ỨNG DỤNG ẢNH VIỄN THÁM và CÔNG NGHỆ GIS ĐÁNH GIÁ xói mòn đất HUYỆN TAM NÔNG

Do đó, nghiên cứu bản chất quátrình này và các nhân tố có liên quan là vấn đề cấp thiết, từ đó tạo ra cơ sởkhoa học cho việc định hướng đúng đắn trong công tác bảo vệ chống xói mònđất và

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ’ĐẠI HỌC NÔNG NGHIẸP HÀ NỘI

TRỊNH QUỐC THẮNG

ỨNG DỤNG ẢNH VIỄN THÁM VÀ CÔNG NGHỆ GIS ĐÁNH GIÁ XÓI MÒN ĐẤT HUYỆN TAM NÔNG -

TỈNH PHÚ THỌ

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành : QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN KHẮC THỜI

HÀ NỘI - 2010

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các sốliệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được sử dụng đểbảo vệ một học vị nào

Tôi cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này

đãđược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà nội, ngày 16 tháng 9năm 2010

Trịnh Quốc Thắng

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp i

Lời cam đoan i

Mục lục

iiiDanh mục bảng

v

Sơ lược lịch sử nghiên cứu xói mòn đất 5

Các phương pháp chẩn đoán và xác định xói mòn 9

Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tớithầy giáo PGS.TS Nguyễn Khắc Thời, phó chủ nhiệm khoa Tài nguyên vàMôi trường Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội đã tận tình hướng dẫn,đóng góp ý kiến quý báu, động viên giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn

trong quá trình nghiên cứu để hoàn chỉnh bản luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS Trần Quốc Vinh trưởng bộmôn Trắc địa bản đồ và hệ thống thông tin địa lý, các thầy, các cô trong bộmôn Trắc địa bản đồ và hệ thống thông tin địa lý Trường Đại học NôngNghiệp I Hà Nội, cùng toàn thể các thầy giáo, cô giáo đã tận tình giảng dạy,hướng dẫn, truyền đạt những kinh nghiệm, đóng góp cho tôi nhiều ý kiến quýbáu để tôi hoàn thành bản luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Viện đào tạo sau đại học,khoa Tài nguyên và Môi trường, bộ môn Trắc địa bản đồ và hệ thống thông tinđịa lý đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Và cuối cùng tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những ngườithân trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp Để có được kết quả ngày hôm nay,một phần do sự nỗ lực cố gắng của bản thân nhưng phần lớn là do công laocủa gia đình bố mẹ, anh chị em, bạn bè, đồng nghiệp đã luôn động viên và tạođiều kiện để tôi an tâm học tập và nghiên cứu

MỤC LỤC

2.5Tình hình ứng dụng của Viễn thám và GIS 34

34

37

4.1Các nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn đất huyệnTam Nông 46

46

514.2Thành lập bản đồ xói mòn huyện Tam Nôngtỉnh Phú Thọ 56

Bảng 5: Kết quả tính toán hệ xói mòn các loại đất huyện Tam Nông theo toán

Bảng 6: Diện tích các cấp độ dốc huyện Tam Nông 61

Bảng 11: Thống kê diện tích mức độ xói mòn theo cấp độ dốc 68Bảng 12: Thống kê diện tích mức độ xói mòn theo loại đất 69Bảng 13: Thống kê diện tích mức độ xói mòn theo đơn vị hành chính 70Bảng 14: Kết quả so sánh giữa tính toán và đo đếm thực tế 72

DANH MỤC HÌNH•

1 Bảng tra toán đồ hệ số K của Wischmeier và Smith 25

2 Sử dụng mô hình USLE tính toán xói mòn bằng GIS 44

10 Phần trăm diện tích xói mòn theo cấp độ dốc 68

11 Phần trăm diện tích xói mòn theo loại đất 69

13 Bố trí khu thử nghiệm tại thị trấn Hưng Hóa 71

15 Đối chứng kết quả tính toán xói mòn và đo đếm thực tế 73

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp vi

1. MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Xói mòn đã từ lâu được coi là nguyên nhân gây thoái hóa tài nguyênđất nghiêm trọng Vấn đề bảo vệ đất và xói mòn đã được đề cập đến trong cáccông trình của các tác giả Hy Lạp và La Mã cổ đại Trong nhiều trường hợp,các nền văn minh đã mất đi do đất đai bị khai thác cạn kiệt Vì vậy, cùng vớithoái hoá đất, xói mòn tồn tại như một vấn đề trong suốt quá trình phát triểncủa toàn nhân loại Có thể nói rằng xói mòn đất được coi là nguyên nhân hàngđầu gây thoái hóa tài nguyên đất ở vùng miền núi

Diện tích đất đồi núi nước ta chiếm khoảng % tổng diện tích tự nhiêncủa cả nước với đặc điểm thuận lợi là đa dạng về loại hình thổ nhưỡng, phongphú về khả năng sử dụng Tuy nhiên trở ngại lớn là chịu tác động của khí hậunhiệt đới gió mùa, nóng ẩm mưa nhiều và địa hình dốc Chế độ mưa nhiều thúcđẩy sự xói mòn, rửa trôi, bạc màu đất Địa hình bị chia cắt mạnh, đất dốc chiếm

tỷ phần cao (đặc biệt ở miền núi phía Bắc), khi đất bị xói mòn thì phần lớn vậtliệu không bồi lắng mà bị rửa trôi theo sông suối đổ thẳng ra biển Thảm thựcvật bị suy giảm, các hoạt động canh tác của con người là những nguyên nhânchính gây ra sự xói mòn, suy thoái đất và làm giảm năng suất cây trồng

Đứng trước những nguy cơ về thoái hóa đất do xói mòn, đã có nhiều côngtrình nghiên cứu về xói mòn nhằm đánh giá nguyên nhân và ảnh hưởng của nótới quá trình sản xuất nông, lâm nghiệp Các kết quả nghiên cứu cụ thể là cơ sởkhoa học giúp các nhà hoạch định chính sách, các nhà Quy hoạch sử dụng đấtđưa ra các chính sách đất đai phù hợp phục vụ cho việc quản lý đất đai đạt hiệuquả hơn, nâng cao mức sống cho người dân Đồng thời tìm ra biện pháp giảiquyết những vấn đề bức xúc trong sử dụng đất, nhằm mục đích sử dụng đất ngày

Tam Nông là huyện miền núi, toàn huyện có 3.616,05 ha đất lâmnghiệp và 2.192,65 ha đất trồng cây công nghiệp, cây lâu năm trên đồi đấtdốc Do trước đây rừng tự nhiên bị khai thác, tàn phá nhiều, việc trồng mớirừng chủ yếu là trồng bạch đàn phục vụ cho việc cung cấp nguyên liệu chongành sản xuất giấy; theo báo cáo của ngành kiểm lâm thì độ che phủ rừngmới đạt 25% Bên cạnh đó việc trồng một số loại cây công nghiệp như sơn,chè, cây màu (sắn, ngô, ) trên đất dốc cùng làm cho đất bị xói mòn, rửa trôinghiêm trọng Có nhiều nguyên nhân tác động đến quá trình xói mòn đất ởTam Nông như khí hậu, thời tiết, địa hình, địa chất, thuỷ văn, các hoạt độngcon người Tuy nhiên các nhân tố này không diễn ra một cách độc lập, màchúng hoạt động trong sự tương tác lẫn nhau Do đó, nghiên cứu bản chất quátrình này và các nhân tố có liên quan là vấn đề cấp thiết, từ đó tạo ra cơ sởkhoa học cho việc định hướng đúng đắn trong công tác bảo vệ chống xói mònđất và công tác quy hoạch sử dụng đất một cách tối ưu.

Trong những năm qua đã có những công trình nghiên cứu về xói mònđất, tuy nhiên những nghiên cứu về ứng dụng công nghệ Viễn thám và GISvào việc đánh giá xói mòn đất vẫn còn ít Với mong muốn áp dụng phươngpháp mới vào việc nghiên xói mòn đất ở vùng đồi núi Việt Nam, tôi tiến hànhnghiên cứu đề tài:

“Ứng dụng ảnh Viễn thám và công nghệ GIS đánh giá xói mòn đất

huyện Tam Nông - tỉnh Phú Thọ”

1.2 Mục tiêu của đề tài

- Ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS trong việc đánh giá, tính toán

và xây dựng bản đồ xói mòn

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 2

2. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

.1 1 ông quan vê 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 Theonghĩa tiếng Việt từ Từ điển Bách khoa Nông nghiệp thì xói mòn đất đượchiểu là “quá trình các tác nhân khí hậu (mưa, gió), đôi khi cả con người tácđộng lên mặt đất làm cho lớp mặt của đất, keo mùn, những tầng đất tơi xốp,các vụn đất và đá sét bị mất đi hoặc trôi theo sườn dốc”

Viện sĩ L.I.Paraxôlôp cho rằng xói mòn đất cần phải hiểu là “nhữnghiện tượng phá hủy và cuốn trôi theo đất 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 đó các hạt đất hay đácứng bị nhào lộn, rửa trôi và di chuyển dưới tác dụng của trọng lực, gió vànước là động lực chính của quá trình này

Còn theo định nghĩa của Rattan Lal (1990) xói mòn là sự di chuyển dờivật lý của lớp đất mất do nhiều tác nhân khác nhau: lực đập của giọt nước,gió, tuyết bao gồm cả quá trình sạt lở do trọng lực

Đối với Foster (1982) quá trình xói mòn bao gồm:

- Quá trình bóc tách hạt đất 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 Đăng Dư cho rằng quá trình xói mòn, trượt lở, bồi lấp (gọi tắt làxói bồi) thực chất là quá trình phân bố lại vật chất dưới ảnh hưởng của trọnglực, xảy ra khắp nơi và bị chi phối bởi yếu tố địa hình

Khi nghiên cứu về tác nhân của lớp phủ thực vật thì Nguyễn Quang

màu mỡ của đất, làm mất trạng thái cân bằng sinh thái của cả vùng bị xói mòn

ra bạc màu, thoái hóa đất, laterit hóa, trơ sỏi đá ảnh hưởng trực tiếp đến sựsống và phát triển của rừng và các thảm thực vật, thảm cây trồng khác

2.1.2 Một số khái niệm về phân loại xói mòn.

Căn cứ vào tác nhân gây ra xói mòn, người ta phân ra xói mòn đấtthành 5 dạng: xói mòn do nước, do gió, do trọng lực, do tuyết tan và do dòngbùn đá

• Xói mòn do nướcXói mòn này được phân thành xói mòn bề mặt và xói mòn dạng tuyếntạo thành liên rãnh xói Sự rửa trôi đất là do mưa khi rơi xuống sinh ra mạnglưới dòng chảy ở các liên sườn nghiêng Tuy nhiên dạng dòng chảy này chỉmang tính tạm thời Lượng dòng chảy mặt và lượng xói mòn được xác địnhbằng cách kết hợp nhiều nhân tố tự nhiên và xã hội Lượng dòng chảy mặtvừa là tác nhân gây xói mòn, vừa là động lực chính của vận chuyển bùn cáttrên bề mặt lưu vực và các rãnh xói Trong quá trình chuyển tải bùn cát domưa gây xói sẽ xuất hiện quá trình sa lắng các hạt đất khi mà lưu lượng bùncát vượt quá sức tải của dòng nước trên bề mặt lưu vực và rãnh Đây chính làquá trình cơ bản của xói mòn bề mặt lưu vực Xói mòn dạng tuyến tạo thànhrãnh xói phát sinh bởi những dòng nước tập trung vào địa hình võng, trũng.Dòng chảy ở đây có tốc độ lớn, sức tàn phá mạnh do đó theo thời gian tạo

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 4

thành hệ thống rãnh xói.

• Xói mòn do gióXói mòn này có thể xuất hiện ở bất cứ dạng địa hình nào Gió mang sảnphẩm xói mòn theo những hướng khác nhau Tuy nhiên, mức độ phá hủy đấtphụ thuộc vào địa hình khu vực và loại đất

• Xói mòn trọng lựcXói mòn này xuất hiện do tác động kết hợp giữa trọng lực của đất đátrên sườn dốc và dòng chảy tràn Mặc dù mang tính địa phương nhưng nó cóthể mang đến thảm họa khủng khiếp

• Xói mòn dòng bùn đá

Là một loại lũ quét đi qua các vùng đất đá bở rời và địa hình thuận lợicho việc tập trung nước và chất rắn

• Xói mòn do tuyết tan, băng tan ở các vùng có khí hậu ôn đới

Xói mòn mạnh hay yếu là phụ thuộc vào yếu tố cường độ và lượngmưa, độ dốc, chiều dài sườn, hướng phơi của địa hình, địa hình bề mặt, đặc

điểm của lớp phủ thổ nhưỡng và thảm thực vật, tình trạng sử dụng đất, kỹthuật trồng trọt, phương pháp tổ chức sản xuất và các yếu tố xã hội

2.2 Sơ lược lịch sử nghiên cứu xói mòn đất.

2.2.1 Nghiên cứu xói mòn đất trên Thế giới.

Nghiên cứu của N Hudson (1981) cho thấy từ thời trước Công nguyên,các nhà triết học cổ đại Platon (427-347 trước Công nguyên) đã nêu ra mốiliên quan giữa lũ lụt và xói mòn đất với việc tàn phá rừng; cho đến cuối thế kỷXIX, tình trạng chung trong lĩnh vực chống xói mòn không thay đổi; nghiêncứu xói mòn đất trước 80 năm (kể từ năm 1971) hầu như chưa được nghiên cứu

và sau 1971 thì các nghiên cứu này được thực hiện ngày càng nhiều ở tất cả cácnước Những công trình nghiên cứu đầu tiên về xói mòn đất được nhà khoa học

tố ảnh hưởng đến sự xói mòn đất Sau đó, các nghiên cứu khác về xói mòn đất

được triển khai mạnh mẽ ở Mỹ và một số nước khác trên Thế Giới

Tại Mỹ, nhiều nghiên cứu về cơ chế xói mòn đất đạt được nhiều kết quả,tạo ra bước ngoặt về nghiên cứu xói mòn đất Những thí nghiệm đầu tiên nhằmxác định xói mòn đất về mặt định lượng được các tổ chức Lâm nghiệp Mỹ tiếnhành tại bang Iuta vào năm 1915 Ngay sau đó, Miller đã tiến hành những thínghiệm ngoài thực địa ở bang Missuri vào năm 1917 và công bố kết quả vàonăm 1923 Belnett lập một mạng lưới gồm 10 trạm thí nghiệm chống xói mònvào các năm 1928 đến 1933 Mười năm sau số trạm nghiên cứu được xây dựnglên tới 44 trạm , có chương trình nghiên cứu bằng biện pháp kỹ thuật và nghiêncứu chế độ dòng chảy từ các máng thu nước (Hudson,1981) [1]

Công trình nghiên cứu đầu tiên của Volni cho thấy nguyên nhân chủyếu của xói mòn đất là hạt nước rơi Công trình nghiên cứu đầu tiên theohướng này đã được Bayer, Borot, Vudbern và Musgrave thực hiện trong

những năm 30 của thế kỷ 20 Những công trình nghiên cứu đầu tiên về mưathiên nhiên đã được Laws tiến hành vào năm 1940, còn công trình nghiên cứuđầu tiên về tác động cơ học của hạt mưa vào đất thì được Ellison tiến hànhvào năm 1944 Mô tả các vấn đề nêu trên, Stalling viết: "Việc phát hiện rarằng hạt mưa là nhân tố chính của xói mòn do nước đã kết thúc thời đại đấutranh vô hiệu quả của con người chống lại xói mòn và lần đầu tiên gieo niềm

hy vọng giải quyết được một cách có kết quả vấn đề xói mòn đất Tác độngcủa hạt mưa là một pha trong qua trình nước làm xói mòn đất mà trước đâykhông nhận ra" (Hudson 1981) [1]

Xói mòn đất được nghiên cứu rộng rãi ở mọi nơi trên Thế giới Tại ChâuPhi, đến năm 1971, đã có trên 12 nước có trạm nghiên cứu tại thực địa Các nhànghiên cứu về vấn đề này như Haillet (1929), Staplz (1923), Ủy ban hợp tác kỹthuật Nam Sahara (CCTA), văn phòng đất Liên Phi (BIS), Hội đồng bảo vệ và

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 6

sử dụng đất khu vực Nam Phi (SARCCVS), UB nghiên cứu khoa học kỹ thuật

thuộc tổ chức thống nhất châu Phi (OAU), Một số công trình nghiên cứu xóimòn đất đã được tiến hành ở một số quốc gia tại các châu lục khác nhưSrilanca, Ấn độ, Australia, Israel, Nhật Bản, (Hudson 1981) [1],[8]

Các nhà khoa học của Liên Xô (cũ) và Bulgari cũng đã thu được nhiềukết quả nghiên cứu về xói mòn đất Các thành tựu đạt được có ý nghĩa trêncác mặt nghiên cứu lý thuyết về cơ chế tác động của các nhân tố ảnh hưởngđến xói mòn đất Từ đó đã có nhiều phương pháp chẩn đoán đánh giá lượngđất bị rửa trôi, đề xuất được các biện pháp phòng chống và mức độ cần thiếtphải áp dụng các biện pháp này ở từng điều kiện cụ thể Các đóng góp vềnghiên cứu này có thể kể đến như: Sobolev (1961), Zakharov (1981),

Eghiazarov (1963), Mirskhulava (1960), Biotrev (1974), Stanev (1979)

Xói mòn đất đã được các nhà khoa học thế kỷ 20 nghiên cứu thựcnghiệm và khái quát hóa thành công thức toán học như: Phương trình xói mòn

đất của Horton (1945), Phương trình mất đất của Musgave (1947), phươngtrình phá hủy kết cấu hạt mưa của Ellison (1945) [9], phương trình xói mònmặt của Dragoun (1962), phương trình mất đất phổ dụng USLE củaWischmeier và Smith (1958) [26], xác định các tham số cho phương trình mấtđất phổ dụng của M.Lafflen (1991) [21], mô hình mô phỏng quá trình bồilắng của Fleming và Fahmy (1973), mô hình xói mòn đất dốc của Foster vàMeyer (1975), mô hình mất đất do dòng chảy của Fleming và Walker [9]

Nghiên cứu xói mòn đất đã được phát triển mạnh mẽ trong những nămcủa thập kỷ 80 và 90 Sự phát triển này nhằm đáp ứng dòi hỏi cấp bách củaviệc bảo vệ môi trường sống, nâng cao năng suất và thu nhập từ ngành trồngtrọt Mặt khác, sự phát triển của sự nghiên cứu xói mòn đất có được là do đãứng dụng các phương pháp mô hình, mô phỏng bằng toán học, đặc biệt có sự

hỗ trợ đắc lực của công nghệ thông tin

2.2.2 Nghiên cứu xói mòn đất ở Việt Nam.

Cách đây hàng nghìn năm đã xuất hiện xói mòn đất do nước và tổ tiênchúng ta, người Việt cổ đã có các biện pháp chống xói mòn đất có hiệu quả,

đó là xây dựnghệ thống ruộng bậc thang trên đất dốc Tuy nhiên, lịch sửnghiên cứu đất đai ở Việt Nam có từ hàng trăm năm nay nhưng công tácnghiên cứu về xói mòn đất mới có từ khoảng 4-5 thập kỷ gần đây TheoNguyễn Quang Mỹ (2005) [3],[6], có thể chia quá trình nghiên cứu xói mòn

đất ở Việt Nam thành 3 giai đoạn:

a Giai đoạn trước năm 1954

Trong giai đoạn này, các nghiên cứu về xói mòn đất hầu như không cócông trình nào Tuy nhiên thực tế vẫn có hàng loạt các công trình chống xóimòn đất được xây dựng từ kinh nghiệm sản xuất của người nông dân nhưdựng các công trình trên đất dốc bằng gỗ chắn, xây dựng ruộng bậc thang củacộng đồng dân cư dân tộc H'Mông, Dao

b Giai đoạn từ 1954-1975

Các nghiên cứu về xói mòn đất chủ yếu là tiến hành bằng các phươngpháp đơn giản và trực quan như đóng cọc, dùng dây dọi hoặc mô tả

Nhìn chung, các công trình đã giải quyết được nhiều vấn đề nghiên cứu

về chống xói mòn đất, tuy nhiên tính định lượng chưa cao

c Giai đoạn từ sau năm 1975 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 8

trình nghiên cứu Tây Bắc đã thu thập được số liệu thực tế, mở đầu cho thời kỳ

nghiên cứu xói mòn đất định lượng và đưa ra một số biện pháp chống xóimòn đất thích hợp

Các nghiên cứu về xói mòn vẫn là sự tiếp tục phát triển các hướngnghiên cứu truyền thống, trong đó phổ biến nhất là sử dụng phương trình mấtđất tổng quát USLE (Wishmeier và Smith, 1978) để đánh giá lượng đất mất

Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của hệ thốngthông tin địa lý, một số nhà nghiên cứu Việt Nam cũng đã thử giải quyết bài

toán xói mòn bằng cách mô hình hóa kết hợp với phương trình mất đất tổngquát USLE Điển hình cho các nghiên cứu này là tập thể các tác giả Trần Văn

Ý, Nguyễn Quang Mỹ và Nguyễn Văn Nhung Các tác giả đã sử dụng hệthống thông tin địa lý xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng Việt Nam tỷ lệ

1 : 1.000.000 và đưa ra kết luận xói mòn tiềm năng ở Việt Nam nhìn chungphụ thuộc nhiều vào hình thái địa hình hơn là cường độ và chế độ mưa [7].Bản đồ có thể sử dụng như một công cụ để điều hành vĩ mô các chương trìnhphát triển kinh tế xã hội Tuy nhiên kết quả nghiên cứu chưa cho chúng tathấy toàn cảnh về xói mòn thực sự của khu vực Đây mới chỉ là kết quả xóimòn tiềm năng, trên thực tế phải nghiên cứu thêm ảnh hưởng của lớp phủthực vật và các hoạt động sản xuất của con người tới xói mòn

2.3 Các phương pháp chẩn đoán và xác định xói mòn

Theo các nghiên cứu về xói mòn của các nhà khoa học thì tùy theo từngđiều kiện và yêu cầu đặt ra mà có các phương pháp nghiên cứu khác nhau

Có 2 phương pháp cơ bản để đánh giá xác định xói mòn đó là: Địnhlượng xói mòn bằng thực nghiệm và phương pháp chuẩn đoán xói mòn bằng

mô hình toán học

2.3.1 Định lượng xói mòn bằng thực nghiệm.

phương pháp khảo sát thực địa Các phương pháp theo dõi thực địa cho phép

xác định lượng mất đất cụ thể trên một mô hình có các điều kiện nhất định.Kết quả của các phương pháp này cho phép xác định lượng mất đất cụ thể.Hạn chế của phương pháp này là không thể dự báo được lượng mất cũng nhưxác định được sự cần thiết của các biện pháp phòng chống xói mòn Hạn chếnày nảy sinh là do các yếu tố tác động đến xói mòn mang tính định tính và hếtsức phức tạp, các yếu tố luôn thay đổi và quan hệ chặt chẽ với nhau

+ Phương pháp phâu diện.

Phương pháp này do Zakharov (1981) [8] đưa ra dựa trên cơ sở các khuvực có hình thái địa lý khác nhau, trong điều kiện không xảy ra hiện tượngxói mòn thì các tầng đất có độ dày tương đối ổn định Khi quá trình xói mònxảy ra thì độ dày các tầng sẽ thay đổi cụ thể là độ dày của tầng đất mặt sẽgiảm đi, nếu quá trình xói mòn kéo dài thì các tầng kế tiếp cũng bị xói mòn vàtầng dày của các tầng đất này cũng giảm đi

Việc xác định mức độ xói mòn được tiến hành bằng cách so sánh các

mô hình chưa bị xói mòn với các mô hình xảy ra hiện tượng xói mòn Để cóthể so sánh và xác định được mức độ xói mòn thì các mô hình này phải có cácđiều kiện tương đồng

Trong thực tế khi các điều kiện khí hậu, đất đai và thảm thực vật ở điềukiện cân bằng thì xảy ra hiện tượng xói mòn địa chất, nó cân bằng với quátrình thành tạo đất, do vậy trong cùng một điều kiện thì ta có thể coi các tầngđất có tầng dày ổn định Khi hoạt động sản xuất nông nghiệp con người tácđộng đến bề mặt đất lúc đó xảy ra hiện tượng xói mòn gia tốc, độ sâu bàomòn trung bình tính được chính là độ sâu bào mòn tính từ khi có hoạt động

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 10

diện tích do xói mòn gây nên.

Nhược điểm của phương pháp này là độ chính xác không cao, để xácđịnh chính xác lượng mất đất cần phải định vị được những vị trí không bị xóimòn, không bị bồi lắng và đồng thời phải xác định được thời điểm bắt đầutrồng trọt Điều này trong thực tế là hết sức khó khăn Để khắc phục nhượcđiểm này khi áp dụng đối với khu vực có làm đất người ta tính từ thời điểm

làm đất sau cùng và xác định độ bào mòn của tầng đất cày

Tuy vậy phương pháp này có thể đánh giá tổng quát về hiện tượng xóimòn trên khu vực nghiên cứu, từ đó xác định được phương pháp nghiên cứuxói mòn đất chính xác hơn

+ Phương pháp đóng cọc:

Phương pháp đóng cọc được sử dụng ở các vùng xa các trung tâmnghiên cứu, điều kiện xây dựng các trạm nghiên cứu khó khăn, việc thu thậpcác số liệu không thường xuyên, các cọc được đóng trước mùa mưa, số lượngcọc tùy theo quy mô khu vực nghiên cứu Cọc được sử dụng như sau: trênchiều dài sườn dốc bố trí hệ thống cọc ở 3 vị trí đỉnh dốc, sườn dốc và chândốc, điểm đặt cọc ở chân dốc phải ở vị trí không bị xói mòn và cũng không bịbồi tụ lắng đọng Sau từng thời gian nhất định đo độ sâu bị bào mòn (so vớithời điểm đóng cọc) với kết quả của cọc đóng trên đỉnh, và ở sườn theoC.Geason và Stanev (Hồ Kiệt 2000) thì ta có thể tính độ sâu trung bình của

quá trình bào mòn bằng cách: Gọi kết quả cọc đóng ở đỉnh có độ sâu bào mòn

là Hd và cọc đóng ở sườn có độ sâu là Hs ta có công thức tính độ sâu trungbình: 0,5(Hs + Hd)

Hạn chế của phương pháp này là hệ thống cọc đóng hay bị thất lạc, thời

mất được xác định là không cao Tuy nhiên phương pháp này vẫn dùng ở

những nơi không thể áp dụng các phương pháp nghiên cứu khác

Phương pháp này có độ chính xác không cao nhưng dễ áp dụng khôngđòi hỏi phương tiện nghiên cứu phức tạp

+ Phương pháp thu hứng (Fleming - 1981) [11]

Phương pháp này được áp dụng nhiều ở Mỹ, Châu á Ở Việt Namnhóm các nhà nghiên cứu do Nguyễn Quang Mỹ, Quách Cao Yềm, HoàngXuân Cơ (Đại học Tổng Hợp Hà Nội) với công trình "Nghiên cứu xói mòn vàthử nghiệm một số biện pháp chống xói mòn đất nông nghiệp Tây Nguyên"

đã sử dụng để nghiên cứu xói mòn đất tại Tây Nguyên

Phương pháp này được thực hiện như sau: Trên diện tích đất nhất định,được cô lập không bị ảnh hưởng của dòng chảy và vật chất xói mòn từ xungquanh, có thể dùng bờ ngăn hay rãnh ngăn, Phía cuối ô đất đặt bộ phận thuđất sau khoảng thời gian nhất định thì thu lượng bồi lắng và đem cân, qua đó

sẽ tính toán được lượng đất bị xói mòn trên một đơn vị diện tích Để thực hiện

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 12

- Cách 2: Thu một phần đất bị xói mòn:

Cách này về nguyên tắc tương tự như phương pháp thu toàn bộ Tuynhiên lượng nước (bao gồm cả đất bị xói mòn) được trộn đều và dẫn đến dụng

cụ chia nước thành các phần bằng nhau, sao cho đại diện cho lượng nước toàn

bộ, sau đó đưa vào bộ phận thu nước

Lượng nước thu được để lắng, lấy phần lắng đọng đem xác định khốilượng, từ đó tính toán được toàn bộ lượng đất bị xói mòn trong ô nghiên cứu

và tính được lượng đất bị xói mòn trên một đơn vị diện tích trong thời giannghiên cứu

Phương pháp xác định xói mòn bằng cách thu đất bị rửa trôi cho kếtquả chính xác, đánh giá được lượng đất mất do tất cả các dạng xói mòn donước Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi nhiều công đoạn phức tạp và trangthiết bị đắt tiền, do vậy phương pháp này thường sử dụng để phục vụ cho việcnghiên cứu, thiết lập các tham số hay các phương trình, mô hình chẩn đoánxói mòn

+ Phương pháp nghiên cứu xói mòn bằng các nguyên tố Urani và

Thori

Bản chất của phương pháp này là nghiên cứ xói mòn theo quan điểmđịa hóa học, cho rằng hàm lượng Urani và Thori cũng như các nguyên tố khácđều được giải phóng trong quá trình phá hủy xói mòn và sau khi so sánh hàmlượng của chúng ở những mẫu trước và sau khi bị xói mòn có thể xác địnhđược lượng đất mất bị xói mòn Nordeman (1977) đã đưa ra công thức tính

Ep: Hàm lượng của nguyên tố trong nước mưa.

D: Lưu lượng sông

P: Lượng mưa hàng năm

Tuy nhiên phép tính tốc độ xói mòn dựa trên hàm lượng các nguyên tốvết chưa thật chính xác vì chưa tính đến sự mất cân bằng trong phóng xạ củaU234/U238 Bởi vậy Bernatt năm 1991 đã hiệu chỉnh phương trình này bằnghiệu chỉnh hệ số hòa tan K được tính như sau:

K = (Ar - As) / (Ae - As) (2.2)Với Ar: Tỉ lệ U234/U238 trong đá

Ae: Tỉ lệ U234/U238 trong nước

As: Tỉ lệ U234/U238 trong đất

Nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới đã áp dụng phương pháp này cóhiệu quả như: Iyad Al - Gharib nghiên cứu xói mòn ở Amazon và Congo năm

1992, Daniel Mathieu ở Brazil năm 1993 Hạn chế của phương pháp này làsai số của phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu dễ ảnh hưởng đến độ chínhxác của kết quả

Qua các nghiên cứu về xói mòn đất của các nhà khoa học trên thế giớinhận thấy rằng để xác định xói mòn đất nếu chỉ dùng các phương pháp đothực tế thì kết quả chỉ phản ánh xói mòn trong từng khu vực nhỏ Việc chuẩnđoán lượng đất bị xói mòn cho tất cả diện tích đất đai trong khu vực là khôngthể làm được, các phương pháp đo thực tế đòi hỏi phải mất rất nhiều côngnghiên cứu, kinh phí thực hiện và thời gian thường phải kéo dài.Vì vậy trongthời gian qua các nghiên cứu về xói mòn đất đã được các nhà khoa học tiếpcận bằng phương pháp hoàn toàn mới đó là chuẩn đoán xói mòn đất bằng các

mô hình toán học Các mô hình mô phỏng bằng toán được trợ giúp của máytính đã giúp các nhà khoa học có thể nghiên cứu có thể định lượng và dự báochẩn đoán xói mòn được tốt hơn

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 14

2.3.2 Xác định xói mòn bằng mô hình toán học

Trong thập kỷ 70 của thế kỷ 20 nghiên cứu về xói mòn đất phát triển rấtmạnh Sự phát triển của việc nghiên cứu xói mòn đất có được là do các nhà

khoa học đã dùng các mô hình toán học để mô phỏng quá trình xói mòn đất

Một số các mô hình toán điển hình mô phỏng quá trình xói mòn đất trên thế

giới được các nhà khoa học sử dụng đó là:

2.3.2.I Mô hình xói mòn đất dựa trên cơ sở phương trình mất đất phổ dụng

(Universal Soil Loss Equation -USLE)

Dựa trên số liệu đã thu thập tại trung tâm số liệu và các nghiên cứutrước đó, Wischmeier, Smith, và những người khác đã phát triển phương trình

mất đất phổ dụng (Universal Soil Loss Equation -USLE) Cuốn sách hướngdẫn nông nghiệp (số 537) mô tả về USLE đã được xuất bản năm 1965 vàđược tái bản năm 1978 Với sự chấp nhận rộng rãi, USLE đã trở thành mộtcông cụ đánh giá xói mòn mà được sử dụng phổ biến tại Mỹ và các nước kháctrên toàn thế giới: Thái Phiên, Nguyễn Tử Siêm (1988) [4], Nguyễn Mười,Trần Văn Chính, Đỗ Nguyên Hải, Hoàng Văn Mùa, Phạm Thanh Nga, ĐàoChâu Thu (2000) [2]

Năm yếu tố chính được sử dụng để tính toán lượng đất mất trên mộtkhu vực cụ thể đó là: mưa, đất, thực vật, biện pháp canh tác và biện pháp bảo

vệ đất Các giá trị xói mòn phản ánh bởi các yếu tố đó có thể thay đổi đáng kể

do sự biến đổi của các điều kiện thời tiết Do vậy các giá trị đạt được từ USLEthể hiện chính xác hơn đối với trung bình dài hạn , phương trình mất đất phổdụng có dạng như sau:

A =R x K x LS x C x P (2.3)

A - lượng đất mất bình quân bị xói mòn trong năm

K - Hệ số kháng xói của đất Đó là lượng đất mất trung bình theo đơn

vị diện tích cho một loại đất cụ thể K là đơn vị đo độ nhạy của các hạt đấttách rời và vận chuyển bởi mưa và dòng chảy mặt Kết cấu là yếu tố chínhảnh hưởng đến K, chứ không phải là cấu trúc, vật chất hữu cơ và cũng nhưtính chất thấm

LS - Hệ số độ dài - độ dốc sườn Hệ số LS thể hiện tỷ số đất mất dướicác điều kiện cụ thể mà tại một địa bàn với độ dốc sườn “chuẩn” (standard)

và độ dài sườn xác định Sườn càng dài và càng dốc, thì nguy cơ xói mòncàng cao

C - hệ số che phủ đất Hệ số này được sử dụng để xác định ảnh hưởngtương đối của độ che phủ đất trong sự ngăn ngừa mất đất Hệ số C là một tỷ

số so sánh lượng đất mất từ đồng ruộng với lượng đất mất tương ứng của đất

bỏ hóa cách năm Hệ số C có thể xác định bởi việc lựa chọn kiểu canh tác vàphương pháp canh tác

P - Hệ số biện pháp canh tác Hệ số này phản ánh ảnh hưởng của cáchoạt động con người sẽ làm giảm khối lượng và tốc độ của nước bề mặt và dovậy làm giảm khối lượng xói mòn Hệ số P thể hiện tỷ số của lượng đất mất đibởi các biện pháp canh tác

2.3.2.2 Mô hình xói mòn đất châu âu( EUROSEM)

Mô hình xói mòn đất Châu Âu (EUROSEM- The European SoilErosion Model) được phát triển từ trường Đại học Cranfield, Đại họcLancaster dưới sự tài trợ của liên minh Châu Âu vào đầu thập niên 90 [17]

Mô hình này dựa trên khái niệm về mô hình hoá các pha tách và vận chuyểncủa các hạt đất, và sau đó quá trình xói mòn dựa trên cơ sở của những giả

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 16

2.3.2.3 Mô hình WEPP: là kết quả của dự án dự báo xói mòn đất do nước

(Water Erosion Prediction Project) của Phòng nghiên cứu thí nghiệm quốc gia

về đất của Mỹ (National (USA) Soil Erosion Research Laboratory) [16]

”WEPP là một quá trình, mô phỏng một cách liên tục, và là một mô hình dự báo xói mòn được sử dụng cho các máy tính cá nhân Nó có thể ứng dụng cho các quá trình xói mòn sườn đồi (xói mòn dạng tấm và xói mòn rãnh), cũng như mô phỏng các quá trình thuỷ văn và xói mòn trên các lưu vực nhỏ ”

Mô hình WEPP thể hiện một công nghệ mới về dự báo xói mòn dựatrên cơ sở khí hậu, lý thuyết thấm, thuỷ văn, cơ lý đất, khoa học về cây trồng,thuỷ lực học và cơ học về xói mòn Mô hình có nhiều điểm thuận lợi Cácthuận lợi nổi bật bao gồm khả năng ước lượng sự phân bố về lượng đất mất đi

do xói mòn theo thời gian và không gian (lượng đất thực sự mất đi của toàn

bộ sườn dốc hoặc đối với mỗi điểm trên một tuyến sườn dốc có thể được ướctính theo ngày, tháng hoặc trung bình năm)

2.3.2.4 Mô hình xói mòn sườn

Mô hình xói mòn sườn (Hillslope Erosion Model) xuất phát từ Cụcnông Nghiệp - Trung tâm dịch vụ nông nghiệp, trung tâm nghiên cứu lưu vựcTây nam tại Tucson, Arizona [15]

”Các chiều dài đoạn sườn dốc, độ dốc, % thảm phủ bởi lá cây, % thảm phủ bề mặt đất, thể tích dòng chảy mặt và giá trị hệ số xói mòn đất cho trước,

- Không tính được lượng trầm tích.

- Không tính đến lượng đất mất đi khác mà có thể xuất hiện do rãnh xóilớn (gully erosion)

- Không đưa ra các phương pháp tính xói mòn với những cơn mưa ngắn

và đột xuất với cường độ thấp

2.3.2.5 Mô hình RUSLE

Để tăng cường khả năng dự báo và tính toán xói mòn đất, khắc phụccác hạn chế mà mô hình USLE và một số mô hình trước đây đã sử dụng, cácnhà nghiên cứu về xói mòn đất tiến hành xây dựng hoàn thiện một số mô hìnhtính xói mòn mới có khả năng phân tích, dự báo và tính toán tốt hơn Mô hìnhRUSLE (Phương trình mất đất phổ dụng biến đổi (Revised Universal SoilLoss Equation) là một trong những mô hình như vậy RUSLE hướng tới việccung cấp cách tính lượng mất đất một cách chính xác nhất mà không cần quantâm giá trị mới so sánh với giá trị cũ như thế nào

Các ưu điểm mà Mô hình RUSLE (Phương trình mất đất phổ dụng biếnđổi -Revised Universal Soil Loss Equation) có được là:

- Phương trình mất đất phổ dụng hiệu chỉnh (RUSLE) phân tích số liệumới mà các mô hình trước đây không có

- Cách tính trong phương trình RUSLE có phạm vi bao quát rộng hơnUSLE và chương trình máy tính cũng dễ sử dụng hơn

Phương trình mất đất phổ dụng biến đổi RUSLE: Revised Universal Soil Loss

Equation là kết quả nghiên cứu của phòng thí nghiệm trầm tích quốc gia thuộcCục nông Nghiệp - Trung tâm dịch vụ nông nghiệp Mỹ (USDA-ARS) [18]

RUSLE được sử dụng rộng rãi ở Mỹ, trong đó các hiệu chỉnh cẩn thậnđược tiến hành trên các loạt đất, các pha, các biện pháp bảo tồn và quản lý

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 18

Phát hiện này đã được Staling đánh giá như một điểm mốc kết thúc thờiđại đấu tranh ít hiệu quả của con người chống lại xói mòn và lần đâu tiên gieoniềm hy vọng giải quyết một cách có kết quả vấn đề xói mòn đất.

Xói mòn xét về mặt vật lý chính là một quá trình tiêu thụ năng lượng.Năng lượng bị tiêu thụ trong tất cả các pha xói mòn Khi bị phá vỡ kết cấucủa đất và khi làm tung những hạt cứng của đất Năng lượng tạo nên hiệntượng chảy xoay của dòng trên mặt, tách ra và rửa trôi những hạt đất Khi so

sánh năng lượng sinh ra của trận mưa và dòng chảy do nó sinh ra có sự khácbiệt rất lớn về năng lượng Kết quả so sánh cho thấy rằng mưa có động nănglớn hơn 256 lần so với dòng chảy trên mặt

Những nghiên cứu thí nghiệm trong phòng và ngoài hiện trường chothấy rằng lực xói mòn của mưa được đặc trưng bởi những tham số phức tạprút ra từ tổ hợp những tính chất vật lý của mưa Lowe được biết đến là ngườiđầu tiên tiến hành đo kích thước hạt mưa vào năm 1892 Bằng phương phápphổ biến dựa theo nguyên lý diện tích hạt bị bắn tóe Hall đã đề xuất công thứcxác định đường kính hạt mưa

D = a Sb (2.4)Với D: Đường kính hạt mưaS: Đường kính vết bột màu

Kích thước của hạt mưa thay đổi trong một khoảng rộng từ 1mm

đến7mm Theo số liệu của Ellison, Kinnell, P.C.Baruah, I.Stanev đường kính tối

đa của hạt mưa phổ biến khoảng 5mm Blanchard đã chứng mình bằng

thìnghiệm rằng những hạt mưa có đường kính cho đến 4,6 mm có tính bền vững

Lawsa & Parson (1943) qua kết quả nghiên cứu của mình đã biểu hiệnmối quan hệ giữa đường kính hạt mưa và tỷ lệ lượng mưa đối với các trạm cócường độ mưa khác nhau

Những đặc trưng vật lý của mưa tác động vào quá trình xói mòn baogồm:d lượng mưa, cường độ mưa, kích thước hạt mưa, tốc độ rơi của hạtmưa, năng lượng mưa đã tập trung mối quan tâm nghiên cứu của nhiều

chuyên gia từ nhiều quốc gia khác nhau: Makho, Smith, Litnar $ Lenard(Đức), Flner (Anh), Mihara (Nhật), Wischmeier (Mỹ), Zanchi & Toori (Ý)

Trong điều kiện thí nghiệm, quan hệ giữa lượng đất bị xói mòn với một

số tính chất vật lý của mưa được xây dựng theo công thức Ellison :

S = V4,33 x D1,07 x I0,65 (2.5)Với S: Lượng đất bị di chuyển do sự va đập của các hạt mưa trong 30 phút

V: Vận tốc hạt mưa (inch/giờ)D: Đường kính hạt mưa (mm)I: Cường độ hạt mưa (insơ/giờ)Basal cũng đề xuất công thức sau:

G = K.D.V1,4Với: G: Trọng lượng đất bị di chuyển do sự va đập của các hạt đất

K: Hằng số cho mỗi loại đấtD: Đường kính hạt mưa (mm)V: Vận tốc hạt mưa (m/s)Những thí nghiệm trong phòng của Ellison, Bizal, Roose và nhiều tácgiả khác cho thấy rằng tính xói mòn của mưa có liên quan với năng lượng Tuy

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 20

cánh đồng do mưa tự nhiên gây ra Wischmeier (1958) với 8250 chỉ số thí

nghiệm thu nhập từ 35 trạm nghiên cứu xói mòn đất, cộng với sự trợ giúp củamáy tính đã tiến hành nhiều phép tính hồi quy, cuối cùng đã phát hiện ra mộtthông số phức tạp bằng tích số của trận mưa Tích số này mang tính tương quanrất cao và có tên gọi là chỉ số EI30 hay chỉ số về độ xói mòn của mưa R Trị sốcủa EI30 hay R được dùng để xác định yếu tố xói mòn do mưa trong phươngtrình mất đất phổ dụng do Wischmeier xây dựng vào năm 1958 và phươngtrình được hoàn chỉnh năm 1978 do đồng tác giả Wischmeier và Smith

R = EI30/100 (2.6)Với E: Động năng của mưa (J/m2)I: Lượng mưa lớn nhất trong vòng 30 phút (mm/h)R: Hệ số xói mòn do mưa (KJ/m2.mm/h)

Có rất nhiều tác giả đã đưa ra những công thức xác định động năng củamưa Schwertmannn [1]:

Ei = (11,89 + 8,73logIi)Ni (2.7)Với Ei: Động năng mưa của trận thứ iIi: Cường độ mưa của trận thứ iNi: Lượng mưa của trận thứ iHudson (1965) [19] với nguồn số liệu thực nghiệm tại Zimbabwe:

E = 29,8 - (127,5/I) (2.8)Onaga, Shira và Yoshinaga (1988) [20] thực nghiệm tại Nhật Bản:

E = 9,81 + 10,6log10I (2.9)Zanchi & Torri (1981) với nguồn số liệu thực hiện tại Ý:

E = 9,81 + 11,25logI (2.10)Một điều có thể nhận thấy ngay rằng với công thức tính toán trên, cầnphải có số liệu chi tiết của từng trận mưa, thường là các số liệu đo mưa tự ghi.Trong điều kiện ở Việt Nam cũng như nhiều nơi trên thế giới, các trạm đo mưa

tự ghi không nhiều, vì vậy trong nhiều trường hợp việc áp dụng công thức trên

là không thể Một hướng đặt ra được nhiều nhà khoa học theo đuổi là tìm cách

chuyển phương trình về dạng sử dụng các tham số mưa dễ có như lượng mưatrung bình hàng tháng hay hàng năm với một hệ số tương quan chấp nhậnđược Các nghiên cứu thuộc loại này đều cho thấy khả năng chuyển đổi là có

thể với hệ số tương quan thường nằm trong khoảng 0,8 đến 0,9

A.G.Toxopeus [24] đề nghị tính hệ số R theo lượng mưa trung bìnhhàng năm theo công thức:

R == 38,5 + 0,35P (2.11)Với R: Hệ số xói mòn do mưa (J/m2)

P: Lượng mưa trung bình hàng năm (mm/năm)

Ở miền Bắc Việt Nam, nghiên cứu của Nguyễn Trọng Hà cho thấy có

sự tương quan giữa phương pháp tính hệ số R theo EI30 như đã nêu trên Sửdụng phương pháp tính dựa theo lượng mưa trung bình hàng năm của nhiềunăm liên tục và phân tích tương quan, phương trình tính R theo lượng mưahàng năm được Nguyễn Trọng Hà đề nghị như sau [5]:

R = 0,548257P - 59,5 (2.12)Với R: Hệ số xói mòn mưa trung bình năm (J/m2)

P: Lượng mưa trung bình hàng năm (mm/năm)

2.4.2 Hệ số K

Theo Wischmeier thì đại lượng K gọi là tính xói mòn của đất hay tính

dễ bị xói mòn của đất Tính xói mòn là đại lượng ngược lại của sức chống xóimòn Đất có tính xói mòn cao dễ bị xói mòn hơn là đất có tính xói mòn thấpcùng với một cường độ mưa như nhau

Khi các yếu tố khác như lượng mưa, độ dốc, chiều dài sườn và lớp phủthực vật được coi là hằng số thì lượng mất đất của xói mòn phụ thuộc vào bảnchất của đất Bằng phương pháp thực nghiệm trong điều kiện chuẩn (khu đấtdài 22.4m, rộng 4, độ dốc 90) Wischmeier đã xác định được hệ số K cho 23loại đất từ phương trình cơ bản coi lượng đất mất đi là hàm số của trị số xói

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 22

- K là hệ số xói mòn của đất, đơn vị là tấn/Mj.h/mm

- M: trọng lượng cấp hạt (trọng lượng theo đường kính cấp hạt).M

được tính theo công thức:

M = (%limon + % cát mịn)x(100% - %sét) (2.14)

- a: hàm lượng chất hữu cơ trong đất (%)

- b: hệ số phụ thuộc vào hình dạng, sắp xếp và loại kết cấu đất

- c: hệ số phụ thuộc khả năng tiêu thấm của đất Phương trình trình đã chú ý đầy đủ đến hầu hết các yếu tố quyết địnhđặc tính xói mòn của đất, bao gồm thành phần hạt, kiến trúc, hàm lượng chấthữu cơ, độ chứa ẩm và độ thấm nước của các hợp thể đất

Thành phần hạt là yếu tố đặc trưng cho mức độ phân tán của đất, tức làkích thước của hạt tạo nên đất đá đó Các đặc điểm hình dạng, kích thước vàmối tương quan định lượng giữa các nhóm thành phần hạt quyết định đặc tínhkiến trúc của đất Theo Morgan, vai trò kiến trúc chứng tỏ rằng các tập hợphạt lớn chống lại sự dịch chuyển vì nó đòi hỏi một lực tác dụng lớn hơn, còn

các tập hợp hạt nhỏ thì chống lại sự tách vỡ vì lực gắn liên kết giữa chúng.Các tập hợp hạt bụi và hạt cát mịn dễ bị xói mòn nhất vì độ dính kết nhỏ đễtan khi gặp nước Evan (1980) chứng minh rằng đất có hàm lượng sét 9 -30% hầu hết bị xói mòn

Một yếu tố cũng ảnh hưởng đến đặc tính của đất là hàm lượng vật chấthữu cơ có trong tất cả các loại đất, đặc biệt là loại đất sét tồn tại ở lớp thanbùn mỏng hoặc dạng dễ, thân, lá cây bị mùn hóa ở mức độ khác nhau

Hàm lượng hữu cơ càng lớn càng làm tăng khả năng dính kết cũng như

độ màu của đất, tăng khả năng thấm nước làm đất khó bị xói mòn bởi dòng

chảy mặt Khi lượng mưa vượt quá khả năng thấm nước của đất thì mới tạothành dòng chảy gây xói mòn bề mặt

Bởi vậy các đặc tính thấm nước của đất, tức khả năng cho nước thấmqua dưới tác dụng của cột nước là nhân tố cần thiết trong nghiên cứu xói mòn.Mức độ đồng nhất về thành phần hạt, thành phần khoáng vật, thành phần cationtrao đổi và áp lực của cột nước đều ảnh hưởng đến độ thấm nước của đất

Những đất có tích lũy Al, Ca và Fe cao có khả năng thấm nước cao hơnnhiều so với đất chưa Na Trình tự thành thần cation trao đổi theo khả năngthấm nước (Jenny)

Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > Li+

Thông thường, cát khô và sỏi thấm nước mạnh, cát vừa và mịn thấmnước trung bình, sét và sét pha thấm nước ít hoặc không thấm Dưới đây làbảng phân loại đất theo cấp độ thấm (Daniel Hillel):

Bảng 1 Bảng phân đất theo cấp độ thấm

Những đất thấm nước yếu sẽ gây ra sự cản trở đáng kể cho sự vận độngcủa nước trong chúng và tạo nên áp lực thủy động, áp lực này hướng theo cácđường dòng chảy cyar nước và càng lớn nếu độ thấm nước thấp

Khi lượng mưa lớn tức là cột nước tác động lớn thì áp lực thủy

độngnày là nguyên nhân gây mất ổn định ở mái dốc và gây xói mòn ngầm

0,5 II

0,3 1% - 3%

0,2 <1%

Trong phương trình mất đất của Wischmeier và Smith đã đưa ra toán

đồ xác định hệ số xói mòn của đất Hệ số này giao động trong khoảng giá trị

Nhanh

2 - TB đến nhanh

Hình 1: Bảng tra toán đồ hệ số K của Wischmeier và Smith

2.4.3 Hệ số LS

Hệ số L và S thực ra là hệ số riêng biệt, L là hệ số chiều dài sườn và S

là hệ số độ dốc Hai hệ số này đều đặc trưng cho ảnh hưởng của hình thái địahình với quá trình xói mòn và việc tính toán chúng trên GIS có nhiều điểmtương đồng, vì thế chúng thường được gộp chung và gọi là hệ số LS

Hệ số LS thể hiện tỷ số đất mất dưới các điều kiện cụ thể mà tại mộtđịa bàn với độ dốc sườn và độ dài sườn xác định Sườn càng dài và càng dốc,thì nguy cơ xói mòn càng cao Wischmeier và Smith (1978) [27] đã đưa racông thức tính LS như sau:

L được tính theo công thức:

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 25

L = (x/22,13)m (2.15)Trong đó:

L: hệ số chiều dài sườnx: chiều dài sườn dốc (m)m: hệ số mũ tuỳ thuộc vào độ đốc

Và hệ số S được tính theo công thức:

S = (0,43 + 0,30S + 0,043s2)/6,613 (2.16)Với S là độ dốc của sườn, đo bằng %

Mối quan hệ giữa chiều dài sườn và lượng đất mất đã được nghiên cứu

từ lâu bằng cả phương pháp thực địa lẫn phương pháp thí nghiệm Nhiềunghiên cứu đã chỉ ra rằng lượng đất mất trên một đơn vị diện tích tỷ lệ vớichiều dài sườn là hàm mũ, nhưng các số mũ tương đối khác nhau Ví dụ, Zingtính được giá trị 0,6 cho số mũ của chiều dài sườn Musgrave sử dụng giá trị0,35 USLE xuất bản năm 1965 đưa ra giá trị 0,6 và 0,3 cho các sườn có chiềudài lớn và độ dốc lớn hơn 10% và giá trị 0,5 cho các điều kiện khác nhau.Wischmeier và Smith, năm 1978, đã đưa ra công thức tính LS như ở phươngtrình bên trên

Với hệ số S, cũng có nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu và đưa ra cáccông thức sửa đổi từ công thức ban đầu McCool đã phân tích các số liệu đoxói mòn dưới điều kiện mưa tự nhiên và mô phỏng đã đi đến kết luận rằng có

sự khác biệt trong mối quan hệ giữa độ dốc và xói mòn khi độ dốc nhỏ hơn và

lớn hơn 5 độ Công thức được đưa ra là:

S = 10,8sine + 0,03 với e < 50 (2.17)

S = 16,8sine - 0,5 với e > 50 (2.18)Vận dụng công thức của McCool et al nói trên, các nhà khoa học TrungQuốc [28] đã phát hiện ra có những sai số đáng kể với cùng có độ dốc lớn hơn

100 Kết quả phân tích hồi qui của họ cho thấy với độ dốc lớn hơn

100,phương trình có dạng:

S = 21,9sine - 0,96 với e > 100 (2.19)Goves [11] dựa trên các thí nghiệm thực địa đã đưa ra công thức sau:

S(i,j) = (tanei/0.09)1-45 (2.20)Toxopeus [23] đề nghị sử dụng công thức ban đầu của Wischmeier vàSmith cho các sườn có độ dốc nhỏ hơn 21% Với các sườn có độ dốc lớn hơnhoặc bằng 21%, công thức tính LS được đề nghị là:

LS = (L/22,1)0,7 (6,432sin(S0,79)cos(S) (2.21)Trong đó L là chiều dài sườn dốc (m); S là góc dốc (radian)Như vậy, có thể thấy rằng các cải tiến công thức LS của Wischmeier vàSmith tập trung vào sự khác biệt của hệ số này với các độ dốc khác nhau Hiệnnay, các công thức cải tiến được sử dụng cho từng vùng với sự khảo sát cụ thể

Tuy công thức tính LS khá đơn giản nhưng việc áp dụng công thức nàytrong hệ thống GIS là tương đối phức tạp Hệ số LS đặc trưng cho tác độngcủa địa hình tới yếu tố xói mòn, vì thế có thể được tính toán thông qua tin từbản đồ địa hình Từ bản đồ địa hình được số hoá, mô hình số độ cao (DEM)

có thể được nội suy và trên cơ sở đó, bản đồ độ dốc có thể được tính toán.Tuy nhiên, vấn đề quan trọng nhất của việc tính toán hệ số LS trên GIS là việcphân tách các sườn từ DEM Có hai phương pháp chính đó là:

- Phương pháp tính trên cơ sở tác động giữa các vùng lân cận:

Phương pháp này trước hết sử dụng DEM để phân tích dòng chảy bềmặt của từng pixel, qua đó xác định pixel đó thuộc về sườn nào Bản chất củaphương pháp này là sử dụng một ma trận trượt để đánh giá hướng dòng chảyvào ra của pixel trung tâm với các pixel xung quanh dựa vào độ dốc và độ caotương đối của chúng Tức là tìm xem trong cửa sổ ma trận trượt, nước từ pixeltrung tâm sẽ chảy về pixel nào Với mỗi pixel của DEM - đều lần lượt trởthành pixel trung tâm, việc xác định hướng chảy của từng pixel trên ảnh đượctiến hành Đồng thời nhận biết phần nào của toàn bộ dòng chảy đổ về từng pixelliền kề nằm phía dưới sườn Việc nhận biết này chính là quá trình nhận biết mộtsườn, nơi các dòng chảy trên chúng là liên tục Có thể sử dụng phương phápđơn dòng chảy và phương pháp đa dòng chảy để nhận biêt

Phương pháp đơn dòng chảy tính toán sườn theo một hướng, từ pixelnguồn tới pixel đích (nghĩa là quan niệm chân sườn là một pixel đích, một

sườn lớn có thể được hiểu là nhiều sườn nhỏ ghép lại)

Trong khi phương pháp đa dòng chảy tính toán sườn theo nhiều pixelđích một lúc (nghĩa là quan niệm chân sườn kéo dài theo các pixel đích) Haiphương pháp này có thể phù hợp cho từng trường hợp cụ thể khác nhau

Phương pháp sử dụng thông thường nhất là các phép so sánh giá trị độcao của các pixel với các pixel lân cận nhằm tìm ra hướng dòng chảy

Bước tiếp theo trong phương pháp này đưa vào các điều kiện biên (cácđiều kiện này có thể đưa vào để quá trình tính toán thêm chính xác), ví dụ nhưnhững nơi mà sườn bị chặn như các con đường, dòng suối

Một bước quan trọng nữa là nhận diện và khoanh vùng các vùng là nơi

sự lắng đọng có thể xảy ra

- Phương pháp phân tách từng sườn:

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 28

tách trên cơ sở dòng chảy theo các hướng khác nhau Phương pháp này giả

thiết các sườn đều có thể được coi là một trong 8 hướng

Với giả thiết đó, các sườn được phân tích theo tập hợp các pixel cócùng hướng phơi Chân sườn được nhận diện dựa vào sự thay đổi đột ngột của

độ dốc tương đối ví dụ như 50% là khi độ dốc của hai pixel liền kề chênhnhau lớn hơn 50% thì chúng được coi là thuộc hai sườn khác nhau, và các

pixel đó sẽ là pixel chân sườn hoặc đỉnh sườn

Một khi đã phân tách được từng sườn, chiều dài sườn được tính cộngdồn từ pixel đỉnh sườn xuống pixel theo hướng sườn đã xác định Chiều dàidườn có thể tính theo chiều nằm ngang (không tính đến độ dốc) hoặc theochiều nghiêng thực (có tính đến độ dốc)

Với việc đã xác định được chiều dài sườn và độ dốc, hệ số LS có

thểđược dễ dàng xác định theo một trong các công thức đã được nêu ở phần

trước Phương pháp này cũng đòi hỏi ngoài mô hình số độ cao DEM còn phải

có các thông tin về các nơi lắng đọng hay các điều kiện biên

Việc tính toán bản đồ hệ số LS trong nghiên cứu này dựa vào phươngpháp tính trên cơ sở tác động giữa các vùng lân cận Quá trình tính toán LSđược dựa trên công thức của Mitasova et Al 1966

Phương trình có dạng:

LS(r) =(m + 1 ) [A(r) / ao]m[sin b(r) / b0]n (2.22)Trong đó A[r] phần diện tích làm tăng thêm độ dốc trên một đơn

vịchiều rộng của đường bình độ, b là độ dốc (độ), m, n là các thông số và a0 =

22.1m = 72.6 ft là chiều dài sườn, b0 = 0.09 = 9% = 5.160 là độ dốc bãi thửnghiệm trong phương trình USLE và giá trị n = 1.3, m = 0.6 là được lấy từthực nghiệm

Về bản chất việc tính toán LS trên GIS bằng phương trình của Mitasova

Flow direction codes Dòng chảy bề mặt chảy từ những nơi có địa hình

cao đến nơi có địa hình thấp và theo 8 hướng Bắt đầu từgiá trị độ cao địa hình dựa trên các cell lân cận rồi gáncho mỗi cell giá trị theo 8 hướng ví dụ với cell 80 nó sẽnhận giá trị bằng 6 và cell 53 sẽ nhận giá trị bằng 7 sau

đó tính toán độ dốc và chiều dài sườn bằng khoảng cáchgiữa các cell

2.4.4 Hệ số C

Hệ số C đặc trưng cho mức độ hạn chế xói mòn của lớp phủ thực vật

Về mặt cơ chế, lớp phủ thực vật có hai tác dụng chính là làm giảm động năngcủa hạt mưa khi rơi xuống mặt đất và giúp giữ hạt đất khỏi bị các dòng chảytràn trên mặt cuốn trôi Để xác định hệ số C, hiện nay thường dùng haiphương pháp

- Phương pháp thứ nhất là xác định tại thực địa theo cách củaWischmeier và Smith với một số biến đổi

Hệ số C theo định nghĩa của Wischmeier và Smith là: “tỷ lệ giữa lượngđất mất trên một đơn vị diện tích có lớp phủ thực vật và sự quản lý đất nhấtđịnh với lượng đất trên diện tích tương ứng khi chuyển từ đất canh tác sangđất trống”

Lớp phủ thực vật sẽ ảnh hưởng đến xói mòn theo hai cách:

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 30

+ Tán cây của lớp phủ làm giảm động năng của hạt mưa rơi - một yếu

tố trực tiếp gây lên xói mòn

+ Rễ cây giúp bảo vệ đất chống lại sự rửa xói của mưa cũng như

cácdòng nước mặt tạm thời

Với lý do trên lớp phủ thực vật cùng sự quản lý đất, đặc biệt với đấtnông nghiệp là không thể tách rời trong các nghiên cứu xói mòn Wischmeier

và nhiều tác giả khác đều cho rằng phải nghiên cứu ảnh hưởng của lớp phủthực vật theo từng giai đoạn trong một năm (phụ thuộc vào giai đoạn phát

triển của cây trồng) và hệ số C sẽ được tính dựa trên các giai đoạn đó

Phương pháp này đòi hỏi phải có đầu tư lớn trong thời gian lâu dàinhưng đem lại kết quả đáng tin cậy

- Phương pháp thứ hai là sử dụng bản đồ hiện trạng sử dụng đất hayảnh vệ tinh để lấy ra các thông tin về lớp phủ thực vật sau đó tham khảo hệ số

C của từng loại hiện trạng từ văn liệu hoặc dùng công thức tính hệ số C theochỉ số thực vật

Thông thường, hệ số C được tham khảo từ tài liệu của Wischmeier vàSmith năm 1978 Từng loại cây trồng nhất định lại có giá trị hệ số C thay đổitrong khoảng rộng, vì vậy chọn giá trị hệ số C từ văn liệu cũng có ảnh hưởngđáng kể đến kết quả cuối cùng

Với cách tính chỉ số C dựa vào đo đạc thực địa, nhiều nghiên cứu

đãtách biệt các khả năng này của lớp phủ thực vật để tính toán nhằm tìm ra hệ

số C Với tư duy này, hệ số C được chia tách thành:

CI: đặc trưng cho tác dụng của lớp phủ làm giảm động năng của hạtmưa rơi xuống đất Rõ ràng CI phụ thuộc vào mật độ che phủ vòm lá và chiềucao của chúng

CII: đặc trưng cho tác dụng giữ nước của lớp phủ với xói mòn do dòngchảy bề mặt, có liên quan đến độ thấm của đất và lớp mùn giữ nước

khả năng kháng xói của đất.

Ngoài việc tính toán hệ số C dựa vào các số liệu đo đạc thực địa trên,còn có một phương pháp khác thường được dùng là thí nghiệm Các thí nghiệmtheo hướng tiếp cận như Wischmeier và Smith được tiến hành để tính toán hệ

số C cho từng loại thực vật nhất định và trong khoảng thời gian nhất định

Phương pháp này thường được áp dụng để tính toán hệ số C cho các loạicây nông nghiệp vì tính mùa vụ của nó, hệ số C không cố định trong suốt cả năm

Thành lập bản đồ hệ số C có thể được coi là thành lập một loại bản đồlớp phủ đặc biệt Việc thành lập bản đồ hệ số C bằng tư liệu viễn thám đãđược tiếp cận bằng nhiều cách khác nhau, từ phương pháp phân loại tự động

đến phân tích thành phần chính nhằm sử dụng được các hệ số về phổ

Hệ số C không thể được xác định trực tiếp từ ảnh, nhưng có thể đượcxác định thông qua bản đồ hiện trạng lớp phủ thực vật hoặc chỉ số khác biệtthực vật được thành lập từ ảnh Folly [12], khi sử dụng tư liệu viễn thám đểthành lập bản đồ hệ số C đã đề xuất ý tưởng thành lập bản đồ hiện trạng lớpphủ từ ảnh viễn thám dựa trên cơ sở kết hợp giải đoán ảnh số (trên màn ảnh)

và phân loại ảnh số (giải đoán ảnh số làm trước)

Sau đó, hệ số C được xác định dựa theo các thư viện về hệ số C đã có.Tuy nhiên, cũng có thể thấy rằng, các lớp hiện trạng sử dụng đất được phânloại đôi khi không trùng với các lớp được xây dựng hệ số C, ví dụ như lớprừng, trong trường hợp này các tác giả sử dụng giá trị trung bình

Để có thể thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất, một dẫn xuất quantrọng trong thành lập bản đồ hệ số C từ ảnh viễn thám, A.Folly đã kết hợp việcgiải đoán bằng mắt thường với phân loại ảnh số, trong đó quá trình tái phân loạiđược áp dụng với việc tích hợp các thông tin thu nhận được từ ảnh viễn thám vớicác thông tin cần thiết khác, như thông tin về nông lịch và thông tin về đất

Hiện nay, với hệ số C của nhiều loại cây đã được tính toán và thực

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 32

nghiệm bởi nhiều tác giả khác nhau, một phương pháp có thể kể đến để xác

định hệ số này là tham khảo văn liệu của các nhà khoa học

Ở Việt Nam, cũng đã có nhiều nhà khoa học công bố về hệ số C củamột số loại lớp phủ thực vật chính Bảng tra C theo hội khoa học đất quốc tếcũng là một tài liệu tham khảo quan trọng được nhiều nhà khoa học Việt Namđánh giá cao

2.4.5 Hệ số P

Hệ số P đặc trưng cho mức độ giảm thiểu xói mòn nhờ các biện phápcanh tác Nếu canh tác từng luống được trồng theo hướng đồng mức hoặccanh tác bậc thang thì sẽ giảm thiếu xói mòn so với canh tác có luống theo

hướng sườn Hệ số P chỉ thể hiện rõ rệt nhất trong tính toán xói mòn ở khuvực đất nông nghiệp

Giá trị P đối với mỗi hoạt động trợ giúp được xác định theo tỷ lệ đấtmất diễn ra ở ô đất áp dụng các biện pháp trợ giúp chống xói mòn so với ô đất

không sử dụng biện pháp chống xói mòn Giá trị P cho ruộng bậc thang canhtác theo đường đồng mức và độ dốc theo hội khoa học đất quốc tế được tínhnhư bảng sau

Bảng 2: Bảng tra hệ số P theo hội khoa học đất quốc tế

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 33

2.5 Tình hình ứng dụng của Viễn thám và GIS

2.5.1 Tình hình ứng dụng viễn thám trên thế giới

Vào những năm 60 thuật ngữ "viễn thám” lần đầu tiên được đề cập đếntại Mỹ, tuy nhiên kỷ nguyên sử dụng viễn thám để quan sát và nghiên cứuthực sự bắt đầu từ những năm 1972 với việc phóng thành công tàu LandSat 1.Cho đến nay với hơn 30 năm tồn tại và phát triển, viễn thám đã trở thành mộtcông cụ hiện đại vừa mang tính phụ trợ, vừa mang tính cạnh tranh trong côngnghệ quan sát trái đất Theo đó, khả năng ứng dụng tư liệu ảnh viễn thámtrong việc thành lập các bản đồ lớp phủ thực vật ngày càng được cải thiện và

2.5.1.1 Ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu lâm nghiệp

Có thể nói lâm nghiệp là một trong những lĩnh vực đầu tiên áp dụngthành tựu của công nghệ viễn thám Hiện nay việc sử dụng tư liệu viễn thámtrong thành lập bản đồ rừng, theo dõi biến động, chặt phá rừng đã trở thànhcông nghệ phổ biến trên thế giới Tích hợp dữ liệu viễn thám với hệ thông tinđịa lý có thể dự báo những khu vực có nguy cơ cháy rừng; dự báo sự suygiảm diện tích rừng trên qui mô toàn cầu do biến đổi khí hậu và sự gia tăng

những nơi đã xảy ra cháy rừng, trên cơ sở đó, các thông tin tích hợp sẽ chỉ ra

các khu vực có nguy cơ cháy rừng ở mức độ khác nhau Để dự báo sự biếnđổi diện tích rừng trên qui mô toàn cầu người ta sử dụng ảnh NOAA và sốliệu thống kê qua nhiều năm về khí hậu, mật độ dân số của từng khu vực, trên

cơ sở đó tìm ra hệ số suy giảm rừng được biểu diễn bằng hàm toán học Bằngcách làm như vậy, người ta đã xây dựng bản đồ mô phỏng lớp phủ rừng toàncầu cho năm 2005 và xa hơn

2.5.1.2 Ứng dụng thành lập bản đồ sử dụng đất trong nông

nghiệp

Phương pháp viễn thám đã được sử dụng nhiều trong lĩnh vực nông

nghiệp và sử dụng đất Ở Thái Lan, để thành lập bản đồ các khu vực trồng

mía người ta sử dụng phương pháp giải đoán bằng mắt các tấm ảnh Landssat

TM, sau đó kết quả này được kiểm tra, chỉnh sửa ngoài thực địa bằng GPS.Người ta quét ảnh đã giải đoán và sử dụng phần mềm Microstation để chuyển

kết quả về dạng vector, sau đó sử dụng các phần mềm như: MGA (ModularGIS Analysis), MGE (Modular GIS Environmental) để thực hiện các côngviệc tính toán tiếp theo Cũng tương tự như vậy, ở Trung Quốc, để cập nhậtnhanh bản đồ đất trồng lúa cho các tỉnh, tư liệu được sử dụng chính là ảnhSAR ở các thời điểm khác nhau trên cơ sở kết hợp với bản đồ địa hình, bản đồ

sử dụng đất ở các thời điểm trước Ở Nhật Bản, người ta sử dụng viễn thám

và hệ thông tin địa lý kết hợp với dữ liệu thống kê về các sản phẩm nôngnghiệp để đưa ra những đánh giá về năng suất thực ban đầu cho các nướcChâu Á Để đánh giá mức độ thích hợp của đất đối với các loại cây trồng nôngnghiệp, người ta sử dụng tư liệu viễn thám để phân loại các đối tượng sử dụng đất,

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 35

Phân loại lớp phủ bề mặt và phát hiện biến động lớp phủ bề mặt

để lập bản đồ hiện trạng lớp phủ bề mặt (land cover) là một trong những ứng

dụng quan trọng nhất và tiêu biểu nhất của viễn thám Lớp phủ bề mặt phảnánh các điều kiện và trạng thái tự nhiên trên bề mặt trái đất, ví dụ đất rừng,trảng cỏ, xa mạc Trong khi đó sử dụng đất (land use) phản ảnh các hoạtđộng của con người trong việc sử dụng đất như các vùng công nghiệp, đất thổ

cư các loại hoa màu canh tác

Trước tiên hệ thống phân loại lớp phủ phải được thành lập Hệ

thốngnày được phản ánh thông qua chú giải và mô tả chi tiết của nó và các mục

đích sử dụng, độ phân giải phổ cũng như không gian của tư liệu viễn thámcũng cần thiết phải được tính đến

Việc phát hiện các biến động của lớp phủ bề mặt là một việc làm

cầnthiết trong việc hiện chỉnh bản đồ lớp phủ bề mặt và trợ giúp cho việc theo

dõi, quản lý tài nguyên Sự biến động thông thường được phát hiện trên cơ sở

so sánh tư liệu viễn thám đa thời gian hoặc giữa bản đồ cũ và bản đồ mớiđược hiện chỉnh theo tư liệu viễn thám

2.5.I.4 Sử dụng tư liệu ảnh viễn thám để thành lập bản đồ

Khi con người phóng các vệ tinh và các con tàu vũ trụ vào không gian,các nhà khảo sát và bản đồ học đã mong tới một ngày nào đó có thể sử dụngcác tấm ảnh chụp từ vũ trụ vào mục đích đo vẽ bản đồ và hy vọng của họngày càng trở thành hiện thực Các con tàu vũ trụ đầu tiên như Mercury,Gemini và Apollo đã cho chúng ta toàn cảnh bề mặt trái đất Các kết quả thực

vẽ các cấu trúc nhân tạo ở trong đó Sau đó, vệ tinh Landsat được phóng lên

quỹ đạo nhưng không nhằm mục đích cho đo vẽ bản đồ địa hình mà nhằm đểphân loại đất, điều tra địa chất và dự tính các sản phẩm thu hoạch trong nôngnghiệp Từ năm 1980, các hệ thống Sensors được nghiên cứu và cải tiến vớitốc độ nhanh, với tốc độ phân giải tăng từ 80m/pixel của ảnh Landsat tới 6mcho các loại Sensors thế hệ mới Điều này đã có tác động lớn đến khả năng sửdụng các tấm ảnh chụp từ vũ trụ cho công tác thành lập bản đồ

2.5.2 Tình hình ứng dụng viễn thám ở Việt Nam

Tại Việt Nam, viễn thám mới được quan tâm từ năm 1980 khi nước tatham gia tổ chức vũ trụ quốc tế Intercomos Tuy nhiên do điều kiện kinh phí

và kỹ thuật nên trước những năm 1990 việc ứng dụng ảnh vệ tinh còn hạnchế Chỉ một sốcơ quan, viện nghiên cứu thông qua các chương trình dự án

có sử dụng ảnh viễn thám để nghiên cứu nhưng còn nhỏ lẻ, rời rạc và mang

nặng tính nghiên cứu Từ những năm 1990 trở lại đây, nhận thức được vai trò

to lớn của ảnh vệ tinh, nhiều bộ ngành, viện nghiên cứu, các trường đại học đãđầu tư ảnh, trang thiết bị, đào tạo con người và thường xuyên ứng dụng côngnghệ này để đáp ứng cho mục đích nghiên cứu và phục vụ đời sống nhân dân

2.5.2.I Ứng dụng trong nghiên cứu thành lập bản đồ địa hình

Tư liệu viễn thám bao gồm cả ảnh hàng không và ảnh vệ tinh đã trởthành nguồn tư liệu chủ yếu trong công tác hiện chỉnh bản đồ địa hình ở các

tỷ lệ 1:2.000, 1:5.000, 1:10.000, 1:25.000, 1:50.000 và nhỏ hơn Hiện nay,công tác hiện chỉnh bản đồ địa hình là một trong những nhiệm vụ quan trọng

ở Việt Nam Các Công ty thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường đang tiến hànhthành lập bản đồ địa hình và bản đồ địa chính tỷ lệ 1:10.000 trên toàn lãnh thổViệt Nam Hàng năm, Trung tâm Viễn thám thuộc Bộ Tài nguyên và Môitrường đã tiến hành hiện chỉnh bản đồ địa hình ở các tỷ lệ 1:25.000 và1:50.000 cho các vùng khác nhau Việc hiện chỉnh bản đồ địa hình tỷ lệ

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 37