ứng dụng ảnh viễn thám và công nghệ gis đánh giá xói mòn đất huyện tam nông tỉnh phú thọ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI TRỊNH QUỐC THẮNG ỨNG DỤNG ẢNH VIỄN THÁM VÀ CÔNG NGHỆ GIS ðÁNH GIÁ XÓI MÒN ðẤT HUYỆN TAM NÔNG – TỈNH PHÚ THỌ LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành : QUẢN LÝ ðẤT ðAI Mã số : 60.62.16 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN KHẮC THỜI HÀ NỘI – 2010 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc. Hà nội, ngày 16 tháng 9năm 2010 Tác giả luận văn Trịnh Quốc Thắng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập, nghiên cứu gặp rất nhiều khó khăn, tôi ñã nhận ñược sự hỗ trợ, giúp ñỡ tận tình của các thầy, các cô, các ñơn vị, gia ñình và bạn bè ñể tôi hoàn thành bản luận văn này. Lời ñầu tiên, tôi xin ñược bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Khắc Thời, phó chủ nhiệm khoa Tài nguyên và Môi trường Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội ñã tận tình hướng dẫn, ñóng góp ý kiến quý báu, ñộng viên giúp ñỡ tôi vượt qua những khó khăn trong quá trình nghiên cứu ñể hoàn chỉnh bản luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS. Trần Quốc Vinh trưởng bộ môn Trắc ñịa bản ñồ và hệ thống thông tin ñịa lý, các thầy, các cô trong bộ môn Trắc ñịa bản ñồ và hệ thống thông tin ñịa lý Trường ðại học Nông Nghiệp I Hà Nội, cùng toàn thể các thầy giáo, cô giáo ñã tận tình giảng dạy, hướng dẫn, truyền ñạt những kinh nghiệm, ñóng góp cho tôi nhiều ý kiến quý báu ñể tôi hoàn thành bản luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Viện ñào tạo sau ñại học, khoa Tài nguyên và Môi trường, bộ môn Trắc ñịa bản ñồ và hệ thống thông tin ñịa lý ñã tạo mọi ñiều kiện giúp ñỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Và cuối cùng tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những người thân trong gia ñình, bạn bè, ñồng nghiệp. ðể có ñược kết quả ngày hôm nay, một phần do sự nỗ lực cố gắng của bản thân nhưng phần lớn là do công lao của gia ñình bố mẹ, anh chị em, bạn bè, ñồng nghiệp ñã luôn ñộng viên và tạo ñiều kiện ñể tôi an tâm học tập và nghiên cứu. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng v Danh mục hình vi 1 MỞ ðẦU i 1.1 Tính cấp thiết của ñề tài 1 1.2 Mục tiêu của ñề tài 2 1.3 ðối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 2 TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 3 2.1 Tổng quan về nghiên cứu xói mòn. 3 2.1.1 Quan niệm về xói mòn. 3 2.1.2 Một số khái niệm về phân loại xói mòn. 4 2.2 Sơ lược lịch sử nghiên cứu xói mòn ñất. 5 2.2.1 Nghiên cứu xói mòn ñất trên Thế giới. 5 2.2.2 Nghiên cứu xói mòn ñất ở Việt Nam. 8 2.3 Các phương pháp chẩn ñoán và xác ñịnh xói mòn 9 2.3.1 ðịnh lượng xói mòn bằng thực nghiệm. 9 2.3.2 Xác ñịnh xói mòn bằng mô hình toán học 15 2.4 Một số phương pháp xác ñịnh các hệ số xói mòn 19 2.4.1 Hệ số R 19 2.4.2 Hệ số K 22 2.4.3 Hệ số LS 25 2.4.4 Hệ số C 30 2.4.5 Hệ số P 33 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp iv 2.5 Tình hình ứng dụng của Viễn thám và GIS 34 2.5.1 Tình hình ứng dụng viễn thám trên thế giới 34 2.5.2 Tình hình ứng dụng viễn thám ở Việt Nam 37 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43 3.1 Nội dung nghiên cứu 43 3.2 Phương pháp nghiên cứu 43 3.2.1 Phương pháp thu thập số liệu 43 3.2.2 Phương pháp viễn thám 43 3.2.3 Phương pháp mô hình hóa 44 3.2.4 Phương pháp xử lý số liệu 45 3.2.5 Phương pháp chuyên gia: 45 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 46 4.1 Các nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn ñất huyện Tam Nông 46 4.1.1 Nhân tố tự nhiên 46 4.1.2 Nhân tố kinh tế - xã hội 51 4.2 Thành lập bản ñồ xói mòn huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ 56 4.2.1 Bản ñồ hệ số R 56 4.2.2 Bản ñồ hệ số K 58 4.2.3 Bản ñồ hệ số LS 61 4.2.4 Bản ñồ hệ số C 63 4.2.5 Bản ñồ hệ số P 66 4.2.6 Xây dựng bản ñồ xói mòn ñất 67 4.3 Kết quả ño xói mòn thực nghiệm 71 5 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 74 5.1 Kết luận 74 5.2 Kiến nghị 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp v DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang Bảng 1. Bảng phân ñất theo cấp ñộ thấm 24 Bảng 2: Bảng tra hệ số P theo hội khoa học ñất quốc tế 33 Bảng 3: Diễn biến một số yếu tố khí hậu năm 2009 48 Bảng 4: Thống kê diện tích các loại ñất 55 Bảng 5: Kết quả tính toán hệ xói mòn các loại ñất huyện Tam Nông theo toán ñồ Wischmeier & Smith 59 Bảng 6: Diện tích các cấp ñộ dốc huyện Tam Nông 61 Bảng 7: Kết quả tính toán hệ số LS 62 Bảng 8: Tọa ñộ các ñiểm khống chế ảnh 64 Bảng 9: Kết quả tính toán hệ số P 66 Bảng 10: Kết quả xói mòn ñất huyện Tam Nông 67 Bảng 11: Thống kê diện tích mức ñộ xói mòn theo cấp ñộ dốc 68 Bảng 12: Thống kê diện tích mức ñộ xói mòn theo loại ñất 69 Bảng 13: Thống kê diện tích mức ñộ xói mòn theo ñơn vị hành chính 70 Bảng 14: Kết quả so sánh giữa tính toán và ño ñếm thực tế 72 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp vi DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 1 Bảng tra toán ñồ hệ số K của Wischmeier và Smith 25 2 Sử dụng mô hình USLE tính toán xói mòn bằng GIS 44 3 Các bước tính toán hệ số R 56 4 Biểu ñồ lượng mưa trung bình năm của các trạm ño 57 5 Các bước tính toán hệ số K 58 6 Quy trình tính hệ số LS 61 7 Quy trình thành lập bản ñồ hệ số C 63 8 Sai số hiệu chỉnh hình học ảnh 64 9 Quy trình thành lập bản ñồ hệ số P 66 10 Phần trăm diện tích xói mòn theo cấp ñộ dốc 68 11 Phần trăm diện tích xói mòn theo loại ñất 69 12 Bố trí khu thử nghiệm tại xã Dị Nậu 71 13 Bố trí khu thử nghiệm tại thị trấn Hưng Hóa 71 14 Bố trí khu thí nghiệm tại xã Hương Nộn 72 15 ðối chứng kết quả tính toán xói mòn và ño ñếm thực tế 73 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 1 1. MỞ ðẦU 1.1. Tính cấp thiết của ñề tài Xói mòn ñã từ lâu ñược coi là nguyên nhân gây thoái hóa tài nguyên ñất nghiêm trọng. Vấn ñề bảo vệ ñất và xói mòn ñã ñược ñề cập ñến trong các công trình của các tác giả Hy Lạp và La Mã cổ ñại. Trong nhiều trường hợp, các nền văn minh ñã mất ñi do ñất ñai bị khai thác cạn kiệt. Vì vậy, cùng với thoái hoá ñất, xói mòn tồn tại như một vấn ñề trong suốt quá trình phát triển của toàn nhân loại. Có thể nói rằng xói mòn ñất ñược coi là nguyên nhân hàng ñầu gây thoái hóa tài nguyên ñất ở vùng miền núi. Diện tích ñất ñồi núi nước ta chiếm khoảng ¾ tổng diện tích tự nhiên của cả nước với ñặc ñiểm thuận lợi là ña dạng về loại hình thổ nhưỡng, phong phú về khả năng sử dụng. Tuy nhiên trở ngại lớn là chịu tác ñộng của khí hậu nhiệt ñới gió mùa, nóng ẩm mưa nhiều và ñịa hình dốc. Chế ñộ mưa nhiều thúc ñẩy sự xói mòn, rửa trôi, bạc màu ñất. ðịa hình bị chia cắt mạnh, ñất dốc chiếm tỷ phần cao (ñặc biệt ở miền núi phía Bắc), khi ñất bị xói mòn thì phần lớn vật liệu không bồi lắng mà bị rửa trôi theo sông suối ñổ thẳng ra biển. Thảm thực vật bị suy giảm, các hoạt ñộng canh tác của con người là những nguyên nhân chính gây ra sự xói mòn, suy thoái ñất và làm giảm năng suất cây trồng. ðứng trước những nguy cơ về thoái hóa ñất do xói mòn, ñã có nhiều công trình nghiên cứu về xói mòn nhằm ñánh giá nguyên nhân và ảnh hưởng của nó tới quá trình sản xuất nông, lâm nghiệp. Các kết quả nghiên cứu cụ thể là cơ sở khoa học giúp các nhà hoạch ñịnh chính sách, các nhà Quy hoạch sử dụng ñất ñưa ra các chính sách ñất ñai phù hợp phục vụ cho việc quản lý ñất ñai ñạt hiệu quả hơn, nâng cao mức sống cho người dân. ðồng thời tìm ra biện pháp giải quyết những vấn ñề bức xúc trong sử dụng ñất, nhằm mục ñích sử dụng ñất ngày càng ñem lại hiệu quả cao hơn về cả kinh tế, xã hội và môi trường. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 2 Tam Nông là huyện miền núi, toàn huyện có 3.616,05 ha ñất lâm nghiệp và 2.192,65 ha ñất trồng cây công nghiệp, cây lâu năm trên ñồi ñất dốc. Do trước ñây rừng tự nhiên bị khai thác, tàn phá nhiều, việc trồng mới rừng chủ yếu là trồng bạch ñàn phục vụ cho việc cung cấp nguyên liệu cho ngành sản xuất giấy; theo báo cáo của ngành kiểm lâm thì ñộ che phủ rừng mới ñạt 25%. Bên cạnh ñó việc trồng một số loại cây công nghiệp như sơn, chè, cây màu (sắn, ngô,…) trên ñất dốc cùng làm cho ñất bị xói mòn, rửa trôi nghiêm trọng. Có nhiều nguyên nhân tác ñộng ñến quá trình xói mòn ñất ở Tam Nông như khí hậu, thời tiết, ñịa hình, ñịa chất, thuỷ văn, các hoạt ñộng con người Tuy nhiên các nhân tố này không diễn ra một cách ñộc lập, mà chúng hoạt ñộng trong sự tương tác lẫn nhau. Do ñó, nghiên cứu bản chất quá trình này và các nhân tố có liên quan là vấn ñề cấp thiết, từ ñó tạo ra cơ sở khoa học cho việc ñịnh hướng ñúng ñắn trong công tác bảo vệ chống xói mòn ñất và công tác quy hoạch sử dụng ñất một cách tối ưu. Trong những năm qua ñã có những công trình nghiên cứu về xói mòn ñất, tuy nhiên những nghiên cứu về ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS vào việc ñánh giá xói mòn ñất vẫn còn ít. Với mong muốn áp dụng phương pháp mới vào việc nghiên xói mòn ñất ở vùng ñồi núi Việt Nam, tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài: “Ứng dụng ảnh Viễn thám và công nghệ GIS ñánh giá xói mòn ñất huyện Tam Nông – tỉnh Phú Thọ” 1.2. Mục tiêu của ñề tài - Ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS trong việc ñánh giá, tính toán và xây dựng bản ñồ xói mòn. 1.3. ðối tượng và phạm vi nghiên cứu - ðề tài chỉ tập trung nghiên cứu toàn bộ diện tích ñất nông nghiệp, lâm nghiệp của huyện Tam Nông. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 3 2. TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 2.1. Tổng quan về nghiên cứu xói mòn. 2.1.1. Quan niệm về xói mòn. Xói mòn là một cụm từ latinh “erosion” thể hiện sự ăn mòn dần. Theo nghĩa tiếng Việt từ Từ ñiển Bách khoa Nông nghiệp thì xói mòn ñất ñược hiểu là “quá trình các tác nhân khí hậu (mưa, gió), ñôi khi cả con người tác ñộng lên mặt ñất làm cho lớp mặt của ñất, keo mùn, những tầng ñất tơi xốp, các vụn ñất và ñá sét bị mất ñi hoặc trôi theo sườn dốc”. Viện sĩ L.I.Paraxôlôp cho rằng xói mòn ñất cần phải hiểu là “những hiện tượng phá hủy và cuốn trôi theo ñất cũng như quặng xốp bằng dòng nước và gió thể hiện dưới nhiều hình thức và rất phổ biến”. Husdson coi xói mòn là quá trình san bằng, trong ñó các hạt ñất hay ñá cứng bị nhào lộn, rửa trôi và di chuyển dưới tác dụng của trọng lực, gió và nước là ñộng lực chính của quá trình này. Còn theo ñịnh nghĩa của Rattan Lal (1990) xói mòn là sự di chuyển dời vật lý của lớp ñất mất do nhiều tác nhân khác nhau: lực ñập của giọt nước, gió, tuyết bao gồm cả quá trình sạt lở do trọng lực. ðối với Foster (1982) quá trình xói mòn bao gồm: - Quá trình bóc tách hạt ñất từ bề mặt lưu vực. - Quá trình vận chuyển các hạt trên bề mặt lưu vực. - Quá trình bồi lắng các hạt trong quá trình vận chuyển. Cao ðăng Dư cho rằng quá trình xói mòn, trượt lở, bồi lấp (gọi tắt là xói bồi) thực chất là quá trình phân bố lại vật chất dưới ảnh hưởng của trọng lực, xảy ra khắp nơi và bị chi phối bởi yếu tố ñịa hình. Khi nghiên cứu về tác nhân của lớp phủ thực vật thì Nguyễn Quang Mỹ, Nguyễn Tứ Dần cho rằng, xói mòn là một quá trình ñộng lực phá hủy ñộ [...]... vi c ỏp d ng cụng th c ny trong h th ng GIS l tng ủ i ph c t p H s LS ủ c trng cho tỏc ủ ng c a ủ a hỡnh t i y u t xúi mũn, vỡ th cú th ủ c tớnh toỏn thụng qua tin t b n ủ ủ a hỡnh T b n ủ ủ a hỡnh ủ c s hoỏ, mụ hỡnh s ủ cao (DEM) cú th ủ c n i suy v trờn c s ủú, b n ủ ủ d c cú th ủ c tớnh toỏn Tuy nhiờn, v n ủ quan tr ng nh t c a vi c tớnh toỏn h s LS trờn GIS l vi c phõn tỏch cỏc s n t DEM Cú hai... 13 Ep: Hm l ng c a nguyờn t trong n c ma D: Lu l ng sụng P: L ng ma hng nm Tuy nhiờn phộp tớnh t c ủ xúi mũn d a trờn hm l ng cỏc nguyờn t v t cha th t chớnh xỏc vỡ cha tớnh ủ n s m t cõn b ng trong phúng x c a U234/U238 B i v y Bernatt nm 1991 ủó hi u ch nh phng trỡnh ny b ng hi u ch nh h s hũa tan K ủ c tớnh nh sau: K = (Ar As) / (Ae As) (2.2) V i Ar: T l U234/U238 trong ủỏ Ae: T l U234/U238 trong... trờn cỏc lo t ủ t, cỏc pha, cỏc bi n phỏp b o t n v qu n lý ủ t, v cỏc lo i hỡnh s d ng ủ t Nú ch u tỏc ủ ng t nh ng h n ch c b n c a mụ hỡnh s nhõn, vỡ v y b t c l i no trong cỏc thụng s c tớnh ủ u phúng ủ i lờn nhi u l n trong d bỏo Tr ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s nụng nghi p 18 2.4 M t s phng phỏp xỏc ủ nh cỏc h s xúi mũn 2.4.1 H s R Sau 67 nm k t khi con ng i ti n hnh nghiờn c... Wischmeier v Smith ủó ủa ra toỏn ủ xỏc ủ nh h s xúi mũn c a ủ t H s ny giao ủ ng trong kho ng giỏ tr t 0.01 0.7 1 - Hạt rất mịn 2 - Hạt mịn 3 - Hạt trung bình đến thô 4 - Dạng khối, tảng % OM Cấu trúc của đất % B ù N + C á T % Cát 0,4 Cát bùn & mịn 65% Cát 5%, Chất hữu cơ 2,8% Cấu trúc cát mịn Khả năng thấm chậm đến TB Khả năng thấm 1 - Nhanh 2 - TB đến nhanh 3 - Trung bình 4 - Chậm đến TB 5 - Chậm 6 -... Smith 2.4.3 H s LS H s L v S th c ra l h s riờng bi t, L l h s chi u di s n v S l h s ủ d c Hai h s ny ủ u ủ c trng cho nh h ng c a hỡnh thỏi ủ a hỡnh v i quỏ trỡnh xúi mũn v vi c tớnh toỏn chỳng trờn GIS cú nhi u ủi m tng ủ ng, vỡ th chỳng th ng ủ c g p chung v g i l h s LS H s LS th hi n t s ủ t m t d i cỏc ủi u ki n c th m t i m t ủ a bn v i ủ d c s n v ủ di s n xỏc ủ nh S n cng di v cng d c, thỡ... Phng phỏp nghiờn c u xúi mũn b ng cỏc nguyờn t Urani v Thori B n ch t c a phng phỏp ny l nghiờn c xúi mũn theo quan ủi m ủ a húa h c, cho r ng hm l ng Urani v Thori cng nh cỏc nguyờn t khỏc ủ u ủ c gi i phúng trong quỏ trỡnh phỏ h y xúi mũn v sau khi so sỏnh hm l ng c a chỳng nh ng m u tr c v sau khi b xúi mũn cú th xỏc ủ nh ủ c l ng ủ t m t b xúi mũn Nordeman (1977) ủó ủa ra cụng th c tớnh t c ủ xúi... cỏc thụng s v a0 = 22.1m = 72.6 ft l chi u di s n, b0 = 0.09 = 9% = 5.160 l ủ d c bói th nghi m trong phng trỡnh USLE v giỏ tr n = 1.3, m = 0.6 l ủ c l y t th c nghi m V b n ch t vi c tớnh toỏn LS trờn GIS b ng phng trỡnh c a Mitasova et Al tr c tiờn ph i xỏc ủ nh h ng dũng ch y tớch lu (Flow Direction) Tr ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s nụng nghi p 29 . BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI TRỊNH QUỐC THẮNG ỨNG DỤNG ẢNH VIỄN THÁM VÀ CÔNG NGHỆ GIS ðÁNH GIÁ XÓI MÒN ðẤT HUYỆN TAM NÔNG – TỈNH PHÚ THỌ . vào việc nghiên xói mòn ñất ở vùng ñồi núi Việt Nam, tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài: Ứng dụng ảnh Viễn thám và công nghệ GIS ñánh giá xói mòn ñất huyện Tam Nông – tỉnh Phú Thọ 1.2. Mục. những công trình nghiên cứu về xói mòn ñất, tuy nhiên những nghiên cứu về ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS vào việc ñánh giá xói mòn ñất vẫn còn ít. Với mong muốn áp dụng phương pháp mới vào