7. Đánh giá chung
3.1.3 Tính toán hiện trạng xói mòn các lưu vực sông tỉnh Quảng Trị
- Quy trình đánh giá
Danh sách các bản đồ và dữ liệu được xây dựng cho đánh giá xói mòn đ ất lưu vực sông Thạch Hãn:
1 - Xây dựng dữ liệu phân bốlượng mưa
Chỉ số xói mòn do mưa (R) đư ợc tính toán dựa trên dữ liệu lượng mưa đưa vào. Với dữ liệu lượng mưa trung bình năm đư ợc tính toán cho các trạm Thạch Hãn và lân cận, nội suy theo phương pháp Kriging sẽ cho ra dữ liệu phân bố lượng mưa trung bình năm. Sau đó, mô hình đánh giá t ổng lượng dòng chảy mặt được thành lập dựa trên dữ liệu lượng mưa đưa vào và các dữ liệu nhóm thủy văn và lớp phủ mặt đất. Ở mô hình này, dữ liệu mưa đã đư ợc chuyển từ đơn vị mm sang cm để N-SPECT chuyển đổi qua đơn vị tính toán là inch.
Ngoài việc sử dụng mô hình đánh giá chỉ số xói mòn do mưa dựa vào các yếu tố trên, N-Spect còn cho phép đánh giá xói mòn đất theo chỉ số R cho trước. Chỉ số R có thể được tính toán theo công thức:
R = 0,548257P – 59,9
trong đó: R: chỉ số xói mòn do mưa (J/m2
)
P: lượng mưa trung bình năm (mm)
Với mục đích sử dụng chỉ số R cho mô hình đánh giá xói mòn đ ất, N-SPECT không đưa ra dữ liệu tính toán R cụ thể mà sử dụng dữ liệu lượng mưa trung bình năm cho tính toán kịch bản mưa (Precipitation Scenario). Trong kịch bản mưa xây dựng cho lưu vực sông Thạch Hãn, ngoài dữ liệu trên N-SPECT còn yêu cầu đưa vào sốngày mưa trung bình năm và kiểu thời tiết khu vực nghiên cứu. Thời gian cho tính toán tổng lượng dòng chảy mặt theo lượng mưa trung bình hàng năm (Annual Precipitation) v ới số ngày mưa trung bình là 178ngày/1 năm. Kiểu mưa tại lưu vực sông Thạch Hãn được xác định là dạng II, tức là dạng mưa theo các cơn có thời gian ngắn trong ngày.
2 - Xây dựng dữ liệu LS
Mô hình số độ cao khu vực nghiên cứu có giá trị thấp nhất là 5m và cao nhất là 1720m. Mô hình này được chuyển đổi từ dạng TIN sang raster (GRID) cho lưu trữ và tính toán với độ phân giải không gian là 20x20m. Trước tiên, quá trình phân tích DEM sẽ cho ra dữ liệu hướng dòng chảy như hình 3.7.
chảy và được dùng để phân chia mạng lưới dòng chảy (stream network). Trong dữ liệu tích lũy dòng ch ảy, giá trị của mỗi pixel bao gồm tổng giá trị các pixel phía trên chảy xuống nó theo các dòng chảy dựa trên hướng dòng chảy (Jenson và Domingue, 1988).
Bắt đầu
Lượng mất đất grid
(mg/năm)
Tỷ lệ chiều dài địa hình đầu vào
R grid LS grid C grid
Lớp phủ Dữ liệu đất
K grid
Hệ số R
gốc Hệ số LS gốc Hệ số C gốc Hệ số K gốc
Tính toán RUSLE
Lượng mất đất đầu vào
Tỷ lệ chiều dài địa hình grid Số đường cong grid Diện tich ô grid Tính toán tỷ lệ phân phối trầm ích Tỷ lệ phân phối trầm tích grid Lượng mất đất grid (mg/năm) Tỷ lệ phân phối trầm tích Kết quả (kg/năm) Kết thúc
Cuối cùng, N-SPECT dữ liệu hệ số LS được tính toán đưa vào mô hình đánh giá xói mòn đất. Hệ sốLS lưu vực sông Thạch Hãn, Quảng Trịđược thể hiện trong (hình 3.9).
Giá trị lớn nhất của lưới tích lũy dòng chảy được nhân với một giá trịngưỡng cho trước (0.03, 0.06, 0.1), tương đương với kích thước lưu vực nhỏ, trung bình và lớn. N- PECT sau đó trích mạng lưới dòng chảy bằng việc lấy tất cả các ô trong lưới tích lũy dòng chảy có giá trịvượt quá ngưỡng định trước (3%, 6% và 10% của tổng tích lũy dòng chảy) và gán các giá trị khác là NoData (dữ liệu trống). Vì vậy, số lượng các ô bên trên chảy vào một ô phải lớn hơn phần trăm ngưỡng của tổng lượng tích lũy dòng chảy được phân ra như một phần của mạng lưới dòng chảy.
Hình 3.9. Bản đồ hệ số LS
Hình 3.10 Bản đồ tích luỹ dòng chảy Hình 3.11 Bản đồ tích luỹ trầm tích
3 - Thành lập bản đồ hệ số K
đồ thổnhưỡng chung của tỉnh Quảng Trị, tỷ lệ 1:100.000 và các bảng tra hệ số K của các kết quả nghiên cứu trước đây. Đối với mô hình đánh giá xói mòn N -SPECT, một trong các tính chất của các loại đất cũng được quan tâm là nhóm đất - thủy văn được phân loại dựa vào thành phần của đất. Đối với GIS, bảng dữ liệu phân loại đất, nhóm đất và hệ số kháng xói có thể được xây dựng độc lập và được liên kết với dữ liệu đất thông qua một trường thuộc tính nào đó. Điều này giúp cho khả năng xây dựng và chỉnh sửa dữ liệu được thực hiện một cách dễ dàng và hệ thống hơn với các phần mềm GIS hiện đại.
Dữ liệu đất Quảng Trị được thu thập, chuyển đổi hệ lưới chiếu và chuyển vào CSDL geodatabase dùng cho đánh giá xói mòn. M ột bảng độc lập cũng được xây dựng chứa các trường thuộc tính: kí hiệu đất, tên đất, giá trị chuyển đổi sang raster (pixel value), hệ sốK (K_factor) và nhóm đất (Soil_group) biểu diễn trên hình 3.12.
Hình 3.12. Bản đồ đất và bảng phân loại hệ số K lưu vực sông Thạch Hãn
Như vậy, hầu hết các loại đất tại lưu vực sông Thạch Hãn nằm trong nhóm C và D, có thành phần mùn và sét cao. Hệ số kháng xói của đất tập trung chủ yếu trong khoảng từ 0,1 đến 0,48. Riêng các khu vực trên bản đồ thổ nhưỡng là đá gốc nằm chủ yếu trong khu vực núi đá cao nơi xảy ra hiện tượng xói mòn mạnh, các loại đất này được gán vào nhóm D và có hệ số kháng xói càng gần bằng 0.
4 - Thành lập bản đồ hệ số lớp phủ thực vật (C)
Đề tài sử dụng phương pháp phân tích ảnh số cho thành lập bản đồ hệ số lớp phủ thực vật (C). Nguồn dữ liệu được sử dụng cho phân tích là 02 cảnh ảnh vệ tinh Landsat ETM chụp vào 13/4/2006. Đây là dữ liệu ảnh gốc chưa qua xử lý nên các thông tin về phản xạ phổ của các đối tượng trên ảnh vẫn được bảo tồn.
Hình 3.13. Bản đồ hệ số K lưu vực sông Thạch Hãn, Quảng Trị
Quá trình xử lý hình học với ảnh vệ tinh bao gồm: khớp ảnh tựđộng (Image Auto Synchronize), ghép ảnh (Mosaic) và nắn chỉnh hình học (Image Geomatric Correction) đều được thực hiện trên phần mềm xử lý ảnh số chuyên nghiệp ENVI, ILWIS. Đối với các bài toán phân tích nhân tố liên quan đến chồng ghép nhiều lớp thông tin thì việc đảm bảo
tính chính xác về hình học của các dữ liệu đầu vào phải được quan tâm trước tiên. Đặc biệt là đối với các khu vực nghiên cứu nằm trên các tư liệu ảnh khác nhau như lưu vực sông Thạch Hãn, việc sử dụng các phương pháp được hỗ trợ bởi kỹ thuật trắc địa ảnh trong khớp ảnh tự động (Auto Tie-point) rõ ràng đem l ại kết quả chính xác hơn phương pháp nắn chỉnh hình học thông thường. Tiếp theo, các kỹ thuật ghép ảnh và xử lý hình học cao cấp (sử dụng trong phần mềm ENVI hay ERDAS Imagine) cũng góp ph ần đem lại độ chính xác về hình học tương đối cao mà vẫn giữ được đặc trưng phổ của các đối tượng cho phân tích lớp phủ bề mặt.
Hình 3.14 Bản đồ lớp phủ mặt đất lưu vực sông Thạch Hãn, Quảng Trị
Tuy nhiên, phương pháp viễn thám vẫn còn một số vấn đề cần có các nghiên cứu và đánh giá sâu hơn trong hỗ trợ cho tính toán xói mòn đ ất. Thứ nhất, tư liệu ảnh viễn thám chỉ phản ánh được các thông tin về lớp phủ mặt đất tại thời điểm thu nhận ảnh. Tại Việt nam, hầu hết các tư liệu ảnh được thu nhận vào mùa khô khi mà lượng mây rất ít.
Trong khi đó tại thời điểm này thì lớp phủ thực vật đang nghèo nhất và các hoạt động canh tác chưa diễn ra. Thứ hai, tính chính xác của phương pháp phân loại có kiểm định cũng còn đang là một vấn đề gây tranh cãi do phần mềm chỉ nhận biết các đối tượng dựa trên đặc trưng phản xạ phổ mà thôi. Do đó, để phân loại các đối tượng theo đúng như thực tế cần phải có thêm các nghiên cứu chi tiết khác để bổ sung, hoàn thiện hơn dữ liệu.
Trong nghiên cứu này, dự án sử dụng phương pháp phân loại có kiểm định đối với ảnh vệtinh Landsat đã được xử lý hình học. Bản đồ lớp phủ mặt đất được chiết xuất từ ảnh thể hiện trong hình 3.14.Hệ số C của các đối tượng lớp phủ mặt đất được tham khảo từ bảng tra hệ số C của N-SPECT và một số nghiên cứu khác tại Việt Nam. Ngoài ra, dự án còn sử dụng kết quả phân tích hệ số lớp phủ thực vật chuyển đổi (TNDVI) làm đối sánh khi ước lượng hệ sốC cho các đối tượng lớp phủ bề mặt khu vực nghiên cứu.
Sau khi chuyển đổi dữ liệu lớp phủ thực vật NDVI, sản phẩm thu được là bản đồ hệ số C, thể hiện được mức độ xói mòn của đất liên quan tới sự phân bố thảm thực vật trong khu vực nghiên cứu. Chỉ sốnày được phân loại theo các loại lớp phủ khác nhau để đưa vào mô hình NSPECT như trong bảng 3.4 và hình 3.15.
Bảng 3.4. Bảng phân loại chỉ số lớp phủ thực vật trong khu vực nghiên cứu
5 - Tính toán hệ số P
Trong mô hình đánh giá xói mòn đất, hệ sốP đặc trưng cho mức độ giảm thiểu xói mòn của các biện pháp canh tác. Hệ số P chỉ có ý nghĩa rõ rệt với các khu vực canh tác nông nghiệp. Bảng tra hệ số P theo hội khoa học đất quốc tế được thể hiện trong (bảng 3.5).
khăn. Diện tích đất trồng lúa rất nhỏ, tập trung chủ yếu tại các vùng bằng phẳng ven các con suối, hầu hết diện tích đất trồng cây hàng năm là ngô, sắn và một số cây ngắn ngày. Hơn thế nữa, hầu hết các khu vực có mức độ xói mòn lớn lại nằm trên các sườn đất dốc, đa sốđược che phủ bằng thảm thực vật tự nhiên và rừng trồng.
Hình 3.15 Bản đồ hệ số C lưu vực sông Thạch Hãn, tỉnh Quảng Trị
Bảng 3.5 Bảng tra hệ số P theo Hội khoa học đất quốc tế
Độ dốc (%) Canh tác theo đường đồng mức đồng mức và theo băngCanh tác theo đường Canh tác theo luống
1-2 0,6 0,3 0,12 3-8 0,5 0,25 0,1 9-12 0,6 0,3 0,12 13-16 0,7 0,35 0,14 17-20 0,8 0,4 0,16 21-25 0,9 0,45 0,18
6 - Xây dựng bản đồ xói mòn đất lưu vực sông Thạch Hãn
hình RUSLE. Thông thường, để giải quyết bài toán xói mòn thì ngư ời ta thường tính toán các bản đồ thành phần rồi sử dụng phép nhân chúng với nhau để tính toán xói mòn. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, một số tổ chức đã nghiên cứu tạo ra các công cụ tính toán xói mòn tự động,trong đó có N-SPECT. Vềcơ bản, N-SPECT tính toán tổng lượng mất đất theo quy trình thể hiện ở trên, các hệ sốđường cong mưa và P được tính toán tự động và chỉđưa ra kết quả tạm thời để đưa vào mô hình tính toán xói mòn đ ất. Kết quả tính toán xói mòn đất tại lưu vực được thể hiện trong hình 3.16. Các cấp độ xói mòn đất thực tếđược thống kê trong bảng 3.6.
Bảng 3.6 Thống kê diện tích các cấp xói mòn thực tế của lưu vực
Hầu hết diện tíc h lưu vực sông Thạch Hãn có mức độ xói mòn thực tế trong khoảng dưới 0,15 tấn/ha.năm. Điều này là phù hợp, vì lưu vực sông Thạch Hãn có diện tích rừng tự nhiên, rừng trồng lớn, đã hạn chếđáng kể quá trình xói mòn đất.
Các khu vực có cường độ xói mòn cao tập trung trên các sườn có độ dốc lớn và lớp phủ thực vật là cây trồng hàng năm,là các cây có độ che phủ không cao, tập trung tại khu vực núi Voi Mẹp, dọc theo lưu vực sông Cam Lộ thuộc huyện Hương Hoá và các lưu vực sông tại các vùng núi phía Nam của lưu vực sông Thạch Hãn (huyện Đa – Krong). Các khu vực có mức độ xói mòn lớn nhất (trên 3,5 tấn/ha.năm), chiếm khoảng 0,59% diện tích toàn lưu vực, tập trung chủ yếu tại sườn núi Voi Mẹp và dọc theo sông Đa- Krong. Những khu vực bị xói mòn từ 0,15 tấn trở lên chiếm diện tích không lớn, tổng khoảng 1,3% diện tích toàn lưu vực, tập trung tại các khu vực núi cao, có sườn dốc và lượng mưa cao. Đặc biệt vào các mùa mưa lũ, khi nước tập trung theo các khe xói sẽ tạo động lực dòng chảy mạnh, tăng cường khảnăng xói trong khu vực. Khi đó, các vật liệu từ trên đỉnh và các sườn này sẽ được đưa xuống và gây ảnh hưởng lớn tới các khu vực phía dưới hạ lưu. Khu vực nghiên cứu nằm ở vùng có địa hình núi khá hiểm trở (nhiều sườn dốc trên 20o) nên khảnăng bóc tách các vật liệu đưa theo dòng chảy là rất lớn. Các
STT Cấp xói mòn thực tế (tấn/ha.năm) Diện tích (ha) % Diện tích 1 Dưới 0,15 454,907 70.11 2 0,15 – 0.5 139,903 21.56 3 0.5 – 1,5 45,741 7.05 4 1,5 – 3.5 4,488 0.69 5 > 3.5 3,845 0.59
vật liệu này khi được đưa xuống các lòng sông nằm trong các thung lũng như lưu v ực sông Cam Lộ, Quảng Trị, Đa-Krong hay một số con sông chạy dọc theo đường mòn Hồ Chí Minh… có thể tạo nên các đập chắn tự nhiên, tạo điều kiện cho các tai biến khác có thể diễn ra.
Hình 3.17 Bản đồ tích tụ vật chất lưu vực sông Thạch Hãn, tỉnh Quảng Trị
3.2. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG XÓI LỞ VÀ BỒI LẮNG TRÊN CÁC DÒNG SÔNG HỆ THỐNG SÔNG THẠCH HÃN