Sử dụng công nghệ GIS kết hợp phương trình mất đất phổ quát Wischmeier - Smith trong đánh giá xói mõn đất huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam

Tạp chí Khoa học và Giáo dục, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Huế ISSN 1859-1612, Số 03(31)/2014: tr. 99-112 SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GIS KẾT HỢP PHƯƠNG TRÌNH MẤT ĐẤT PHỔ QUÁT WISCHMEIER - SMITH TRONG ĐÁNH GIÁ XÓI MÕN ĐẤT HUYỆN QUẾ SƠN, TỈNH QUẢNG NAM ĐỖ QUANG THIÊN Trường Đại học Khoa học - Đại học Huế CAO THỊ THÚY VÂN Viện Tài nguyên, Môi trường và Phát triển bền vững - Đại học Huế Tóm tắt: Mục đích của bài báo là sử dụng công nghệ GIS kết hợp với phƣơng trình mất đất phổ quát Wischmeier và Smith để xây dựng bản đồ hiện trạng xói mòn đất, bản đồ dự báo tiềm năng xói mòn đất huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam, làm cơ sở phân vùng dự báo xói mòn đất phục vụ chiến lƣợc quy hoạch sử dụng đất của lãnh thổ nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu cho thấy, đối với xói mòn tiềm năng: xói mòn yếu chiếm 63,98% diện tích lãnh thổ, trung bình (20,16%), tƣơng đối mạnh chiếm 8 - 10% và tập trung ở các xã Quế Xuân I, Quế Xuân II, Quế Phú, Hƣơng An, Quế Cƣờng, Phú Thọ; xói mòn mạnh (3,79%) và rất mạnh (3,97%) xảy ra ở xã Quế Hiệp, Quế Long, Quế Phong, Quế An, thị trấn Đồng Phú. Đối với xói mòn hiện trạng: xói mòn mạnh chiếm 0,22% và rất mạnh (0,45%) xảy ra ở xã Quế Hiệp, Quế Long, Quế Phong, thị trấn Đồng Phú và Quế An; xói mòn yếu (78,23%), trung bình (18,90%) chiếm phần lớn diện tích nghiên cứu. Từ khóa: Xói mòn đất; Xói mòn bề mặt; Xói mòn tiềm năng 1. MỞ ĐẦU Quế Sơn là huyện trung du của tỉnh Quảng Nam có diện tích đất lâm nghiệp là 10.337,90 hecta chiếm 41,15% trong tổng diện tích của huyện. Với lƣợng mƣa trung bình vào mùa mƣa lớn (447mm), địa hình bị phân cắt mạnh và độ dốc lớn, kết hợp với các hoạt động kinh tế - công trình (phá rừng canh tác, khai thác đá, khai thác khoáng sản,...), là điều kiện thúc đẩy các quá trình địa động lực do dòng chảy tạm thời diễn tiến mạnh mẽ hơn trên lãnh thổ này. Đặc biệt là hiện tƣợng xói mòn đất đã làm suy thoái môi trƣờng đất và giảm sút chất lƣợng của thổ nhƣỡng, gây ảnh hƣởng lớn đến năng suất cây trồng. Do vậy, việc đánh giá, dự báo hiện tƣợng xói mòn ở khu vực nghiên cứu bằng phƣơng pháp GIS kết hợp với phƣơng pháp toán học thông qua phƣơng trình mất đất phổ quát của Wischmeier và Smith không những có ý nghĩa lớn về mặt khoa học mà còn giúp cho các nhà quản lý định hƣớng chiến lƣợc quy hoạch sử dụng đất của lãnh thổ nghiên cứu, đồng thời có các biện pháp hiệu quả để giảm thiểu hiện tƣợng này. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƢƠNG PHÁP GIS KẾT HỢP VỚI PHƢƠNG TRÌNH MẤT ĐẤT PHỔ QUÁT WISCHMEIER VÀ SMITH TRONG ĐÁNH GIÁ DỰ BÁO XÓI MÕN ĐẤT Thực tế nghiên cứu cho thấy có rất nhiều mô hình tính toán xói mòn đất, do đó việc lựa 100 ĐỖ QUANG THIÊN – CAO THỊ THÖY VÂN chọn lựa một mô hình khả thi, phù hợp và chính xác đối với từng khu vực nghiên cứu là vấn đề rất quan trọng, quyết định mức độ tin cậy của phƣơng pháp tính toán. Trong phạm vi bài báo này, chúng tôi sử dụng GIS với chức năng phân tích không gian để mô hình hóa quá trình xói mòn đất huyện Quế Sơn dựa trên phƣơng trình mất đất phổ quát Wischmeier - Smith nhƣ công thức 1: A = R × K × L × S × C × P (tấn/ha.năm) (1) Trong đó, các thông số của phƣơng trình (1) sẽ đề cập chi tiết ở mục 3. Đây là phƣơng trình đƣợc sử dụng rất phổ biến ở trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam để xây dựng các công cụ đánh giá xói mòn đất dựa trên các điều kiện khí hậu, thổ nhƣỡng, địa hình và lớp phủ thực vật. Ƣu điểm của phƣơng trình này là có độ tin cậy cao, dễ phân cấp xói mòn và đề cập đến tất cả các yếu tố ảnh hƣởng tới xói mòn đất một cách riêng biệt trong mối tƣơng quan chặt chẽ. Điều này cho phép bóc tách từng yếu tố để phân tích ảnh hƣởng của chúng đến xói mòn đất và tìm ra biện pháp tác động phù hợp nhất. Tuy vậy, việc sử dụng phƣơng trình Wischmeier - Smith để đánh giá xói mòn đất xảy ra trong thời gian ngắn sẽ có mức độ chính xác không cao. Ngoài ra, việc bóc tách quá trình xói mòn đất thành các yếu tố riêng biệt (các biến độc lập) cũng mang nặng tính tùy biến khi thay đổi các biến cho phù hợp với các điều kiện khí hậu, đất, địa hình và canh tác khác nhau [4]. Với cách tiếp cận vấn đề theo từng thông số ảnh hƣởng thì phƣơng trình Wischmeier - Smith hoàn toàn có thể tính toán đƣợc bằng công nghệ GIS theo các bƣớc đƣợc thể hiện trên sơ đồ hình 1. Hình 1. Sơ đồ tính toán xói mòn bằng GIS kết hợp phương trình Wischmeier – Smith 3. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA PHƢƠNG TRÌNH WISCHMEIER - SMITH 3.1. Hệ số xói mòn do mưa (R) và bản đồ hệ số xói mòn do mưa Đối với các bài toán mô hình hóa xói mòn đất, việc tính toán hệ số xói mòn do mƣa SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GIS KẾT HỢP PHƢƠNG TRÌNH MẤT ĐẤT PHỔ QUÁT... 101 thƣờng dựa vào lƣợng mƣa và số ngày mƣa trung bình trong nhiều năm liên tiếp. Tính toán hệ số xói mòn 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 rất phức tạp. Theo Nguyễn Trọng Hà [3], sử dụng phƣơng pháp tính hệ số xói mòn do mƣa dựa theo lƣợng mƣa trung bình hàng năm của nhiều năm liên tục và phân tích tƣơng quan, từ đó đề xuất phƣơng trình tính R theo lƣợng mƣa hàng năm nhƣ công thức (2) dƣới đây: R = 0,548257 × P – 59,9 (2) Trong đó: R - là hệ số xói mòn mƣa trung bình năm (J/m2) P - là lƣợng mƣa trung bình hàng năm (mm/năm) Quá trình tính toán hệ số R thể hiện trên sơ đồ hình 2. Hình 2. Sơ đồ tính toán hệ số xói mòn do mưa Để tiến hành tính toán hệ số R, chúng tôi đã thu thập số liệu mƣa năm 2011 của trạm Quế Sơn và các trạm lân cận. Sau đó, tiến hành tính lƣợng mƣa trung bình theo các tháng mùa mƣa từ tháng 9 đến tháng 12 đƣợc trình bày ở bảng 1. Bảng 1. Lượng mưa trung bình các tháng mùa mưa tại trạm Quế Sơn và lân cận [1] STT Tên trạm Lƣợng mƣa trung bình các tháng mùa mƣa (mm) 1 Quế Sơn 447,625 2 Nông Sơn 492,075 3 Ái Nghĩa 404,125 4 Trà My 727,150 5 Tiên Phƣớc 575,300 102 ĐỖ QUANG THIÊN – CAO THỊ THÖY VÂN 6 Hiệp Đức 539,000 7 Giao Thủy 431,300 8 Câu Lâu 310,380 9 Hội An 432,300 Từ số liệu lƣợng mƣa trung bình các tháng mùa mƣa ở bảng 1, nội suy theo phƣơng pháp Kriging sẽ cho ra dữ liệu phân bố lƣợng mƣa trung bình vào mùa mƣa ở khu vực nghiên cứu nhƣ hình 3. Kết quả nội suy thấy, lƣợng mƣa trung bình vào các tháng mùa mƣa trên 329,469 mm/năm nằm ở phía Bắc lãnh thổ, lƣợng mƣa tăng dần về phía Nam, đạt tới 471,294 mm/năm. Từ bản đồ lƣợng mƣa trung bình, tiến hành nội suy và nhập công thức tính hệ số xói mòn do mƣa R theo công thức (2) vào phần mềm ArcGis sẽ lập đƣợc bản đồ hệ số xói mòn do mƣa huyện Quế Sơn (hình 4). Hình 3. Bản đồ phân bố lượng mưa trung bình vào mùa mưa huyện Quế Sơn Hình 4. Bản đồ hệ số xói mòn do mưa huyện Quế Sơn 3.2. Hệ số kháng xói của đất (K) và bản đồ hệ số kháng xói của đất Hệ số kháng xói của đất, phụ thuộc nhiều vào thành phần và tính chất cơ lý của đất, quan trọng nhất là kích thƣớc hạt đất. Cấu trúc, thành phần độ hạt và hàm lƣợng mùn của đất cũng là những yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến quá trình xói mòn đất. Đất có độ bền cao thì quá trình xói mòn ít, ngƣợc lại đất có độ bền thấp thì quá trình xói mòn sẽ xảy ra nhanh hơn. Việc xác định hệ số K cho mỗi loại đất đòi hỏi phải có số liệu quan trắc lâu dài. Một số kết quả nghiên cứu cho thấy K phụ thuộc vào thành phần độ hạt cát, sét, bụi và chất hữu cơ chứa trong đất [2]. Wischmeier – Smith đã đề xuất công thức tính hệ số K nhƣ sau: 100K = 2,1 × 10-4 × M1,14 × (12 - A) + 3,25(B - 2) + 2,5(C - 3) (3) Trong đó: K: Hệ số kháng xói; M: Tích số % các hạt đất > 0,002mm với % các hạt đất từ 0,002 đến 0,1mm; A: Hàm lƣợng chất hữu cơ trong đất, %; B: Hệ số phụ thuộc vào SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GIS KẾT HỢP PHƢƠNG TRÌNH MẤT ĐẤT PHỔ QUÁT... 103 hình dạng, sắp xếp và loại kết cấu đất; C: Hệ số phụ thuộc khả năng tiêu thấm của đất Hình 5. Bản đồ thổ nhưỡng huyện Quế Sơn Hình 6. Bản đồ hệ số kháng xói của đất huyện Quế Sơn Dựa vào bản đồ thổ nhƣỡng huyện Quế Sơn (hình 5) và bảng tra của Hội khoa học đất Quốc tế (1995) [6] để xác định hệ số K cho các loại đất khu vực nghiên cứu. Từ hệ số kháng xói của đất, gán trƣờng K vào bảng thuộc tính của bản đồ đất khu vực nghiên cứu. Sau đó raster hóa bản đồ đất và chuyển bản đồ đó về dạng Grid, thu đƣợc bản đồ hệ số K (hình 6). Nhƣ vậy, hầu hết các loại đất tại khu vực nghiên cứu có hệ số kháng xói trong khoảng từ 0,16 đến 0,28, hệ số K trong khoảng 0 - 0,16 chủ yếu tập trung ở phía Bắc và hệ số K từ 0,28 - 0,45 phân bố đều trên lãnh thổ nghiên cứu. 3.3. Hệ số chiều dài sườn (L), độ dốc (S) và xây dựng bản đồ hệ số địa hình (LS) Dựa vào các dữ liệu địa hình, tiến hành tính toán các dữ liệu sau: + Xây dựng mô hình số độ cao (DEM): có thể đƣợc thực hiện bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau: trắc địa ảnh và từ bản đồ địa hình [4]. Trong bài báo này, để xây dựng mô hình số độ cao, chúng tôi sử dụng phƣơng pháp nội suy các giá trị độ cao từ bản đồ địa hình (hình 8) với sự trợ giúp của phần mềm ArcGIS. Đây là một trong các phƣơng pháp hiệu quả và nhanh chóng. Từ bản đồ địa hình khu vực nghiên cứu, tạo mô hình TIN, chuyển đổi mô hình TIN sang dạng raster, tính toán với độ phân giải không gian là 30m và thành lập đƣợc mô hình số độ cao (hình 7). Mô hình số độ cao khu vực nghiên cứu có giá trị thấp nhất là 2m và cao nhất là 921m. Từ những dữ liệu về độ cao của mô hình DEM, có thể tính đƣợc các đặc trƣng của địa hình khu vực nghiên cứu nhƣ : - Độ dốc (slope): từ mô hình DEM tiến hành nội suy trong ArcGis để lập bản đồ độ dốc khu vực nghiên cứu (hình 8). Độ dốc của vùng Quế Sơn đƣợc thống kê ở bảng 2. Nhƣ vậy, có thể thấy độ dốc của khu vực nghiên cứu chủ yếu là cấp I và cấp II (chiếm 63,71%), tập trung ở một số xã nhƣ Quế Xuân I, Quế Xuân II, Hƣơng An, Phú 104 ĐỖ QUANG THIÊN – CAO THỊ THÖY VÂN Thọ, còn độ dốc cấp VI có diện tích 3713.63 ha (chiếm 14,79%) chủ yếu tập trung ở một số xã nhƣ Quế Hiệp, Quế Long, Quế Phong. Điều này chứng tỏ Quế Sơn có sự phân hóa khá mạnh về địa hình, dẫn đến khả năng có nguy cơ xảy ra xói mòn cao. Hình 7. Bản đồ mô hình số độ cao (DEM) huyện Quế Sơn Hình 8. Bản đồ độ dốc huyện Quế Sơn - Hƣớng sƣờn dốc (aspect): Bản đồ hƣớng sƣờn là bản đồ thể hiện hƣớng dòng chảy trên bề mặt sƣờn hay nói cách khác hƣớng sƣờn là đƣờng vuông góc với các đƣờng cao độ trên sƣờn dốc địa hình. Từ mô hình DEM, phần mềm ArcGis sẽ tính toán góc hƣớng sƣờn cho từng điểm trên lƣới địa hình, kết quả đƣợc ghi thành lƣới tƣơng ứng với hƣớng sƣờn tại từng điểm quy ƣớc và tạo lập đƣợc bản đồ hƣớng sƣờn (hình 9). Góc hƣớng sƣờn nằm trong giới hạn 00 - 3600 theo chiều kim đồng hồ. Từ bản đồ hƣớng sƣờn có thể phân loại hƣớng dòng chảy theo hƣớng sƣờn dốc nhƣ bảng 3. Bảng 2. Bảng phân cấp độ dốc huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam STT Cấp độ dốc Diện tích (ha) Tỷ lệ (%) 1 Cấp I (< 30) 7896,03 31,44 2 Cấp II (30 – 80) 8111,57 32,29 3 Cấp III (80 – 150) 3068,94 12,22 4 Cấp IV (150- 200) 1243,92 4,95 5 Cấp V (200 – 250) 1083,06 4,31 6 Cấp VI (> 250) 3713,63 14,79 Bảng 3. Bảng phân loại hướng dòng chảy theo hướng sườn dốc Góc hướng sườn (độ) Hướng Từ (độ) Hướng 0 Bề mặt bằng phẳng 157,5 - 202,5 Nam SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GIS KẾT HỢP PHƢƠNG TRÌNH MẤT ĐẤT PHỔ QUÁT... 105 0 - 22,5 Bắc 202,5 - 247,5 Tây - Nam 22,5 - 67,5 Đông - Bắc 247,5 - 292,5 Tây 67,5 - 112,5 Đông 292,5 - 337,5 Tây - Bắc 112,5 - 157,5 Đông - Nam 337,5 - 360 Bắc Hình 9. Bản đồ hướng dòng chảy huyện Quế Sơn Hình 10. Bản đồ hệ số địa hình LS huyện Quế Sơn + Xây dựng bản đồ hệ số LS: Trong tính toán xói mòn đất, hai hệ số L, S thƣờng đƣợc kết hợp thành một hệ số duy nhất theo công thức 4 (Wischmeier và Smith, 1978):  065,065,441,65 1.22 2        SSLS   (4) Trong đó: λ: Chiều dài sƣờn (m) ; S: sin góc dốc địa hình ; ξ = 0,5 nếu độ dốc > 5% ; ξ = 0,4 nếu độ dốc từ 3,5 – 5% ; ξ = 0,3 nếu độ dốc từ 1 – 3% ; ξ = 0,2 nếu độ dốc < 1%. Theo Moore và Burch (1986), xây dựng bản đồ hệ số LS trong ArcGis theo công thức 5: LS=(([FlowAccumulation]*resolution/22,13) 0,5 )*((Sin([slope]*0,01745))/0,0896) 1,3 (5) Trong đó: Flow Accumulation là bản đồ dòng tích lũy (đƣợc xây dựng từ bản đồ địa hình); Resolution là độ phân giải của bản đồ ở dạng raster (30m x 30m); 22,13 là chiều dài chuẩn của sƣờn (m); Slope là bản đồ độ dốc (%). Nhập công thức (5) vào GIS để tính toán hệ số LS, chuyển sang file dạng Grid và thu đƣợc bản đồ hệ số địa hình (hình 10). Kết quả tính toán cho thấy khu vực dễ bị tổn thƣơng bởi yếu tố LS tập trung nhiều nhất tại các xã Quế Long, Quế Phong, Quế Hiệp. 3.4. Xác định hệ số lớp phủ thực vật (C) và thành lập bản đồ hệ số C Hệ số C đặc trƣng cho mức độ hạn chế xói mòn đất của lớp phủ thực vật. Về mặt cơ 106 ĐỖ QUANG THIÊN – CAO THỊ THÖY VÂN chế, lớp phủ thực vật có hai tác dụng chính là làm giảm động năng của hạt mƣa khi rơi xuống mặt đất và giúp giữ hạt đất không bị các dòng chảy tràn trên mặt cuốn trôi. Hiện nay có 2 phƣơng pháp để xác định hệ số C: Phƣơng pháp thứ nhất là xác định tại thực địa theo Wischmeier - Smith với một biến số đòi hỏi phải có đầu tƣ lớn trong thời gian dài và đem lại hiệu quả tin cậy; Phƣơng pháp thứ hai là 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 đất theo Hội khoa học đất Quốc tế. Bảng 4. Hệ số C của các loại hình sử dụng đất ở khu vực nghiên cứu TT Loại đất Mã HTSDĐ Hệ số C 1 Đất ở OTC 0,05 2 Đất đồi núi chƣa sử dụng DCS 0,03 3 Đất giao thông DGT 0,2 4 Đất nghĩa trang, nghĩa địa NTD 0,02 5 Đất trồng lúa LUA 0,1 6 Đất sản xuất, kinh doanh phi nông nghiệp CSK 0,2 7 Đất bằng chƣa sử dụng BCS 0,01 8 Đất có mặt nƣớc chuyên dùng MNC 1 9 Đất rừng sản xuất RSX 0,0015 10 Đất trồng cây hàng năm khác HNK 0,2 11 Núi đá không có rừng cây NCS 1 12 Đất rừng phòng hộ RPH 0,001 Hình 11. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2010 của huyện Quế Sơn Hình 12. Bản đồ hệ số C của huyện Quế Sơn Trong bài báo này, tác giả dùng phƣơng pháp sử dụng bản đồ hiện trạng sử dụng đất SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GIS KẾT HỢP PHƢƠNG TRÌNH MẤT ĐẤT PHỔ QUÁT... 107 năm 2010 của huyện Quế Sơn (hình 11) để tính toán hệ số C. Dựa vào bảng tra hệ số C của Hội khoa học đất Quốc tế, hệ số C của các loại hình sử dụng đất ở huyện Quế Sơn đƣợc thể hiện ở bảng 4. Từ bảng 4 tiến hành rà soát các loại hiện trạng thảm thực vật, đánh giá và gán trị hệ số C cho từng dạng thảm thực vật tƣơng đồng thu đƣợc bảng hệ số C của khu vực nghiên cứu (bảng 4). Sau khi gán trƣờng C cho bản đồ thảm thực vật, tiến hành raster hóa và chuyển bản đồ này về dạng Grid, thu đƣợc bản đồ hệ số C (hình 12). Những khu vực có lớp phủ thực vật dày thì khả năng xói mòn đất tại đây càng thấp và ngƣợc lại. Kết quả tính toán hệ số C thể hiện những vùng có lớp phủ thực vật kém, phân bố rải rác ở phía Đông lãnh thổ thì có hệ số C cao, còn những khu vực tồn tại rừng phòng hộ hoặc rừng sản xuất thì có hệ số C thấp. 3.5. Hệ số canh tác bảo vệ đất (P) Trong đánh giá xói mòn đất, hệ số P đặc trƣng 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, còn đối với các thảm thực vật tự nhiên thì P thƣờng đƣợc tính bằng 1. Bảng tra hệ số P theo Hội khoa học đất quốc tế đƣợc thể hiện trong bảng 5. Việc xác định các phƣơng thức canh tác cho khu vực nghiên cứu rất khó khăn. Diện tích trồng lúa nhỏ, tập trung chủ yếu tại các vùng bằng phẳng ven các sông suối, hầu hết diện tích đất trồng cây hàng năm là ngô, sắn và một số cây ngắn ngày. Hơn thế nữa, các khu vực có mức độ xói mòn đất lớn lại nằm trên các sƣờn đất dốc, đa số đƣợc che phủ bằng thảm thực vật tự nhiên và rừng trồng [4]. Vì vậy, để phù hợp với khu vực nghiên cứu, chúng tôi lấy P = 0,75. Bảng 5. Bảng tra hệ số P theo Hội khoa học đất quốc tế [6] Độ dốc (%) Canh tác theo đường đồng mức Canh tác theo đường đồng mức và theo băng 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 4. THÀNH LẬP BẢN ĐỒ XÓI MÕN ĐẤT TIỀM NĂNG VÀ BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG XÓI MÕN ĐẤT VÙNG QUẾ SƠN - Trong thành lập bản đồ xói mòn đất tiềm năng, hệ số C và P không đƣợc tính đến. Việc tính toán bản đồ xói mòn tiềm năng chỉ đơn thuần là phép nhân các bản đồ thành phần đã đƣợc tính toán nhƣ công thức của Wischmeier - Smith: A = R x K x L x S (6) Sử dụng phần mềm ArcGis để tích hợp các bản đồ thành phần theo công thức (6) và đƣợc bản đồ xói mòn đất tiềm năng thể hiện trên hình 13. Có thể thấy rằng, mức độ xói mòn tiềm năng khu vực nghiên cứu thể hiện khá rõ ảnh hƣởng của yếu tố địa hình. Những khu vực có độ dốc lớn thì mức độ xói mòn đất tiềm năng mạnh. Các vùng chịu ảnh hƣởng của quá trình xói mòn mạnh nhất là những vùng có sƣờn dốc lớn, nơi có nền 108 ĐỖ QUANG THIÊN – CAO THỊ THÖY VÂN đất dễ bóc tách, lƣợng mƣa lớn. Hiện nay, chƣa có thang phân cấp chung về đánh giá xói mòn đất, hầu hết các nhà nghiên cứu sử dụng thang phân cấp riêng và việc phân cấp vẫn còn mang tính chủ quan theo kinh nghiệm cũng nhƣ đặc điểm của lãnh thổ nghiên cứu [5]. Trong nhiên cứu này, chúng tôi dùng bảng phân cấp của Lại Vĩnh Cẩm [6] để đánh giá nhƣ sau: Xói mòn yếu chiếm đến 63,98%, tập trung ở xã Quế Xuân I, II, Quế Phú, Hƣơng An, Quế Cƣờng... Tại những xã này độ dốc địa hình tƣơng đối thấp (< 30 hoặc từ 30 - 80), lƣợng mƣa các tháng mùa mƣa thấp (từ 120,734 - 155,292mm), hệ số kháng xói của đất và hệ số thảm phủ thực vật lớn; Xói mòn trung bình chiếm 20,16%; xói mòn hơi mạnh chiếm 8,10%, tập trung ở xã Phú Thọ, Quế Thuận, Quế Châu, Quế Minh. Những nơi này có độ dốc địa hình và lƣợng mƣa các tháng mùa mƣa trung bình; Xói mòn mạnh chiếm 3,79% và rất mạnh chiếm 3,97% với diện tích 997,25 ha, chủ yếu xảy ra ở xã Quế Hiệp, Quế Long, Quế Phong, Quế An, Đồng Phú với độ dốc địa hình và lƣợng mƣa tƣơng đối cao. Đặc biệt, cần chú ý tới diện tích xói mòn cao trên 1500 tấn/ha.năm, là những khu vực có nguy cơ xói mòn đất cao nhất. Hình 13. Bản đồ xói mòn đất tiềm năng huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam Bảng 6. Phân cấp hiện trạng xói mòn đất khu vực nghiên cứu Cấp xói mòn Lượng đất mất (tấn/ha.năm) Diện tích (ha) Tỷ lệ (%) Cấp 1 – Xói mòn yếu < 5 19649,49 78,23 Cấp 2 – Xói mòn trung bình 5 - 50 4747,39 18,90 SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GIS KẾT HỢP PHƢƠNG TRÌNH MẤT ĐẤT PHỔ QUÁT... 109 Cấp 3 – Xói mòn hơi mạnh 51 - 150 552,63 2,20 Cấp 4 – Xói mòn mạnh 151 - 200 54,71 0,22 Cấp 5 – Xói mòn rất mạnh > 200 112,93 0,45 Tổng 25117,15 100 - Đối với bản đồ hiện trạng xói mòn đất, dữ liệu hệ số C và P đƣợc đƣa vào để tính toán theo công thức của Wischmeier - Smith: A = R x K x L x S x C x P (7). Bản đồ hiện trạng xói mòn đất đƣợc thành lập từ kết quả phép nhân giữa các bản đồ thành phần R, K, LS, C, P theo công thức 7 đƣợc thể hiện ở hình 14 và bảng 7. Theo bảng phân cấp, xói mòn yếu chiếm đến 78.23% diện tích lãnh thổ, xói mòn trung bình chiếm 18.90%, xói mòn hơi mạnh chiếm 2.2%, xói mòn mạnh chiếm 0.22% và xói mòn rất mạnh chiếm 0.45% với diện tích 112.93 ha. Từ bản đồ hiện trạng xói mòn đất của khu vực nghiên cứu, có thể thấy rõ vai trò của lớp phủ thực vật tới quá trình xói mòn. Ở những khu vực có tiềm năng xói mòn mạnh nhƣ Quế Hiệp, Quế Long, Quế Phong, thị trấn Đồng Phú, Quế An, đƣợc che phủ bởi rừng phòng hộ và rừng sản xuất nên chỉ có một số diện tích nhỏ xảy ra xói mòn mạnh và rất mạnh. Đối với những vùng này cần phải có những biện pháp phòng chống và giảm thiểu nguy cơ xảy ra trƣợt lở, lũ quét - lũ bùn đá. Hình 14. Bản đồ hiện trạng xói mòn đất huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam So với bản đồ xói mòn tiềm năng thì các cấp độ trên bản đồ xói mòn đất có giá trị nhỏ hơn. Các khu vực có cƣờng độ xói mòn cao tập trung trên các sƣờn có độ dốc lớn và có độ che phủ thấp. Hầu hết diện tích khu vực có mức độ xói mòn thực tế thấp, trong khoảng < 5 và từ 5 - 50 tấn/ha/năm. Tuy nhiên, đối với những khu vực này vẫn cần có 110 ĐỖ QUANG THIÊN – CAO THỊ THÖY VÂN biện pháp khắc phục tránh nguy cơ xói mòn đất xảy ra ở cấp cao hơn. 5. KIỂM CHỨNG HIỆN TRẠNG XÓI MÕN ĐẤT KHU VỰC QUẾ SƠN Để kiểm chứng hiện trạng xói mòn đất, ngƣời ta thƣờng dùng: phƣơng pháp đóng cọc; phƣơng pháp phẫu diện của Zakharov (1971); phƣơng pháp hứng, thu lƣợng đất bị xói mòn Tuy vậy, do điều kiện thí nghiệm phức tạp, chi phí tốn kém nên trong nghiên cứu này chúng tôi tiến hành khảo sát thực địa và chụp ảnh kiểm chứng kết quả nghiên cứu thể hiện trên hình 16, 17. Kết quả khảo sát cho thấy, hiện tƣợng xói mòn xảy ra khắp các xã ở khu vực nghiên cứu, chủ yếu ở những nơi có độ dốc khá lớn, đặc biệt là những vùng xung quanh các chân đồi, những nơi thảm thực vật bị phá hủy nghiêm trọng và canh tác các loại cây ngắn ngày nhƣ xã Quế Phong, Quế Long, Quế Hiệp Hình 16. Xói mòn khe ở xã Quế Hiệp và xã Quế Phong, huyện Quế Sơn Hình 17. Xói mòn bề mặt ở huyện Quế An, huyện Quế Sơn Trong đó, xói mòn bề mặt và xói mòn dòng xuất hiện và phát triển phổ biến trên khắp diện tích có các hoạt động kinh tế, xây dựng công trình của ngƣời, đặc biệt là ở những khu vực sƣờn đồi, canh tác cây hàng năm. Một số sƣờn đồi xuất hiện xói mòn khe, thậm chí xói mòn rãnh. Ngoài ra, trong vùng nghiên cứu còn có các hoạt động khai thác đất và khoáng sản, đốt nƣơng làm rẫy, canh tác các loại cây ngắn ngày không đúng kỹ thuật và không có biện pháp bảo vệ lớp phủ thực vật, đã làm tăng khả năng sạt lở đất và quá trình xói mòn xảy ra mạnh hơn. Theo quan sát, dọc theo tuyến đƣờng đi lên Đèo Le xuất SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GIS KẾT HỢP PHƢƠNG TRÌNH MẤT ĐẤT PHỔ QUÁT... 111 hơn 15 điểm sạt lở đất với quy mô và diện tích khác nhau. 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Từ các số liệu nghiên cứu nêu trên có thể đi đến các kết luận và kiến nghị sau: - Đối với xói mòn đất tiềm năng: xói mòn yếu chiếm 63.98% diện tích lãnh thổ, trung bình (20.165%) và tƣơng đối mạnh chiếm 8 - 10% và tập trung ở các xã Quế Xuân I, Quế Xuân II, Quế Phú, Hƣơng An, Quế Cƣờng, Phú Thọ; xói mòn mạnh (3.79%) và rất mạnh (3.97%) xảy ra ở xã Quế Hiệp, Quế Long, Quế Phong, Quế An, thị trấn Đồng Phú. Đối với xói mòn đất hiện trạng: xói mòn mạnh chiếm 0.22% diện tích lãnh thổ và rất mạnh (0.45%) xảy ra ở xã Quế Hiệp, Quế Long, Quế Phong, thị trấn Đồng Phú và Quế An; xói mòn yếu (78.23%), trung bình (18.9%) chiếm phần lớn diện tích nghiên cứu. - Kết quả khảo sát thực địa và chụp ảnh cho thấy những vị trí xói mòn mạnh và rất mạnh (Quế Hiệp, Quế Phong, Quế An, thị trấn Đồng Phú) khá phù hợp với bản đồ xói mòn, vì vậy kết quả nghiên cứu có độ tin cậy và có thể sử dụng làm tài liệu hữu ích cho công tác quy hoạch sử dụng đất của địa phƣơng. - Trong các nghiên cứu tiếp theo, cần kết hợp công nghệ GIS với các mô hình tính toán xói mòn nhằm nâng cao giá trị thực tiễn áp dụng cho địa phƣơng. Đồng thời, cần có các thí nghiệm hiện trƣờng chính xác để kiểm chứng kết quả nghiên cứu. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đinh Phùng Bảo (2001). Đặc điểm khí hậu – thủy văn tỉnh Quảng Nam, Trung tâm dự báo khí tƣợng thủy văn tỉnh Quảng Nam. [2] Hoàng Tiến Hà (2009). Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) để dự báo xói mòn đất huyện Sơn Động – tỉnh Bắc Giang, Luận văn Thạc sĩ Khoa học Lâm nghiệp, Đại học Thái Nguyên. [3] Nguyễn Trọng Hà (1996), Xác định các yếu tố gây xói mòn và khả năng dự báo xói mòn trên đất dốc, Luận án PTS Khoa học – kỹ thuật, Đại học Thủy lợi, Hà Nội. [4] Đinh Văn Hùng (2009), Ứng dụng Viễn thám và GIS đánh giá xói mòn đất khu vực Yên Châu tỉnh Sơn La, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Khoa học tự nhiên, Hà Nội. [5] Nguyễn Quang Việt (2011), Đánh giá xói mòn tiềm năng và đề xuất sử dụng tài nguyên đất huyện Đakrông tỉnh Quảng Trị, Luận văn thạc sĩ địa lý, Đại học Khoa học, Huế. [6] Lai Vinh Cam (2000), ‘Soil erosion study in North West region of Viet Nam by intergrating watersheed analysis and universal soil loss equation (USLE)”. 112 ĐỖ QUANG THIÊN – CAO THỊ THÖY VÂN Title: USING GIS TECHNOLOGY COMBINAION WITH WISCHMETER - SMITH EQUATIONS OF UNIVERSAL SOIL LOSS IN EVALUATING SOIL EROSION IN QUE SON DISTRICT, QUANG NAM PROVINCE Abstract: In order to provide a predictive zoning basis on surface erosion for land-using plan of Que Son District, Quang Nam Province. The current situation of surface erosion and potential surface erosion maps were undertaken on mapping for the studied area by using GIS technology combination with the universal soil loss equations proposed by Wischmeter-Smith. The obtained results are as follows: Surface erosion is currently occuring in Que Son district with four levels. In which, strong and very strong surface erosion develop relatively limited on 0.45% and 0.22% of total area, respectively, and mainly occur in Que Hiep, Que Long, Que Phong communes and Dong Phu, Huong An towns. Meanwhile, weak and moderate surface erosion widely occur on 78.23% and 18.9% of the total area. For the predictive results of potential erosion, weak and moderate surface erosion still develop on almost area of Que Son district, occupying 63.98% and 20,165% of total area, respectively, while relatively strong erosion will occur on around 8 - 10% of the total area. These erosion levels mainly develop in Que Xuan I and II, Que Phu, Que Cuong, Phu Tho communes, etc... Although occur in the same places including Que Hiep, Que Long, Que Phong, Que An communes and Dong Phu town, strong and very strong potential erosion trend to increase and equal their area up to 3.79% and 3.97% of the study area, respectively. Keywords: Soil erosion; Surface erosion; Potential erosion TS. ĐỖ QUANG THIÊN Trƣờng Đại học Khoa học - Đại học Huế ThS. CAO THỊ THÖY VÂN Viện Tài nguyên, Môi trƣờng và Phát triển bền vững - Đại học Huế