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 PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đất đai nguồn tài nguyên vô quý giá, tư liệu đặc biệt, thành phần quan trọng hàng đầu môi trường sống, địa bàn hoạt động chủ yếu kinh tế Đất phục vụ cho phát triển Nông - Lâm nghiệp đánh giá theo tầng dày, độ phì Xói mòn đất tượng phổ biến mùa mưa thường xuyên xảy đất dốc, lớp đất màu bị trôi khiến cho đất đai độ phì nhiêu, làm giảm suất trồng, gây thiệt hại nghiêm trọng kinh tế Xói mòn đất trình phá huỷ lớp thổ nhưỡng (bao gồm phá huỷ thành phần cơ, lý, hoá, chất dinh dưỡng v.v đất) tác động nhân tố tự nhiên nhân sinh làm giảm độ phì đất, gây bạc màu, thoái hoá đất, laterit hoá, trơ sỏi đá v.v , ảnh hưởng trực tiếp tới sống phát triển thảm thực vật rừng, thảm trồng khác Võ Nhai huyện vùng cao nằm phía Đông Bắc tỉnh Thái Nguyên có tổng diện tích tự nhiên 84.5104,41 với dân số 58.900 người, với điều kiện địa hình phức tạp nhiều đồi núi có độ dốc cao, giao thông lại khó khăn, đồng thời tổng lượng mưa cường độ mưa năm lớn Đây nguyên nhân dẫn đến lượng đất đai bị xói mòn mạnh Có nhiều có nhiều phương pháp nghiên cứu, đánh giá xói mòn đất tác giả nước sử dụng để chống xói mòn đất trồng phòng hộ, thâm canh, cải tạo hệ thống chắn nước, thoát nước Trong đó, việc ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) phương pháp, công cụ mạnh có khả phân tích không gian thời gian ngắn Công nghệ GIS cho phép tích hợp phương trình đất tổng quát Wischmeier W.H Smith D.D để tính toán xây dựng đồ xói mòn đất Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Hoàng Viết Thảo Quản lý đất đai lưu vực, vùng lãnh thổ cách dễ dàng xác Vấn đề đặt làm để nâng cao tính hiệu việc chống xói mòn đất nói chung Huyện Võ Nhai tỉnh Thái Nguyên nói riêng Xuất phát từ thực tiễn đó, hướng dẫn TS Đàm Xuân Vận tiến hành nghiên cứu đề tài: “Ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) việc nghiên cứu xói mòn đất huyện Võ Nhai tỉnh Thái Nguyên” Mục đích yêu cầu đề tài + Mục đích đề tài Đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội địa phương để từ thấy ảnh hưởng đến tượng xói mòn đất địa bàn huyện Vận dụng kỹ thuật GIS để nghiên cứu tượng xói mòn đất huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên + Yêu cầu đề tài - Góp phần hệ thống hóa sở lý luận thực tiễn việc ứng dụng công nghệ tin học ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) vào việc nghiên cứu quản lý tài nguyên môi trường, đặc biệt tài nguyên đất - Xác định, phân cấp mức độ xói mòn xây dựng đồ dự báo nguy xói mòn đất cho huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên - Đề giải pháp công tác chống xói mòn đất cho người nông dân huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên để từ có biện pháp canh tác hợp lý, mang lại hiệu cao sản xuất đất đai không bị gây xói mòn thời gian tới Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài * Về khoa học - Góp phần bổ xung hoàn thiện sở lý luận khoa học công tác ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) để nghiên cứu đánh giá đắn chất tượng trình xói mòn đất đai Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Hoàng Viết Thảo Quản lý đất đai - Đề tài sau hoàn thành minh chứng cho việc củng cố áp dụng kiến thức chuyên môn học vào thực tiễn công tác * Về thực tiễn - Luận văn ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) việc nghiên cứu xói mòn đất đai huyện Võ Nhai Từ xây dựng đồ dự báo nguy xói mòn đất khu vực nghiên cứu làm sở đề xuất số giải pháp hạn chế xói mòn đất Bố cục luận văn Luận văn bao gồm phần chương Phần mở đầu Chương 1: Tổng quan tài liệu Chương 2: Nội dung phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết nghiên cứu thảo luận Phần kết luận đề nghị Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Hoàng Viết Thảo Quản lý đất đai Chƣơng TỔNG QUAN TÀI LIỆU Cơ sở khoa học tầm quan trọng việc nghiên cứu xói mòn đất đai Có nhiều định nghĩa xói mòn đất, để phù hợp với khu vực nghiên cứu, luận văn sử dụng định nghĩa Nguyễn Quang Mỹ [6]: Xói mòn đất (soil erosion) trình phá hủy lớp thổ nhưỡng (bao gồm phá hủy thành phần cơ, lý, hóa, chất dinh dưỡng v.v đất) tác động nhân tố tự nhiên nhân sinh, làm giảm độ phì đất, gây bạc mầu, thoái hóa đất, laterit hóa, trơ sỏi đá v.v ảnh hưởng trực tiếp đến sống phát triển thảm thực vật rừng, thảm trồng khác Xói mòn gồm loại: - Xói mòn bề mặt: Là loại xói mòn mưa băng tuyết tan Kiểu xói mòn thường gặp sườn đỉnh phân thủy bồn thu nước - Xói mòn theo dòng: Là kiểu xâm thực, xói mòn tập trung dải trũng rãnh sâu, thung lũng, sông suối Xâm thực theo dòng chia làm loại xâm thực sâu xâm thực ngang 1.1 Các trình xói mòn đất Các trình xói mòn gồm: Xói lở sông suối xói mòn, rửa trôi bề mặt * Xói lở sông suối Quá trình xói lở sông suối xác định theo công thức động dòng chảy [10] F mv 2 Trong đó: F: động khối nước chảy m: khối lượng nước chảy v: vận tốc dòng chảy Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Hoàng Viết Thảo Quản lý đất đai * Xói mòn rửa trôi bề mặt Là trình xói mòn dòng chảy tạm thời sườn lúc mưa tuyết tan chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố tự nhiên, yếu tố địa hình quan trọng [10] 1.2 Các nhân tố ảnh hƣởng đến trình xói mòn đất đai Các nhân tố ảnh hưởng đến trình xói mòn đất bao gồm: khí hậu, địa hình, đất đai, thảm thực vật người mô tả hình đây: A/h tích cực Khí hậu A/h tiêu cực A/h hai chiều Con ngƣời Địa hình Xói mòn Thảm thực vật Đất đai 1.2.1 Ảnh hưởng nhân tố khí hậu Võ Nhai nằm vùng khí hậu đặc trưng miền núi 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 mùa khô Mùa mưa vào khoảng tháng đến tháng 9, nhiệt độ trung bình 270 - 320C, lượng mưa trung bình 300 - 500 mm chiếm 50 - 70% lượng mưa năm Đây mùa thuận lợi cho việc sinh trưởng phát triển Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Hoàng Viết Thảo Quản lý đất đai trồng đàn gia súc Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 3, nhiệt độ trung bình 170 - 210C có lúc xuống thấp đến 120C Như vậy, tổng lượng mưa tính chất mưa, thời gian cường độ mưa tính liên tục tạo nên tượng xói mòn dòng chảy bề mặt Ngoài mưa ảnh hưởng trực tiếp tới xói mòn, yếu tố khí hậu khác gió có ảnh hưởng gián tiếp đến trình xói mòn đất 1.2.2 Ảnh hưởng địa hình, địa mạo Võ Nhai có địa hình phức tạp, đồi núi chủ yếu, đất ruộng ít, phần lớn diện tích đồi núi dốc núi đá vôi chiếm đến 92% lại diện tích phẳng cho sản xuất nông nghiệp chiếm tỷ lệ nhỏ, tập trung theo khe suối, triền sông thung lũng, độ cao trung bình 100 - 800m so với mặt nước biển Địa hình nhân tố tự nhiên ảnh hưởng lớn đến xói mòn đất Nếu xét diện rộng, địa hình có tác dụng làm thay đổi phân bố nhiệt lượng mưa rơi xuống Sự thay đổi độ cao kéo theo thay đổi nhiệt độ, lượng mưa, ẩm độ Các yếu tố địa độ dốc, chiều dài sườn dốc, hình dạng (lồi, lõm, thẳng, bậc thang v.v ) mức độ chia cắt ngang địa hình ảnh hưởng trực tiếp đến xói mòn đất Độ dốc sườn yếu tố địa hình có ảnh hưởng lớn đến trình xói mòn Độ dốc lớn làm tăng cường độ dòng chảy đẩy nhanh trình rửa trôi, xói mòn đất, gây nên xói mòn mạnh Chiều dài sườn dốc nhân tố ảnh hưởng đến trình xói mòn đất Chiều dài sườn tăng, khối lượng nước lớn, lớp nước dày, tốc độ lượng dòng chảy lớn trình rửa trôi, xói mòn đất xảy mạnh 1.2.3 Ảnh hưởng lớp phủ thực vật Lớp phủ thực vật có ảnh hưởng đến trình xói mòn đất, lớp phủ thực vật tăng trình xói mòn đất giảm Vai trò chống xói Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Hoàng Viết Thảo Quản lý đất đai mòn lớp phủ thực vật phụ thuộc vào tuổi độ che phủ Thực vật có khả bảo vệ đất chống xói mòn qua việc làm giảm ảnh hưởng hạt mưa xuống mặt đất tán làm cho nước có khả chảy xuống 50 60% theo chiều thẳng đứng rễ Không thế, vật rơi rụng thực vật cành khô, rụng tạo lượng mùn lớn đất, giữ đất tơi xốp, chống xói mòn 1.2.4 Ảnh hưởng đất đai Đất đối tượng bị dòng chảy mặt phá huỷ, phát triển xói mòn phụ thuộc vào tính chất trạng thái đất Những yếu tố đất ảnh hưởng đến xói mòn đất thành phần giới, cấu trúc độ thấm đất hàm lượng mùn đất Những yếu tố ảnh hưởng đến khả hình thành dòng chảy mưa rào 1.2.5 Ảnh hưởng người Con người ảnh hưởng trực tiếp đến xói mòn đất thông qua hoạt động sống Việc phá rừng gián tiếp đẩy mạnh trình xói mòn đất Những diện tích rừng làm lộ khoảng trống thảm thực vật che phủ đất Khi mưa xuống trình xói mòn bề mặt xảy mạnh Canh tác đất dốc không khoa học, du canh du cư tác nhân gia tăng xói mòn đất Trên độ dốc < 30 bắt đầu xảy xói mòn có mưa to Từ độ dốc 30 trở lên, tuỳ vào yếu tố đất đai, thực vật, lượng mưa v.v mà trình xói mòn xảy mạnh hay yếu [7] Nghiên cứu xói mòn đất giới Việt Nam 2.1 Tình hình nghiên cứu xói mòn đất giới 2.1.1 Nghiên cứu xói mòn đất Liên Xô (cũ) Nghiên cứu xói mòn đất mưa tuyết tan nhà bác học Nga M.B.Lômônôxốp (các năm 1751, 1753, 1763) đặt móng ý nhiều đến nhiệm vụ bảo vệ đất khỏi xói mòn Sau công trình P.A.Kostưtrep (năm 1886), N.A Xocolop (năm 1884), v.v… Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Hoàng Viết Thảo Quản lý đất đai Dưới đạo giáo sư D.P Armanda C.I Xiclbextrob Viện hàn lâm khoa học Liên Xô (cũ), công trình chuyên khảo lớn “Xói mòn chống xói mòn đất nông nghiệp” (năm 1956, 1958) xuất làm sở khoa học vững cho trình nghiên cứu xói mòn đất thời cẩm nang cho chuyên gia nông nghiệp sử dụng hữu hiệu phát triển nông nghiệp Liên Xô (cũ) Trong năm 1950 - 1960 hàng loạt sách chuyên khảo, sách giáo khoa 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 lĩnh vực nghiên cứu xói mòn đất Liên Xô (cũ) Trong năm 70 kỷ 20, Liên Xô (cũ) có 10 Viện hàng trăm trạm nghiên cứu xói mòn chống xói mòn xây dựng vùng lãnh thổ phát triển nông nghiệp Liên Xô (cũ) nhằm hướng dẫn cho nông dân phát triển nông lâm nghiệp đại theo Luật bảo vệ đất đai khỏi xói mòn Sau có nghị Đảng Cộng Sản Chính phủ Liên Xô (cũ) “Bảo vệ đất khỏi xói mòn gió nước”, hàng vạn công trình mắt bạn đọc, đặc biệt công trình D.C Zakharop (năm 1971), N.I.Makkaveep (năm 1987) làm cho công cụ nghiên cứu xói mòn đại mang tính định lượng cao, đem lại hiệu lớn Từ năm 1980 đến có 10 nghìn đầu sách, báo viết xói mòn đất Đây dẫn quan trọng cho sản xuất đất nông lâm nghiệp có hiệu mang lại nhiều sản phẩm có chất lượng cao, sản lượng lớn sử dụng đất đai Liên Xô (cũ) mục đích [10] 2.1.2 Nghiên cứu xói mòn đất Mỹ Diện tích ruộng đất nước Mỹ 906,40 triệu ha, đất rừng chiếm gần 293 triệu Một nguy to lớn mà nhân dân Mỹ phải đối mặt nạn xói mòn đất, chí thức thừa nhận tai hoạ dân Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Hoàng Viết Thảo Quản lý đất đai tộc Trong thập niên gần giá trị tổn thất tài nguyên đất nguồn nước đạt tới tỉ đôla năm, chưa kể đến thiệt hại chất dinh dưỡng xói mòn đất Thiệt hại xói mòn đất đánh giá đến 500 triệu đôla năm Do rừng phòng hộ nên Mỹ người ta đề biện pháp để chống xói mòn nước gió có hiệu Những giải rừng trồng khẩn cấp phòng hộ cho đồng ruộng soạn thảo nhằm mục đích Các phương tiện để thực đồ án tách khỏi gọi “Nguồn hỗ trợ” Các dải rừng thành lập chủ yếu hai dạng đối xứng không đối xứng Ở dải đối xứng người ta trồng có chiều cao lớn dãy giữa, dãy hai bên trồng thấp bụi Ở kết cấu không đối xứng, số lượng lặp giảm bớt, nguyên tắc bố trí sau: giống chậm phát triển sống lâu bố trí nửa dải rừng, loại phát triển nhanh phân bố nửa dải rừng lại Ở Mỹ khởi thảo biện pháp kỹ thuật nông nghiệp cải tạo đất lâm nghiệp đồng cỏ để chống xói mòn đất Tất biện pháp (cày vòng theo đường đồng mức, gieo cách dải loại nông nghiệp, bố trí rãnh kênh dẫn nước dọc theo đường đồng mức để ngăn dòng chảy mặt, phủ đất làm ruộng bậc thang sườn dốc, cày hốc, cày không lật vỉa, bón phân khoáng, san mương xói, v.v…) nhằm giảm dòng chảy nước mặt đất, giảm tốc độ gió, tạo lớp phủ ổn định giữ độ ẩm định tầng đất trồng Các biện pháp chống xói mòn bờ phục hồi đất bị phá hoại trình làm đất đồi có ý nghĩa to lớn Phương pháp chủ yếu để chống xói mòn bờ củng cố bờ thực vật bảo hộ giới Để nhằm mục đích người ta làm công trình ngăn dòng để điều chỉnh làm giảm tốc độ dòng chảy triệt tiêu xói mòn [10] Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Hoàng Viết Thảo 10 Quản lý đất đai 2.1.3 Nghiên cứu xói mòn đất Canada Ở Canada việc khai khẩn đất nông nghiệp cách rộng rãi bắt đầu kỷ XX Những người di cư (chủ yếu từ Châu Âu sang) bắt đầu áp dụng biện pháp làm đất phổ biến quê mình, việc cày ruộng hoang cày lật vỉa việc sử dụng rộng rãi bừa tạo điều kiện cho phát triển xói mòn gió, vùng có địa hình đồi gò lại phát triển nước Sự xói mòn gió bắt đầu sau đất hoang cày lên năm mạnh thêm bao trùm toàn vùng Trong năm 30 xói mòn có nguy rộng lớn trở thành vấn nạn thiên tai tầm cỡ quốc gia Trong trình nghiên cứu nhà khoa học chứng minh đất không bị phá hoại vùng có giữ rạ (gốc thân) nông nghiệp đất phủ cỏ gieo cỏ tự nhiên Loại trừ việc cày cày lật vỉa, người ta bắt đầu áp dụng máy xới cắt phẳng, máy xới lưỡi nặng cày ngả rạ loại đĩa, làm đất chúng trừ lại gốc không bị cày lên, tiêu diệt cỏ dại tích trữ độ ẩm cho đất Ở tất biện pháp làm đất việc gieo nông nghiệp theo nguyên tắc tiến hành theo phương trực giao với gió ưu Trong đấu tranh chống xói mòn gió người ta áp dụng việc cày cấy theo dải vòng khoanh với giải gieo trồng có chiều rộng từ 40 200m Xen kẽ với dải bỏ hoang, người ta giữ lại rạ xuất non dải bên cạnh Một biện pháp triệt để chống xói mòn gió nước phổ biến rộng rãi việc gây rừng phòng hộ Các dải rừng phòng hộ thường bố trí theo ranh giới đất quanh nhà [10] 2.1.4 Nghiên cứu xói mòn đất Pháp Nước Pháp có khoảng 30% lãnh thổ núi miền cao, miền Bắc miền Tây miền đất thấp, rộng lớn Đặc trưng địa hình nơi đồi núi, miền đất cao cao nguyên có độ mấp mô lớn, ổn định chống xói Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... đó, hướng dẫn TS Đàm Xuân Vận tiến hành nghiên cứu đề tài: Ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) việc nghiên cứu xói mòn đất huyện Võ Nhai tỉnh Thái Nguyên Mục đích yêu cầu đề tài + Mục đích... hệ thống hóa sở lý luận thực tiễn việc ứng dụng công nghệ tin học ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) vào việc nghiên cứu quản lý tài nguyên môi trường, đặc biệt tài nguyên đất - Xác định,... v.v mà trình xói mòn xảy mạnh hay yếu [7] Nghiên cứu xói mòn đất giới Việt Nam 2.1 Tình hình nghiên cứu xói mòn đất giới 2.1.1 Nghiên cứu xói mòn đất Liên Xô (cũ) Nghiên cứu xói mòn đất mưa tuyết