3.2.1 Bản đồ hệ số xói mòn đất do yếu tố đất (K)
Bản đồ các loại đất chính của vùng Tây Bắc được nêu trong Hình 3.2.
Hình 3.2: Bản đồ các loại đất vùng Tây Bắc Việt Nam (tỉ lệ 1:1.500.000)
Hệ số K biểu hiện tính xói mòn của đất, đó là tính dễ bị tổn thương hay tính dễ bị xói mòn của đất. Hệ số K càng lớn thì đất càng dễ bị xói mòn.
Hệ số xói mòn của đất do yếu tố đất hay còn gọi là hệ số kháng xói của đất (K) là một hệ số phụ thuộc rất nhiều vào thành phần cơ lý của đất. Do đó hệ số xói mòn của đất (K) phản ảnh thực tế là ở những loại đất khác nhau thì lượng đất bị xói mòn khác nhau. Hệ số xói mòn đất phụ thuộc vào các yếu tố sau:
¾ Thành phần cơ giới (%)
¾ Hàm lượng chất hữu cơ (%)
¾ Cấu trúc đất
¾ Khả năng thấm nước của đất (mm/h)
100K=2.1M1.14(10-4)(12-a)+3.25(2-b)+2.5(c-3) (3.1)
Trong đó:
K: Hệ số xói mòn do đất
M: Đại lượng đặc trưng cho nhóm cấp hạt cấu trúc và được tính:
M=(hàm lượng phù sa%+hàm lượng cát mịn%)(100% - hàm lượng sét%) a: Hàm lượng chất hữu cơ(%)
b: Hệ số phụ thuộc vào hình dạng, sắp xếp và loại kết cấu đất. c: Hệ số phụ thuộc vào khả năng tiêu thấm của đất
Hệ số xói mòn do yếu tố đất K đã được Nguyễn Trọng Hà [3] nghiên cứu và công bố năm 1996 đối với một số loại đất ở Việt Nam và được nêu trong Bảng 3.1.
Bảng 3.1: Hệ số xói mòn đất của một số loại đất ở Việt Nam STT Loại đất Hệ số K
I Đất đen
1 Đất đen có tầng kết von dầy 0,009
2 Đất đen Glây 0,010
3 Đất đen cácbonnát 0,019
4 Đất đen nâu thẫm trên Bazan 0,012
5 Đất đen tầng mỏng 0,015 II Đất nâu vùng bán khô hạn 6 Đất nâu vùng bán khô hạn 0,025 7 Đất đỏ vùng bán khô hạn 0,020 III Đất tích vôi 8 Đất vàng tích vôi 0,028 9 Đất nâu thẫm tích vôi 0,030 IV Đất xám 10 Đất xám bạc màu 0,022 11 Đất xám có tầng loang lổ 0,025 12 Đất xám feralit 0,023
13 Đất xám mùn trên núi 0,019 V Đất đỏ 14 Đất nâu đỏ 0,022 15 Đất nâu vàng 0,023 16 Đất đỏ vàng có tầng sét loang lổ 0,021 17 Đất mùn vàng đỏ trên núi 0,015
VI Đất mùn Alit trên núi cao
18 Đất mùn alit núi cao 0,015
19 Đất mùn alit núi cao Glây 0,012
20 Đất mùn thô than bùn núi cao 0,011
Nguồn: Nguyễn Trọng Hà, 1996
Theo công thức (3.1) có thể thấy rằng việc tính toán hệ số K yêu cầu dữ liệu khá chi tiết, cấu trúc dữ liệu khá phức tạp. Vì vậy Tôi đã tham khảo giá trị hệ số K cho các loại đất khác nhau của Nguyễn Trọng Hà [3] và giá trị K ở đề tài “Nghiên
cứu tác động của biến đổi khí hậu tới xói mòn đất vùng Tây Bắc Việt Nam bằng mô hình SWAT” của nhóm tác giả chuyên ngành Khoa học đất, khoa Đất và Môi trường
của trường Đại học nông nghiệp Hà Nội năm 2010, để đưa ra giá trị K cho các loại đất vùng Tây Bắc được nêu trong Bảng 3.2.
Bảng 3.2. Hệ số xói mòn do yếu tố đất K của vùng Tây Bắc Việt Nam TT Tên đất Ký hiệu Hệ số Diện tích (ha)
1 Đât mùn alit trên núi A 0,015 67290,4729 2 Đất đá bọt điển hình Rk 0,012 3870,271 3 Đất glây chua GLc 0,05 51,10354 4 Đất nâu đỏ Fd1 0,022 200488,6161 5 Đất nâu vàng Fd2 0,023 148432,251 6 Đất phù sa P 0,02 1211,53644 7 Đất phù sa chua Pc 0,01 13280,7658 8 Đất phù sa glây Pg 0,023 1233,28
9 Đất xám có tầng loang lổ Xl 0,025 693,844 10 Đất xám feralit Xf 0,023 1842828,71 11 Đất xám mùn trên núi Xh 0,019 1084171,293
12 Đất xói mòn trơ sỏi đá E 0,06 1916,41
13 Núi đá Da 0 206799,1
Tổng 3.572.267,654
Các bước tiến hành lập bản độ hệ số K được nêu ở Hình 3.3.
Hình 3.3: Các bước thành lập bản đồ hệ số K
Việc gán hệ số K được thực hiện trên phần mềm Mapinfo, sau đó được raster hóa trên phần mềm ArcView 3.3. Việc biên tập bản đồ hệ số K được thực hiện trên phần mềm ArcGis 9.3. Bản đồ hệ số K vùng Tây Bắc Việt Nam được nêu tại Hình
3.4.
Bản đồ thổ nhưỡng
Gán giá trị K cho từng loại đất
Bản đồ hệ số K Raster hóa
Hình 3.4. Bản đồ hệ số xói mòn do yếu tố đất vùng Tây Bắc Việt Nam - K (tỉ lệ 1:1.500.000)
3.2.2 Bản đồ hệ số xói mòn đất do yếu tố mưa (R)
Vùng Tây Bắc Việt Nam có lượng mưa trung bình từ 1.800-2.600mm, trong đó tỉnh Lai Châu là tỉnh có lượng mưa trung bình cao nhất. Bản đồ lượng mưa trung bình của vùng Tây Bắc Việt Nam được nêu ở Hình 3.5.
0.01 0.012 0.015 0.019 0.02 0.022 0.023 0.025 0.05 0.06
Hình 3.5: Bản đồ lượng mưa trung bình của vùng Tây Bắc Việt Nam
Mưa là yếu tố cơ bản gây xói mòn đất do nước, hệ số xói mòn do mưa cũng được tính từ các biểu đồ mưa đó là cách biểu diễn lượng mưa theo các mốc thời gian trên cơ sở phân tích và biểu diễn cường độ mưa
Hệ số R đặc trưng cho mức độ xói mòn do yếu tố mưa được xác định bằng công thức sau:
Công thức để tính đại lượng này như sau:
E=1.213+0.890lgI
Trong đó:
E: Động năng mưa. I: Cường độ mưa (mm/h).
Công thức tính hệ số lượng mưa:
R=(1/173.6)[∑ = + n j IjTj Ij 1 ) )( lg 890 . 0 213 . 1 ( ]I30
Trong đó:
R: Hệ số xói mòn do mưa
Ij: Cường độ mưa tại thời điểm j (mm/h) Tj: Thời gian mưa tính đến thời điểm j (h)
I30: Cường độ mưa cực đại 30 phút của trận mưa (mm/h) J: Lần đo thứ j
n: Số lần đo.
Tuy nhiên để tính được giá trị R trong công thức trên cần phải có số liệu chi tiết của từng trận mưa (thường là số liệu mưa tự ghi). Trong điều kiện ở Việt Nam cũng như ở nhiều nơi khác trên thế giới, các trạm đo mưa tự ghi không nhiều, số liệu không đầy đủ. Vì vậy, để áp dụng công thức trên là không thể. Hệ số R trong luận văn được tham khảo từ nghiên cứu của tác giả Nguyễn Trọng Hà [3]. Hệ số R của vùng Tây Bắc Việt Nam được nêu ở Bảng 3.3.
Bảng 3.3: Hệ số R của vùng Tây Bắc Việt Nam
TT Lượng mưa Hệ số
1 3000 289
2 2.600 267
3 2.200 219
4 1.800 179
Quá trình xây dựng bản đồ hệ số R trên GIS được nêu ở Hình 3.6.
Hình 3.6: Các bước bước xây dựng bản đồ hệ số R
Việc gán giá trị R đã được tính toán theo công thức (3.2) được thực hiện trên phần mềm Mapinfo, sau đó được raster hóa bằng phần mềm ArcView 3.3. Việc
Bản đồ lượng mưa trung bình
Gán giá trị R
Bản đồ hệ số R Raster hóa
biên tập bản đồ được thực hiện trên phần mềm ArcGis 9.3. Bản đồ hệ số R của vùng Tây Bắc được nêu ở Hình 3.7.
Hình 3.7: Bản đồ hệ số xói mòn do mưa vùng Tây Bắc Việt Nam (R) (tỉ lệ 1:1.500.000)
3.2.3 Bản đồ hệ số xói mòn do yếu tố thảm thực vật (C)
Các loại rừng và các vùng sinh thái khác nhau của vùng Tây Bắc được nêu ở
Hình 3.8.
267 219 179 289
Hình 3.8: Bản đồ rừng và các vùng sinh thái khác nhau của vùng Tây Bắc Việt Nam (tỉ lệ 1:1.500.000)
Bản đồ hệ số C đặc trưng cho mức độ hạn chế xói mòn của lớp phủ thực vật. Về mặt cơ chế, lớp phủ thực vật có 2 tác dụng chính là làm giảm động năng của hạt mưa khi rơi xuống mặt đất và giữ hạt đất lại khỏi bị các dòng chảy tràn trên mặt cuốn đi.
Hệ số C dao động từ 0-1, diễn tả sự tác động của thực vật trong sự xói mòn đất. Nói chung những tác động của thực vật bao gồm:
¾ Tác động của lớp phủ bề mặt với mức độ bào mòn
¾ Tác động của lớp phủ với các vật chất tương tự trên bề mặt đất bị bào mòn và rửa trôi
¾ Các rễ cây xuyên vào các lớp đất chặt… làm giảm sự bào mòn
Theo Wischmeier và Smith thì C được tính toán theo những công thức sau tùy thuộc vào lớp che phủ thực vật:
CI: Đặc trưng cho lớp phủ làm giảm động năng hạt mưa rơi xuống đất. Vì vậy CI phụ thuộc vào độ che phủ vòm lá và chiều cao của chúng.
CI được đánh giá: CI=1-FCexp(-0.1H)
CII: Đặc trưng cho tác dụng giữ nước của lớp phủ với xói mòn do dòng chảy bề mặt có liên quan đến độ thấm của đất và lớp mùn giữ nước.
CII được đánh giá :
Nếu tỉ lệ mặt đất được che phủ (Sp) ≤ 30%
CII=5.348Sp2 - 3.711Sp + 1.107
Nếu tỉ lệ mặt đất được che phủ (Sp) >30%
CII=5.348Sp2 - 1.016 Sp + 0.750
CIII: Đặc trưng cho tác dụng của bộ rễ đối với quá trình thấm cũng như khả năng kháng xói của đất
CIII được tính như sau:
CIII = 6600*10-4X2-(1.6596+3)X+0.45 đối với đất được phủ bằng các loại cây cỏ dại.
CIII=X2/5400+X/180+0.45 đối với đất được phủ bằng các loại cây khác. FC là phần diện tích được che phủ bởi tán cây.
H là khoảng cách hạt mưa rơi từ tán xuống
Sp phần trăm diện tích đất được che phủ bởi lớp mùn giữ nước X: phần trăm đất được phủ bởi lớp rễ có cây cỏ
Cuối cùng ta được giá trị C=(CI)*(CII)*CIII)
Như vậy việc tính toán C đòi hỏi dữ liệu khá chi tiết vì vậy việc tính toán C là một công việc rất phức tạp và đòi hỏi nhiều dữ liệu phức tạp rất khó thu thập. Ở Việt Nam, tác giả Nguyễn Ngọc Lung và Võ Đại Hải cũng đã công bố hệ số C của một số lớp phủ thực vật chính và được nêu tại Bảng 3.4.
Bảng 3.4: Hệ số xói mòn đất do yếu tố lớp phủ thực vật theo tác giả Nguyễn Ngọc Lung và Võ Đại Hải
Dạng cấu trúc thực vật Hệ số thảm phủ thực vật (C)
Rừng 3 tầng, độ tán che 0,7 – 0,8 0,007
Rừng 2 tầng, độ tán che 0,7 – 0,8 0,0072
Trảng cỏ tranh 0,0076
Rừng tre nứa 0,0083 Rừng 3 tần nghèo kiệt, độ tán che 0,3 – 0,4 0,0100
Rừng thông ba lá 0,0108
Rừng phục hồi sau nương rẫy 0,0132 Rừng keo lá tràm trồng hỗn giao với Long não 0,0134
Thảm cỏ + cây bụi 0,0135 Rừng thông ba lá trồng hỗn giao với keo lá tràm 0,0150
Rừng 1 tầng cây nhỡ, độ tán che 0,7 – 0,8 0,0186
Rừng tếch thuần loài 0,0194
Nguồn: Nguyễn Ngọc Lung, Võ Đại Hải, 1997
Ngoài ra, tác giả Lại Vĩnh Cầm cũng đã nghiên cứu, phân loại lớp phủ thực vật và tính toán được hệ số C và được nêu ở Bảng 3.5.
Bảng 3.5: Hệ số xói mòn đất do yếu tố lớp phủ thực vật theo tác giả Lại Vĩnh Cầm Dạng cấu trúc thực vật Hệ số thảm phủ thực vật (C) Rừng thường xanh 0,003 Rừng lá kim 0,085 Rừng trên núi đá 0,046 Rừng tre nứa 0,125 Rừng trồng 0,046 Rừng hỗn giao 0,134 Cây bụi 0,165
Cây bụi xen cây gỗ 0,025 Núi đá 0 Lúa nước 0,06 Nương rẫy 0,32 Nước mặt 0 Nguồn: Lại Vĩnh Cầm, 2000
Như đã trình bày ở trên, việc tính hệ số C là khá phức tạp và đòi hỏi nhiều dữ liệu. Vì vậy, hệ số C của vùng Tây Bắc được tham khảo từ hệ số C của các tác giả Nguyễn Ngọc Lung, Võ Đại Hải và Lại Vĩnh Cẩm. Ngoài ra hệ số C trong luận văn này cũng được tham khảo từ đề tài “Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu tới xói mòn đất vùng Tây Bắc Việt Nam bằng mô hình SWAT” của nhóm tác giả chuyên
ngành Khoa học đất, khoa Đất và Môi trường của trường Đại học nông nghiệp Hà Nội, năm 2010 [28]. Bảng hệ số xói mòn do yếu tố thảm phủ thực vật của vùng Tây Bắc được nêu trong Bảng 3.6.
Bảng 3.6: Hệ số xói mòn do yếu tố thảm phủ thực vật vùng Tây Bắc Việt Nam - (C)
TT Tên Hệ số C Diện tích (ha)
1 Cây ăn quả 0,45 2982,504
2 Cây cỏ xen nương rẫy 0,32 281378,9356
3 Cây công nghiệp dài ngày 0,4 4606,8395
4 Đất chuyên lúa 0,06 90623,686
5 Đất chuyên rau màu và cây công nghiệp 0,38 121327,118
6 Đất lúa màu 0,043 11581,8993
7 Đất trống 0 655,396
8 Núi đá 0 242750,9053
9 Rừng trồng 0,55 6890,87937
10 Rừng tự nhiên giàu và trung bình 0,17 192.442
12 Sông hồ 0 22901,77965
13 Thổ cư 0,65 18177,25215
14 Trảng cây bụi 0,165 2025570,634
Sau khi đã xác định được hệ số C, việc tiến hành xây dựng bản đồ xói mòn do yếu tố thảm phủ thực vật được thực hiện. Trước tiên, hệ số C được gán vào bản đồ rừng và các vùng sinh thái khác nhau của vùng Tây Bắc Việt Nam trên phần mềm Mapinfo, sau đó được raster hóa bằng phần mềm ArcView 3.3. Việc biên tập bản đồ được thực hiện trên phần mềm ArcGis 9.3 và được nêu ở Hình 3.9.
Hình 3.9: Bản đồ xói mòn do yếu tố thảm phủ thực vật vùng Tây Bắc Việt Nam – C (tỉ lệ 1:1.500.000)
3.2.4 Bản đồ hệ số xói mòn đất do yếu tố địa hình (SL)
Hệ số SL là hai hệ số riêng biệt, S là hệ số độ dốc; L là hệ số chiều dài sườn dốc. Hai hệ số này đều đặc trưng cho ảnh hưởng của hình thái địa hình đến xói mòn và việc tính toán chúng trong GIS có nhiều điểm tương đồng vì vậy chúng được gộp vào thành hệ số SL.
Hệ số L được tính theo công thức: L=(x/22,13)m
Trong đó: x: Chiều dài sườn dốc (m) m: Hệ số mũ tùy thuộc vào độ dốc m nhận giá trị sau : 0,5 nếu độ dốc ≥ 5%
0,4 nếu 3%< độ dốc <5% 0,3 nếu 1%≤ độ dốc ≤ 3% 0,2 nếu độ dốc < 1% Hệ số S được tính theo công thức sau:
0,43 + 0,30s + 0,043s2 S =
6.613 với s là độ dốc tính được theo %
Hệ số xói mòn đất của hai yếu tố xói mòn L và S thường được kết hợp lại theo công thức sau:
L*S=(d/22,13)m(0,065+0,045s+0,0065s2)
Trong đó: L: Hệ số chiều dài sườn dốc S: Hệ số độ dốc
D: Chiều dài sườn dốc
s: Độ dốc của sườn dốc (%)
m: Hằng số phụ thuộc vào độ dốc được tính như trên.
Từ bản đồ địa hình được số hóa, xây dựng mô hình số độ cao DEM, từ đó xây dựng bản đồ độ dốc. Việc nội suy DEM từ các đường đồng mức hoặc các điểm độ cao là một trong những chức năng quan trọng của GIS với nhiều thuật toán và phần mềm khác nhau. Hầu hết các phần mềm GIS thông dụng ở Việt Nam đều có thể được sử dụng để nội suy và tính toán DEM.
Các bước xây dựng bản đồ hệ số LS được trình bày trong Hình 3.10.
Hình 3.10: Các bước xây dựng bản đồ hệ số LS
Bản đồđịa hình đã được sốhóa
Nội suy đường đồng mức
Bản đồ hệ số LS Mô hình sốđộ cao
Hệ số xói mòn đất do yếu tố địa hình được nêu ở Bảng 3.7.
Bảng 3.7: Hệ số xói mòn đất do yếu tố địa hình ở vùng Tây Bắc Việt Nam (SL)
TT Hệ số SL Diện tích (ha) 1 < 5 74.743,8954 2 5-25 156.567,956 3 25-50 320.432,658 4 50-100 472.296,167 5 100-150 522.592,036 6 150-200 972.887,904 7 200-1700 525.144,087
Bản đồ hệ số xói mòn do yếu tố địa hình được xây dựng và nêu ở Hình 3.11.
Hình 3.11: Bản đồ hệ số xói mòn do yếu tố địa hình vùng Tây Bắc Việt Nam – SL (tỉ lệ 1:1.500.000)
3.2.5 Bản đồ hệ số xói mòn do canh tác (P)
Hệ số P đặc trưng cho mức độ giảm xói mòn do biện pháp canh tác. Hệ số P được xác định theo công thức.
Lượng đất xói mòn (khi có các biện pháp chống xói mòn) P =
Lượng xói mòn đất (nơi không sử dụng các biện pháp chống xói mòn) Như vậy, việc xác định các thông số về phương thức canh tác của khu vực là rất khó khăn và tốn kém vi phạm vi nghiên cứu là tương đối rộng. Trong khi đó, khu vực có lượng xói mòn hầu hết tập trung ở vùng miền núi cao và sườn dốc. Vì vậy, trong nghiên cứu này, hệ số P được chọn bằng 1.
3.3 Xây dựng bản đồ dự báo xói mòn đất vùng Tây Bắc