Đang tải... (xem toàn văn)
ỨNG DỤNG GIS RS TÍNH TOÁN XÓI MÒNSẠT LỠ THEO LƯU VỰC CƠ SỞ LÝ THUYẾT Một số khái niệm Lưu vực là phần diện tích bề mặt đất trong tự nhiên mà mọi lượng nước mưa khi rơi xuống sẽ tập trung lại và thoát vào một lối thoát thông thường, chẳng hạn như vào sông, vịnh hoặc các phần nước khác Lưu vực sông Nước trên bề mặt đất theo quy luật chung đều chảy từ nơi cao xuống nơi thấp, lâu ngày các đường chảy tạo thành sông suối Mỗi một dòng sông đều có phần diện tích hứng và tập trung nước gọi là lưu vực.
ỨNG DỤNG GIS & RS TÍNH TỐN XĨI MỊN/SẠT LỠ THEO LƯU VỰC CƠ SỞ LÝ THUYẾT: Một số khái niệm: - Lưu vực: phần diện tích bề mặt đất tự nhiên mà lượng nước mưa rơi xuống tập trung lại thoát vào lối thơng thường, chẳng hạn vào sơng, vịnh phần nước khác - Lưu vực sông: Nước bề mặt đất theo quy luật chung chảy từ nơi cao xuống nơi thấp, lâu ngày đường chảy tạo thành sơng suối Mỗi dịng sơng có phần diện tích hứng tập trung nước gọi lưu vực sông - Một lưu vực sông vùng địa lý giới hạn đường chia nước (hay gọi đường phân thủy) mặt đất Đường chia nước mặt (hay gọi đường phân nước mặt) đường nối đỉnh cao địa hình Nước từ đỉnh cao chuyển động theo hướng dốc địa hình để xuống chân dốc suối nhỏ tập trung đến nhánh sông lớn chảy biển Cứ chúng tạo thành mạng lưới sơng Trên lưu vực sơng, ngồi diện tích đất cạn cịn có phần chứa nước lịng sơng, hồ vùng đất ngập nước theo thời kỳ Tất phần bề mặt lưu vực cạn nước môi trường cho loài sinh sống Đường chia nước đất (hay gọi đường phân nước ngầm) đường giới hạn lịng đất mà theo nước ngầm chảy hai phía đối lập Đường phân nước mặt đường phân nước ngầm nhìn chung khơng trùng nhau, có tượng nước từ lưu vực chuyển sang lưu vực khác Sự khác cấu tạo phân bố địa chất khác Đặc biệt, với lưu vực sông nằm vùng đá vôi thường xuất hiện tượng kaster, tức dòng chảy ngầm từ lưu vực chuyển sang lưu vực khác, chí dịng chảy mặt sơng tự nhiên biến lộ hạ lưu hay chuyển sang dịng sơng lưu vực khác ) - Xói mịn vận động q trình bề mặt (chẳng hạn dịng chảy gió) để loại bỏ đất, đá vật chất hịa tan khỏi vị trí vỏ Trái Đất sau đưa đến vị trí khác Phương pháp nghiên cứu: Lượng hóa xói mịn đất cơng tác quan trọng để có giải pháp quản lý bảo vệ tài nguyên đất nước Phương trình đất phổ dụng USLE (Universal Soil Loss Equation) lần giới thiệu vào năm 1960 cải tiến vào năm 1978 Wischmeier and Smith Năm 1975, Wiliams hiệu chỉnh USLE thành phương trình MUSLE (Modified Universal Soil Loss Equation) để tính tốn xói mịn đất gây mưa dòng chảy mặt Tuy nhiên, việc giải phương trình USLE hay MUSLE gặp nhiều khó khăn việc xác định biến ảnh hưởng đến việc xói mịn Vì vậy, Renard (1997) tiếp tục hiệu chỉnh phương trình USLE thành RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation) với phương pháp khả thi cho việc xác định tính tốn yếu tố xói mịn đất Cùng với phát triển công nghệ Viễn thám (RS) hệ thống thông tin địa lý GIS (Geographic Information System), việc lượng hóa xói mịn đất theo khơng gian thời gian thực với độ xác cao với chi phí thấp áp dụng cho khu vực nghiên cứu có phạm vi rộng lớn Lượng đất xói mịn trung bình hàng năm phụ thuộc vào yếu tố khí tượng, địa hình, thổ nhưỡng, lớp phủ thực vật điều kiện canh tác Phương trình đất phổ dụng cải tiến (RUSLE) biểu diễn sau: A (tấn/ha/năm) = LS × R × K × C × P Trong đó: A: Lượng đất trung bình hàng năm (tấn/ha/năm); LS: Hệ số độ dài sườn độ dốc (tỷ lệ đất sườn độ dốc thực tế so với sườn dài 22,6 m nghiêng với độ dốc 9%); R: Hệ số xói mịn mưa trung bình năm (thang đo độ xói mịn lập sở cường độ mưa, lượng mưa EI30); K: Hệ số xói mịn đất (được xác định lượng đất cho đơn vị xói mịn mưa điều kiện chuẩn); C: Hệ số lớp phủ bề mặt đất (hệ số thực phủ); P: Hệ số bảo vệ đất (tỷ lệ lượng đất theo số liệu có so với lượng đất từ ruộng không thực biện pháp bảo vệ đất) Tiến trình xây dựng đồ xói mịn đất (Nguồn Nguyễn Kim Lợi, 2005): Tính tốn xói mịn: Tính tốn hệ số độ dài sườn độ dốc (LS): Sử dụng cơng thức tốn Bernei tạo lớp hệ số chiều dài hệ số độ dốc GIS: LS = ([Flow accumulaiton] × cellsize/22,13)n × (sin slope/0,0896)1,3 Trong đó: LS: Hệ số thể ảnh hưởng độ dài sườn độ dốc đến xói mịn; Flow accumulaiton: Giá trị dịng tích lũy; Cellsize: Kích thước pixel DEM; Slope: Bản đồ độ dốc theo độ; n: Thông số thực nghiệm (n = 0,2 S < 1% ; n = 0,3 1%< S < 3,5% ; n = 0,4 3,5 < S < 4,5%; n = 0,5 S > 5%) Xác định hệ số xói mòn mưa: Theo Wischmeier Smith (1978), hệ số R xác định cường độ mưa 30 phút cho trận mưa từ trạm đo mưa tự động Vì khu vực nghiên cứu (sơng Da Dâng) khơng có liệu số cường độ mưa cho trận mưa nên nghiên cứu tác giả sử dụng cơng thức Roose (1975) để tính hệ số R: R = (0,5 + 0,05) × P Với: P (mm) lượng mưa trung bình năm Xác định hệ số xói mịn đất K: Hệ số xói mịn đất (K) tính tốn theo cơng thức Williams (1995) [1] sau: KUSLE = fcsand × fcl - si × forgc × fhisand Trong đó: fcsand: hệ số xói mịn đất ảnh hưởng thành phần cuội sỏi cát mịn; fcl-si: hệ số xói mòn đất ảnh hưởng thành phần sét thịt; forgc: hệ số xói mịn đất ảnh hưởng thành phần hữu cơ; fhisand: hệ số xói mịn đất ảnh hưởng thành phần cát; Những hệ số xác định theo công thức: Trong đó: ms: thành phần (%) cát (đường kính 0,05-2,00 mm); msilt: thành phần (%) đất thịt (đường kính 0,002-0,05 mm); mc: thành phần (%) sét (đường kính (< 0,002 mm); orgC: thành phần (%) hữu Xác định hệ số lớp phủ mặt đất C: - Theo Wischmeier Smith (1978) hệ số C tỉ số lượng đất đơn vị diện tích có lớp phủ thực vật quản lý người lượng đất diện tích trống tương đương Hệ số C hệ số đặc trưng cho mức độ che phủ đất lớp thực phủ bề mặt, biện pháp quản lý lớp phủ, biện pháp làm đất, sinh khối đất…Giá trị C chạy từ đến Đối với vùng đất trống khơng có lớp phủ thực vật hệ số C xem - Dựa vào đồ số thực vật (NDVI) dựa công thức De Jong (1994): C = 0,431- 0,805 x NDVI NDVI = NIR − Re d NIR + Re d Trong đó: RED NIR lấy từ ảnh Band (RED) Band (NIR) ảnh Landsat Xác định hệ số bảo vệ đất P: Biện pháp bảo vệ đất hạn chế xói mịn (P) gồm trồng theo luống, theo bậc thang, theo đường đồng mức Hệ số P lớn (nếu khơng có biện pháp giảm thiểu xói mịn) P < (nếu có biện pháp giảm thiểu xói mịn) Giá trị P tính tốn từ loại đất sử dụng đồ độ dốc cách sử dụng công cụ The LookUp Tool ArcGIS 10.1 Bản đồ xói mịn tiềm năng: Bản đồ xói mịn tiềm thành lập cách tích đồ hệ số R, K, LS Sau tính tốn dùng phần mềm Arcgis 9.3 tích hợp đồ hệ số công cụ Raster Calculator Kết cho đồ xói mịn tiềm lưu vực Căn vào đồ xói mịn tiềm quy định phân cấp xói mịn tiền theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5299 -1995), tiến hành phân loại xói mịn tiềm Bản đồ xói mịn trạng: Bản đồ trạng xói mịn lưu vực thể mức độ xói mịn đất tích đồ hệ số (C) đồ xói mịn tiềm Trong Arcgis 9.3 ta dùng công cụ Raster Calculator để thành lập đồ xói mịn trạng Sau q trình xử lý ta đồ trạng xói mịn lưu vực Căn vào quy định phân cấp trạng xói mịn theo tiêu chuẩn Việt Nam (Chất lượng đất Việt Nam, TCVN 5299 – 1995) vùng nghiên cứu chia thành cấp xói mịn Tham khảo nghiên cứu thành lập đồ xói mịn đất lưu vực sơng Đa Nâng, tỉnh Lâm Đồng Hình 1: Vị trí lưu vực sơng Đa Nâng (khu vực nghiên cứu) Bảng 1: Dữ liệu mưa trung bình tháng bình quân giá trị R (MJ, mm -1.h-1.y-1) Bảng 2: Hệ số P theo việc sử dụng đất độ dốc Hình 2: Bản đồ sử dụng đất lưu vực Hình 3: Bản đồ độ cao số DEM lưu vực Bảng 2: Thống kê hệ số LS Hình 4: Lớp hệ số độ dài sườn độ dốc LS Hình 5: Lớp hệ số R nội suy Kriging GIS Hình 6: Bản đồ phân loại đất theo FAO/UNESCO Bảng 3: Thống kê hệ số K Hình 7: Lớp hệ số xói mịn đất K Bảng 4: Thống kê hệ số C năm 2016 Hình 8: Lớp liệu hệ số C năm 2016 Hình 9: Lớp liệu hệ số P Bảng 5: Phân cấp mức độ xói mịn năm 2016 Hình 10: Bản đồ phân cấp xói mịn trạng năm 2016 => Thống kê, phân cấp mức độ xói mịn lưu vực theo TCVN 5299:1995 cho thấy với kịch thảm phủ thực vật năm 2016 phân tích từ ảnh viễn thám Landsat, kết cho thấy khoảng 22.627 (chiếm 14,41%) có mức độ xói mịn mạnh (trên 10 tấn/ha/năm) Ở mức xói mịn 10 tấn/ha/năm gồm: 7,56% diện tích có mức xói mịn mức 10 – 50 tấn/ha/năm; 5,13% diện tích lưu vực có mức xói mịn 50 – 200 tấn/ha/năm 1,72% có mức xói mịn 200 tấn/ha/năm ... tác quan trọng để có giải pháp quản lý bảo vệ tài nguyên đất nước Phương trình đất phổ dụng USLE (Universal Soil Loss Equation) lần giới thiệu vào năm 1960 cải tiến vào năm 1978 Wischmeier and Smith... công nghệ Viễn thám (RS) hệ thống thông tin địa lý GIS (Geographic Information System), việc lượng hóa xói mịn đất theo khơng gian thời gian thực với độ xác cao với chi phí thấp áp dụng cho khu... diện tích có lớp phủ thực vật quản lý người lượng đất diện tích trống tương đương Hệ số C hệ số đặc trưng cho mức độ che phủ đất lớp thực phủ bề mặt, biện pháp quản lý lớp phủ, biện pháp làm đất,
