ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
ĐINH VĂN HÙNG
ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ XÓI
MÒN ĐẤT KHU VỰC YÊN CHÂU TỈNH SƠN LA
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
HÀ NỘI 2009
2
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được luận văn tốt nghiệp này, tác giả xin chân thành cảm ơn
sự giúp đỡ tận tình của Tiến sỹ Nguyễn Hiệu!
Xin chân thành cảm ơn những tình cảm và sự giúp đỡ quí báu của các thày
cô giáo trong Bộ môn Bản đồ - Viễn thám, các thày cô trong Khoa Địa lý và các
thày cô đang công tác tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà
Nội đã dành cho học viên trong quá trình học tập và nghiên cứu!
Tác giả xin chân thành cảm ơn các bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp
đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu!
Tác giả cũng xin tỏ lòng biết ơn đến những người thân trong gia đình đã
dành những tình cảm và sự giúp đỡ to lớn, tạo điều kiện về mọi mặt để có thể hoàn
thành luận văn này!
Đinh Văn Hùng
3
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU XÓI MÒN ĐẤT VÀ ỨNG
DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG ĐÁNH GIÁ XÓI MÒN ĐẤT 8
CHƯƠNG 2. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN XÓI MÒN ĐẤT KHU
VỰC YÊN CHÂU TỈNH SƠN LA 26
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG ĐÁNH GIÁ
XÓI MÒN ĐẤT KHU VỰC YÊN CHÂU TỈNH SƠN LA 35
4
Danh mục các hình

sản xuất nông nghiệp đa dạng. cùng với đó là các hoạt động canh tác trên nền đất
dốc dẫn đến nguy cơ xói mòn và bạc màu đất rất cao. Là một huyện đang có nhiều
chuyển dịch về cơ cấu kinh tế xã hội do tiếp nhận dự án tái định cư thủy điện Sơn
La, đặt ra những vấn đề cấp thiết trong khai thác và bảo vệ tài nguyên đất trong phát
triển kinh tế xã hội.
Cho đến thời điểm hiện tại, đã có một số công trình nghiên cứu phục vụ cho
phát triển kinh tế xã hội của huyện Yên Châu nói riêng và tỉnh Sơn La nói chung.
Tuy nhiên, chưa có đề tài nào tiến hành đánh giá xói mòn đất trên cơ sở sử dụng
công nghệ Viễn thám và GIS một cách chi tiết cho khu vực này.
Công nghệ viễn thám và GIS ngày càng nâng cao khả năng thu thập, xử lý và
phân tích không gian. Trong đó, các bài toán hỗ trợ cho đánh giá xói mòn đất như:
xử lý ảnh số, mô hình hóa địa hình, chồng ghép phân tích dữ liệu, v.v… được tiến
hành một cách hiệu quả và khách quan. Trên thế giới, việc nghiên cứu đánh giá xói
mòn đất sử dụng công nghệ viễn thám và GIS được quan tâm tại nhiều quốc gia,
đặc biệt là tại các khu vực có nguy cơ xói mòn cao. Xuất phát từ những lý do trên,
học viên đã chọn đề tài: “Ứng dụng Viễn thám và GIS đánh giá xói mòn đất khu
vực Yên Châu tỉnh Sơn La” cho luận văn Thạc sỹ chuyên ngành, nhằm góp phần
nghiên cứu khả năng
6
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá xói
mòn đất của khu vực Yên Châu, tỉnh Sơn La làm cơ sở cho công tác lập quy hoạch
sử dụng đất và phát triển kinh tế xã hội (KT-XH).
Nhiệm vụ nghiên cứu
Để thực hiện các mục tiêu trên, tác giả sẽ thực hiện các nhiệm vụ sau:
• Nghiên cứu tổng quan xói mòn đất trên thế giới và tại Việt Nam
• Nghiên cứu phương pháp ứng dụng viễn thám và GIS trong đánh giá
xói mòn đất
• Nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất khu vực Yên
Châu

gồm sự tách rời của các phần tử nhỏ từ mặt đất sau đó vận chuyển chúng dưới các
tác nhân gây xói như nước chảy và gió. Khi năng lượng không còn đủ để vận
chuyển các phần tử này, pha tứ ba – quá trình bồi lắng – sẽ xảy ra (R.P.C Morgan,
2005).
Cũng dựa trên yếu tố trọng lực, có quan niệm cho rằng quá trình xói mòn,
trượt lở, bồi lấp thực chất là quá trình phân bố lại vật chất dưới ảnh hưởng của trọng
lực, xảy ra khắp nơi và bị chi phối bởi yếu tố địa hình (Cao Đăng Dư,19xx).
Theo một trong những cách tiếp cận khác khi nghiên cứu về lớp phủ thực vật
thì xói mòn là một quá trình động lực phá hủy độ màu mỡ của đất, làm mất trạng
thái cân bằng của cả vùng bị xói mòn lẫn vùng bị bồi tụ (Nguyễn Quang Mỹ,
Nguyễn Tứ Dần, 1986).
8
Như vậy, cói mòn đất được xem xét trên quan điểm là một quá trình động
lực, bao gồm sự phá hủy các lớp đất đá, mùn và vận chuyển chúng đi xa dưới tác
động của các nhân tố gây xói như gió, nước, băng, tuyết tan hoặc hoạt động của
sinh vật bao gồm cả các yếu tố nhân sinh.
1.1.2 . Tổng quan về phân loại xói mòn đất
Dựa vào các tác nhân gây xói mòn, có thể chia xói mòn thành các dạng sau:
• Xói mòn do gió: là hoạt động diễn ra phổ biến nhất tại những vùng có
khí hậu khô cằn, kết quả dẫn đến sự thiếu hoặc phá hủy lớp phủ bề
mặt. Đây là hậu quả nghiêm trọng nhất bắt nguồn từ những sai lầm
của con người trong khoa học nông nghiệp.
• Xói mòn do nước cũng thường được gọi là sự rửa trôi nhưng bao hàm
rộng hơn. Tại một quy mô nhỏ, khi hạt mưa rơi xuống theo các hiện
tượng thời tiết sẽ có ảnh hưởng khác nhau phụ thuộc vào kích thước
và hiệu ứng, những hạt mưa phùn nhỏ và đều thấm sâu hơn vào lòng
đất, nhưng những hạt mưa lớn liên quan đến mưa nhiệt đới tác động
vào bề mặt đất và bóc tách các mảnh vụn từ mọi hướng. Ngoài ra,
sườn dốc cũng làm tăng đáng kể hiệu ứng bắn lên của giọt nước, làm
tăng đáng kể sự rửa trôi theo sườn.

cổ trên toàn thế giới bao gồm Trung Đông (Phoenicians), Trung và Đông Nam Á,
Tây Á (Yêmen), và Trung – Nam Mỹ. Người dân Inca đã thiết kế hệ thống ruộng
bậc thang với tường đá phức tạp ở Peru (Wiliam L.S, 1987).
Những nghiên cứu hiện đại về xói mòn đất và các kỹ thuật kiểm soát xói
mòn bắt đầu tại Mỹ từ những năm 1930. Từ giai đoạn này, các khía cạnh cả về cơ
bản lẫn ứng dụng trong nghiên cứu xói mòn được phát triển ở khắp nơi trên toàn thế
giới (R. Lal, 2001). Một số tổ chức nghiên cứu xói mòn và bảo tồn đất điển hình là:
Hệ thống nhóm tư vấn về nghiên cứu nông nghiệp quốc tế (Consultative
Group on International Agricultural Research (CGIAR)): một số các kết quả nghiên
10
cứu về xói mòn đất đã được tiến hành tại vài trung tâm nghiên cứu nông nghiệp
quốc tế (IARC) được quản lý bởi hệ thống này. Liên quan đến hệ thống này có bốn
trung tâm quản lý tài nguyên thiên nhiên bao gồm: Viện nông nghiệp nhiệt đới quốc
tế (IITA) tại Nigeria thành lập năm 1967; Trung tâm nông nghiệp nhiệt đới quốc tế
(CIAT) tại Columbia cũng thành lập năm 1967; Viện nghiên cứu cây trồng nhiệt đới
bán khô hạn quốc tế (ICRISAT) tại Ấn Độ và Ban nghiên cứu và quản lý đất quốc tế
(IBSRAM) tại Thailand thành lập năm 1984 (R. Lal, 1976-1981). Các nghiên cứu
quản lý lưu vực tương tự đã được tiến hành bởi ICRISAT trong những năm 1980 và
1990. Những thí nghiệm về tác động của xói mòn đến chất lượng đất và năng suất
đã được đã được tiến hành trong những năm 1980 và 1990 bởi CIAT và IBSRAM.
Một trong các khía cạnh quan trọng của công tác nghiên cứu xói mòn tại IARC liên
quan đến việc phát triển các mạng lưới nhằm đưa ra các chương trình hợp tác với
các viện nghiên cứu nông nghiệp quốc gia (NARI) trong các vùng sinh thái do họ
quản lý. Tại hội nghị quốc tế về quản lý và bảo tồn đất trong các vùng nhiệt đới ẩm
(1975), các nhà khoa học đã kết hợp với nhau và cuối cùng thành lập một mạng lưới
nhằm tổ chức các cuộc hội thảo định kỳ luân phiên dưới sự bảo trợ của Tổ chức bảo
tồn đất quốc tế (ISCO). Liên quan chặt chẽ với ISCO là Tổ chức bảo tồn đất và
nước thế giới (WASWC).
Nghiên cứu đất Liên hiệp quốc và các tổ chức liên quan: các tổ chức khác
nghiên cứu về xói mòn đất trên phạm vi quốc tế bao gồm Tổ chức lương thực và

hầu như chưa đem lại kết quả gì đáng kể và chỉ dựa chủ yếu vào kinh nghiệm thực
tiễn.
Từ những năm của thập niên 60 thế kỷ 20, cùng với sự phát triển kinh tế của
Miền Bắc gắn với nền nông nghiệp tập trung là sự xuất hiện một loạt các công trình
nghiên cứu xói mòn và chống xói mòn đất. Đáng chú ý nhất trong thời kỳ này là các
tác giả: tạ Quang Bửu, Trần Ích Châm, Hồ Sỹ Chúc, Tôn Gia Huyên, Nguyễn Xuân
12
Quát, v,v…. Các công trình nghiên cứu của các tác giả này đã giải quyết được nhiều
vấn đề trong xói mòn và chống xói mòn nhưng tính định lượng chưa cao.
Sau năm 1975, các nghiên cứu xói mòn đất được tiến hành rộng khắp trên
toàn quốc. Các trạm nghiên cứu xói mòn đất được xây dựng tại những khu vực đặc
trưng đã mang lại tính định lượng cho công tác này. Các nghiên cứu trong giai đoạn
này đã thu được nhiều kết quả quan trọng, như các công trình của Bùi Quang Toản,
Ngô Trọng Thuận, Lê Thạc Cán, Nguyễn Quang Mỹ, v,v…. Các công trình có áp
dụng các mô hình toán trong nghiên cứu xói mòn cũng đã được các tác giả như:
Chu Đức, Mai Đình Yên, Nguyễn Quang Mỹ, v,v… đưa vào trong giai đoạn này.
Đặc biệt là trong những năm gần đây, phương pháp viễn thám và GIS đã
được áp dụng trong nghiên cứu xói mòn đất. Đặc biệt là trong đo vẽ bản đồ, đánh
giá định lượng các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất. Tiêu biểu cho giai
đoạn này là các công trình của Nguyễn Quang Mỹ, Nguyễn Xuân Đạo, Phạm Văn
Cự, Nguyễn Ngọc Thạch, Nguyễn Tứ Dần, Lại Vĩnh Cẩm, v,v… Các công trình
ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu xói mòn đất có độ tin cậy cao, thời
gian thực hiện ngắn và đem lại chi phí thấp.
1.3. Các mô hình đánh giá xói mòn đất
1.3.1 . Mô hình thực nghiệm
Mô hình đơn giản nhất là dạng phương trình liên quan giữa lượng vật chất
mất đi với lượng mưa hoặc dòng chảy mặt. Mô hình này có dạng:
Qs = aQ
b
D

Hình 1. Mô hình của quá trình xói mòn đất do nước (sau Meyer và
Wischmeier 1969)
Quan hệ giữa lượng đất và nước vận chuyển xuống có thể thay đổi theo
cường độ của dòng chảy mặt và sự thay đổi theo các mùa. Nhược điểm chính của
loại mô hình này là nó không đưa ra được nguyên nhân vì sao xói mòn đất xảy ra.
1.3.2 . Mô hình USLE
Cố gắng đầu tiên để phát triển một mô hình mất đất cho những khu vực đất
dốc và đồng ruộng laf của Zingg (1940), ông đã gắn xói mòn với độ dốc và chiều
dài sườn dốc. Các nghiên cứu sau này bổ sung thêm các yếu tố khí hậu dựa trên
tổng lượng mưa của các trận mưa kéo dài trên 30 phút trong thời gian hai năm
14
(Musgrave 1947), nhân tố mùa màng trong tính toán hiệu quả bảo vệ đất của các
cây trồng khác nhau (Smith 1958), nhân tố bảo vệ và độ kháng xói của đất.
Wischmeier và Smith đã thay nhân tố khí hậu thành chỉ số xói mòn do mưa (R) cuối
cùng cho ra mô hình mất đất tổng quát (USLE). Phương trình này có dạng :
E = R x K x L x S x C x P
Trong đó : E : lượng mất đất trung bình năm (kg/m
2
.năm)
R: là hệ số xói mòn do mưa (KJ.mm/m
2
.h.năm)
K: Hệ số kháng xói của đất (Kg.h/KJ.mm)
L: Hệ số chiều dài sườn dốc
S: Hệ số độ dốc
C: Hệ số lớp phủ
P: Hệ số canh tác bảo vệ đất
Đây được xem như mô hình tốt nhất được sử dụng để xây dựng các công cụ
đánh giá xói mòn đất dựa trên các điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng, địa hình và lớp
phủ thực vật. Tuy nhiên, việc sử dụng phương trình này để đánh giá xói mòn xảy ra

ta tiến hành tổng hợp được lượng mưa trung bình tháng, năm và số ngày mưa trong
năm dựa trên số liệu của nhiều năm.
Để tính toán được các đường đẳng mưa nhằm xây dựng bản đồ hệ số xói
mòn do mưa, GIS cung cấp công cụ nội suy với đầu vào là số liệu lượng mưa trung
bình tại các trạm trong khu vực nghiên cứu và lân cận. Đây là phương pháp phổ
biến nhưng cũng có nhược điểm là chưa tính toán được ảnh hưởng của các yếu tố
địa hình lên lượng mưa như: độ chênh cao, hướng sườn.
16
1.4.2 . Tính toán hệ số chiều dài sườn và độ dốc
Các yếu tố địa hình đóng vai trò rất quan trọng trong nghiên cứu đánh giá xói
mòn, quyết định đến độ chính xác của các phân tích đánh giá xói mòn. Dựa vào các
dữ liệu địa hình được cung cấp, người ta tiến hành tính toán các dữ liệu sau:
• Xây dựng mô hình số độ cao (DEM)
• Dữ liệu chiều dài sườn
• Dữ liệu độ dốc
• Phân chia các lưu vực phụ
• Mô phỏng ba chiều
• V.v….
Do đó, xây dựng mô hình số địa hình cho đánh giá xói mòn có thể được thực
hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó phương pháp trắc địa ảnh số
(digital photogrammetry) và mô hình hóa ba chiều (3D Analyst) có khả năng cung
cấp các dữ liệu đầu vào có độ tin cậy rất cao.
Xây dựng mô hình số độ cao từ phương pháp trắc địa ảnh
Quy trình xây dựng mô hình số độ cao cơ bản bằng phương pháp trắc địa ảnh
được thể hiện trong hình dưới đây:
17
Hình 2. Quy trình xây dựng mô hình số độ cao từ ảnh hàng không
Trước tiên, người ta tiến hành bay chụp khu vực nghiên cứu với một tỷ lệ
ảnh nhất định. Sử dụng các máy quét phim chuyên dụng (photogrammetric scanner)
để chuyển ảnh từ dạng tương tự sang dạng số với độ phân giải rất cao (thông thường

Một số hệ thống trắc địa ảnh cao cấp còn cho phép sử dụng phương pháp
khớp ảnh để tạo mô hình số độ cao tự động từ khối ảnh. Tuy nhiên, phương pháp
này cũng cần phải đo vẽ bổ sung hệ thống các đường phân, tụ thủy cho tính toán
DEM.
Các dữ liệu địa hình được đưa vào để thành lập mô hình TIN (Terrain
Irregular Network), sau đó mô hình TIN được chuyển đổi thành DEM dạng raster
cho lưu trữ và tính toán.
Đây được xem như một trong các phương pháp hiệu quả và có độ chính xác
đáng tin cậy nhất trong thành lập bản đồ địa hình cũng như xây dựng mô hình số độ
cao. Phương pháp trắc địa ảnh cũng được áp dụng cho một số tư liệu ảnh vệ tinh có
khả năng chụp nghiêng như: SPOT 5, WorldView 1, WorldView 2,…. Tuy nhiên,
để tăng cường độ chính xác của đo vẽ địa hình thì cần phải có các thông số hình học
của vệ tinh tại thời điểm bay chụp như ma trận hằng số hữu tỉ (RPC) cho tính toán.
Trên thực tế, người ta mới chỉ chứng minh được ảnh vệ tinh mới có khả năng thành
lập mô hình số độ cao cho bản đồ tỷ lệ 1:25000 tại Việt Nam. Các khu vực yêu cầu
độ chính xác cao hơn đều sử dụng ảnh hàng không.
19
Xây dựng mô hình số độ cao từ bản đồ địa hình
Hê thông tin địa lý cũng cung cấp các công cụ cho xây dựng mô hình số độ
cao từ bản đồ địa hình. Đây là một trong các phương pháp hiệu quả và nhanh chóng
nhưng độ chính xác không cao. Quy trình thánh lập mô hình số địa hình từ bản đồ
được tiến hành theo các bước sau:
• Quét bản đồ, nắn chỉnh hình học
• Số hóa các yếu tố địa hình, gán thuộc tính
• Tạo mô hình TIN
• Thành lập DEM
Tuy nhiên, các đặc trưng của địa hình thường không được thể hiện đầy đủ
trên dữ liệu bản đồ địa hình do quá trình tổng quát hóa. Các loại bản đồ thường ở tỷ
lệ vừa và nhỏ nên khoảng cao đều lớn, độ khái quát hóa cao. Do đó, việc chiết tách
các thông tin địa hình thường không đảm bảo cho các phân tích đánh giá chi tiết cho

• Phân loại ảnh có kiểm định: tiến hành lựa chọn các vùng mẫu trên
ảnh, phân tích đánh giá các vùng mẫu và phân loại ảnh theo đặc trưng
phản xạ phổ tại các vùng lấy mẫu. Ưu điểm của phương pháp này là
cho độ tin cậy cao, nhược điểm là thời gian lấy mẫu nhiều và phụ
thuộc vào chủ quan của người lấy mẫu.
Tuy nhiên, phân loại ảnh viễn thám tại thời điểm chụp chưa hẳn đã phản ảnh
đúng đặc trưng lớp phủ thực vật của khu vực nghiên cứu. Đặc biệt là tại Việt Nam,
nơi mà lớp phủ mặt đất thay đổi theo các mùa trong năm và tập quán canh tác. Để
nghiên cứu một cách chính xác lớp phủ mặt đất tại khu vực nào đó, cần phải thu
thập tư liệu ảnh viễn thám tại nhiều thời điểm khác nhau nhằm phân loại và so sánh
đưa ra kết quả cuối cùng.
21
Trong nghiên cứu xói mòn, một trong các thông tin quan trọng cũng có thể
được chiết tách từ ảnh viễn thám đó là hệ số lớp phủ thực vật (NDVI). Chỉ số này
thường được tính theo công thức:
NDVI = ( IR – R ) / ( IR + R)
Trong đó:
NDVI: chỉ số thực vật (Normalized Difference Vegetation Index)
IR: giá trị phản xạ phổ trên kênh cận hồng ngoại
R: giá trị phản xạ phổ trên kênh đỏ
Hoặc có thể sử dụng công thức tính hệ số lớp phủ thực vật chuyển đổi
(Transformed NDVI) nhằm chuyển đổi giá trị chỉ số thực vật sang các giá trị từ 0-1.
Công thức này có dạng:
TNDVI= Sqrt(NDVI+0,5)
Cũng như phương pháp phân loại lớp phủ mặt đất từ ảnh viễn thám, phương
pháp tính toán hệ số lớp phủ thực vật chỉ phản ảnh được hiện trạng lớp phủ thực vật
tại thời điểm thu nhận ảnh.
1.4.4 . Xây dựng mô hình hóa tự động cho đánh giá xói mòn
Các mô hình đánh giá xói mòn thường là các bài toán phân tích đa nhân tố
phức tạp, có sự tham gia của nhiều biến (R, LS, K, C, P). Ngoài ra, trong quá trình