8. Cấu trúc luận án
3.1.1.Xác định yêu cầu sử dụng hợp lý và bảo vệ tài nguyên đất
3.1.1.1. Đánh giá xói mòn tiềm năng lưu vực a. Phân cấp xói mòn tiềm năng cho toàn lưu vực
a1. Thành lập các bản đồ thành phần
Bản đồ XMTN của LVS Gâm được xây dựng theo mô hình USLE của
Wischmeier và Schmid dựa trên các bản đồ thành phần sau:
- Bản đồ hệ số xói mòn do mưa R: Bản đồ hệ số xói mòn do mưa của LVS
Gâm được thành lập trên cơ sở lượng mưa trung bình năm theo tác giả Nguyễn
Trọng Hà [37] theo công thức: R = 0,548257P – 59,9 (3.1), trong đó:
R là hệ số xói mòn mưa trung bình năm (J/m2)
P là lượng mưa trung bình hàng năm (mm/năm). Bản đồ P được nội suy từ bản đồ lượng mưa trung bình năm cùng với các số liệu đo tại 09 trạm trong LVS Gâm và khu vực liền kề bằng phần mềm ArcGIS 9.3 với thuật toán tuyến tính. Bản đồ hệ
số xói mòn do mưa R được tính theo công thức 3.1 bằng chức năng Raster
Calculator của phần mềm trên (hình 3.1).
- Bản đồ hệ số kháng xói của đất K: Bản đồ hệ số kháng xói của đất được
thành lập trên cơ sở bản đồ thổ nhưỡng. Hệ số này phụ thuộc vào đặc điểm đá mẹ
và các thành phần cơ lý của đất (kích thước hạt đất, kết cấu đất và khả năng thẩm
thấu, tương quan giữa các thành phần trong đất). Các tác giả Wischmeier và Smith
đã đưa ra công thức tính hệ số K như sau:
100K = 2,1.10-4M1,14(12-OS) + 3,25(A-2) + 2,5(D-3) (3.2), trong đó:
K hệ số xói mòn của đất, đơn vị là T/acre.1000.foot.tonf.inch.acre-1.h-1.
M: trọng lượng cấp hạt (trọng lượng theo đường kính cấp hạt). M được xác định: (%) M = (%limon + % cát mịn) (100% - %sét).
OS: hàm lượng chất hữu cơ trong đất, đo bằng phần trăm. D: hệ số phụ thuộc khả năng tiêu thấm của đất.
92
Hình 3.1. Mô hình hệ số R lưu vực sông Gâm
Hình 3.2. Mô hình hệ số K lưu vực sông Gâm
Các tác giả trên cũng đưa ra toán đồ dựa vào công thức 3.2 để tra hệ số K.
FAO cũng đã công bố bảng phân cấp hệ số xói mòn đất [161].
Bảng 3.1. Hệ số kháng xói mòn của các loại đất LVS Gâm
TT Tên đất Việt Nam Hệ số K
1 Đất feralit đỏ nâu trên macma trung tính và bazic (Fk) 0,23
2 Đất feralit đỏ nâu trên đá vôi (Fv) 0,22
3 Đất feralit đỏ vàng trên đá sét và biến chất (Fs) 0,23
4 Đất feralit vàng đỏ trên macma axít (Fa) 0,28 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
5 Đất feralit vàng nhạt trên đá cát (Fq) 0,39
6 Đất dốc tụ (D) 0,01
7 Đất mùn đỏ nâu trên macma trung tính và bazic (FHk) 0,20
8 Đất mùn đỏ nâu trên đá vôi (FHv) 0,22
9 Đất mùn đỏ vàng trên đá sét và biến chất (FHs) 0,15
10 Đất mùn vàng nhạt trên đá cát (Fq) 0,25
11 Đất mùn vàng xám có nơi bị pốtzôn hóa (Ha) 0,20
12 Đất mùn vàng nhạt trên đá cát 0,25
Nguồn: Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp
Ở Việt Nam, các tác giả Phạm Hùng [54], Nguyễn Trọng Hà [37], Nguyễn
Quang Mỹ [76] trong những nghiên cứu của mình cũng đã tính toán và đưa ra hệ số
K cho một số loại đất chủ yếu ở Việt Nam.
Kế thừa các kết quả trên, hệ số kháng xói K của các loại đất trong LVS Gâm được xác lập cho từng loại đất cụ thể (bảng 3.1, hình 3.2):
93
Hình 3.3. Mô hình DEM
lưu vực sông Gâm
Hình 3.4. Mô hình chiều dài
sườn dốc lưu vực sông Gâm
- Mô hình số độ cao DEM (Digital Elevation Model): Mô hình số độ cao DEM của
LVS Gâm được xây dựng từ dữ liệu đường bình độ và điểm độ cao trong lưu vực với
khoảng cao đều là 20m bằng phần mềm ArcGIS 9.3 theo phương pháp nội suy trọng số ngược IDW (Inverse Distance Weighting). Độ phân giải không gian là 30m. Thực chất
của mô hình DEM là một dạng dữ liệu không gian số (dạng raster) thể hiện bề mặt của địa hình mô phỏng từ một hàm số xác định bởi tập hợp các giá trị độ cao trên một không
gian liên tục. Đây là dữ liệu số độ cao cơ bản để có thể tính các mô hình độ dốc (Slope), mô hình chiều dài sườn dốc (Length of slope), mô hình hướng dốc (Aspect), thường được sử dụng nhiều trong các phép toán phân tích không gian (hình 3.3).
- Bản đồ hệ số chiều dài sườn dốc L:
Hệ số chiều dài sườn dốc L là yếu tố trắc lượng hình thái địa hình và có ảnh hưởng lớn đến xói mòn đất trong khu vực. Thông thường hệ số L được tính theo công thức sau (theo Wischmeier và Smith, 1978):
L = (x/22,13)m (3.3) Trong đó: L: hệ số chiều dài sườn x: chiều dài sườn dốc (m)
m: hệ số mũ tuỳ thuộc vào độ dốc; m=0,2 khi độ dốc <1%; m =0,3 khi độ dốc từ 1%-3%; m=0,4 khi độ dốc từ 3%-5%; m=0,5 khi độ dốc >=5%.
94
Hình 3.5. Mô hình hệ số độ
dốc S lưu vực sông Gâm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.6. Mô hình tiềm năng
xói mòn A lưu vực sông Gâm Hiện nay trên thế giới có khá nhiều phần mềm GIS có thể tính toán hệ số chiều dài sườn dốc từ mô hình số độ cao (phần mềm Usle2D của các tác giả trường đại
học Leuven, Bỉ; phần mềm Idrisi Kilimanjaro...).
Trong luận án, hệ số chiều dài sườn dốc L của LVS Gâm được tính từ mô hình số độ cao bằng ứng dụng LSfactor.aml của tác giả Jacek Blaszczynski ở trung tâm
National Applied Resource Sciences Center (NARSC) [169]. Đây là ứng dụng chạy
trong hệ thống phần mềm ArcWork Station 9.3. Giá trị hệ số chiều dài sườn lớn
nhất trong LVS Gâm là hơn 52m (hình 3.4).
- Bản đồ hệ số độ dốc S: Wischmeier và Smith đã đưa ra công thức tính hệ số độ
dốc của sườn S như sau: S=(0,43 + 0,30S + 0,043sl2)/6,613 (3.4)
Trong đó sl là độ dốc của sườn, đo bằng %.
Bản đồ hệ số độ dốc S của LVS Gâm cũng được tính bằng ứng dụng LSfactor.aml,
chạy trong môi trường của phần mềm ArcWork Station 9.3 theo công thức 3.3 (hình 3.5).
a2. Mô hình XMTN đất A của LVS Gâm
Mô hình XMTN đất của LVS Gâm được thành lập theo công thức của Wischmeier
và Schmid: A=R×K×L×S (công thức 1.6). Trong đó, trị số XMTN A được tính từ các
yếu tố tự nhiên bao gồm: hệ số xói mòn do mưa R, hệ số kháng xói của đất K, hệ số
chiều dài sườn dốc L và hệ số độ dốc S (hình 3.6). Căn cứ trên trị số XMTN để đề xuất
95
Luận án đã tiến hành phân cấp mức độ XMTN của LVS Gâm dựa vào trị số XMTN A và đây cũng là cơ sở để thực hiện phân loại lãnh thổ của lưu vực. Trên phạm vi LVS Gâm được chia thành 5 cấp XMTN. Sở dĩ lựa chọn 5 cấp XMTN vì qua khảo
sát diện tích của trị số XMTN A cho thấy: trị số A trung trong khoảng từ 10-90, cao nhất là 155 và thấp nhất là 0. Số cấp cũng không quá nhiều hoặc quá ít sẽ không thể
hiện rõ trên lãnh thổ hoặc làm sự phân hóa trên lãnh thổ quá chi tiết (bảng 3.2).
Bảng 3.2. Các cấp XMTN LVS Gâm
Cấp tiềm năng xói mòn Trị số A
Cấp 1: độ XMTN rất thấp < 15
Cấp 2: độ XMTN thấp 15 - 30
Cấp 3: độ XMTN trung bình 31 - 45
Cấp 4: độ XMTN cao 46 - 60
Cấp 5: độ XMTN rất cao > 60
Trong LVS Gâm có tới 117.276,5 ha rừng đặc dụng, bao gồm các Vườn Quốc
gia, khu BTTN và rừng văn hóa lịch sử, tương ứng với 12,7% tổng diện tích lưu vực. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nếu không tính diện tích các khu rừng đặc dụng này, diện tích cấp XMTN của toàn lưu
vực ở cấp 1 (cấp rất thấp) là 341.865,8 ha, chiếm khoảng 37,3% diện tích của lưu vực.
Diện tích này phân bố chủ yếu ở các vùng thấp phía nam của lưu vực và dọc theo các
thung lũng dòng chính sông Gâm. Tiếp đến là diện tích XMTN cấp 2 (thấp) là 242.212,0 ha, chiếm 26,4% diện tích lưu vực. Diện tích XMTN cấp 3 (trung bình) là 62.803,4 ha, chiếm 6.9% diện tích toàn lưu vực. Diện tích XMTN cấp 4 (mạnh) có diện
tích nhỏ nhất 52.508,8 ha, chiếm 5,7% tổng diện tích lưu vực. Cấp XMTN rất mạnh
(cấp 5) có diện tích 100.135,6 ha, chiếm gần 11% tổng diện tích LVS Gâm (bảng 3.3).
Bảng 3.3. Diện tích các cấp XMTN toàn LVS Gâm
Cấp XMTN Cấp 1 Cấp 2 Cấp 3 Cấp 4 Cấp 5
Đơn vị (ha) (%) (ha) (%) (ha) (%) (ha) (%) (ha) (%)
Diện tích 341.865,8 37,3 242.212,0 26,4 62.803,4 6,9 52.508,8 5,7 100.135,6 10,9
Nguồn: Phân tích và thống kê từ bản đồ lưu vực và cấp XMTN
Tính chung trên toàn lưu vực, tổng diện tích XMTN cấp 1 và cấp 2 đã lên tới
584.077,8 ha, chiếm 63,7% diện tích tự nhiên của lưu vực. Từ cấp 1 đến cấp 4, diện tích XMTN có xu hướng giảm dần và nhỏ nhất là diện tích XMTN ở cấp 4 nhưng đột ngột tăng lên ở cấp 5 với diện tích lớn thứ 3 với trên 100.135ha.
Tổng diện tích XMTN cấp 4 và cấp 5 là 152.644,4 ha, chiếm 16,6% diện tích
của lưu vực. Diện tích có mức độ XMTN hai cấp cao nhất này chủ yếu ở phần lãnh thổ phía bắc và đông bắc lưu vực, thuộc các tỉnh Hà Giang và Cao Bằng.
96
Nếu tính từ cấp XMTN trung bình trở lên (cấp 3 đến cấp 5), tổng diện tích của
3 cấp này là 215.447,8 ha, chiếm 23,5% diện tích tự nhiên của lưu vực và phân bố
chủ yếu ở khu vực đầu nguồn, thuộc các phụ lưu là sông Nhiệm, sông Tổng Gường,
sông Nhi A, phía bắc của dòng chính sông Gâm. Trong đó, diện tích XMTN cấp 4 và cấp 5 đã chiếm khoảng trên 70% tổng diện tích của cả 3 cấp XMTN trên.
b. Phân cấp XMTN cho các phụ lưu (lưu vực cấp 2) b1. Hệ thống các lưu vực cấp 2 của LVS Gâm
LVS là không gian lãnh thổ tự nhiên bao gồm tất cả các đối tượng tự nhiên và nhân tạo có trên đó, nơi tiếp nhận nước mưa và nước ngầm cung cấp cho hệ thống
dòng chảy tự nhiên, được giới hạn bởi các đường phân thủy. LVS là diện tích cung
cấp nước cho con sông đó. Theo “Báo cáo đề tài quy hoạch lâm phận phòng hộ đầu
nguồn Việt Nam” [117], lãnh thổ Việt Nam chia thành 41 LVS cấp 1 và 254 LVS cấp
2 và 1.150 LVS cấp 3. Toàn bộ LVS Gâm được chia thành 05 LVS cấp 2. Để tiện cho
việc theo dõi và xử lý dữ liệu, các LVS cấp 2 được đánh theo mã lưu vực. Theo đó,
LVS Nho Quế có mã là 1 và lần lượt cho đến LVS Năng có mã là 5 (bảng 3.4):
Bảng 3.4. Hệ thống các lưu vực cấp 2 của LVS Gâm
Diện tích (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mã lưu
vực Tên lưu vực (ha) %
1 LVS Nho Quế 100.305,2 10,9%
2 LVS Nhiệm-Tổng Gường 122.487,3 13,4%
3 Lưu vực dòng chính sông Gâm 364.876,5 39,8%
4 LVS Nhi A 114.992,7 12,5%
5 LVS Năng 214.140,4 23,4%
Tổng 916.802,1 100%
Nguồn: Viện Điều tra Quy hoạch rừng
LVS Nho Quế (lưu vực 1): có diện tích 100.305,2 ha, chiếm 10,9% tổng diện
tích LVS Gâm. Phạm vi phân bố của lưu vực 1 nằm chủ yếu ở huyện Mèo Vạc (Hà Giang) và phần phía bắc của các huyện Bảo Lâm, Bảo Lạc (Cao Bằng). Đây là những huyện miền núi có địa hình cao, dốc và chia cắt mạnh nhất nên thung lũng sông thường nhỏ hẹp và sườn dốc.
LVS Nhiệm - Tổng Gường (lưu vực 2): có diện tích 122.487,3 ha, chiếm 13,4% tổng diện tích LVS Gâm. Lưu vực 2 chủ yếu phân bố ở các huyện Yên Minh,
Đồng Văn, Mèo Vạc (Hà Giang). Cũng giống như LVS 1, đây là khu vực vùng cao biên giới, có địa hình cao, dốc và chia cắt hiểm trở nhất.
97
LVS dòng chính sông Gâm (lưu vực 3): có diện tích lớn nhất với 364.876,5 ha,
chiếm gần 40% diện tích LVS Gâm. Phạm vi phân bố của lưu vực 3 nằm ở phía tây
của LVS Gâm, trên địa phận các huyện Bắc Mê, một phần của Vị Xuyên (Hà Giang), Lâm Bình, Chiêm Hoá, phía tây Na Hang và Yên Sơn (Tuyên Quang). Đây cũng là lưu
vực có phần lớn diện tích hồ chứa thuỷ điện Tuyên Quang. So với các LVS cấp 2 khác,
dòng chính sông Gâm chảy qua các khu vực địa hình có độ dốc và chia cắt nhỏ hơn cả, đặc biệt là phần hạ lưu thuỷ điện Tuyên Quang. Trong lưu vực có 4 khu BTTN và rừng văn hóa lịch sử là Du Già, Bắc Mê và Tát Kẻ - Bản Bung và Kim Bình.
LVS Nhi A (lưu vực 4): có diện tích 114.992,7 ha, chiếm 12,5% tổng diện tích
LVS Gâm, phân bố chủ yếu trên các huyện Bảo Lạc, phía nam của Bảo Lâm và một
phần nhỏ của Nguyên Bình (Cao Bằng). Địa hình lưu vực có sự phân hoá giữa khu vực
phía tây (khá thấp, độ dốc nhỏ) và phía đông (địa hình cao, chia cắt mạnh và độ dốc lớn). LVS Năng (lưu vực 5): có diện tích khá lớn với 214.140,4 ha, chiếm 23,4%
tổng diện tích LVS Gâm. Lưu vực 5 nằm chủ yếu ở các huyện Pắc Nặm, Ba Bể,
một phần Ngân Sơn, Chợ Đồn (Bắc Kạn) và phần phía tây của huyện Na Hang
(Tuyên Quang). Ngoài ra, một diện tích nhỏ của huyện Nguyên Bình (Cao Bằng) cũng nằm trong phạm vi lưu vực. So với lưu vực dòng chính sông Gâm, đây là khu
vực cao và dốc hơn nhưng nhỏ hơn các lưu vực cấp 2 khác của sông Gâm. Trong khu vực cũng có phần lớn Vườn Quốc gia Ba Bể và một phần khu BTTN Phia Oắc.
LVS được coi là lãnh thổ tự nhiên trọn vẹn, trong đó, các nhân tố tự nhiên và
môi trường có mối quan hệ chặt chẽ. Sự biến động của mỗi nhân tố đều có tác động
nhanh chóng, sâu sắc và lâu dài đến tài nguyên, môi trường toàn lưu vực, mà trước (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
hết là đến dòng chảy mặt và quá trình xói mòn đất. Các yếu tố chi phối năng lượng
dòng chảy mặt là: độ dốc địa hình, chiều dài sườn dốc (yếu tố năng lượng địa hình)
và lượng mưa (tạo ra năng lượng dòng chảy mặt trên các sườn dốc. Năng lượng
dòng chảy mặt phản ánh mức độ ổn định của bề mặt lưu vực và cùng với đặc tính
xói mòn của đất (đặc trưng bởi hệ số xói mòn) sẽ chi phối quá trình xói mòn đất.
Trong luận án, các LVS cấp 2 trên là các đơn vị cơ sở về mặt lãnh thổ để đánh giá
phân cấp XMTN và phân cấp phòng hộ đầu nguồn (PHĐN) LVS Gâm. Quá trình này thực chất là việc phân tích tổng hợp các điều kiện tự nhiên theo lưu vực để xác định các khu vực có mức độ xung yếu nhất về yêu cầu PHĐN, hạn chế năng lượng
98
b2. Phân cấp tiềm năng xói mòn đất cho các lưu vực cấp 2
Kết quả phân cấp XMTN cho các LVS cấp 2 được tổng hợp dựa trên kết quả
thống kê diện tích bản đồ các cấp XMTN với bản đồ ranh giới LVS cấp 2 bằng
chức năng Zonal/Tabular Area trong phần mềm ArcGIS 9.3 (bảng 3.5).
Bảng 3.5. Diện tích các cấp XMTN theo lưu vực cấp 2 của LVS Gâm
Cấp 1 Cấp 2 Cấp 3 Cấp 4 Cấp 5 Đất rừng
đặc dụng Mã
LV Tên lưu vực
(ha) (%) (ha) (%) (ha) (%) (ha) (%) (ha) (%) (ha)
1 LVS Nho Quế 41.490,6 41,4 35.439,4 35,3 8.497,4 8,5 6.759,8 6,7 8.118,1 8,1 0.0 2 LVS Nhiệm-Tổng Gường 51.047,4 41,7 30.111,8 24,6 7.425,0 6,1 7.291,7 6,0 22.764,2 18,6 3,847.1 3 LV dòng chính sông Gâm 137.604,3 37,7 81.131,7 22,2 23.818,0 6,5 21.349,3 5,9 44.043,7 12,1 56,929.4 4 LVS Nhi A 46.692,2 40,6 32.273,0 28,1 8.298,5 7,2 6.661,0 5,8 17.206,1 15,0 3,861.8 5 LVS Năng 65.031,3 30,4 63.256,2 29,5 14.764,5 6,9 10.446,9 4,9 8.003,4 3,7 52,638.1 Tổng 341.865,8 37,3 242.212,0 26,4 62.803,4 6,9 52.508,8 5,7 100.135,6 10,9 117,276.5
Nguồn: Phân tích và thống kê từ bản đồ lưu vực và cấp XMTN
Từ bảng kết quả trên cho thấy, theo các lưu vực cấp 2 của sông Gâm, cấp
XMTN mạnh và rất mạnh (cấp 4 và 5) tập trung nhiều ở LVS 2 (24.6%), LVS 4 (20,8%), LVS 3 (18,0%), LVS 1 (14,8%) và nhỏ nhất ở LVS 5 (8,6%). Mặc dù LVS 3 (dòng chính sông Gâm) có diện tích XMTN cấp 4 và 5 khá lớn (18.0%) nhưng do
diện tích LVS lớn nhất nên mức độ XMTN trên một đơn vị diện tích khá nhỏ so với
các LVS cấp 2 còn lại. Tổng diện tích XMTN cấp 4 và 5 chiếm tới 15.6% diện tích toàn lưu vực.
Diện tích XMTN ở cấp 2 và 3 không chênh lệch nhiều giữa các lưu vực cấp 2,
trong đó tập trung nhiều hơn cả ở LVS 1 với 43,8% tổng diện tích XMTN của các cấp ở LVS này. Đối với diện tích XMTN ở cấp 1, LVS 3, LVS 5 và LVS 2 có diện
tích lớn nhất. Nhìn chung, diện tích XMTN cấp 1 thường dao động từ trên 30% đến dưới 42% tổng diện tích XMTN của các LVS cấp 2.
Như vậy, giữa các LVS cấp 2 có sự phân hoá khá rõ về XMTN lưu vực. Trong
đó, các LVS 2, LVS 4, LVS 3 có yêu cầu phòng hộ giữ nước đầu nguồn lớn nhất,