dưới dạng ruộng bậc thang
2.3.3. Phương pháp xây dựng bản đồ nguy cơ xói mịn đất
Để thành lập bản đồ nguy cơ xói mịn đất cho khu vực nghiên cứu theo mơ hình USLE và GIS thì ta cần xây dựng các bản đồ hệ số R, bản đồ hệ số K, bản đồ hệ số LS và bản đồ hệ số CP.
2.3.3.1. Tính tốn hệ số xói mịn do mưa (R)
R là hệ số xói mịn của mƣa và dịng chảy (rainfall and runoff erosivity). Nó đặc trƣng cho sự tác động của mƣa đến q trình xói mịn đất, đây là thƣớc đo sức mạnh xói mịn của mƣa và sức chảy tràn trên bề mặt. R không chỉ là lƣợng mƣa mà yếu tố này thể hiện qua tổng lƣợng mƣa và cƣờng độ mƣa.
Đối với các bài tốn mơ hình hóa xói mịn, việc tính tốn hệ số xói mịn do mƣa thƣờng dựa vào lƣợng mƣa và số ngày mƣa trung bình trong nhiều năm liên tiếp. Tính tốn hệ số xói mịn do mƣa dựa vào cƣờng độ mƣa thƣờng chỉ áp dụng với các nghiên cứu chi tiết bởi việc thu thập số liệu khí tƣợng thủy văn rất phức tạp. Các số liệu khí tƣợng thủy văn liên quan đến nghiên cứu xói mịn do nƣớc đƣợc cung cấp bởi mạng lƣới đài trạm chỉ bao gồm lƣợng mƣa theo ngày. Do đó, ngƣời ta tiến hành tổng hợp đƣợc lƣợng mƣa trung bình tháng, năm và số ngày mƣa trong năm dựa trên số liệu của nhiều năm.
Ngồi ra, việc xác lập cơng thức để tính tốn cho hệ số R cịn phụ thuộc vào từng khu vực nhất định do mỗi vùng đều có sự khác nhau về lƣợng mƣa, sự phân bố, tính chất mƣa… Cƣờng độ mƣa càng lớn và thời gian mƣa càng lâu, tiềm năng xói mịn càng cao. Khi tính tốn hệ số R cho các khu vực khác nhau thì ta có thể áp dụng các cơng tính R của các khu vực đã nghiên cứu, nhƣng ta phải chọn cơng thức tính hệ số R phù hợp với khu vực đó nhất. Ở vùng nghiên cứu, huyện Quản Bạ, tỉnh Hà Giang, tác giả sử dụng công thức:
R = a + b x P Trong đó:
R : Hệ số xói mịn do mƣa a, b: Hệ số
P : Lƣợng mƣa trung bình năm
Hệ số a, b đƣợc xác định theo tính tốn thực nghiệm của A. G. Toxopeus. Với a = 38,5 và b = 0,35.
Bắt đầu tính R Số liệu mƣa Bổ sung các giá trị thiếu Nhóm thủy văn grid Lớp phủ Gán CN CN grid Tính tốn khả năng thốt Ia grid Tính tốn Q Q grid
Nhân Q với diện tích ơ
R grid Kết thúc Lƣợng mƣa
grid Khả năng
thốt tối đa
Tính tốn Ia
2.3.3.2. Tính tốn hệ số K
K là hệ số thể hiện khả năng xói mịn của đất (soil erodibility). Nói cách khác đây là một nhân tố biểu thị tính dễ bị tổn thƣơng của đất với xói mòn và là đại lƣợng nghịch đảo với tính kháng xói mịn của đất. Đất có giá trị K càng lớn thì khả năng xói mịn càng cao. K phụ thuộc vào đặc tính của đất chủ yếu là sự ổn định về cấu trúc đất, thành phần cơ giới đất. Đặc biệt là ở các tầng đất trên mặt và thêm vào đó là thành phần cơ giới, hàm lƣợng hữu cơ có trong đất.
Có nhiều cơng thức cho việc tính hệ số K (bảng 2.1) [35]:
Bảng 2. 1. Một số công thức tính hệ số K Tác giả Cơng thức Wischmeier và Smith (1978) 100K=2,1.10-4 M1,14 (12-a) + 3,25 (b-2) + 2,5 (c-3) Rosewell (1993) 100K= 2,27 M1,14 (10-7) (12-a) +4,28 (10-3) (b-2) +3,29 (10-3) (c-3) ISSS (1995) 100K= 2,241 [2,1.10-4 (12-a) M1,14 +3,25 (b-2) +2,5 (c-3) Trong đó: K : Hệ số xói mịn đất của đất M đƣợc xác định: (%) M = (%limon + % cát mịn)(100% - %sét) a : Hàm lƣợng chất hữu cơ trong đất, đo bằng phần trăm
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
Áp dụng các công thức trên, các nhà khoa học Việt Nam đã nghiên cứu và tính tốn đƣợc giá trị K ở một số loại đât cơ bản. Các giá trị này đƣợc tổng hợp trong bảng 2.2 dƣới đây.
Bảng 2. 2. Chỉ số xói mịn K của một số đất ở Việt Nam
STT Loại đất Số mẫu K (tính trung bình)
Theo tốn đồ Theo cơng thức ISSS
1 Đất đen có tầng kết von dầy 5 0,09 0,11
2 Đất đen Glây 7 0,10 0,10
3 Đất nâu thẫm trên Bazal 15 0,12 0,09
4 Đất nâu vùng bán khô hạn 6 0,25 0,19 5 Đất đỏ vùng bán khô hạn 6 0,20 0,17 6 Đất xám bạc mầu 21 0,22 0,22 7 Đất xám có tầng loang lổ 25 0,25 0,23 8 Đất xám feralit 27 0,23 0,22 9 Đất xá mùn trên núi 19 0,19 0,20 10 Đất nâu đỏ 32 0,20 0,23 11 Đất nâu vàng 35 0,21 0,20 12 Đất mùn vàng trên núi đỏ 25 0,15 0,16
(Nguồn: Nguyễn Tử Siêm và Thái Phiên, 1999)[36] 2.3.3.3. Tính tốn hệ số chiều dài sườn và độ dốc (LS)
LS là đại lƣợng biểu thị cho sự ảnh hƣởng của nhân tố độ dốc (S) và độ dài sƣờn dốc (L) tới hoạt động xói mịn đất. Về mặt lý thuyết, khi tăng tốc độ dịng chảy lên gấp đơi thì mức độ vận chuyển đối với các hạt có thể lớn hơn 64 lần, nó cho phép mang các vật liệu hịa tan trong nƣớc lớn hơn gấp 30 lần và kết quả làm
S là độ dốc của sƣờn, lƣợng mất đất lớn khi độ dốc cao. Nó là tỷ lệ của sự mất đất từ độ dốc thực tế đối với độ dốc chuẩn (9%) dƣới những điều kiện khác đồng nhất, sự liên hệ của sự mất đất đối với độ dốc bị ảnh hƣởng bởi mật độ lớp phủ thực vật và kích thƣớc hạt đất.
L là khoảng cách từ đƣờng phân thủy ở đỉnh dốc đến nơi vận tốc dòng chảy chậm lại và vật chất bị trầm lắng. Nó là tỷ số lƣợng mất đất ở các loại đất giống nhau có độ dốc giống nhau nhƣng có chiều dài sƣờn khác nhau, so với chiều sƣờn của ô đất chuẩn (72.6 feet).
Vì vậy, L và S là 2 yếu tố đƣợc xem xét chung khi tính tốn xói mịn. Tùy thuộc vào từng khu vực mà ta có cách tính tốn LS cho phù hợp.
Trong nghiên cứu này, tác giả tính đƣợc độ dài sƣờn dốc theo cơng thức của A. G. Toxopeus:
L = 0,4 x S + 40, trong đó:
L là chiều dài sƣờn (m), S là độ dốc (độ).
Cuối cùng ta tính giá trị LS và xây dựng bản đồ hệ số LS (Hình 2.4) bằng cách sau:
- Đối với sƣờn có độ dốc < 20o, phƣơng trình để tính hệ số có dạng (A. G. Toxopeus):
LS = (L/72,6) x (65,41 x sin (S) + 4,56 x sin (S) + 0,065)
- Đối với sƣờn có độ dốc > 20o, phƣơng trình Gaudasasmita đƣợc sử dụng để tính hệ số có dạng:
DEM grid Bắt đầu Buffer DEM 2 lần Buffer DEM grid Tính tốn hƣớng dịng chảy (grid) Hƣớng dịng chảy grid Tính góc dốc địa hình (grid) Góc dốc địa hình (grid) Gán góc dốc bằng 0 thành 0.1 Sửa góc dốc địa hình (grid) Tính tốn thay đổi độ dốc (grid) Thay đổi độ dốc grid Góc dốc địa hình đã sửa Thay đổi độ dốc grid Xác định điểm đổi hƣớng Tạo lƣới hƣớng dòng chảy biến đổi
Hƣớng dòng chảy
biến đổi grid Trọng số
grid
Tạo lƣới tích lũy sƣờn dốc Tính sƣờn dốc (M) Biểu diễn sƣờn dốc grid Tích lũy sƣờn dốc grid Tính hệ số L Tính hệ số S S grid L grid Tính hệ số LS LS grid Kết thúc
2.2.3.4. Hệ số C, P
Để đánh giá ảnh hƣởng của các hoạt động sản xuất và các biện pháp phịng chống xói mịn tới q trình xói mịn đất ngƣời ta đƣa ra 2 thừa số đặc trƣng cho hiện tƣợng này đó là hệ số che phủ C và hệ số trợ giúp thực tế P.
C là hệ số canh tác/trồng trọt và quản lý (hệ số che phủ). Hệ số này rất cần cho việc tính tốn lƣợng xói mịn thực sự. Lƣợng đất mất "thực sự" có thể tính cho từng loại sử dụng đất và từng đơn vị hành chính, ngồi ra hệ số che phủ C cịn đƣợc sử dụng để đánh giá sự ảnh hƣởng của hệ thống quản lý trồng trọt tới xói mịn đất. Hệ số C là một tỷ số so sánh lƣợng đất mất trong điều kiện một hệ thống trồng trọt và quản lý nhất định với lƣợng đất mất tƣơng ứng của đất của đất bỏ hoang liên tục và đất canh tác. Hệ số C có thể xác định bởi việc lựa chọn kiểu canh tác và phƣơng pháp canh tác. Giá trị đƣợc tạo ra cho mỗi cách canh tác cụ thể mà khơng tính đến luân canh hay thời tiết và phân bố mƣa hàng năm đối với các khu vực nông nghiệp khác nhau của các vùng.
P là hệ số trợ giúp thực tế (support practice factor). Hệ số P là chỉ số phản ánh ảnh hƣởng của các hoạt động mà sẽ làm giảm khối lƣợng và tốc độ của nƣớc bề mặt và do vậy làm giảm khối lƣợng xói mịn. Hệ số P thể hiện tỷ số của lƣợng đất mất đi bởi các biện pháp hỗ trợ chống xói mịn nhƣ các biện pháp cơng trình, biện pháp canh tác theo đƣờng cơng tua....
Theo Wischmeier và Smith (1978) thì hệ số C là tỉ số giữa lƣợng đất mất trên một đơn vị diện tích có lớp phủ thực vật và sự quản lý của con ngƣời đối với lƣợng đất mất trên một diện tích trống tƣơng đƣơng. Hệ số C là hệ số đặc trƣng cho mức độ che phủ đất của các lớp thực phủ bề mặt, biện pháp quản lý lớp phủ, biện pháp làm đất, sinh khối đất… Giá trị của C chạy từ 0 đến 1. Đối với vùng đất trống khơng có lớp phủ thực vật thì hệ số C đƣợc xem là bằng 1 [1].
Để xác định hệ số C, Pcho từng vùng một cách chính xác thì cần có những quan trắc lâu dài. Chúng ta có hai phƣơng pháp để tính hệ số C [33]:
+ Phƣơng pháp khảo sát thực địa theo Wishmeir và Smith (1978).
+ Phƣơng pháp sử dụng bản đồ hiện trạng sử dụng đất hay ảnh vệ tinh để xây dựng lớp phủ thực vật sau đó tham khảo hệ số C của từng loại hiện trạng từ các tài liệu.
Trong nghiên cứu này, hệ số C,P đƣợc nghiên cứu dựa vào phƣơng pháp thứ 2, dựa vào hai bản đồ là bản đồ hiện trạng sử dụng đất và bản đồ hiện trạng rừng, tác giả xác định các hệ số C,P dựa vào các nghiên cứu của các nghiên cứu trƣớc đây của các nhà khoa học (bảng 2.3).
Bảng 2. 3. Giá trị hệ số C, P của một số loại hình sử dụng đất và thảm thực vật
Loại hình sử dụng đất và thảm thực vật Hệ số xói mịn do canh tác (C) Hệ số xói mịn do quản lý Hệ số xói mịn do canh tác và quản lý (CxP) Độ dốc (0) P Rừng giàu 0,00047 0-90 1,00 0,00047 Rừng trung bình 0,00095 0,00095 Rừng nghèo 0,00230 0,00230 Rừng hỗn giao 0,00120 0,00120 Rừng tre nứa 0,00125 0,00125
Rừng phục hồi tái sinh 0,00202 0,00202
Rừng non có trữ lƣợng 0,00212 0,00212
Rừng non khơng có trữ lƣợng 0,00235 0,00235
Rừng trồng 0,00235 0,00235
Đất chƣa sử dụng:
Đất trống có cây bụi 0,10000 0,15 0,01500
Đất trống có cây gỗ rải rác 0,05000 0,055 0,00275
Đất NN, trồng cây lâu năm: 0,00120 0-90 1,00 0,00120 Đất NN, trồng cây hàng năm 0,30000 15-20 0,26 0,07800
Đất phi nông nghiệp 0 0 0
Núi đá 0 0 0
Sông, suối, hồ, đập 0 0 0
(Nguồn: Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp) [37] 2.3.3.5. Xây dựng bản đồ nguy cơ xói mịn đất
a. Các bƣớc tiến hành
Nhƣ đã nói ở trên, ngun tắc tính tốn lƣợng xói mịn đất đƣợc tính theo phƣơng trình mất đất phổ dụng (USLE) do Wischmeier và Smith xây dựng năm 1978 [37]:
A = R x K x (L x S) x (C x P) Trong đó:
A: Lƣợng đất mất hàng năm (tấn/ha). R: Hệ số xói mịn do mƣa.
K: Hệ số mẫn cảm của đất đối với xói mịn. L: Hệ số xói mịn của chiều dài sƣờn dốc. S: Hệ số xói mịn của độ dốc.
C: Hệ số bảo vệ đất của thảm thực vật, cây trồng và hệ thống canh tác. P: Hệ số bảo vệ đất của các cơng trình chống xói mịn .
Vì vậy, sau khi 4 loại bản đồ chuyên đề: R, K, (L x S), (C x P) đã đƣợc số hóa và lƣu trữ nhƣ các lớp bản đồ khác nhau trong hệ thống thông tin địa lý (GIS). Chúng sẽ đƣợc chồng xếp lên nhau và tạo thành các khoanh (polygon) chứa 4 thuộc tính là R, K, (L x S), (C x P). Thuộc tính thứ 5 là bản đồ xói mịn đất (A) đƣợc tính theo cơng thức trên.
Bắt đầu Lớp phủ Tính hệ số C Đất Hệ số K C grid K grid Dịng chảy LS grid Phân chia nƣớc Phân chia nƣớc grid Dịng chảy grid Tính tốn MUSLE Lƣợng trầm tích thu đƣợc Sản lƣợng trầm tích grid Sản lƣợng
trầm tích grid Hƣớng dịng chảy grid
Sản lƣợng trầm tích tích tụ Trầm tích tích tụ grid Tổng lƣợng trầm tích thu đƣợc Tổng lƣợng mất đất Kết thúc Hệ số LS
b. Phân loại mức độ xói mịn
Sau khi lƣợng đất mất hàng năm (A) đã đƣợc xác định sẽ đƣa về 1 trong số 7 mức độ xói mịn sau, để tạo thành bản đồ xói mịn đất [37]
1 - Rất yếu (< 5 tấn/ha/năm). 2 - Yếu (5-20 tấn/ha/năm). 3 - Trung bình (21-50 tấn/ha/năm). 4 - Hơi mạnh (51-100 tấn/ha/năm). 5 - Mạnh (101-150 tấn/ha/năm). 6 - Rất mạnh (151-200 tấn/ha/năm). 7 - Mãnh liệt (> 200 tấn/ha/năm). c. Thể hiện trên bản đồ
Mỗi cấp xói mịn đƣợc thể hiện bằng một màu khác nhau trên bản đồ. Thông thƣờng dùng màu theo thứ tự, từ cấp rất yếu (màu lạnh) tăng dần đến cấp mãnh liệt (màu nóng).
1 - Rất yếu: Xanh lá mạ. 2 - Yếu: Xanh lá cây. 3 - Trung bình: Vàng. 4 - Hơi mạnh: Da cam. 5 - Mạnh: Hồng. 6 - Rất mạnh: Đỏ. 7 – Mãnh liệt: Tím đỏ.
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội ảnh hƣởng đến xói mịn đất tại vùng nghiên cứu đất tại vùng nghiên cứu
3.1.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên
3.1.1.1. Vị trí địa lý và ranh giới hành chính
Quản Bạ là huyện vùng núi cao của tỉnh Hà Giang, có toạ độ địa lý nằm trong khoảng 22o57’ đến 23o10’ Vĩ độ Bắc và 104o40’30” đến 105o Kinh độ Đơng, tồn huyện nằm trên cao nguyên đá vôi Đồng Văn. Trung tâm huyện lỵ là thị trấn Tam Sơn cách thị xã Hà Giang khoảng 50km về phía Nam.
- Phía Bắc và phía Tây giáp tỉnh Vân Nam - Trung Quốc - Phía Đơng và Đơng Bắc giáp huyện n Minh
- Phía Nam giáp huyện Vị Xuyên
Với vị trí nhƣ trên, Quản Bạ có nhiều thuận lợi cho sự phát triển kinh tế xã hội của huyện.
Quản Bạ có 5 xã biên giới với 46km đƣờng biên giới với nƣớc Trung Quốc, có vị trí chiến lƣợc quan trọng và có ý nghĩa to lớn về an ninh quốc phịng khơng chỉ đối với Hà Giang mà đối với tồn quốc.
Vị trí địa lý thuận lợi là yếu tố phát triển quan trọng và là một trong các tiềm lực to lớn cần đƣợc phát huy một cách triệt để nhằm phục vụ phát triển kinh tế xã hội của huyện nói chung và phát triển nơng nghiệp nơng thơn nói riêng.
3.1.1.2. Địa hình
Huyện Quản Bạ nằm trong vùng núi cao của tỉnh Hà Giang, nằm trên cao nguyên Đồng Văn. Nơi thấp nhất là Đông Hà nằm dọc theo sơng Miện có độ cao so với mặt biển là 440m. Nhìn chung địa hình huyện Quản Bạ có 4 loại sau:
- Địa hình núi cao: phân bố ở các xã Nghĩa Thuận, Cao Mã Pờ, Tùng Vài, Tả
Ván, Bát Đại Sơn với độ cao thay đổi từ 900 – 1.800m. Địa hình chia cắt mạnh, độ dốc phần lớn trên 25o, nhiều nơi có đá mẹ lộ đầu thành cụm.
- Địa hình núi thấp: phân bố chủ yếu tại các xã Quyết Tiến, Đông Hà, Quản
Bạ, Thanh Vân với độ cao dƣới 900m. Địa hình chia cắt mạnh, nhiều khu vực có độ dốc trên 25o, một số khu vực có địa hình chia cắt yếu, độ dốc dƣới 25o.
- Địa hình thung lũng: phân bố chủ yếu dọc sông Miện thuộc địa bàn các xã
Đông Hà, Lùng Tám, Tùng Vài, Quản Bạ, Thái An, TT Tam Sơn đƣợc tạo bởi xung quanh là các núi cao thấp khác nhau. Loại địa hình này tƣơng đối bằng phẳng.
- Địa hình castơ: phân bố chủ yếu ở các xã Thanh Vân, Thuận Hoà, Cao Mã
Pờ đƣợc tạo bởi chủ yếu là các dãy núi đá vơi.
Địa hình phức tạp, độ dốc lớn, chia cắt mạnh gây rất nhiều khó khăn cho việc