làm giảm độ phì của đất, gây ra bạc mầu, thoái hoá đất, laterit hoá, trơ sỏi đá v.v…, ảnh hƣởng trực tiếp tới sự sống và phát triển của thảm thực vật rừng, thảm cây trồng khác. [6]. Ðể giảm thiểu xói mòn ở khu vực miền núi, hai vấn đề cần đƣợc song song nghiên cứu là: quá trình xói mòn, nguyên nhân, các yếu tố ảnh hƣởng và vấn đề sử dụng hợp lý tài nguyên. Có nhiều phƣơng pháp nghiên cứ u, đánh giá xói mòn đất đƣợc các tác giả trong và ngoài nƣớc sử dụng. Trong đó, việc ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) là phƣơng pháp, là công cụ mạnh có khả năng phân tích không gian trong thờ i gian ngắn . Công nghệ GIS còn cho phép tích hợp phƣơng trình mất đất tổng quát của Wischmeier W.H và Smith D.D để tính toán và xây dựng bản đồ xói mòn đất của các lƣu vực, vùng lãnh thổ một cách dễ dàng và chính xác. Vớ i cá c lý do nêu trên, chúng tôi chọn đề tài: “Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) để dự báo xói mòn đất huyện Sơn Động - tỉnh Bắc Giang”. 2. Mục đích nghiên cứu Dự báo xói mòn đất phục vụ quy hoạch sử dụng hợp lí tài nguyên đất huyện Sơn Động. Để đạt đƣợc mục đích trên, đề tài đặt ra những mục tiêu cụ thể sau: - Xây dựng bản đồ xói mòn đất hiện tại và bản đồ dự báo tiềm năng xói mòn đất huyện Sơn Động dựa trên ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS), làm cơ sở định hƣớng cho chiến lƣợc quy hoạch sử dụng đất huyện Sơn Động. - Đề xuất một số giải pháp chống xói mòn đất. 8 3. Ý nghĩa của đề tài nghiên cứu - Ý nghĩa khoa học: Luận văn ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) để đánh giá và dự báo xói mòn đất qua việc phân tích không gian và mối quan hệ của các nhân tố địa hình, thủy văn, thổ nhƣỡng, thực vật và con ngƣời tại huyện Sơn Động. - Ý nghĩa thực tiễn của luận văn: Đánh giá xói mòn và xói mòn tiềm năng huyện Sơn Động, từ đó xây dựng bản đồ xói mòn đất khu vực nghiên cứu làm cơ sở đề xuất một số giải pháp hạn chế xói mòn đất. 4. Khối lƣợng và cấu trúc luận văn Luận văn đƣợc trình bày trong 80 trang khổ A4 với 21 hình, 14 bảng biểu và đƣợc trình nhƣ sau: MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. Chƣơng 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN – XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU Chƣơng 3: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chƣơng 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. Chƣơng 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Xói mòn đất và các nhân tố ảnh hƣởng đến xói mòn đất 1.1.1. Xói mòn đất Có nhiều định nghĩa về xói mòn đất, để phù hợp với khu vực nghiên cứu, luận văn sử dụng định nghĩa của Nguyễn Quang Mỹ [6]: Xói mòn đất (soil erosion) là quá trình phá hủy lớp thổ nhƣỡng (bao gồm phá hủy các thành phần cơ, lý, hóa, chất dinh dƣỡng v.v của đất) dƣới tác động của các nhân tố tự nhiên và nhân sinh, làm giảm độ phì của đất, gây ra bạc mầu, thoái hóa đất, laterit hóa, trơ sỏi đá v.v ảnh hƣởng trực tiếp đến sự sống và phát triển của thảm thực vật rừng, thảm cây trồng khác. Xói mòn gồm 2 loại: 10 - Xói mòn bề mặt: Là loại xói mòn do mƣa và băng tuyết tan. Kiểu xói mòn này thƣờng gặp trên sƣờn và đỉnh phân thủy cũng nhƣ ở trên các bồn thu nƣớc. - Xói mòn theo dòng: Là kiểu xâm thực, xói mòn tập trung trong các dải trũng nhƣ các rãnh sâu, thung lũng, sông suối. Xâm thực theo dòng chia làm 2 loại là xâm thực sâu và xâm thực ngang. 1.1.2. Các quá trình xói mòn đất Các quá trình xói mòn gồm: Xói lở sông suối và xói mòn, rửa trôi bề mặt. 1.1.2.1. Xói lở sông suối Quá trình xói lở sông suối đƣợc xác định theo công thức về động năng của dòng chảy [6]. F=vm 2 /2 Trong đó: F: là động năng của khối nƣớc chảy m: là khối lƣợng nƣớc chảy v: là vận tốc dòng chảy Nhƣ vậy động năng của dòng chảy tỉ lệ thuận với bình phƣơng của tốc độ dòng chảy. Trong quá trình xói lở, dòng chảy tạo ra vật liệu, phù sa. Tùy theo kích thƣớc phù sa và tốc độ dòng chảy mà phù sa có thể vận chuyển xuôi theo chiều dòng chảy. Khi động năng của dòng chảy không đủ sức mang đi từng bộ phận vật chất, phù sa sẽ lắng đọng xuống dòng sông gọi là quá trình bồi tụ. 1.1.2.2. Xói mòn và rửa trôi bề mặt Là quá trình xói mòn do dòng chảy tạm thời trên sƣờn lúc mƣa hoặc tuyết tan và chịu ảnh hƣởng của rất nhiều yếu tố tự nhiên, trong đó yếu tố địa hình là quan trọng nhất. 1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất Các nhân tố chính ảnh hƣởng đến quá trình xói mòn đất gồm: khí hậu, địa hình, đất đai, thảm thực vật và con ngƣời, đƣợc mô tả trong hình 1.1: Hình 1.1: Các nhân tố chính ảnh hƣởng đến xói mòn đất 1.1.3.1. Ảnh hưởng của các nhân tố khí hậu đến xói mòn đất Xói mòn chủ yếu do dòng chảy bề mặt gây ra, nhƣng dòng chảy lại do các yếu tố khí hậu quyết định đó là: Tổng lƣợng mƣa và tính chất của mƣa, thời gian và cƣờng độ mƣa. Thời gian mƣa càng lớn, cƣờng độ mƣa càng cao thì quá trình xói mòn càng xảy ra mạnh. Sự xuất hiện của xói mòn phụ thuộc rất nhiều vào lớp nƣớc trong một đợt mƣa và lƣợng mƣa trung bình tháng, năm. Lớp nƣớc mặt trên diện tích trồng cà phê 3 năm tuổi là 754mm gây rửa trôi 44,0 tấn/ha, khi lớp nƣớc mặt 2501mm gây rửa trôi 213 tấn/ha. Nhƣ vậy trong Xói Mòn Khí hậu A/H tích cực A/H tiêu cực A/H hai chi ều Địa hình Con ngƣời Thảm thực vật Đất đai [...]... lần thì xói mòn đất tăng từ 2 đến 7,5 lần [6] Việt Nam có trên 3/4 lãnh thổ là đồi núi, mạng lƣới sông suối dày đặc, sông ngắn, dốc, lƣợng mƣa lớn, 85-90% lƣợng mƣa tập trung vào mùa mƣa, do đó xói mòn có điều kiện xảy ra mạnh 1.1.3.3 Ảnh hưởng của lớp phủ thực vật đến xói mòn đất Lớp phủ thực vật có ảnh hƣởng lớn đến quá trình xói mòn đất, nếu lớp phủ thực vật càng tăng thì quá trình xói mòn càng... tháng mùa đông Vì vậy việc bảo vệ đất, chống xói mòn đặc biệt trong mùa mƣa là vô cùng cần thiết Ngoài mƣa ảnh hƣởng trực tiếp đến xói mòn, các yếu tố khí hậu khác nhƣ gió, nhiệt độ, ẩm độ cũng có ảnh hƣởng đến xói mòn đất, tuy nhiên mức độ ảnh hƣởng không rõ ràng 1.1.3.2 Ảnh hưởng của địa hình đến xói mòn đất Địa hình cũng là nhân tố tự nhiên ảnh hƣởng lớn đến xói mòn đất Nếu xét trên diện rộng, địa... chống xói mòn của lớp phủ thực vật phụ thuộc vào tuổi và độ che phủ của nó Thực vật có khả năng bảo vệ đất chống xói mòn qua việc làm giảm ảnh hƣởng của hạt mƣa xuống mặt đất bởi tán lá và làm cho nƣớc có khả năng chảy xuống đến 50-60% theo chiều thẳng đứng của bộ rễ Không những thế, vật rơi rụng của thực vật nhƣ cành khô, lá rụng còn tạo ra lƣợng mùn lớn trong đất, giữ đất tơi xốp, chống xói mòn 1.1.3.4... người đến xói mòn đất Con ngƣời ảnh hƣởng trực tiếp đến quá trình xói mòn đất thông qua hoạt động sống Việc phá rừng đã gián tiếp đẩy mạnh quá trình xói mòn đất Những diện tích rừng mất đi làm lộ ra những khoảng trống không có thảm thực vật che phủ đất Khi mƣa xuống quá trình xói mòn bề mặt xảy ra mạnh Canh tác trên đất dốc không khoa học, du canh du cƣ cũng là nhƣng tác nhân gia tăng xói mòn đất Trên... (chỉ số lớp phủ ) và Ui (chỉ số sử dụng đất ), mô hình này mang tới bức tranh rõ rệt hơn về tình trạng xói mòn so với mô hình xói mòn tiềm năng từ phƣơng trình USLE (loại bỏ hệ số C và P) Mô hình chỉ số xó i mò n đấ t có dạ ng: Ai=Ki+Ri+Ti+Ci+Ui Trong đó : Ki: chỉ số xói mòn của đất Ri: Chỉ số xói mòn của mƣa Ti: Chỉ số xói mòn của sƣờn Ci: Chỉ số xói mòn của lớp phủ Ui: Chỉ số xói mòn của sử dụng đất. .. mòn 1.1.3.4 Ảnh hưởng của đất đến quá trình xói mòn đất Đất là đối tƣợng bị dòng chảy mặt phá hủy, bởi vậy sự phát triển của xói mòn phụ thuộc vào tính chất và trạng thái của đất Những yếu tố chính của đất ảnh hƣởng đến xói mòn đất là thành phần cơ giới, cấu trúc và độ thấm nƣớc cũng nhƣ hàm lƣợng mùn trong đất Những yếu tố dó ảnh hƣởng đến khả năng hình thành dòng chảy khi mƣa rào 1.1.3.5 Ảnh hưởng... đất tổng quát USLE để tính toán xói mòn Điểm đặc biệt là các thông tin về lớp phủ thực vật đã đƣợc xét đến “thông số lớp phủ thực vật đã đƣợc thu nhận qua tƣ liệu viễn thám đa phổ UoSAT-12 Quá trình xói mòn đất làm phá hủy lớp thổ nhƣỡng, rửa trôi dinh dƣỡng trong đất, gây thoái hóa bạc mầu đất, làm giảm năng xuất cây trồng, thậm trí làm mất khả năng tồn tại và sinh tồn của cây trồng trên đất bị xói. .. cứu ảnh hƣởng của độ dốc đến xói mòn đất tại Tây Nguyên từ năm 1978 đến 1982 trên đất bazan, trồng Chè một tuổi, kết quả cho thấy: Bảng 1.1: Ảnh hƣởng của độ dốc đến xói mòn đất [6] Loại đất Cây trồng Độ dốc Tổn thất Năm nghiên (0 0) về đất cứu, địa điểm NC Tây Nguyên 1978-1982 Đất bazan Chè 1 tuổi 3 (T/ha/năm) 96 Đất bazan Chè 1 tuổi 8 211 Đất bazan Chè 1 tuổi 15 305 Đất phù sa cổ Sắn 1 tuổi 3 15 Đất. .. dân canh tác nông lâm nghiệp trên đất dốc nhƣng chƣa áp dụng những biện pháp canh tác khoa học Đây là những nguyên nhân cơ bản gây thoái hóa, xói mòn đất Tuy nhiên đến nay chƣa có công trình khoa học nào nghiên cứu đánh giá xói mòn đất trên địa bàn huyện Sơn Động Vì vậy đề tài nghiên cứu đánh giá xói mòn đất và tìm ra biện pháp tác động phù hợp nhằm giảm thiểu xói mòn trên địa bàn là rất cần thiết... đầu xảy ra xói mòn khi có 14 mƣa to Từ độ dốc 30 trở lên, tùy vào yếu tố đất đai, thực vật, lƣợng mƣa v.v mà quá trình xói mòn xảy ra mạnh hay yếu Qua số liệu của lâm trƣờng Cầu Hai (Phú Thọ) cho thấy rừng phủ kín chỉ trôi đi 1 tấn đất/ ha/năm trong khi các nƣơng sắn lại mất 147 tấn đất/ ha/năm [6] Rõ ràng biện pháp canh tác không hợp lý đã gây tác hại lớn, ảnh hƣởng xấu đến quá trình xói mòn đất 1.2 Nghiên