Chương 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3 Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 Phương phỏp ủiều tra, thu thập số liệu - Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp
Thu thập cỏc tài liệu bản ủồ, số liệu thống kờ, số liệu phõn tớch ủất, cỏc bỏo cỏo, cỏc dự ỏn nhằm kế thừa những tư liệu ủó cú của ủịa phương.
- Phương phỏp ủiều tra thực ủịa, thu thập số liệu sơ cấp
Quỏ trỡnh ủiều tra thực ủịa ủược thực hiện dựa trờn việc sử dụng hệ thống
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp ……….. 48 ủịnh vị toàn cầu (GPS), xỏc ủịnh vị trớ cỏc loại lớp phủ thực vật ủặc trưng, chụp ảnh, ghi chộp thụng tin mụ tả loại hỡnh sử dụng ủất, quan sỏt xúi mũn ủất.
2.3.2 Phương phỏp ủỏnh giỏ xúi mũn ủất
2.3.2.1 Phương phỏp ứng dụng mụ hỡnh RUSLE ủỏnh giỏ xúi mũn ủất
Trong nghiờn cứu này, mụ hỡnh RUSLE ủược lựa chọn ủể ủỏnh giỏ xúi mũn ủất huyện Tam Nụng tỉnh Phỳ Thọ. Với cỏch tiếp cận hệ thống theo từng thụng số ảnh hưởng ủến xúi mũn, mụ hỡnh RUSLE cú thể ủược tớnh toỏn bằng GIS như hình 2.1.
Hình 2.1: Sử dụng mô hình RUSLE tính toán xói mòn bằng GIS
Phương phỏp ứng dụng phương trỡnh mất ủất phổ dụng RUSLE:
A=RKLSCP tớnh toỏn lượng ủất mất do xúi mũn do mưa.
A - Lượng ủất mất bỡnh quõn bị xúi mũn trong năm (tấn/ha/năm) R - Hệ số xói mòn do mưa.
K - Hệ số khỏng xúi của ủất.
LS – Hệ số ảnh hưởng của ủịa hỡnh ủến xúi mũn ủất.
C - Hệ số ảnh hưởng của lớp phủ thực vật ủến xúi mũn ủất.
P - Hệ số ảnh hưởng của cỏc biện phỏp canh tỏc ủến xúi mũn ủất.
Bản ủồ lượng mưa trung bình năm Bản ủồ ủịa hỡnh
Ảnh viễn thám Bản ủồ thổ nhưỡng
Hệ số R Hệ số LS Hệ số K
Hệ số C Hệ số P
Bản ủồ xúi mòn tiềm
năng
Bản ủồ xói mòn
Cơ sở dữ liệu ủầu vào Bản ủồ thành phần xúi mũn Bản ủồ kết quả GIS Bản ủồ ủộ dốc
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp ……….. 49 ðối với mỗi hệ số xúi mũn ủất, cú nhiều phương phỏp tớnh toỏn khỏc nhau ủó phõn tớch ở phần tổng quan. Vỡ vậy, việc lựa chọn phương phỏp tớnh toỏn cho từng hệ số phự hợp với ủiều kiện cụ thể của ủịa bàn nghiờn cứu là rất quan trọng, vỡ nú sẽ ảnh hưởng ủến kết quả tớnh toỏn xúi mũn ủất.
2.3.2.2 Phương phỏp xỏc ủịnh hệ số R
Áp dụng phương trình tính R theo lượng mưa hàng năm do Nguyễn Trọng Hà (1996) [6] ủề nghị ỏp dụng cho miền Bắc nước ta như sau:
R = 0,548257P - 59,5 [2.1]
Với R: Hệ số xói mòn mưa trung bình năm (J/m2) P: Lượng mưa trung bình hàng năm (mm/năm) 2.3.2.3 Phương phỏp xỏc ủịnh hệ số K
Áp dụng cụng thức tớnh hệ số khỏng xúi ủất K của Wischmeier và Smith (1978) [91] như sau:
100K = 2,1.10-4M1,14(12-a) + 3,25(b-2) + 2,5(c-3) [2.2]
Trong ủú:
K là hệ số khỏng xúi của ủất, ủơn vị là tấn/Mj.h/mm
M: trọng lượng cấp hạt (trọng lượng theo ủường kớnh cấp hạt). M ủược tớnh theo cụng thức:
(%) M = (% limon + % cát mịn)x(100% - % sét) a: hàm lượng chất hữu cơ trong ủất (%).
b: hệ số loại kết cấu ủất.
c: hệ số tiờu thấm của ủất .
Trong ủú: Kớch thước cỏc hạt của cỏc nhúm ủất như sau:
Nhóm hạt sét (<0,002 mm), nhóm limon (0,002 – 0,05 mm), nhóm hạt cát (0,05 – 2 mm), nhóm cuội sỏi (>2 mm).
ðể thuận tiện cho việc tính toán hệ số K, Wischmeier và Smith (1978) [91] ủó ủưa ra toỏn ủồ dựa vào cụng thức trờn ủể tra hệ số K (Hỡnh 2.2).
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp ……….. 50 Hỡnh 2.2: Bảng tra toỏn ủồ hệ số K của Wischmeier và Smith (1978) [91]
2.3.2.4 Phương phỏp xỏc ủịnh hệ số LS
Phương phỏp xỏc ủịnh hệ số LS ủược dựa trờn cụng thức của Mitasova (1998) [80]. Phương trình có dạng:
LS = (m+1) [A/a0]m [sin b/b0]n; trong ủú:
A: Diện tớch ủúng gúp cho dũng chảy trờn ủơn vị chiều dài dũng chảy (m2); b là ủộ dốc (ủộ); m, n là cỏc thụng số và a0 = 22,1 m là chiều dài tiờu chuẩn ụ thực nghiệm; b0 = 0,09 = 9% = 5,160 là ủộ dốc tiờu chuẩn ụ thực nghiệm trong phương trỡnh USLE và giỏ trị n = 1,3; m = 0,6 ủược lấy từ thực nghiệm.
Sau ủú, tỏc giả cải biờn cụng thức tớnh toỏn ủể phự hợp hơn với GIS.
LS = (FlowAccumulation*cellsize/22,13)0.6 * (Sin(Slope) * 0,01745/0,09)1.3 * 1,6 Trong ủú :
- FlowAccumulation là dũng chảy tớch luỹ ủược tớnh dựa vào hướng của dòng chảy (Flow Direction).
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp ……….. 51 - Cellsize: Kích thước của các Pixel.
- Slope: ủộ dốc tớnh bằng ủộ.
2.3.2.5 Phương phỏp xỏc ủịnh hệ số C
De Jong và cỏc cộng sự (1994) [65] ủó hiệu chỉnh NDVI ủể tớnh toỏn hệ số C như sau: C = 0,431 – 0,805*NDVI; [2.4]
NDVI ủược tớnh theo cụng thức: ( )
) (NIR R
R NDVI NIR
+
= − ; trong ủú:
R là cường ủộ phản xạ của cỏc ủối tượng trờn mặt ủất ủối với bước súng ủỏ (%);
NIR là cường ủộ phản xạ của cỏc ủối tượng trờn mặt ủất ủối với bước sóng cận hồng ngoại (%).
2.3.2.6 Phương pháp nội suy
- Số liệu mưa xỏc ủịnh bằng phương phỏp nội suy theo khoảng cỏch cú trọng số IDW (Inverse Distance Weighted) ủể thành lập bản ủồ lượng mưa.
- Nội suy bản ủồ ủịa hỡnh bằng phương phỏp nội suy bề mặt Spline ủể thành lập mụ hỡnh số ủộ cao DEM.
2.3.2.7 Phương phỏp xỏc ủịnh hệ số P
Hệ số P ủược xỏc ủịnh từ bản ủồ ủộ dốc, ỏp dụng theo bảng tớnh P của Wischmeier và Smith (1978) [91] (bảng 2.1).
Bảng 2.1: Bảng tra hệ số P ðộ dốc
(%)
Hệ số P Giới hạn chiều dài sườn dốc (m)
1 – 2 0,6 122
3 - 5 0,5 91
6 - 8 0,5 61
9 - 12 0,6 37
13 - 16 0,7 24
17 - 20 0,8 18
21 - 25 0,9 15
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp ……….. 52 2.3.2.8 Phương phỏp chồng xếp bản ủồ
- Chồng xếp cỏc bản ủồ hệ số R, K, LS xõy dựng bản ủồ xúi mũn tiềm năng ủất bằng phần mềm ArcGIS.
- Chồng xếp cỏc bản ủồ hệ số R, K, LS, C, P xõy dựng bản ủồ xúi mũn ủất bằng phần mềm ArcGIS.
2.3.2.9 Phương pháp chuyên gia, phương pháp tổng hợp
Tham khảo ý kiến của cỏc cỏn bộ ủầu ngành, cỏc cơ quan nghiờn cứu ủể xõy dựng cỏc bản ủồ hệ số xúi mũn. Tổng hợp cỏc kết quả ủiều tra nghiờn cứu.
2.3.3 Phương pháp bố trí thực nghiệm 2.3.3.1 Bố trí thực nghiệm
Thực nghiệm bố trớ tại 3 xó, thị trấn là Dị Nậu (ủại diện cho khu vực cú ủịa hỡnh gũ ủồi cao, tập trung), thị trấn Hưng Húa (ủại diện cho khu vực cú ủịa hỡnh gũ ủồi thấp, khụng cú ủất rừng) và xó Hương Nộn (ủại diện cho khu vực gũ ủồi cú ủộ cao trung bỡnh).
Xõy dựng khu thực nghiệm gồm dụng cụ ủo mưa và cỏc ụ thực nghiệm, hệ thống bể thu hứng gồm một bể chính và một bể phụ, mỗi ô thực nghiệm có diện tích 100 m2.
Bể chính có thể tích 1,54 m3 (có kích thước các chiều dài x rộng x cao là 1,9 x 0,9 x 0,9 một). Chiều cao bể tớnh ủến hàng 15 ống thoỏt nước ra ngoài. Khi trời mưa to, bể chớnh ủầy nước sẽ theo 15 ống phụ thoỏt ra ngoài, còn 01 ống (có chiều cao bằng chiều cao 15 ống) chảy sang bể phụ có thể tích 0,81 m3 (kích thước các chiều dài x rộng x cao là 1 x 0,9 x 0,9 mét). Với cách thiết kế như thế, hệ thống 2 bể chớnh và phụ cú thể xỏc ủịnh ủược thể tớch nước tương ủương với: (0,81 x 16) + 1,54=14,5 m3 nước.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp ……….. 53 Hình 2.3: Bể thực nghiệm khu vực nghiên cứu
Nếu có một trận mưa to, liên tục 100 mm thì lượng nước ô thực nghiệm (giả thiết không tính lượng nước bị ngấm) chảy vào bể là: 0,1m x 100 m2=10 m3. Như vậy, hệ thống bể cú thể chứa ủược lượng nước chảy vào bể nếu trận mưa liờn tục khụng quỏ 145 mm. Thực tế theo dừi thực nghiệm ở ủịa bàn huyện Tam Nông trong 3 năm 2008, 2009, 2010 thấy rằng không có trận mưa to, liên tục nào ủầy cả 2 bể chớnh, phụ.
- ðiểm thử nghiệm tại Hương Nộn ủược bố trớ trờn ủất xỏm feralit kết von nụng, loại ủất trồng màu, ủộ dốc khu thực nghiệm là 80 – 150, ủộ dài sườn dốc là 30 m. Năm 2008, thực nghiệm trên 4 công thức, hai lần lặp lại như sau:
Ô 1 Ô 2 Ô 3 Ô 4 Ô 5 Ô 6 Ô 7 Ô 8
CT1 ðể ủất tự nhiên, không trồng.
CT2 Phủ thảm
ngô, trồng
ngô.
CT3 Phủ thảm
cọ, trồng
ngô.
CT4 Không
phủ thảm, trồng ngô.
Nhắc lại CT1
Nhắc lại CT3
Nhắc lại CT4
Nhắc lại CT2
- Năm 2009, 2010: Tiếp tục ủo ủếm lượng ủất mất do xúi mũn trờn 2 loại cõy trồng chớnh: cõy màu và cõy cụng nghiệp ngắn ngày trờn ủất ủồi huyện Tam Nông và bố trí thêm 2 mô hình thực nghiệm thành 3 mô hình thực nghiệm:
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp ……….. 54 + Mô hình 1: Xã Hương Nộn gồm có 3 ô thực nghiệm:
Ô 1 Ô 2 Ô 3
CT1: Trồng ủậu tương
CT2: ðể ủất tự nhiên, không trồng
CT3: Trồng ngô
+ Mô hình 2: Xã Dị Nậu
ðiểm thử nghiệm tại xó Dị Nậu ủược bố trớ trờn ủất xỏm feralit ủiển hỡnh, với loại hỡnh sử dụng ủất trồng màu và cõy cụng nghiệp lõu năm, ủộ dốc khu thực nghiệm là 80 – 150, ủộ dài sườn dốc là 30 m.
Ô 1 Ô 2 Ô 3
CT1: Trồng lạc CT2: Trồng Sơn (4 năm tuổi)
Nhắc lại CT2
+ Mô hình 3: Thị trấn Hưng Hóa
ðiểm tại Thị trấn Hưng Húa ủược bố trớ trờn ủất xỏm feralit kết von sõu, ủộ dốc khu thực nghiệm là 80 – 150, ủộ dài sườn dốc là 30m.
Ô 1 Ô 2 Ô 3
CT1: Trồng ngô
CT2: Trồng ủậu tương
CT3: Trồng cây Cọc rào (1 năm tuổi)
2.3.3.2 Phương phỏp ủo ủếm, phõn tớch mẫu
Sau mỗi trận mưa, bằng thiết bị ủo mưa ủể xỏc ủịnh lượng mưa, ủo ủếm lượng nước thu ủược ở bể chớnh và bể phụ. Khuấy ủều hai bể chớnh và bể phụ, lấy mẫu nước theo tỷ lệ nước ở 2 bể, trộn ủều 2 mẫu nước ủú ủể lấy mẫu bỡnh quõn. ðem phõn tớch ủể xỏc ủịnh lượng cặn trong 100 ml nước. Từ kết quả phõn tớch và cỏc kết quả ủo ủếm ủất và nước trong bể qua cỏc trận mưa trong năm sẽ cho ta kết quả là lượng ủất bị xúi mũn trong năm.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp ……….. 55 2.3.4 Phương pháp kiểm chứng
So sỏnh, kiểm chứng kết quả ủo ủếm xúi mũn ủất từ thực nghiệm với kết quả tớnh toỏn xúi mũn ủất bằng mụ hỡnh RUSLE theo phương phỏp RS và GIS.
2.3.5 Phương phỏp dự bỏo, ủỏnh giỏ
Dự bỏo xúi mũn ủất, ủỏnh giỏ hiệu quả cỏc mụ hỡnh chống xúi mũn ủất triển khai trờn ủịa bàn huyện Tam Nụng.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp ……….. 56
Chương 3