Xem mẫu
- Laboratory Exercise No. 2 GIS & R_CP_K_LS Factor
Chuyeân ñeà 2
ÖÙNG DUÏNG GIS TÍNH TOAÙN CAÙC THAM SOÁ
TRONG PHÖÔNG TRÌNH MAÁT ÑAÁT PHOÅ DUÏNG USLE
(Universal Soil Loss Equation)
Muïc tieâu:
1) ÖÙng duïng GIS tính toùan R- factor (nhaân toá löôïng möa)
trong phöông trình xoùi moøn USLE (Universal Soil Loss
Equation) trong vieäc döï baùo xoùi moøn trong moät löu vöïc;
(on-site soil erosion);
2) ÖÙng duïng GIS tính toùan LS-factor (ñoä doác) trong phöông
trình xoùi moøn USLE (Universal Soil Loss Equation);
3) ÖÙng duïng GIS tính toùan K –factor (ñoä xoùi moøn cuûa
ñaát), CP-factor (nhaân toá che phuû cuûa tham thöïc vaät vaø
hình thöùc canh taùc) .
Taøi lieäu tham khaûo:
(1) Nguyen Kim Loi. 2002. Effect of Land Use/ Land Cover Changes
and Practices on Sediment Contribution to the Tri An Reservoir
of Dong Nai Watershed, Vietnam. M.Sc. Thesis, Graduate School,
Kasetsart University, Bangkok, Thailand. 113p.
(2) ARS-USDA. 2001. The National Soil Erosion Research
Laboratory, at Website: http://topsoil.nserl.purduc.edu/nserl web
lentry.html [Connect to WEPP software, RUSLE Link Page
(3) Nguyeãn Kim Lôïi .2004. Aûnh höôûng cuûa söï thay ñoåi caùc
kieåu söû duïng ñaát ñeán boài laéng loøng hoà Trò An cuûa löu
vöïc soâng Ñoàng Nai.Tạp chí Khoa học đất, Soá ñaëc bieät
20/2004, Haø Noäi.
(4) Cochrane, T.A. 1999. Methodologies for Watershed Modeling
with GIS and DEMs for parameterization of the WEPP Model.
Ph.D Dissertation. Graduate School, Purdue University, West
Lafayette, Indiana. 198p.
(5) Nguyen Kim Loi. and N. Tangtham. 2004. Decision support
system for sustainable watershed management in Dong Nai
watershed – Vietnam: Applying Linear Programming Technique
for Land Allocation. Paper presented in International
Environmental Modelling and Software Society iEMSs
2004 International Conference . Complexity and
Integrated Resources Management Session. 14-17 June
2004 University of Osnabrück, Germany.
Designed by Dr. Nguyen Kim Loi, July 2005 113
- Laboratory Exercise No. 2 GIS & R_CP_K_LS Factor
(6) Rollans, S. 1999. Soil Erosion and Sediment Yield Modeling using
GIS. GIS in Water Resources, University of Texasa at Austin, at
Website: http://www.ce.utexas.edu/stu/rollansw/termroject.html
(7) Roose, E.J.,1977. Use of the universal soil erosion equation
to predict erosion in West Africa. In Soil Erosion: Prediction and
Control. Soil Cons. Soc. Am., Ankeny, Iowa, p.60-74.
(8) Nipon Tangtham and K.Lorsirirat .1993. Prediction Models of
the Effect of Basin Characteristics and Forest Cover on
Reservoir Sedimentation in Northeastern Thailand. Kasetsart
J. (Nat. Scl.)27: 230 – 235p.
Vaät lieäu caàn chuaån bò:
1) Baûn ñoà söû duïng ñaát
2) Maùy tính vôùi caùc phaàn meàm hoã trôï: Arc View, Arc
GIS,…
3) Baûn ñoà ñòa hình
4) Löôïng möa cuûa khu vöïc caàn nghieân cöùu
5) Baûn ñoà ñaát
Caùc kieán thöùc caên baûn
1. Phöông phaùp döï ñoùan xoùi moøn ñaát
Xoùi moøn ñaát (Soil erosion) ñaõ töøng ñöôïc nghieân cöùu
caùch nay hôn 60 naêm. Nhieàu phöông trình vaø coâng thöùc ñaõ
ñöôïc phaùt trieån ñeå öôùc löôïng xoùi moøn. Maëc duø nhieàu
nhaø nghieân cöùu ñaõ cho ra nhieàu phöông phaùp vaø phöông
trình khaùc nhau, nhöng phöông trình USLE vaø MUSLE vaãn ñöôïc
xem laø quan troïng nhaát trong vieäc öôùc löôïng xoùi moøn ñaát.
2. Lòch söû phöông trình xoùi moøn ñaát (Universal Soil
Loss Equation, USLE)
Xoùi moøn ñaát do möa laø hieän töôïng phoå bieán treân beà
maët traùi ñaát. Xoùi moøn ñaát theå hieän moái quan heä giöõa
cheá ñoä möa vaø ñaëc ñieåm maët ñaát (Bao goàm tính chaát
ñaát, thaønh phaàn cô giôùi ñaát, ñoä doác, chieàu daøi söôøn,
tham phuû vaø caùc hoaït ñoäng cuûa con ngöôøi).
Phöông trình döï baùo xoùi moøn (Wischmeier vaø Smith,
1965, 1975 vaø 1978) hieän ñang ñöôïc thöøa nhaän vaø söû duïng
roäng raõi treân theá giôùi, coù lòch söû phaùt trieån laâu daøi.
Ñaây laø phöông trình toaùn hoïc bieåu thò löôïng ñaát xoùi moøn
phuï thuoäc vaøo caùc yeáu toá möa (R), ñaát (K), ñòa hình (LS),
Designed by Dr. Nguyen Kim Loi, July 2005 114
- Laboratory Exercise No. 2 GIS & R_CP_K_LS Factor
caây troàng (C), vaø bieän phaùp söû duïng ñaát (P). Phöông trình
trình nhö sau:
A = RKCPSL
Trong ñoù: A: döï ñoaùn löôïng ñaát xoùi moøn (tons/ acre);
R: heä soá xoùi moøn bôû möa hay nhaân toá möa (ft-
ton/acre-in);
K: heä soá xoùi moøn cuûa ñaát hay nhaân toá ñaát;
LS: heä soá chieàu daøi söôøn vaø ñoä doác hay nhaân toá
ñòa hình;
C: heä soá caây troàng hay thaûm thöïc vaät;
P: heä soá baûo veä ñaát hay bieän phaùp söû duïng ñaát
hay hình thöùc canh taùc.
Söï taùc ñoäng cuûa möa vaøo maët ñaát taïo ra ñoäng löïc
xoùi moøn (naêng löôïng cuûa haït möa vaø toác ñoä chaûy traøn),
ñoä doác vaø chieàu daøi söôøn ñoùng vaøi troø nhö laø moät maët
tröôït taïo theâm gia toác cho khaû naêng xoùi moøn cuûa doøng
chaûy nöôùc maët vaø khaû naêng khaùng laïi söï xoùi moøn cuûa
ñaát, vaø lôùp phuû thöïc vaät vaø kyõ thuaät baûo veä ñaát goùp
phaàn laøm haïn cheá löïc xoùi moøn bôûi nöôùc maët vaø möa.
R-
Löôïng mua Rainfall Factor
Baûn ñoà K-Factor
ñaát Soil
Baûn ñoà CP-
SD Land Factor
Ñaát cover
L-
Slopes Factor
Baûn ñoà LS- Soil
Contours DEM Factor loss
ñòa hình S-
Slopes Factor
Hình1.ÖÙng duïng GIS trong xaây döïng baûn ñoà xoùi moøn ñaát (Nguyeãn
Kim Lôïi, 2005)
Designed by Dr. Nguyen Kim Loi, July 2005 115
- Laboratory Exercise No. 2 GIS & R_CP_K_LS Factor
Baûn ñoà Baûn ñoà Baûn
heä heä ñoà heä
Soá R Soá K Soá LS
Baûn ñoà tieàm naêng
xoùi moøn
Baûn ñoà heä
soá CP
Baûn ñoà hieän traïng
xoùi moøn
Hình 2. Phöông phaùp tieáp caän ñaùnh giaù xoùi moøn ñaát
3. YÙ nghóa cuûa caùc yeáu toá trong phöông trình xoùi
moøn ñaát, USLE.
3.1. Yeáu toá löôïng möa, (R, Rainfall Erosion Index)
R laø nhaân toá xoùi moøn (erosivity) cuûa möa. Theo Ellision
quaù trình xoùi moøn do möa coù theå chia laøm 3 pha: Taùch caùc
haït ñaát ra khoûi khoái ñaát, dichuyeån caùc haït vaø cuoài cuøng
laø chuùng bò traàm laéng. Nhö vaäy taùc ñoäng chuû yeáu cuûa
caùc haït möa laø taùch haït ñaát ra khoûi maët ñaát, trong khi ñoù
taùch ñoäng chuû yeáu cuûa doøng chaûy treân maët laø vaän
chuyeån chuùng. Giöõa xoùi moøn do haït möa gaây ra vaø xoùi
moøn do doøng chaûy treân maët coù quan heä qua laïi vôùi nhau.
Söï va ñaäp cuûa haït möa vaøo maët ñaát laøm maët ñaát hoùa
laày vaø doøng chaûy treân maët taêng leàn.
Sau nhieàu coâng trình nghieân cöùu veà moái quan heä giöõa
löôïng maát ñaát vaø cheá ñoä möa ngöôøi ta thaáy raèng: Moái
töông quan giöõa löôïng ñaát maát vaø löôïng möa rôi trong nhöõng
thôøi löôïng khaùc nhau khoâng chaët cheû nhöng coù töông quan
toát vaø phuï thuoäc chaët cheû vôùi ñoäng naêng cuûa möa, nhaát
laø cöôøng ñoä möa toái ña trong 30 phuùt. Töø ñoù chæa soá EI 30
ra ñôøi.
Caên cöù treân chæ soá EI30 ñeå xaùc laäp heä soá xoùi moon
do möa ® ñöôïc söû duïng roäng raûi. Tuøy thuoäc vaøo tính chaát
möa vaø soá lieäu möa hieän coù ôû ñòa phöông maø caùc coâng
thöùc tính chæ soá R ñöôïc xaùc laäp töø nhöõng coâng thöùc khaùc
nhau, ñöôïc chæ ra trong Baûng döôùi ñaây.
Designed by Dr. Nguyen Kim Loi, July 2005 116
- Laboratory Exercise No. 2 GIS & R_CP_K_LS Factor
BaÛng 1 Phöông phaùp söû duïng ñeå tính nhaân toá möa (R-
factor).
Roose (1975)
Chæ soá xoùi moøn tính theo löôïng möa
= 0.5 x P x 1.73 (5)
haèng naêm
Morgan (1974)
Chæ soá xoùi moøn tính theo löôïng möa
= 9.28 x P - 8,838
haèng naêm (MAE1) (KE>25) (j/m2)
Multiply by I30 (75 mm/h; max. value = MAE1 x I30
recommended By Wischmeier, 1977) (6)
Foster et al. (1981)
Chæ soá xoùi moøn tính theo löôïng möa
= 0.276 x P x I30
haèng naêm (MAE2) (kg.m.mm)/(m2.h)
= MAE2/100
(7)
Renard and Freimund,
Chæ soá xoùi moøn tính theo löôïng möa = 0.0048 x P1.61
haèng naêm (8)
El-Swaify and others 1985
Chæ soá xoùi moøn tính theo löôïng möa = 38.5 + 0.35 (P)
haèng naêm (9)
Wanapiryarat et al. 1986
Chæ soá xoùi moøn tính theo löôïng möa = -3.2353 + 1.789
haèng naêm ln(x)
Chæ soá xoùi moøn tính theo löôïng möa
= Σy
haèng naêm
(10)
Trong ñoù, P= löôïng möa haèng naêm vaø x= löôïng möa
haèng ngaøy.
3.2 Yeáu toá ñaát K (Soil Erodibility Index)
K laø yeáu toá xoùi moøn cuûa ñaát (soil-erodibility), laø
thöôùc ño ñoä xoùi moøn ñaát trong ñieàu kieän tieâu chuaån treân
Designed by Dr. Nguyen Kim Loi, July 2005 117
- Laboratory Exercise No. 2 GIS & R_CP_K_LS Factor
moät ñôn vò thöûa ñaát coù chieàu daøi laø 72.6 ft (22.13 m) coù
ñoä doác 9% (50), coù caùch laøm ñaát canh taùc gioáng nhau.
Yeáu toá K theå hieän caû söï nhaïy caûm ôû xoùi moon ñaát
do möa vaø doøng chaûy beà maët, khi ño ñaïc döôùi ñieàu kieän
ñôn vò thöûa ñaát chuaån. Nhöõng tính chaát ñaát chính aûnh
höôûng tôùi nhaân toá K laø: Sa caáu ñaát, chaát höõu cô, caáu
truùc vaø ñoä thaám cuûa phaåu dieän ñaát. Keát quaû khaûo saùt
töø maûnh ñaát chuaån cho thaáy nhöõng ñaát coù haøm löôïng
seùt cao thì coù giaù trò K thaáp, khoûang 0.05 – 0.15, bôûi khaû
naêng khaùng cao, nhöõng loaïi ñaát coù caáu truùc thoâ nhö ñaát
caùt cuõng coù giaù trò K thaáp khoaûng 0.05 – 0.2 bôûi doøng
chaûy maët thaáp duø laø chuùng coù ñoä khaùng taùch yeáu.
Nhöõng ñaát coù caáu truùc trung bình nhö ñaát thòt coù giaù trò K
trung bình khoaûng 0.25 – 0.4, nhöõng ñaát coù haøm löôïng boät
cao deã bò xoùi moon hôn caû, bôûi chuùng coù khaû naêng khaùng
thaáp, haït ñaát deã bò taùch khoûi maët ñaát vaø coù chieàu
höôùng hình thaønh lôùp voû cöùng, giaù trò K leân ñeán 0.4.
Chaát höõu cô laøm haïn cheá khaû naêng xoùi moon nhôø
tính thaám, tính keát dính caùc haït ñaát vaø haáp thu cao cuûa
chuùng. Do ñoù, söï theâm vaøo ñaát chaát höõu cô thoâng qua
thaûm muïc töï nhieân hoaëc boùn phaân höõu cô goùp phaàn haïn
cheá xoùi moøn.
Töø nhöõng keát quaû nghieân cöùu treân Wischmeier,
Johnson vaø Cross naêm 1971, ñaõ xaùc laäp chæ soá K döïa vaøo
bieåu ñoà chæ soá xoùi moon cuûa ñaát, treân bieåu ñoà bao goàm
5 thoâng soá sau nay:
- % Caùt (0.1 – 2 mm).
- % Boät + Caùt raát mòn (0.02 – 0.1 mm)
- % Chaát höõu cô (OM)
- Caáu truùc (Si)
- Ñoä thaám (Pi)
3.3 Nhaân toá LS (LSfactor)
L laø nhaân toá chieàu daøi söôøn doác, theå hieän söï taùc
ñoäng cuûa chieàu daøi söôøn ñeán söï xoùi moøn ñaát. Noù laø tæ
soá giöõa söï maát ñaát ôû nhöõng loaïi ñaát gioáng nhau coù ñoä
doác gioáng nhau coù chieàu daøi söôøn khaùc nhau so vôùi chieàu
daøi söôøn cuûa oâ ñaát chuaån (72.6 foot hay 22.13 m). Chieàu
daøi söôøn laø khoaûng caùch töø ñöôøng phaân thuûy ôû ñænh
doác ñeán nôi vaän toác doøng chaûy chaäm laïi vaø vaät chaát bò
traàm tích. Löôïng maát ñaát ñöôïc tính khoâng chæ cho thaáy coù
söï nhaïy caûm ñaëc bieät ñoái vôùi chieàu daøi söôøn doác vaø söï
khaùc nhau cuûa chieàu daøi söôøn doác khoaûng +/- 10% laø
khoâng quan troïng treân haàu heát caùc ñoä doác.
Designed by Dr. Nguyen Kim Loi, July 2005 118
- Laboratory Exercise No. 2 GIS & R_CP_K_LS Factor
S laø ñoä doác cuûa söôøn theå hieän söï aûnh höôûng cuûa
ñoä doác ñoái vôùi xoùi moøn. Söï maát ñaát taêng leân nhanh
choùng khi ñoä doác taêng hôn laø taêng chieàu daøi söôøn. Noù
laø tæ leä cuûa söï maát ñaát töø ñoä doác thöïc teá ñoái vôùi ñoä
doác tieâu tieâu chuaån (9%) döôùi nhöõng ñieàu kieän khaùc
ñoàng nhaát, söï lieân heä cuûa söï maát ñaát ñoái vôùi ñoä doác
bò aûnh höôûng bôûi maät ñoä che phuû thöïc vaät vaø kích thöôùc
haït ñaát.
L vaø S laø 2 yeáu toá ñöôïc xeùt chung khi xeùt ñeán söï aûnh
höôûng ñoái vôùi xoùi moøn. Trong coâng thöùc maát ñaát phoå
duïng RUSLE heä soá LS theå hieän nhöõng taùc ñoäng lieân keát
cuûa xoùi moøn khe raûnh (rill) vaø beân trong khe raûnh (interrill).
Xoùi moøn khe raûnh ñöôïc hình thaønh bôûi doøng chaûy nöôùc
maët vaø gia taêng theo höôùng chaân doác. Xoùi moøn beân trong
khe raûnh gaây ra bôûi taùc ñoäng möa rôi vaø chuùng ñöôïc tính
theo coâng thöùc sau nay:
LS = (x/22.13)m(0.065 +0.045 s + 0.0065 s2)
x: chieàu daøi söôøn thöïc teá tính baèng m
s: ñoä doác tính baèng %
m = 0.5
3.4 Yeáu toá C (Crop management factor)
C laø yeáu toá quaûn lyù lôùp phuû. Yeáu toá C ñöôïc söû
duïng ñeå phaûn aùnh thöïc teá quaûn lyù vaø muaø vuï ñoái vôùi
xoùi moøn. Noù laø yeáu toá ñöôïc söû duïng ñeå so saùnh nhöõng
taùc ñoäng lieân quan cuûa chöùc naêng quaûn lyù ôû nhöõng
phöông thöùc baûo veä ñaát khaùc nhau. Yeáu toá C chæ baùo
phöông thöùc baûo veä ñaát naøo seõ aûnh höôûng ñeán söï maát
ñaát trung bình haøng naêm vaø khaû naêng maát ñaát naøo seõ
ñöôïc phaân boá trong suoát thôøi gian hoaït ñoäng saûn xuaát.
Yeáu toá C theå hieän aûnh höôûng cuûa lôùp thöïc vaät, thaûm
phuû ñaát, sinh khoái ñaát.
3.5 Yeáu toá P (Practice Human)
Trong USLE yeáu toá P phaûn aùnh söï taùc ñoäng cuûa
nhöõng thöïc teá baûo veä ñaát ñoái vôùi tæ leä xoùi moøn haèng
naêm. Yeáu toá P chính laø hoaït ñoäng canh taùc cuûa con ngöôøi
trong quaù trình kieåm soaùt xoùi moøn. Thöôøng P = 1.
Noäi dung thöïc hieän:
1) ÖÙng duïng vaø GIS tính toùan caùc tham soá xoùi moøn ñaát
Gaàn ñaây, vôùi söï hoã trôï cuûa caùc phaàn meàm,(Exel,..) vaø
ñaët bieät Geographic Information System (GIS), maùy tính ñaõ coù
theå öùôc löôïng, döï baùo vôùi tính chính xaùc cao cuûa caùc hieän
töôïng töï nhieân (natural phenomena). Toång hôïp caùc coâng cuï
Designed by Dr. Nguyen Kim Loi, July 2005 119
- Laboratory Exercise No. 2 GIS & R_CP_K_LS Factor
naøy ñeå veõ laïi, thu thaäp, moâ phoûng, phaân tích caùc côû sôû
döõ lieäu trong quaûn lyù taøi nguyeân thieân nhieân.
- Xaùc ñònh taát caû caùc tham soá cuûa phöông trình USLE söû
duïng caùc cell trong Spreasheet hoaëc Grid, Pixel trong GIS.
- ÖÙng duïng Microsoft Exel hoaëc ArcView GIS tính xoùi moøn ñaát.
- Nhöng thuaän lôïi & khoù khaên cuûa phöông phaùp naøy.
- Caùc kieán nghò vaø ñeà xuaát
Designed by Dr. Nguyen Kim Loi, July 2005 120
nguon tai.lieu . vn