Ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong việc nghiên cứu xói mòn đất tại huyện Võ Nhai tỉnh Thái Nguyên

Hoàng Viết Thảo Quản lý đất đai

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

1

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Đất đai là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá, là tư liệu đặc biệt, là

thành phần quan trọng hàng đầu của môi trường sống, là địa bàn hoạt động

chủ yếu của nền kinh tế. Đất phục vụ cho phát triển Nông - Lâm nghiệp được

đánh giá theo tầng dày, độ phì của nó. Xói mòn đất là một hiện tượng phổ

biến trong mùa mưa thường xuyên xảy ra trên đất dốc, các lớp đất màu bị trôi

đi khiến cho đất đai mất độ phì nhiêu, làm giảm năng suất của cây trồng, gây

thiệt hại nghiêm trọng về kinh tế.

Xói mòn đất là quá trình phá huỷ lớp thổ nhưỡng (bao gồm cả phá huỷ

các thành phần cơ, lý, hoá, 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,

thoái hoá đất, laterit hoá, trơ sỏi đá v.v..., ảnh hưởng trực tiếp tới sự sống và

phát triển của thảm thực vật rừng, thảm cây trồng khác.

Võ Nhai là huyện vùng cao nằm về phía Đông Bắc tỉnh Thái Nguyên

có tổng diện tích tự nhiên 84.5104,41 ha với dân số 58.900 người, với điều

kiện địa hình phức tạp nhiều đồi núi có độ dốc cao, giao thông đi lại khó

khăn, đồng thời tổng lượng mưa và cường độ mưa trong năm lớn. Đây chính

là nguyên nhân dẫn đến lượng đất đai bị xói mòn mạnh.

Có nhiều có nhiều phương pháp nghiên cứu, đánh giá xói mòn đất được

các tác giả trong và ngoài nước sử dụng để chống xói mòn đất như trồng cây

phòng hộ, thâm canh, cải tạo các hệ thống chắn nước, thoát nước... Trong đó,

việc ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một phương pháp,

là công cụ mạnh có khả năng phân tích không gian trong thời gian ngắn. Công

nghệ GIS còn cho phép tích hợp phương trình mất đất tổng quát của

Wischmeier W.H và Smith D.D để tính toán và xây dựng bản đồ xói mòn đất

Hoàng Viết Thảo Quản lý đất đai

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

2

của các lưu vực, vùng lãnh thổ một cách dễ dàng và chính xác. Vấn đề đặt ra

ở đây đó là làm thế nào để nâng cao tính hiệu quả trong việc chống xói mòn

đất nói chung và tại Huyện Võ Nhai tỉnh Thái Nguyên nói riêng. Xuất phát từ

thực tiễn đó, được sự hướng dẫn của TS. Đàm Xuân Vận tôi tiến hành nghiên

cứu đề tài: “Ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong việc nghiên

cứu xói mòn đất tại huyện Võ Nhai tỉnh Thái Nguyên”.

2. Mục đích và yêu cầu của đề tài

+ Mục đích của đề tài

Đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của địa phương để từ đó

thấy được những ảnh hưởng đến hiện tượng xói mòn đất trên địa bàn huyện.

Vận dụng các kỹ thuật GIS để nghiên cứu hiện tượng xói mòn đất tại

huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên.

+ Yêu cầu của đề tài

- Góp phần hệ thống hóa về cơ sở lý luận và thực tiễn trong việc ứng dụng

công nghệ tin học cũng như ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) vào việc

nghiên cứu và quản lý tài nguyên môi trường, đặc biệt là tài nguyên đất.

- Xác định, phân cấp mức độ xói mòn và xây dựng bản đồ dự báo nguy

cơ xói mòn đất cho huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên.

- Đề ra các giải pháp trong công tác chống xói mòn đất cho người nông

dân huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên để từ đó có các biện pháp canh tác hợp

lý, mang lại hiệu quả cao trong sản xuất và đất đai không bị gây xói mòn

trong thời gian tới.

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

* Về khoa học

- Góp phần bổ xung và hoàn thiện cơ sở lý luận khoa học trong công

tác ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) để nghiên cứu và đánh giá đúng

đắn bản chất hiện tượng và quá trình xói mòn đất đai.

Hoàng Viết Thảo Quản lý đất đai

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

3

- Đề tài sau khi hoàn thành sẽ là minh chứng cho việc củng cố và áp

dụng các kiến thức chuyên môn đã học vào thực tiễn công tác.

* Về thực tiễn

- Luận văn ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong việc nghiên

cứu xói mòn đất đai tại huyện Võ Nhai. Từ đó xây dựng bản đồ dự báo nguy

cơ xói mòn đất khu vực nghiên cứu làm cơ sở đề xuất một số giải pháp hạn

chế xói mòn đất.

4. Bố cục của luận văn

Luận văn bao gồm 2 phần và 3 chương

Phần mở đầu

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Phần kết luận và đề nghị

Hoàng Viết Thảo Quản lý đất đai

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

4

Chƣơng 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1. Cơ sở khoa học và tầm quan trọng của việc nghiên cứu xói mòn đất đai

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 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 mầu, thoái

hóa đất, laterit hóa, trơ sỏi đá v.v... ảnh hưởng trực tiếp đến sự sống và phát

triển của thảm thực vật rừng, thảm cây trồng khác. Xói mòn gồm 2 loại:

- Xói mòn bề mặt: Là loại xói mòn do mưa và băng tuyết tan. Kiểu xói mòn

này thường gặp trên sườn và đỉnh phân thủy cũng như ở trên các bồn thu nước.

- Xói mòn theo dòng: Là kiểu xâm thực, xói mòn tập trung trong các

dải trũng như 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. Các quá trình xói mòn đất

Các quá trình xói mòn gồm: Xói lở sông suối và xói mòn, rửa trôi bề

mặt.

* Xói lở sông suối

Quá trình xói lở sông suối được xác định theo công thức về động năng

của dòng chảy [10].

2

2

mv F 

Trong đó:

F: là động năng của khối nước chảy

m: là khối lượng nước chảy

v: là vận tốc dòng chảy

Hoàng Viết Thảo Quản lý đất đai

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

5

* Xói mòn và rửa trôi bề mặt

Là quá trình xói mòn 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 yếu tố địa

hình là quan trọng nhất [10].

1.2. Các nhân tố ảnh hƣởng đến quá trình xói mòn đất đai.

Các nhân tố chính ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất bao gồm: khí hậu,

địa hình, đất đai, thảm thực vật và con người được mô tả trong hình dưới đây:

A/h tích cực

A/h tiêu cực

A/h hai chiều

1.2.1. Ảnh hưởng của nhân tố khí hậu

Võ Nhai nằm trong vùng khí hậu đặc trưng của miền núi và trung du,

nhiệt độ trung bình hàng năm từ 230

- 24,50C. Độ ẩm không khí trung bình

thay đổi từ 80% - 87%. Khí hậu Võ Nhai chia làm hai mùa rõ rệt, mùa mưa và

mùa khô. Mùa mưa vào khoảng tháng 3 đến tháng 9, nhiệt độ trung bình là

270

- 320C, lượng mưa trung bình là 300 - 500 mm chiếm 50 - 70% lượng

mưa cả năm. Đây là mùa thuận lợi cho việc sinh trưởng và phát triển cây

Xói mòn

Khí hậu

Con ngƣời Địa hình

Thảm

thực vật Đất đai

Hoàng Viết Thảo Quản lý đất đai

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

6

trồng và đàn gia súc. Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 3, nhiệt độ trung bình là

170

- 210C có lúc xuống thấp đến 120C.

Như vậy, do tổng lượng mưa và tính chất của mưa, thời gian và

cường độ của mưa cũng như tính liên tục của nó đã tạo nên hiện tượng xói

mòn do dòng chảy bề mặt. Ngoài mưa ảnh hưởng trực tiếp tới xói mòn,

các yếu tố khí hậu khác như gió cũng có những ảnh hưởng gián tiếp đến

quá trình xói mòn đất.

1.2.2. Ảnh hưởng của địa hình, địa mạo

Võ Nhai có địa hình khá phức tạp, đồi núi là chủ yếu, đất ruộng ít, phần

lớn diện tích là đồi núi dốc và núi đá vôi chiếm đến 92% còn lại là diện tích

bằng phẳng cho sản xuất nông nghiệp chiếm tỷ lệ nhỏ, tập trung theo các khe

suối, các triền sông và các thung lũng, độ cao trung bình 100 - 800m so với

mặt nước biển.

Địa hình là nhân tố tự nhiên ảnh hưởng lớn đến xói mòn 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, lượng

mưa, ẩm độ. Các yếu tố địa hình như độ dốc, chiều dài sườn dốc, hình dạng

(lồi, lõm, thẳng, bậc thang v.v...) mức độ chia cắt ngang của địa hình ảnh hưởng

trực tiếp đến xói mòn đất.

Độ dốc của sườn là yếu tố địa hình có ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình

xói mòn. Độ dốc lớn làm tăng cường độ dòng chảy và do đó đẩy nhanh quá

trình rửa trôi, xói mòn đất, gây nên xói mòn mạnh hơn.

Chiều dài sườn dốc cũng là nhân tố ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất.

Chiều dài sườn càng tăng, khối lượng nước càng lớn, lớp nước càng dày, tốc độ và

năng lượng dòng chảy càng lớn thì quá trình rửa trôi, xói mòn đất xảy ra càng mạnh.

1.2.3. Ảnh hưởng của lớp phủ thực vật

Lớp phủ thực vật có ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất, nếu lớp phủ

thực vật càng tăng thì quá trình xói mòn đất càng giảm. Vai trò chống xói

Hoàng Viết Thảo Quản lý đất đai

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

7

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 hưởng của hạt

mưa xuống mặt đất bởi tán lá và làm cho nước có khả năng chảy xuống 50 -

60% theo chiều thẳng đứng của bộ rễ. Không những thế, vật rơi rụng của thực

vật như cành khô, lá rụng... còn tạo ra lượng mùn lớn trong đất, giữ đất tơi

xốp, chống xói mòn.

1.2.4. Ảnh hưởng của đất đai

Đất là đối tượng bị dòng chảy mặt phá huỷ, 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 hưởng đến xói mòn đất là thành phần cơ giới, cấu trúc và độ thấm

đất cũng như hàm lượng mùn trong đất. Những yếu tố đó ảnh hưởng đến khả

năng hình thành dòng chảy khi mưa rào.

1.2.5. Ảnh hưởng của con người

Con người ảnh hưởng trực tiếp đến 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 mưa xuống quá trình xói mòn 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 mòn đất. Trên độ dốc < 30

đã bắt đầu xảy ra xói mòn khi có

mưa to. Từ độ dốc 30

trở lên, tuỳ vào yếu tố đất đai, thực vật, lượng mưa v.v...

mà quá trình xói mòn xảy ra mạnh hay yếu [7].

2. Nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới và ở Việt Nam

2.1. Tình hình nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới

2.1.1. Nghiên cứu xói mòn đất ở Liên Xô (cũ)

Nghiên cứu xói mòn đất do mưa và do tuyết tan được nhà bác học Nga

M.B.Lômônôxốp (các năm 1751, 1753, 1763) đặt nền móng đầu tiên và chú

ý nhiều đến nhiệm vụ bảo vệ đất khỏi xói mòn. Sau đó là công trình của

P.A.Kostưtrep (năm 1886), N.A. Xocolop (năm 1884), v.v…

Hoàng Viết Thảo Quản lý đất đai

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

8

Dưới sự chỉ đạo của giáo sư D.P. Armanda và C.I. Xiclbextrob tại Viện

hàn lâm khoa học Liên Xô (cũ), các công trình chuyên khảo lớn “Xói mòn và

chống xói mòn đất nông nghiệp” (năm 1956, 1958) được xuất bản làm cơ sở

khoa học vững chắc cho quá trình nghiên cứu xói mòn đất thời đó và là cẩm

nang cho các chuyên gia nông nghiệp sử dụng hữu hiệu trong phát triển nông

nghiệp ở Liên Xô (cũ). Trong các năm 1950 - 1960 hàng loạt các sách chuyên

khảo, sách giáo khoa của các tác giả N.N. Makkaveep (năm 1953), I.D. Brazil

(năm 1956), M.N. Zaslabski (năm 1964, 1966, 1987) bổ sung vào nguồn tài

liệu quý giá trong lĩnh vực nghiên cứu xói mòn đất của Liên Xô (cũ).

Trong các năm 70 của thế kỷ 20, ở Liên Xô (cũ) có 10 Viện và hàng

trăm trạm nghiên cứu xói mòn và chống xói mòn đã được xây dựng trên các

vùng lãnh thổ phát triển nông nghiệp của Liên Xô (cũ) nhằm hướng dẫn cho

nông dân phát triển nông lâm nghiệp hiện đại theo Luật bảo vệ đất đai khỏi

xói mòn.

Sau khi có nghị quyết của Đảng Cộng Sản và Chính phủ Liên Xô (cũ)

về “Bảo vệ đất khỏi xói mòn do gió và do nước”, hàng vạn công trình đã ra

mắt bạn đọc, đặc biệt các công trình của D.C. Zakharop (năm 1971),

N.I.Makkaveep (năm 1987) đã làm cho công cụ nghiên cứu xói mòn hiện đại

mang tính định lượng cao, đem lại hiệu quả lớn.

Từ năm 1980 đến nay đã có trên 10 nghìn đầu sách, báo viết về xói

mòn đất. Đây là những chỉ dẫn quan trọng cho sản xuất đất nông lâm nghiệp

có hiệu quả mang lại nhiều sản phẩm có chất lượng cao, sản lượng lớn khi sử

dụng đất đai ở Liên Xô (cũ) đúng mục đích [10].

2.1.2. Nghiên cứu xói mòn đất ở Mỹ

Diện tích ruộng đất của nước Mỹ là 906,40 triệu ha, trong đó đất rừng

chiếm gần 293 triệu ha. Một nguy cơ to lớn mà nhân dân Mỹ phải đối mặt là

nạn xói mòn đất, thậm chí nó đã được chính thức thừa nhận là tai hoạ của dân