Đặc điểm dòng chảy và lượng đất xói mòn từ hệ thống đường miền núi tại ba vì, hà nội

Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường ĐẶC ĐIỂM DỊNG CHẢY VÀ LƯỢNG ĐẤT XĨI MỊN TỪ HỆ THỐNG ĐƯỜNG MIỀN NÚI TẠI BA VÌ, HÀ NỘI Bùi Xuân Dũng1, Lê Thị Đào2 1,2 Trường Đại học Lâm Nghiệp TÓM TẮT Nhằm đánh giá ảnh hưởng hệ thống đường miền núi tới q trình phát sinh dịng chảy lượng đất xói mịn, chúng tơi quan trắc, phân tích dịng chảy lượng đất xói mịn từ đường nghiên cứu (diện tích 48 m2/ơ) điều kiện địa hình lõm, phẳng lồi vùng núi dốc Ba Vì, Hà Nội Thời gian quan trắc kéo dài từ tháng - 5, 2016 cho 15 trận mưa lớn nhỏ khác Đề tài thu kết sau: Tổng dịng chảy đường từ nghiên cứu trung bình dao động từ 9,4-13,4 mm/trận mưa (tương ứng với hệ số dòng chảy từ 24,6 – 35,3%), lớn địa hình lõm nhỏ địa hình lồi Dòng chảy bề mặt đường thành phần đóng góp vào tổng dịng chảy từ đường chiếm 60,76% 39,24 % từ mặt cắt sườn dốc Tổng dịng chảy đường có quan hệ chặt với lượng mưa Ngưỡng lượng mưa làm xuất dòng chảy đường 9,5 mm/trận; - Tổng lượng đất xói mịn nghiên cứu trung bình 326 g/trận mưa (tương đương 6,8 kg/m2) Tổng lượng đất xói mịn lớn điều kiện địa hình lõm nhỏ địa hình lồi.Xói mịn từ nghiên cứu đóng góp chủ yếu từ bề mặt đường, chiếm 59,73% Tổng lượng đất xói mịn từ ô nghiên cứu có quan hệ từ chặt tới chặt với lượng mưa tổng dòng chảy mặt đường; - Dịng chảy lượng đất xói mịn từ đường nằm vùng kết nghiên cứu trước thuộc vùng giá trị lớn Vì việc quản lý bền vững hệ thống đường núi Việt Nam nhiệm vụ quan trọng để quản lý bền vững tài nguyên đất, nước sinh vật Từ khóa: Dịng chảy đường, dịng chảy mặt cắt sườn dốc, dòng chảy đất, đường miền núi, xói mịn đường I ĐẶT VẤN ĐỀ Hệ thống đường giao thông miền núi huyết mạch quan trọng giúp kết nối vùng miền, vùng đầu nguồn vùng hạ lưu nhằm thúc đẩy việc phát triển kinh tế, xã hội.Tuy nhiên việc phát triển hệ thống đường miền núi, đặc biệt đường không trải nhựa bề mặt, thiếu biện pháp bảo vệ tác động lớn tới tài nguyên đất nước (Ziegler cộng sự, 2007; Negishi cộng sự, 2008) làm thay đổi q trình dịng chảy gia tăng đỉnh lũ lượng chất bồi lắng xuống sông suối vùng hạ lưu (Sidle cộng sự, 1985; Jones Grant, 1996) Bề mặt đường thường bị chai cứng lại nên hạn chế khả thấm nước, dịng chảy bề mặt chưa bão hịa gia tăng với trận mưa nhỏ (Ziegler cộng sự, 2007) Một số lượng lớn chất xói mịn mang đến sông suối gia tăng điểm sạt trượt lở đất (Sidle cộng 2006; Sidle Ochiai, 2006) lượng đất xói mịn từ mặt đường tác động bắn phá hạt mưa tác động phương tiện lại (MacDonald cộng sự, 2001; Sidle cộng sự, 2006) Các nghiên cứu trước đường không trải 124 nhựa bề mặt nguồn chất lắng đọng lưu vực (MacDonald cộng sự, 2001) Mỗi m2 đường làm từ 0-6 kg (trung bình 0.9 kg/m2) đất bị xói mịn, lớn 4.5 lần so với khai thác rừng 3.5 lần so với cháy rừng (MacDonald cộng sự, 2001) Hệ thống đường miền núi đồng thời làm thay đổi trình dịng chảy chuyển dịng chảy sườn dốc thành dòng chảy bề mặt đường (Megahan Clayton, 1983) Lượng dịng chảy từ mặt cắt sườn dốc thành phần quan trọng làm gia tăng dòng chảy mặt đường (Jones Grant, 1996; Jones, 2000) Một số nghiên cứu cố gắng xác định mức độ đóng góp dòng chảy từ mặt cắt sườn dốc dòng chảy bề mặt đường chưa bão hòa tổng dòng chảy từ đường (Megahan, 1972; Wemple Jones, 2003; Nighishi cộng sự, 2006, 2008) Theo Nagatsuka cộng (2014), dòng chảy từ mặt cắt sườn dốc thường chiếm từ 8-35% lượng dòng chảy từ đường phụ thuộc vào bề dày tầng đất dạng địa hình sườn dốc Dòng chảy đường tăng kéo theo gia tăng lượng đất xói mịn từ mặt đường Chất xói mòn vận chuyển đến hệ thống nước bề mặt sơng suối, ao hồ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 6-2016 Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường làm suy giảm chất lượng nước, gia tăng chất bồi lắng Điều dẫn đến suy giảm khả tích nước hồ chứa, sơng suối làm gia tăng dịng chảy chất dinh dưỡng (N, P) xuống vùng hạ lưu (MacDonald cộng sự, 2001) Đặc điểm dòng chảy lượng đất xói mịn từ đường phụ thuộc vào nhiều nhân tố diện tích mặt đường (Ziegler cộng sự, 2007), đặc điểm mưa (Sidle cộng sự, 2004), độ dốc đường (MacDonald cộng sự, 2008), che phủ thực vật bề mặt đường (Hiraoka cộng sự, 2010) dạng địa hình sườn dốc bị cắt để làm đường (Nagatsuka cộng sự, 2014) Thường diện tích mặt đường, lượng mưa độ dốc mặt đường lớn kéo theo dòng chảy mặt lượng đất xói mịn lớn ngược lại Trong đó, tỷ lệ che phủ thực vật bề mặt đường tăng lên làm cho dòng chảy mặt đường lượng đất xói mịn giảm tính thấm bề mặt đường tăng mức độ tác động trực tiếp hạt mưa bị suy giảm Dạng địa hình xây dựng đường lồi, lõm, hay phẳng ảnh hưởng đến phân tán hay tập trung dòng chảy sườn dốc ảnh hưởng tới hình thành dịng chảy lượng đất xói mòn tới mặt đường Mặc dù, số nghiên cứu giới cố gắng làm rõ ảnh hưởng nhân tố 20oN nhiều điểm chưa làm rõ tỷ lệ đóng góp dịng chảy lượng đất xói mịn từ mặt cắt sườn dốc bao nhiêu, dạng địa hình sườn dốc dùng để làm đường ảnh hưởng đến dịng chảy lượng đất xói mịn Hơn nữa, nghiên cứu tác động đường miền núi đến phát sinh dịng chảy xói mịn Việt Nam hạn chế Với đặc thù lượng mưa lớn, cộng thêm điều kiện địa hình cao dốc (gần 70% diện tích đồi núi dốc) việc tác động hệ thống đường lớn Vì vậy, để làm rõ tác động hệ thống đường miền núi đến phát sinh dịng chảy lượng đất xói mịn, góp phần cung cấp sở khoa học cho việc quản lý bền vững hệ thống giao thông miền núi nước ta, thực nghiên cứu: “Đặc điểm dịng chảy lượng đất xói mịn từ hệ thống đường miền núi Ba Vì, Hà Nội” II NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu Để đạt mục tiều đề ra, tiến hành thực 02 nội dung nghiên cứu: (1) - Đánh giá đặc điểm phát sinh dòng chảy từ hệ thống đường miền núi Ba Vì Hà Nội (2) - Xác định lượng đất xói mịn từ hệ thống đường miền núi Ba Vì - Hà Nội 2.2 Phương pháp nghiên cứu Study site 16 oN Plot Plot Plot 12oN Plot 1: Ơ nghiên cứu 01- Địa hình lõm Plot 2: Ơ nghiên cứu 02- Địa hình phẳng Plot 3: Ơ nghiên cứu 03- Địa hình lồi 104 oE 108oE Hình 2.1 Vị trí địa điểm nghiên cứu sơ đồ bố trí nghiên cứu xác định dịng chảy lượng đất xói mịn TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 6-2016 125 Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường Để đánh giá đặc điểm dịng chảy lượng đất xói mịn, 03 ô nghiên cứu đại diện cho 03 kiểu địa hình sườn dốc khác xã Thái Hịa, Ba Vì, Hà Nội lắp đặt (hình 2.1) Các đặc điểm khác ô nghiên cứu loại đất, lượng mưa, độ ẩm, độ dốc (5-70) che phủ thực vật chọn gần đồng Ơ nghiên cứu 01 (ký hiệu Plot 1) lập điều kiện địa hình sườn dốc làm đường có dạng lõm (hình 2.2) Với điều kiện địa hình dịng chảy sườn dốc dịng chảy thường tập trung vào mặt đường Ơ nghiên cứu 02 (ký hiệu Plot 2) lập điều kiện địa hình sườn dốc làm đường phẳng (hình 2.2) Với điều kiện địa hình dịng chảy thường chảy song song xuống mặt đường Trong Ô nghiên cứu 03 (ký hiệu Plot 3) lập điều kiện địa hình lồi (hình 2.2) Điều kiện địa hình làm cho dịng chảy có xu hướng phân tán sang hai bên mức độ tập trung vào mặt đường Dịng chảy sườn dốc Dịng chảy phân tán Điểm lồi Mặt đường Đường đồng mức Plot Dạng địa hình lõm Plot Dạng địa hình phằng Plot Dạng địa hình lồi Hình 2.2 Điều kiện địa hình lập nghiên cứu để xác định lượng dịng chảy lượng đất xói mịn Ơ nghiên cứu lập có diện tích 48 m2 (dài x rộng = 8m x 6m) Ở ô thiết kế đào rãnh (máng) hứng nước chất xói mịn: rãnh hứng nước chất xói mịn mặt cắt 6m sườn dốc chảy xuống, rãnh hứng nước chất xói mịn mặt đường chảy vào Rãnh sâu 25 cm rộng 20 cm (hình 2.3) Máng ngăn Ống dẫn nước Máng dẫn nước Thùng chứa nước Và chất lắng đọng Dòngchảy mặt đường Dòng chảy mặt cắt sườn dốc Hình 2.3 Lắp đặt hệ thống nghiên cứu quan trắc dịng chảy lượng đất xói mịn từ mặt đường khu vực nghiên cứu 126 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 6-2016 Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường Sau đào rãnh xong, dùng nilon lót từ lọc thùng nước) mang phòng thí rãnh cho lượng nước khơng thấm xuống nghiệm sấy khơ để xác định lượng đất xói đất phía làm giảm độ xác Riêng mịn Lượng mưa ô nghiên cứu đo rãnh mặt cắt sườn dốc có thêm ống nhựa ống đo mưa Mỹ Ngồi ra, có đường kính 110 cm để dẫn nước chất mưa, chúng tơi cịn tiến hành quan sát đường xói mịn từ rãnh tới thùng chứa đặt cạnh dòng chảy mắt, quan sát xem xói (góc nghiên cứu) với thể tích mịn vị trí xói mịn tảng hay bề mặt Thời thùng 15 lít) (hình 2.3) Thùng chứa gian quan trắc dịng chảy xói mịn tiến nước bịt kín nilon để ngăn nước hành từ tháng tới tháng năm 2016 với 15 mưa rơi vào trận mưa lớn nhỏ khác Sau trận mưa, tiến hành xác III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, THẢO LUẬN định trực tiếp lượng nước hình thành từ dòng 3.1 Đặc điểm phát sinh dòng chảy từ hệ chảy mặt đường dòng chảy từ mặt cắt sườn thống đường miền núi dốc ống đo Lượng đất thu (từ máng Lớp đá mẹ Mặt cắt sườn dốc …………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… Dòng chảy mặt đường Dịng chảy đất Dịng chảy sơng suối, ao hồ Hình 3.1 Sự tác động đường miền núi đến q trình dịng chảy Hệ thống đường miền núi thường làm thay đổi q trình dịng chảy sườn dốc bị cắt để làm đường Khi mưa rơi xuống xuất hướng dòng chảy: dòng chảy mặt đường dòng chảy mặt cắt sườn dốc (dịng chảy đường (mm) (hình 3.1) Chúng tơi xác định dịng chảy lượng đất xói mịn mang theođể đánh giá mức độ đóng góp thành phần tổng dòng chảy tổng xói mịn tới mặt đường, từ có sở để đề xuất mặt dốc bị cắt) Hai dòng chảy kế hợp với tạo tổng dòng chảy xuất giải pháp quản lý phù hợp TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 6-2016 127 Hệ số dòng chảy đường (%) 40 20 30 Mưa Plot Plot Plot 40 60 20 80 Lượng mưa (mm/trận) Tổng dòng chảy đường (mm/trận) Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường 100 10 120 -a0 90 80 140 7 -b- 10 11 12 13 14 15 70 60 50 40 30 20 10 10 11 12 13 14 15 Trận mưa Biểu đồ 3.1 Đặc điểm a- tổng dòng chảy đường b- hệ số dịng chảy đường từ nghiên cứu Số trận mưa quan sát thời gian nghiên cứu 15 với lượng mưa dao động từ - 130 mm/trận, trung bình 30,2 ± 35,4 mm (35,4 độ lệch chuẩn) (biểu đồ 3.1a) Tổng dòng chảy mặt đường phản ứng nhanh với lượng mưa, lượng mưa tăng dịng chảy mặt đường tăng ô nghiên cứu Với lượng mưa < 9,5 mm khơng thấy xuất dịng chảy đường Tổng dịng chảy đường từ điều kiện địa hình lõm lớn nhất, sau đến điều kiện phẳng lồi Cụ thể, tổng dòng chảy đường điều kiện lõm (Plot 1) 13,8 ± 13,4 mm/trận mưa (tưng ứng với hệ số dòng chảy 35,3 ± 29,8%), điều kiện địa hình phẳng (Plot 2) 11,5 ± 11,5 mm/trận (tương ứng với hệ số dòng chảy 28,8 ± 24,3%), tổng dịng chảy đường điều kiện địa hình lồi (Plot 3) 9,4 ± 8,9 mm/trận (tương ứng với hệ số dòng chảy 24,6 ± 21,1%) (biểu đồ 3.1) Lý dẫn đến khác biệt sau hạt mưa rơi xuống đất, phần nước mưa thấm xuống đất, phần lại tập hợp tạo thành 128 dòng chảy Ở dạng địa hình lõm, tồn lượng nước mưa rơi xuống dễ dàng tập trung lại điểm lõm chảy vào thùng chứa Ở dạng địa hình phẳng lượng nước chảy theo đường song song nên mức độ tập trung hơn, dạng địa hình lồi, tồn nước mưa rơi xuống bị phân tán phía ngồi nghiên cứu, có lượng nước chảy vào thùng chứa Dòng chảy bề mặt đường thành phần đóng góp vào tổng dịng chảy từ đường 60,76%, thành phần dòng chảy từ mặt cắt sườn dốc đóng góp 39,24% (biểu đồ 3.2) Tuy nhiên, đóng góp thành phần dịng chảy thay đổi tùy theo đặc điểm địa hình xây dựng đường Thành phần dòng chảy từ bề mặt đường lớn dạng địa hình lõm 66,62% 58,46% địa hình phẳng 57,19% địa hình lồi Ngược lại thành phần dịng chảy từ mặt cắt sườn dốc lớn địa hình lồi nhỏ địa hình lõm (biểu đồ 3.2) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 6-2016 Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường Dòng chảy từ mặt đường Tỷ lệ dòng chảy (%) 100 Dòng chảy từ sườn dốc 80 66.62 58.46 57.19 60.76 41.54 42.81 39.24 60 40 20 33.38 Ơ nghiên cứu bình Trung Biểu đồ 3.2 Tỷ lệ phần trăm dịng chảy đóng góp cho tổng dòng chảy mặt đường Tổng dòng chảy đường (mm/trận) 50 Plot Plot Plot 40 y = 0.3443x + 3.4129 R² = 0.8231; p