Ứng dụng gis trong đánh giá mức độ xói mòn đất tại tỉnh Điện Biên

Hội thảo khoa học Quốc gia Quản lý tài nguyên, môi trường và phát triển bền vững vùng Tây Bắc, Việt Nam ỨNG DỤNG GIS TRONG ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ XÓI MÒN ĐẤT TẠI TỈNH ĐIỆN BIÊN Trần Thị Hằng Trường Đại học Tây Bắc Email: hangtran256@utb.edu.vn Tóm tắt: Nghiên cứu này nhằm đánh giá các yếu tố dẫn đến xói mòn đất trên địa bàn tỉnh Điện Biên. Kết quả nghiên cứu đã sử dụng phương trình mất đất phổ quát USLE để xây dựng mô hình xói mòn đất tiềm năng và mô hình xói mòn đất hiện trạng. Tại tỉnh Điện Biên, tiềm năng xói mòn từ mức trung bình đến rất mạnh chiếm 64,29 % diện tích tự nhiên toàn tỉnh. Có 30,8 % diện tích tự nhiên ở mức xói mòn thực tế mạnh và rất mạnh, trong đó Tủa Chùa có hiện trạng xói mòn ở mức cao nhất, kết quả nghiên cứu là cơ sở định hướng bảo vệ môi trường trong sản xuất nông, lâm nghiệp và du lịch của Điện Biên. Từ khóa: Mô hình, nông nghiệp, xói mòn đất, kinh tế. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Xói mòn đất là một hiện tượng tự nhiên di chuyển đất bởi nước mưa hoặc gió. Tuy nhiên, trong cùng với xu thế biến đổi khí hậu toàn cầu, tỉnh Điện Biên trong những năm gần đây thường xuyên xảy ra xói mòn đất trên quy mô rộng lớn, gây thiệt hại lớn đến sự phát triển kinh tế của địa phương. Chính vì chúng tôi lựa chọn “Ứng dụng GIS trong đánh giá mức độ xói mòn đất tại tỉnh Điện Biên” làm định hướng nghiên cứu. 2. DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Dữ liệu nghiên cứu Kết quả nghiên cứu được thực hiện trên cơ sở các tài liệu: Cơ sở dữ liệu bản đồ nền và chuyên đề: Bản đồ nền địa hình tỉnh Điện Biên tỷ lệ 1:50.000 (Bộ Tài nguyên và Môi trường); Bản đồ địa chất (Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam); Các bản đồ chuyên đề thổ nhưỡng, thảm thực vật, khí hậu tỉnh Điện Biên; Đề tài “Điều tra đánh giá hiện tượng trượt lở - lũ bùn đá ở Lai Châu và đề xuất biện pháp phòng chống” (Viện Địa chất, Hà Nội); Đề tài “Nghiên cứu đánh giá phân vùng dự báo hiện tượng tai biến trượt lở, nứt sụt đất, lũ quét - lũ bùn đá khu vực Sơn La - Lai Châu, đề xuất các giải pháp phòng tránh giảm nhẹ thiên tai” (Viện Địa chất, Hà Nội). Mặt khác, nguồn cơ sở tài liệu còn bao gồm các kết quả điều tra nghiên cứu thực địa. 2.2. Phương pháp nghiên cứu chính Phương pháp thu thập, xử lí, thống kê số liệu, tài liệu: Để thực hiện nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành thu thập tất cả các tài liệu, số liệu liên quan đến tài nguyên thiên nhiên, môi trường của Điện Biên. Nhóm phương pháp thực địa: Trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã tiến hành khảo sát các địa phương khác nhau của tỉnh Điện Biên. Những kết quả thu thập được trên thực địa là tư liệu quan trọng nhằm minh họa, bổ sung cho những nghiên cứu lý thuyết của bài báo. Phương pháp bản đồ, hệ thông tin địa lý (GIS) và viễn thám: Các bản đồ trong bài báo đều được xây dựng bằng hệ thống thông tin địa lý (GIS) với một số phần mềm MapInfo, ArcGIS 10. 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Ngoài ra, các dữ liệu thuộc tính như dữ liệu thống kê kinh tế xã hội, môi trường của tỉnh Điện Biên cũng được không gian hóa bằng cách nhập thuộc tính theo các trường thuộc tính khác nhau. Dữ liệu nền cơ sở bản đồ có hệ tọa độ VN2000 và chuyển sang định dạng shape file của phần mềm ArcGIS, các lớp thông tin được tách từ bản đồ này, sau đó được cập nhật thêm từ các ảnh vệ tinh Landsat. Ứng dụng GIS trong đánh giá mức độ xói mòn đất tại tỉnh Điện Biên 215 Xây dựng mô hình mất đất phổ dụng USLE, đây là mô hình định lượng để xác định lượng đất bị xói mòn trên cơ sở phương trình mất đất phổ dụng USLE (Universal Soil Loss Equation) của Wischmeier và Smith, 1978. A = R * K * L * S * C * P trong đó: A: Lượng đất mất trung bình hàng năm chuyển tới chân sườn (tấn/ha/năm); R: Hệ số xói mòn do mưa; K: Hệ số kháng xói của đất; L: Hệ số chiều dài sườn dốc; S: Hệ số độ dốc; C: Hệ số cây trồng hoặc lớp phủ; P: Hệ số canh tác bảo vệ đất. Trên thực tế bộ công cụ phải tương thích với với hệ thống GIS hiện đại để giảm thiểu thời gian xử lí dữ liệu cũng như tận dụng được chức năng phân tích không gian sẵn có. 3.2. Mô hình xói mòn đất tỉnh Điện Biên 3.2.1. Xây dựng các bản đồ thành phần Dữ liệu địa hình DEM được đưa vào từ nhiều nguồn khác nhau. Tại Mỹ N-SPECT đã phát triển và kiểm nghiệm với dữ liệu DEM độ phân giải 10 m của U.S Geology Survey được tổng hợp xuống độ phân giải 30 m. Mỗi tệp dữ liệu DEM lưu trữ giá trị độ cao dưới khuôn dạng chuẩn trao đổi dữ liệu không gian. Đối với khu vực nghiên cứu tác giả cơ sở dữ liệu bản đồ nền và chuyên đề: Bản đồ nền địa hình tỉnh Điện Biên tỷ lệ 1:50.000, 1:25.000 (Bộ Tài nguyên và Môi trường). Bản đồ thổ nhưỡng tỉnh Điện Biên tỷ lệ 1:100.000, 1:50.000 (Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, 2014). Các phần mềm chuyên dụng trong lĩnh vực bản đồ: MapInfo, ArcGIS, phần mềm lọc Erdas Imagine, Google earth, ảnh vệ tinh Landsat. - Mô hình số độ cao DEM (Digital Elevation Model). Đây là một loại dữ liệu không gian dùng để biểu diễn gần đúng địa hình của bề mặt nghiên cứu thông qua một bề mặt mô phỏng từ một hàm số xác định trên một không gian liên tục bởi tập hợp các giá trị độ cao. Hình 1. Mô hình số độ cao tỉnh Điện Biên ңŶĜһĜҷĂŚŞŶŚĜĆĜӇӄĐƐҺŚŽĄ EҾŝƐƵLJƚӉĜӇӁŶŐ ĜһŶŐŵӈĐ DƀŚŞŶŚƐҺĜҾĐĂŽD Các bước tính toán mô hình DEM 216 Trần Thị Hằng Dữ liệu này có khả năng thể hiện chi tiết nhất các yếu tố địa hình khu vực nghiên cứu và có khả năng sử dụng cho các đánh giá xói mòn đất khu vực nhỏ hơn. Trên đây là kết quả tính toán mô hình số độ cao tỉnh Điện Biên bằng GIS. Từ mô hình DEM có thể tính ra các mô hình độ dốc (Slope), mô hình hướng phơi (Aspect), mô hình chiều dài sườn. Mô hình số độ cao được xây dựng cho toàn tỉnh Điện Biên và được nội suy từ dữ liệu đường bình độ và điểm độ cao với khoảng cao đều là 20 m bằng phần mềm ArcGIS 10.2 độ phân giải không gian (pixel) là 30 m. - Mô hình độ dốc (Slope). Mô hình độ dốc được tính toán từ mô hình DEM qua chức năng Spatial Analys Tool của phần mềm ArcGIS. Dữ liệu cơ sở dùng để tính bản đồ độ dốc chính là mô hình DEM ở trên. Độ dốc thể hiện góc nghiêng của địa hình tại điểm quan sát so với bề mặt nằm ngang. Sau khi chạy xong mô hình độ dốc chuyển qua Erdas Imagine để lọc, sau đó lại chuyển qua ArcGIS. Trên mô hình số độ cao, điểm quan sát được ước lệ là một pixel của mô hình số độ cao và độ dốc chính là tỷ lệ thay đổi giá trị của pixel (độ cao) so với các pixel lân cận. Hình 2. Mô hình độ dốc tỉnh Điện Biên - Mô hình lượng mưa (R) Hình 3. Mô hình lượng mưa R tỉnh Điện Biên Mô hình lượng mưa R, đặc trưng cho mức độ xói mòn do mưa được tính toán nội suy bằng phần mềm ArcGIS từ bản đồ lượng mưa trung bình năm cùng với số liệu đo tại các trạm trong tỉnh và các trạm khác bên ngoài Điện Biên. Hình 4. Mô hình chiều dài sườn L tỉnh Điện Biên Hình 5. Mô hình hệ số độ dốc S tỉnh Điện Biên Ứng dụng GIS trong đánh giá mức độ xói mòn đất tại tỉnh Điện Biên 217 Yếu tố địa hình đóng vai trò quan trọng trong đánh giá xói mòn đất. Do đó tác giả sử dụng yếu tố địa hình chi tiết nhất cho khu vực nghiên cứu và có khả năng đánh giá xói mòn cho các khu vực nhỏ hơn. Tính LS theo công thức: Tính Flow Direction từ mô hình DEM (SAT\Hydrology\). Tính Flow Accumulation từ Flow Direction/Tính LS factor. Yêu cầu dữ liệu phải thống nhất với các dữ liệu khác, đó là điều kiện đảm bảo cho quá trình tích hợp thông tin và đưa ra kết quả đúng đắn. Hình 6. Mô hình hệ số LS tỉnh Điện Biên - Bản đồ hệ số xói mòn đất (K) Bản đồ hệ số xói mòn đất K tỉnh Điện Biên được thành lập trên cơ sở bản đồ thổ nhưỡng. Đây là bản đồ thành phần tham gia tính mô hình tiềm năng xói mòn đất. Hình 7. Mô hình hệ số K tỉnh Điện Biên Hệ số K của các loại đất Điện Biên được xác lập cho từng loại đất, cụ thể dựa vào bảng phân cấp hệ số xói mòn đất của FAO, các nghiên cứu về xói mòn đất của các tác giả Nguyễn Trọng Hà, Nguyễn Quang Mỹ. Đối với GIS, bảng dữ liệu loại đất, nhóm đất và hệ số kháng xói có thể được xây dựng độc lập và liên kết với dữ liệu thông qua môi trường thuộc tính nào đó. - Bản đồ hệ số C Hệ số C của các đối tượng lớp phủ mặt đất được tham khảo từ bảng tra hệ số C của N - SPECT và một số nghiên cứu khác tại Việt Nam. Thảm thực vật vừa là nhân tố ảnh hưởng vừa là nguyên nhân dẫn đến quá trình xói mòn, 218 Trần Thị Hằng tăng hoặc giảm quá trình này phụ thuộc vào độ che phủ của thảm thực vật. Nếu đất có độ che phủ cao, mức độ xói mòn hạn chế và ngược lại. Hình 8. Mô hình hệ C tỉnh Điện Biên 2.2.2. Thành lập bản đồ xói mòn hiện trạng tỉnh Điện Biên Căn cứ vào quy định phân cấp hiện trạng xói mòn theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5299 - 1995) trong tỉnh Điện Biên có thể chia thành năm cấp xói mòn. Xói mòn là hiện tượng phá hủy lớp đất đá do tác động của các dòng chảy, nước lũ và của gió. Xói mòn đất có nguyên nhân tự nhiên hoặc nhân sinh, gây ra hiện tượng đất bạc màu, thoái hóa, trơ sỏi đá, ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của thảm thực vật và cây trồng. Phát triển nông nghiệp ở Điện Biên song hành với các hoạt động canh tác trên nền đất dốc dẫn đến nguy cơ xói mòn rất cao. Theo ước tính mỗi năm có vài chục tấn đất và chất dinh dưỡng bị mất đi thay thế vào đó là đất bạc màu. Mức độ xói mòn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: độ dốc, lực ma sát, lớp phủ thực vật. Xói mòn đất là một diễn thế tự nhiên song với sự phát triển dân số ở Điện Biên quá trình đó diễn ra mạnh mẽ trong giai đoạn hiện nay, gây thiệt hại về kinh tế cho tỉnh Điện Biên. Hình 9. Bản đồ xói mòn đất thực tế tỉnh Điện Biên Ứng dụng GIS trong đánh giá mức độ xói mòn đất tại tỉnh Điện Biên 219 3. KẾT LUẬN Các kết quả ứng dụng GIS trong đánh giá xói mòn đất cho thấy tính khả thi và những lợi thế to lớn so với các phương pháp truyền thống. Xói mòn đất tập trung ở khu vực các đứt gãy, các thung lũng hẹp nơi có lớp phủ thực vật thấp, đất có cấu trúc bở rời hình thành trên đá cát. Kết quả nghiên cứu cho thấy: 30,8 % diện tích tự nhiên ở mức xói mòn thực tế mạnh và rất mạnh, trong đó huyện Tủa Chùa có hiện trạng xói mòn ở mức cao nhất. Trong thời gian tới, Điện Biên cần có những nghiên cứu chi tiết về các biểu hiện tai biến thiên nhiên để có định hướng sử dụng tài nguyên một cách hợp lý tránh những thiệt hại nghiêm trọng trong sản xuất và hệ sinh thái. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Trần Thị Hằng (2017), “Đánh giá tổng hợp điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên phục vụ phát triển bền vững nông lâm nghiệp và du lịch tỉnh Điện Biên”, Luận án tiến sĩ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. [2]. Nguyễn Văn Hùng và nnk. (2012), Nghiên cứu đánh giá phân vùng dự báo hiện tượng tai biến trượt lở, nứt sụt đất, lũ quét - lũ bùn đá khu vực Sơn La - Lai Châu, đề xuất các giải pháp phòng tránh giảm nhẹ thiên tai, Viện Địa chất, Hà Nội. [3]. Lê Văn Khoa (1997), Môi trường và Phát triển bền vững ở miền núi, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội. [4]. Vũ Cao Minh và nnk (1997), Điều tra đánh giá hiện tượng trượt lở - lũ bùn đá ở Lai Châu và đề xuất biện pháp phòng chống, Viện Địa chất, Hà Nội. [5]. Nguyễn Quang Mỹ (2005), Xói mòn đất hiện đại và các biện pháp chống xói mòn, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội. GIS APPLICATION IN EVALUATION OF LAND EROSION IN DIEN BIEN PROVINCE Tran Thi Hang Tay Bac University Abstract: This study aims to assess factors leading to soil erosion in Dien Bien province. The results of the study are based on the application of USLE (Universal Soil Loss Equation) to develop potential soil erosion models and current soil erosion models. In Dien Bien Province, erosion potential of “medium” to “very strong” levels account for 64.29 % of the province's natural area. 30.8 % of the natural area is at the erosion level of “strong” and “very strong”, in which Tua Chua has the highest level of erosion. Research results are the basis of environmental protection orientation in agriculture, forestry and tourism of Dien Bien. Keywords: model, agriculture, soil erosion, economy.