BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN VĂN ĐOÀN NGHIÊN CỨU QUY LUẬT BIẾN ĐỘNG DÒNG CHẢY Ở MỘT SỐ LƯU VỰC ĐIỂN HÌNH CỦA VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NG[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - NGUYỄN VĂN ĐOÀN NGHIÊN CỨU QUY LUẬT BIẾN ĐỘNG DỊNG CHẢY Ở MỘT SỐ LƯU VỰC ĐIỂN HÌNH CỦA VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP Hà Nội - 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - NGUYỄN VĂN ĐOÀN NGHIÊN CỨU QUY LUẬT BIẾN ĐỘNG DÒNG CHẢY Ở MỘT SỐ LƯU VỰC ĐIỂN HÌNH CỦA VIỆT NAM Chuyên ngành: Quản lý bảo vệ Tài nguyên rừng Mã ngành: 60.62.68 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN QUANG BẢO Hà Nội - 2011 ĐẶT VẤN ĐỀ Lũ lụt hạn hán thiên tai gây thiệt hại nhiều đến đời sống kinh tế - xã hội mà hàng ngàn đời người phải chống chọi tìm cách thích ứng Những tai biến, cố mơi trường ngày diễn nhiều đặc biệt khu vực có lượng mưa lớn tập trung Việt Nam, với 3/4 diện tích tự nhiên vùng đồi núi, lại nằm khu vực khí hậu nhiệt đới mưa mùa đánh giá năm quốc gia bị ảnh hưởng nhiều biến đổi khí hậu tồn cầu, nên hạn hán lũ lụt yếu tố đe dọa đến phát triển bền vững kinh tế - xã hội đất nước Bản chất lũ lụt hạn hán trình dâng lên suy giảm bất thường dịng nước mà q trình gây thiệt hại kinh tế, suy thối mơi trường, ảnh hưởng đến đời sống người Các số phản ánh đặc điểm dòng chảy như: hệ số biến động dòng chảy, tốc độ tăng lũ, hệ số giảm lũ, thời gian trễ lũ, tổng lưu lượng dòng chảy lưu vực có mối quan hệ với đặc điểm lưu vực trạng lớp phủ thực vật, độ dốc, độ chênh cao, diện tích, chu vi, hình dạng chế độ mưa lưu vực Tuy nhiên ảnh hưởng đặc điểm lưu vực đến dòng chảy khơng giống nhau, có nhân tố ảnh hưởng mạnh có tính chất định tính chất dịng chảy có nhân tố có mức độ ảnh hưởng thấp Việc nghiên cứu ảnh hưởng lưu vực số phản ánh đặc điểm dòng chảy có ý nghĩa to lớn sở khoa học cho giải pháp quản lý, sử dụng lưu vực, đặc biệt việc quy hoạch hệ thống dân sinh, kinh tế-xã hội, dự báo xây dựng biện pháp phòng tránh thiên tai, quản lý nguồn nước Ở Việt Nam, nội dung nghiên cứu mẻ, kết thu hạn chế, biện pháp quản lý sử dụng lưu vực thiếu sở khoa học nên chưa hiệu Để góp phần xây dựng sở lý luận cho giải pháp quản lý sử dụng lưu vực, đặc biệt phòng tránh giảm nhẹ thiên tai, chọn thực đề tài “Nghiên cứu quy luật biến động dòng chảy số lưu vực điển hình Việt Nam” 3 Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Bản chất nghiên cứu quy luật biến đổi dòng chảy lưu vực nghiên cứu trình thủy văn lưu vực Hiện nghiên cứu vấn đề thường tập trung vào số nội dung sau: 1.1 Trên giới 1.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng rừng tới dòng chảy 1.1.1.1 Quan điểm khả giữ nước rừng Vai trò giữ nước rừng hiểu khả lưu giữ tích luỹ nước dạng - làm tăng lượng nước đất, giảm bốc thoát nước, tăng mực nước ngầm, giảm dịng chảy bề mặt, hạn chế xói mịn đất, qua làm tăng ổn định dịng chảy sông suối, làm nước (Mon-tranop, 1960, 1973 - dẫn theo Vương Văn Quỳnh, 1999 [29]; Khanbecop, 1984 [14]; Bonell M, 1993 [45]) Khả giữ nước rừng phản ánh thơng qua tiêu chí giảm tỷ lệ dịng chảy mặt, tăng lượng nước ngầm, giảm cường độ tần xuất xuất lũ sơng suối, ổn định dịng chảy mùa năm Tuy nhiên khả giữ nước rừng có giới hạn, phụ thuộc nhiều vào đặc điểm cấu trúc rừng đặc điểm đất rừng (độ xốp, cấu tượng đất, tốc độ thấm nước, hàm lượng mùn, độ dày tầng đất) Những đặc điểm cấu trúc lớp phủ thực vật, đất địa hình định dung tích chứa nước rừng đất rừng (Vu Chí Dân Vương Lễ Tiên, 2001 [2]) 1.1.1.2 Phương pháp nghiên cứu Theo Thomas Dunne (1992) [71], Menachem Agassi (1996) [63], C.A.A Ciesiolka C.W Rose (1998) [48], F.Agus cộng (1998) [51], có hai phương pháp để nghiên cứu khả giữ nước rừng: Một là, nghiên cứu lưu vực: Khả giữ nước rừng đánh giá thông qua theo dõi thay đổi lưu lượng nước biến đổi tốc độ dịng chảy sơng suối trước sau mưa, mùa mưa mùa khơ, lượng vật chất xói mịn vận chuyển đầu lưu vực Với phương pháp người ta thấy tác động tổng hợp trạng thái rừng mà không định lượng khẳ giữ nước trại thái riêng biệt Hai là, nghiên cứu trình thuỷ văn sườn dốc: Nghiên cứu thực cách bố trí mẫu nghiên cứu tiến hành đo đạc chi tiết nhiều lần Phương pháp cho kết nghiên cứu xác hơn, đặc biệt ảnh hưởng kiểu rừng đến trình thủy văn rừng như: lượng nước giữ lại tán, tỷ lệ dòng chảy mặt, tỷ lệ dịng chảy ngầm, sói mịn đất….v.v Tuy nhiên phương pháp địi hỏi phải có đầu tư lớn phức tạp phương pháp đầu Đặc điểm thuỷ văn rừng biểu thơng qua vịng tuần hoàn nước (John D Hewlett, 1982 [57]) hay tuần hoàn thuỷ văn (G.Fiebiger, 1993 [52]) Q trình tuần hồn thuỷ văn rừng trình nước mưa vào hệ sinh thái rừng, đến trình nước thấm xuống đất, hình thành dịng chảy mặt dịng chảy ngầm, hình thành dịng chảy sơng suối, bốc nước vật lý sinh lý trở khí v.v Nghiên cứu thủy văn rừng cần xem xét cách tổng hợp nhiều yếu tố như: Chế độ khí hậu, thời tiết, độ dốc, độ cao lưu vực, hình dạng lưu vực, đặc điểm đất đặc điểm lớp thảm thực vật của lưu vực (Phạm Văn Điển, 2006 [10]) 5 1.1.1.3 Những kết nghiên cứu điển hình Nghiên cứu thủy văn rừng giới thu thành quan trọng, nghiên cứu từ định tính đến định lượng đặc biệt phần định lượng thành phần cân nước hệ sinh thái rừng xác định, dự báo xói mịn đất Có thể kể vài cơng trình nghiên cứu điển hình sau: a Lượng nước mưa giữ lại tán rừng Lượng nước mưa giữ lại tán tiêu quan trọng phản ánh khả giữ nước rừng Lượng nước mưa giữ lại tán nhiều tạo điều kiện nước ngấm vào đất lớn, làm giảm tỷ lệ dịng chảy mặt, giảm nguy sói mịn đất, đặc biệt vùng đất dốc Theo Bruijnzeel (1990b) [46], nhiều cơng trình nghiên cứu lượng nước chảy men thân giới cho kết từ - 3% so với tổng lượng mưa Các cơng trình nghiên cứu khả giữ nước tán rừng kim ôn đới cho kết lượng nước mưa giữ lại tán giao động từ 20 - 40% tổng lượng nước mưa (Gash cộng sự, 1980; Rutter cộng sự, 1971; Teklehaimanot, 1991 - dẫn theo Vương Lễ Tiên cộng sự, 1991 [34]) Tại Trung Quốc nghiên cứu khả ngăn giữu nước mưa tán rừng đới khí hậu khác cho kết tán rừng ngăn giữ 11,4 - 34,3% tổng lượng nước mưa, hệ số biến động 6,68 - 55,05% Trong tỷ lệ nước mưa đươ ̣c giữ lại tán rừng kim thường xanh nhiệt đới, núi cao miền Tây lớn nhất, rừng hỗn giao rộng thường xanh với rộng rụng nhiệt đới, miền núi nhỏ (Vu Chí Dân - Christoph Peisert Dư Tân Hiểu (2001) [1] Các kết nghiên cứu rằng, lượng nước giữ lại tán rừng tùy thuộc vào lượng mưa, cường độ mưa, đặc điểm cấu trúc rừng Hiện việc mô lượng nước mưa bị giữ lại tán rừng, người ta thường sử dụng mơ hình Rutter mơ hình giải tích Gash (M.J Waterloo, 1999) [62] Tỷ lệ phần trăm lượng nước mưa lọt tán so với tổng lượng mưa loại rừng thường đạt từ 75% trở lên và tỷ lê ̣ này phụ thuộc vào cấu trúc tán lá, số diện tích lá, đặc điểm mưa nhân tố gió; Năng lượng lượng nước mưa lọt tán rừng gỗ tầng thường lớn lượng mưa nơi trống (Jordan C.F Herrera, 1981) [58] b Lượng nước hút giữ vật rơi rụng rừng Lớp thảm mục có ý nghĩa to lớn đời sống sinh vật rừng trình thủy văn rừng Lớp thảm mục khơng có tác dụng thấm nước, lớp ma sát ngăn cản dòng chảy, mà chúng phân hủy tạo cho đất rừng tơi xốp hơn, làm tăng dung tích chứa nước đất Kết nghiên cứu vùng hồ Mật Vân - Trung Quốc ghi nhận rằng, khối lượng nước lưu giữ lớp thảm mục đạt tới - lần khối lượng khơ thân nó, tỷ lệ khối lượng nước giữ lại lớp thảm mục tối đa bình qn 309,54% (Vu Chí Dân & Vương Lễ Tiên, 2001) [2] Những nghiên cứu lượng nước hút giữ lớp thảm mục rừng trồng phòng hộ cao nguyên Hoàng Thổ Trương Hồng Giang (1989) [11], cho thấy rằng, tỷ lệ 191% c Lượng nước chảy bề mặt đất nước ngầm Nhìn chung, đất rừng tự nhiên có khả thấm nước cao xuất dịng chảy bề mặt (Douglass, 1977 [49]; Pritchett, 1979 [65]) Tuy nhiên, rừng bị chặt hạ trở nên thưa thớt độ dốc mặt đất lớn, tạo dòng chảy mặt (Ruxton, 1967 [66]; Imeson, A.C Vis, 1982 [56]) Nói chung, đất rừng có tốc độ thấm nước lớn so với loại hình sử dụng đất khác, tốc độ thấm nước ổn định đất rừng đạt 80 mm/giờ trở lên (Dunne, 1978) [50] Kết nghiên cứu Trần Huệ Tuyền (1994) [41] cho thấy, đất rừng có độ hổng ngồi mao quản lớn, tốc độ thấm nước lượng nước thấm đất rừng tăng lên Theo kết nghiên cứu, hecta đất rừng tích giữ lượng nước 641 - 679 tấn/năm (Vu Chí Dân Vương Lễ Tiên, 2001) [2] Những kết nghiên cứu thủy văn nghiên cứu môi trường sử dụng chất đồng vị phóng xạ cho thấy, số trường hợp, dịng chảy mạch nước ngầm nguồn gốc chủ yếu lũ lưu vực; Quá trình lũ chủ yếu “nước cũ” (Old water) bị "nước mới" thay đẩy tạo nên (Skash cộng sự, 1986, dẫn theo Phạm Văn Điển, 2006 [10]) 1.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng đặc điểm lưu vực đến dòng chảy Đặc điểm lưu vực kích thước, độ dốc, hình dạng, lớp thảm thực vật chế độ khí hậu (lượng mưa, thời gian mưa mùa mưa) nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến đặc điểm dòng chảy lưu vực sản lượng nước lưu vực, đỉnh lũ, độ muộn lũ Lĩnh vực nghiên cứu tiến hành rộng dãi giới để phát mối liên hệ đặc điểm dòng chảy với đặc điểm lưu vực (Hewlett cộng sự, 1984, 1977 [55] [54]; Wolock, 1995 [72]; Singh, 1997 [67]; Bruijnzeel, 2004 [47]; Andreassian, 2004 [42]) Có nhiều yếu tố lưu vực mà thay đổi làm thay đổi đặc điểm dòng chảy Nghiên cứu ảnh hưởng kích thước lưu vực đến trình thủy văn thực Pilgrim cộng (1982) [64] Nhóm tác giả kết luận “kích thước lưu vực ảnh hưởng rõ rệt khơng đến đặc điểm dịng chảy trung bình mà cịn ảnh hưởng đến biến động dịng chảy Khi kích thước lưu vực nhỏ, mức độ thay đổi dịng chảy sơng suối phụ thuộc rõ rệt vào lượng mưa biến thiên giòng lũ có xu hướng tăng lên lượng mưa tăng ngược lại” (Wood cộng sự, 1988 [73]) Tại Quebec, Lajoie cộng (2007) [59] phân tích đặc điểm dịng chảy theo tháng giịng sơng tự nhiên, giịng sơng có kiểm sốt kết luận kích thước lưu vực có mức độ ảnh hưởng toàn đến thay đổi trình thủy văn mức độ thay đổi theo mùa dịng chảy Với hình dạng lưu vực, Tabios cộng (1988) [70] phát lưu vực có hình dạng dài ảnh hưởng rõ rệt đến biến đổi dòng chảy lưu vực hình trịn Sự trì hỗn dịng chảy lưu vực tập trung (hình trịn) có hiệu lưu vực có hình dạng dài (Goff cộng sự, 2006 [53]) Ảnh hưởng rừng dòng chảy lưu vực: Sau xem sét tài liệu giới rừng mối quan hệ dòng chảy, Sun cộng (2007) [68] tăng diện tích rừng có khả làm giảm sản lượng nước tốc độ giòng lũ Bằng cách tổng kết kết nghiên cứu số tác giả khác (Trendle and King, 1985; Fritsch, 1990; Robinson cộng sụ, 1991; Hornbeck cộng sự,1997 – dẫn theo Trần Quang Bảo, 2006 [43]), Andreassian (2004) [42] kết luận rừng thường làm tăng tần xuất lũ đỉnh lũ Ảnh hưởng chế độ mưa đến dòng chảy: gia tăng lưu lượng dòng chảy chịu ảnh hưởng rõ rệt tăng lên nước ngầm vùng cao tăng lên lượng mưa (Pilgrim cộng sự, 1982 [64]) Dựa vào việc so sánh 50 lưu vực lớn giới, Guillemette cộng (2007) (dẫn theo Trần Quang Bảo, 2006 [43]) nhận thấy đỉnh lũ mưa với trận mưa có lượng mưa đủ lớn mưa bao trùm khoảng 30% lưu vực Ngồi cịn nhiều tài liệu khoa khọc liên quan đến rừng nước, đặc biệt tài liệu phân tích ảnh hưởng phân bố rừng đến sản lượng nước lưu vực 9 Các nhà quản lý lưu vực thủy văn quan tâm đến mối liên hệ lượng mưa giòng chả Hewlett cộng (1977, 1984) [54], [55] phân tích giưa lượng mưa lưu lượng dịng chảy dựa số liệu mưa ghi chép 30 năm vùng rừng đầu nguồn miền Nam Appalacians kết luận cường độ mưa theo theo phút không ảnh hưởng rõ ràng đến lưu lượng dòng chảy Lượng mưa, dòng chảy ban đầu, mùa khoảng thời gian mưa có mối liên hệ khoảng 86.4% với tổng lưu lượng dòng chảy Một nghiên cứu lượng mưa lưu lượng dòng chảy lưu vực Nepal dòng chảy lưu vực (mm) có mối tương quan cao với lượng mưa (mm) cường độ mưa lớn 60 phút Mức độ thay đổi đỉnh lũ (%) có xu hướng giảm với tăng lượng mưa hàng năm lượng mưa lớn hàng ngày Cường độ thay đổi đỉnh lũ (%) có su hướng giảm với tăng dần lượng mưa hàng năm dòng chảy cực đại hàng ngày năm mùa xuân thường xuyên so với mùa đông (MacDonald cộng sự, 1997) [60] 1.2 Ở Việt Nam 1.2.1 Nghiên cứu vai trò giữ nước rừng Ở Việt Nam nghiên cứu khả giữ nước lớp phủ thực vật thực chủ yếu theo hướng tiếp cận nghiên cứu quy mô lưu vực nghiên cứu quy mô khu rừng 1.2.1.1 Vai trò giữ nước rừng lưu vực Những nghiên cứu vai trò rừng tới việc thay đổi chế độ dòng chảy mặt lưu vực nước ảnh hưởng đến lượng nước sơng ngịi thực Nguyễn Viết Phổ (1992) [25]; Vũ Văn Tuấn (1977, 1981, 1982) [36], [37], [38] Những nghiên cứu cho thấy vai trò điều tiết nước hữu hiệu thảm thực vật rừng, đặc biệt việc cung cấp nước cho sông, suối vào mùa khô 10 Nghiên cứu Phạm Ngọc Dũng (1993) [3] cho thấy nước ta, rừng có khả tiêu thụ lượng nước lớn Đất rừng nhân tố ảnh hưởng rõ rệt đến dịng chảy mặt Sự khác tính chất, chủ yếu tính chất vật lý loại đất ảnh hưởng trực tiếp đến xói mịn đất hình thành dịng chảy Vũ Văn Tuấn Phạm Thị Lan Hương (1998) [39], Trần Thục Huỳnh Thị Lan Hương (1999) [33] nghiên cứu ảnh hưởng rừng đến dòng chảy mối quan hệ mơ tả mơ hình tốn cách có sở khoa học Nguyễn Ngọc Lung cộng (1995) [17] dựa vào mức độ thấm, thoát nước thoái hoá loại đất rừng điểm đánh giá vai trị nhân tố đất ảnh hưởng tới xói mòn dòng chảy Vai trò rừng việc giữ nước quan trọng Nghiên cứu Võ Minh Châu (1993 - dẫn theo Vương Văn Quỳnh, 1999 [29]) cho thấy suy giảm diện tích rừng đầu nguồn sơng Ngàn Mọ từ 23.971 xuống cịn 6.000 làm cho lượng nước hồ Kẻ Gỗ giảm đáng kể, giảm từ 340 triệu m3 nước xuống cịn 60 triệu m3, khơng đảm bảo nước cho sản xuất nơng nghiệp diện tích 6.000 Đỗ Đình Sâm, Ngơ Đình Quế Vũ Tấn Phương (2002) [32] đưa dẫn liệu lưu lượng dòng chảy nơi có rừng thấp từ 2,5 đến 27 lần so với khu vực canh tác nông nghiệp, rừng tự nhiên có tác dụng tốt rừng trồng việc giảm dòng chảy mặt; dòng chảy kiệt nơi có rừng cao nơi khơng có rừng Trong ấn phẩm Trung tâm sinh thái môi trường rừng thuộc Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam (FSIV) Chương trình sử dụng đất lâm nghiệp thuộc Viện Quốc tế Môi trường Phát triển (IIED) 11 (2002) [35], với tiêu đề "Liệu rừng có phịng hộ đầu nguồn khơng?", sau phân tích bốn ví dụ điển hình nhóm tác giả kết luận sau: Những chứng thuỷ văn rừng chức phòng hộ đầu nguồn rừng chưa nghiên cứu đầy đủ Việt Nam Mặc dù khái quát tất khu vực đầu nguồn hoàn cảnh, song kiến thức dự đoán tốt là: (1) - Rừng không làm tăng thêm dòng chảy mặt mà thực tế rừng thường làm giảm dịng chảy mặt; (2) Rừng khơng thể điều tiết lưu lượng nước theo mùa; (3) Rừng không tốt loại thảm thực vật khác việc hạn chế xói mịn đất; (4) - Rừng khơng phải yếu tố quan trọng yếu tố khí hậu việc kiểm sốt lũ, song có tác động định lưu vực nhỏ Nhận định có hai điểm khơng thích đáng Một là, rừng không tốt loại thảm thực vật khác việc hạn chế xói mịn đất, vùng đất dốc đất đai bị suy thoái theo thời gian kéo theo hệ sinh thái rừng suy thối biến mất, điều trái với thực tế Chúng ta dễ dàng bắt gặp hệ sinh thái rừng tự nhiên, đặc biệt rừng giầu rừng trung bình thường có tầng đất dày, độ xốp cao chí vị trí có độ dốc cao lượng mưa lớn Do kết luận cho số loại rừng trồng rừng thứ sinh nghèo kiệt, cần loại trừ rừng tự nhiên khỏi nhận định Hai là, coi yếu tố khí hậu có vai trị kiểm sốt lũ khơng có tính thuyết phục việc coi khí hậu nhân tố có ảnh hưởng nguyên nhân gây lũ lụt lưu vực Vương Văn Quỳnh cộng sự, 2010 [31] nghiên cứu tỷ lệ diện tích rừng rừng quy đổi cần thiết cho lưu vực dựa nhân tố ảnh hưởng đến tần xuất xuất lũ yêu cầu giảm lũ để tần suất xuất lũ thấp 1.5% xây dựng biểu thức xác định tỷ lệ diện tích thảm thực vật quy đổi tỷ lệ diện tích rừng rừng quy đổi cần thiết sau: 12 (TLTVQDct) = ((0.225233 + 0.010177*sqrt(DtichLV) + 0.047206*(doc) -0.45526*(HSHD)+ 0.000804* (Lmua))-1.5)/ 0.04443 (1-1) Trong đó: TLTVQDct tỷ lệ cần thiết rừng thảm thực vật (%) DtichLV diện tích lưu vực (ha) Doc độ dốc trung bình lưu vực (độ) HSHD số hình dạng lưu vực, xác định tỷ lệ chu vi lưu vực với chu vi hình trịn có diện tích diện tích lưu vực Lmua lượng mưa lưu vực Vì tỷ lệ diện tích loại đất khác chiếm khoảng 5% tổng diện tích lưu vực, cịn lại 95% bao gồm diện tích loại rừng, diện tích đất trống diện tích đất nơng nghiệp nên xây dựng cơng thức xác định tỷ lệ diện tích rừng quy đổi cần thiết cho lưu vực sau (TLRQĐct)=(100*(TLTVQDct)-5510)/42 (TLRQĐct)=(100*(((0.225233 + 0.010177*sqrt(DtichLV) + 0.047206*(doc) 0.45526*(HSHD)+ 0.000804* (Lmua))-1.5)/ 0.04443)-5510)/42 (1-2) Trong đó: TLRQĐct tỷ lệ diện tích rừng quy đổi cần thiết (%) TLTVQDct tỷ lệ cần thiết rừng thảm thực vật (%) 1.2.1.2 Nghiên cứu khả giữ nước quy mô khu rừng Từ năm 1970 – 1985, Bộ mơn Khí tượng thuỷ văn rừng thuộc Viện nghiên cứu Lâm nghiệp Việt Nam tổ chức nghiên cứu thực nghiệm thuỷ văn rừng xã Tứ Quận, huyện Yên Sơn, tỉnh Tuyên Quang núi Tiên, Hữu Lũng, Lạng Sơn Các tác giả tập trung chủ yếu vào việc tìm hiểu lượng nước chảy bề mặt lượng đất xói mịn tán rừng Bồ đề trồng loài tuổi số trạng thái rừng tự nhiên (Bùi Ngạnh, Vũ Văn Mễ, 1995 13 [23]; Bùi Ngạnh Nguyễn Danh Mơ, (1977) [21]; Bùi Ngạnh Nguyễn Ngọc Đích, (1985) [22]; Lê Đăng Giảng Nguyễn Thị Hoài Thu (1981) [12]) Kết cho thấy thay đổi dòng chảy mặt phạm vi từ - 20% phụ thuộc vào đặc điểm trạng thái rừng, rừng tự nhiên ln có tỷ lệ dịng chảy mặt thấp Trên sở tác giả đề xuất mơ hình bố trí đai rừng giữ nước sườn dốc Khi nghiên cứu đặc điểm thuỷ văn số trạng thái rừng Tây Nguyên, Võ Đại Hải Nguyễn Ngọc Lung khẳng định vai trò điều tiết nước rừng lớn, lượng nước mưa bị tán rừng ngăn cản dao động từ 5,7% đến 11,6% tuỳ thuộc vào loại rừng, lượng nước tạo thành dòng chảy ngầm dạng khác từ 88,2% đến 92,5% tổng lượng nước mưa, lượng nước mưa tạo thành dịng chảy mặt nơi có rừng thấp, qua hạn chế khả hình thành lũ lũ quét (Võ Đại Hải (1996) [13] , Nguyễn Ngọc Lung Võ Đại Hải (1997) [18]) Từ kết nghiên cứu tác giả bước đầu đưa sở khoa học cho việc xây dựng rừng phòng hộ giữ nước, giữ đất nước ta tác giả xây dựng bảng tra hệ số thảm thực vật (hệ số C) tương ứng với đặc điểm cấu trúc số thảm rừng Tuy vậy, số dạng rừng nghiên cứu chưa nhiều, đặc biệt dạng rừng trồng nên khả ứng dụng thực tiễn chưa cao Trong nghiên cứu đặc điểm thuỷ văn rừng Thông đuôi ngựa 14 tuổi núi Luốt - Xuân Mai - Hà Tây, Phùng Văn Khoa (1997) [15] xác định lượng nước giữ lại tán rừng thông biến động từ 10 - 20% tổng lượng mưa phụ thuộc vào lượng mưa, lượng nước mưa lọt qua tán biến động từ 80 - 90%, lượng nước chảy men thân biến động từ - 5%, lượng nước thoát thực vật chiếm 30 - 40% tổng lượng mưa, lượng nước bốc nước từ mặt đất rừng biến động từ 30 - 35%, lượng nước chảy bề mặt 14 chiếm từ - 10% phụ thuộc chặt chẽ vào độ che phủ bụi thảm tươi Lượng nước lại đất chiếm xấp xỉ 10 - 15% Vương Văn Quỳnh cộng (1994a, 1994b, 1996, 1997, 1999) [25], [26], [27], [28], [29] xây dựng phương trình dự báo xói mịn đất Việt Nam Trong trường hợp diện tích đồng có kiểu rừng khơng làm đất hàng năm, cường độ xói mịn đất xác định sau: 6 2,31.10 K d TC ( CP TM) X H (1-3) Trong đó: d cường độ xói mịn đất (mm/năm); độ dốc mặt đất (độ); TC độ tàn che tầng cao, lớn 1,0; H chiều cao bình quân tầng cao, tính mét; CP tỷ lệ che phủ mặt đất lớp thảm tươi bụi, lớn 1,0; TM tỷ lệ che phủ lớp thảm khô mặt đất, lớn 1,0; X độ xốp tổng số lớp đất mặt (0 - cm), (%); K số xói mịn mưa xác định theo công thức: 12 K ( Ri / 25,4)[916 331.Lg[5,8263 2,481Ln( Ri) / 25,4]] / 100 (1-4) Trong đó, Ri lượng mưa tháng thứ i năm, tính mm/tháng Trong trường hợp diện tích đồng có hai kiểu rừng cường độ xói mịn bình quân xác định theo công thức sau: n d Sidi i n Si (1-5) Trong Si diện tích kiểu rừng thứ i, di cường độ xói mịn đất kiểu rừng i, n số kiểu rừng 15 Từ cơng thức tính cường độ xói mịn đất, Vương Văn Quỳnh cộng (1999) [29] xác định tiêu chuẩn bảo vệ đất rừng lớp phủ thực vật nói chung thoả mãn điều kiện d < 0,8 mm/năm (tốc độ hình thành đất nhiệt đới điều kiện có canh tác, Hudson N, 1981) Nguyễn Ngọc Lung cộng (1995) [17] thiết lập bãi đo dòng chảy xói mịn đất xã Bình Thanh, vùng ven hồ thuỷ điện tỉnh Hồ Bình Các tác giả thiết lập thí nghiệm định vị với diện tích 100 m2 (10 x 10 m) phân bố độ dốc từ 12 - 150 Mỗi thí nghiệm đại diện cho trạng thái rừng (keo tràm, keo tai tượng, luồng, trẩu) Kết nghiên cứu cho thấy lượng đất xói mịn bốn trạng thái rừng biến động từ 152,09 - 400,12 kg/ha, thấp rừng keo tràm cao rừng trẩu; lượng nước chảy bề mặt biến động từ 765,4 - 990,2 m3/ha, thấp rừng keo tràm cao rừng trẩu Kết nghiên cứu Võ Đại Hải (1996) [13] kế thừa thực đề tài luận án “Nghiên cứu dạng cấu trúc hợp lý số thảm thực vật rừng chủ yếu Việt Nam” Phạm Văn Điển (1998, 1999, 2000, 2001và 2003) [4], [5], [6], [7] [8] nghiên cứu đặc điểm thuỷ văn số thảm thực vật rừng xã Vầy Nưa, vùng ven hồ thuỷ điện thuộc huyện Đà Bắc, tỉnh Hồ Bình Tác giả chọn ba đối tượng thảm thực vật để nghiên cứu rừng Keo tai tượng trồng loài đồng tuổi (8 tuổi); trảng bụi phục hồi tự nhiên sau nương rẫy, thời gian phục hồi năm; trảng cỏ sau nương rẫy Sau lượng hố thành phần cân nước tuần hồn thuỷ văn thiết lập mối quan hệ định lượng thành phần cân nước với nhân tố có ảnh hưởng quan trọng, tác giả đề xuất tiêu chuẩn cấu trúc lớp thảm thực vật rừng giữ nước Tiêu chuẩn dựa sở biến đổi hệ số dòng chảy bề mặt theo ba nhân tố chủ yếu độ dốc mặt đất, độ xốp tầng đất mặt (0 - 10 cm) tổng độ tàn che tầng cao với độ che phủ 16 bụi thảm tươi Kết nghiên cứu có ý nghĩa định việc làm sáng tỏ đặc điểm thuỷ văn số thảm thực vật xã Vầy Nưa Tuy nhiên, thời gian phương tiện nghiên cứu có hạn, nên đề tài xây dựng số lượng hạn chế thí nghiệm điều kiện khơng có khác biệt lớn điều kiện lập địa đặc điểm cấu trúc lớp thảm thực vật rừng Điều dẫn đến hạn chế định q trình phân tích quy luật thuỷ văn rừng xây dựng tiêu chuẩn rừng giữ nước Phạm văn Điển (1998, 1999, 2000, 2001 2003) [4], [5], [6], [7] [8] nghiên cứu khả giữ nước số thảm thực vật vùng phịng hộ hồ thuỷ điện tỉnh Hồ Bình cho kết luật: Tỷ lệ phần trăm lượng nước giữ tán thảm thực vật dao động từ 2,91 - 18,55% tổng lượng mưa năm, tăng dần từ trảng cỏ, bụi, rừng trồng đến rừng tự nhiên Lượng nước giữ hữu hiệu vật rơi rụng đạt từ 2,5 - 83,2 mm/ha/năm, tương đương với tỷ lệ 0,1 - 4,6% tổng lượng mưa Điều cho thấy rằng, vật rơi rụng có khả giữ nước hạn chế Tổng lượng nước giữ tán vật rơi rụng trạng thái rừng từ 60,9 - 455,3 mm/ha/năm, tương đương với 3,04 - 22,70% tổng lượng mưa Lượng nước chảy bề mặt bình quân trạng thái rừng biến động từ 104,7 - 574,7 mm/ha/năm, tương đương với hệ số dòng chảy mặt từ 5,2 - 28,7% Hệ số dòng chảy mặt cao trảng cỏ, giảm xuống trảng bụi, rừng trồng thấp rừng tự nhiên 1.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng đặc điểm lưu vực đến dòng chảy Ở Việt Nam, từ trước đến chưa có cơng trình nghiên cứu tồn diện mối quan hệ đặc điểm lưu vực đặc điểm chế độ mưa đến dòng chảy thực Chỉ có số nghiên cứu sơ thực nhằm làm sang tỏ vai trò thủy văn rừng đặc điểm dòng chảy khả giữ nước rừng (Nguyễn Viết Phổ, 1992 [25]; Võ Đại Hải, 1996 [13]; Vương Văn Quỳnh, 1996 [27]) 17 Năm 2007 cơng trình “Nghiên cứu xác định diện tích rừng cần thiết cho địa phương” (Vương Văn Quỳnh cộng sự, 2007) [30] nhóm tác giả áp nghiên cứu nhân tố ảnh hưởng tới tính chất thuỷ văn rừng hệ thống 105 tiêu chuẩn điển hình tỉnh Hồ Bình, Quảng Ngãi Đắk Lắk Việc phân tích mối liên hệ đặc trưng dòng chảy gồm tổng lượng dòng chảy, hệ số biến động dòng chảy, hệ số tăng lũ, hệ số giảm lũ độ muộn đỉnh lũ với nhân tố ảnh hưởng lượng mưa, diện tích rừng quy chuẩn, hệ số phân bố rừng, độ chênh cao trung bình, độ dốc trung bình, hệ số hình dạng lưu vực, bề dày tầng đất trung bình cho số nhận xét sau - Hệ số biến động dòng chảy liên hệ chặt với với hình dạng lưu vực, diện tích lưu vực, tỷ số độ che phủ rừng hệ số đồng đều, mức chênh cao tuyệt đối bình quân độ dốc bình quân lưu vực - Hệ số tăng lũ liên hệ với nhân tố hình dạng lưu vực, diện tích lưu vực, tỷ số độ che phủ rừng hệ số đồng đều, mức chênh cao tuyệt đối bình quân, độ dốc bình quân, R=0.48 - Lưu lượng dòng chảy cực đại liên hệ chặt với hệ số hình dạng lưu vực, diện tích lưu vực, tỷ số độ che phủ rừng hệ số đồng đều, mức chênh cao tuyệt đối bình qn, độ dốc bình qn, lưu lượng dịng chảy trước mưa lượng mưa - Phương pháp dự báo lưu lượng dòng chảy cực đại (một dạng dự báo lũ) xây dựng từ phương trình liên hệ chặt với lượng mưa, mực nước sơng trước mưa, độ dốc trung bình, mức chênh cao trung bình, hình dạng lưu vực tỷ lệ che phủ rừng quy đổi Sai số dự báo xác định khoảng 20% - Với giả thiết không xảy lũ nguy hiểm hệ số biến động dịng chảy lưu vực khơng vượt q 200%, nhóm nghiên cứu 18 vào phương trình liên hệ hệ số biến động dịng chảy với tỷ lệ che phủ rừng quy đổi yếu tố đặc trưng lưu vực để xác định tỷ lệ diện tích rừng quy đổi cần thiết Kết cho thấy phụ thuộc vào yếu tố đặc trưng lưu vực số mưa mà tỷ lệ diện tích rừng quy đổi cần thiết lưu vực dao động từ 20 đến 50% Nhìn chung, nghiên cứu khả giảm lũ rừng Việt Nam thực bắt đầu vài chục năm gần Tuy nhiên, chúng đạt thành tựu định, đặc biệt phương pháp nghiên cứu Nó khơng kế thừa kinh nghiệm giới nghiên cứu thuỷ văn rừng, mà vận dụng cách sáng tạo kỹ thuật xây dựng sở liệu phân tích thơng tin để nghiên cứu khả giảm lũ rừng Vương Văn Quỳnh cộng sự, 2010 [31] nghiên cứu mối quan hệ lượng mưa lưu lượng dòng chảy 15 lưu vực điển hình Việt Nam kết luận lưu lượng dòng chảy liên hệ chặt chẽ với lượng mưa Thời kỳ có lượng mưa cao thời kỳ có lưu lượng dịng chảy lớn Liên hệ lưu lượng dòng chảy với lượng mưa tương đối chặt Hệ số tương quan phương trình thực nghiệm dao động từ 0.7 – 0.9 Tuy nhiên đỉnh lũ thường lệch so với đỉnh mưa khoảng thời gian định Ở lưu vực nghiên cứu Miền Bắc Miền Trung đỉnh lũ thường chậm đỉnh mưa chừng 1-2 ngày, Tây Nguyên thường chậm 15-20 ngày Nhóm tác giả nghiên cứu hình thành lũ lưu vực phân tích liên hệ nhân tố ảnh hưởng tỷ lệ rừng quy đổi (%), diện tích (ha), độ dốc (độ), hệ số hình dạng, lượng mưa (mm) với tần suất lũ, kết phân tích thống kê cho thấy mức liên hệ tần suất xuất lũ với nhân tố anh hưởng có mức liên hệ rõ rệt, tiêu kiểm tra Significance F nhỏ so với mức 0.05 phương trình thực nghiệm để xác định tần suất xuất cường độ tăng lũ vượt 5m3/g2 dựa vào đặc điểm nhân tố lưu vực xác định sau: ... tài ? ?Nghiên cứu quy luật biến động dòng chảy số lưu vực điển hình Việt Nam? ?? 3 Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Bản chất nghiên cứu quy luật biến đổi dòng chảy lưu vực nghiên cứu trình thủy văn. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - NGUYỄN VĂN ĐỒN NGHIÊN CỨU QUY LUẬT BIẾN ĐỘNG DỊNG CHẢY Ở MỘT SỐ LƯU VỰC ĐIỂN HÌNH CỦA VIỆT NAM Chuyên ngành: Quản... dạng lưu vực, Tabios cộng (1988) [70] phát lưu vực có hình dạng dài ảnh hưởng rõ rệt đến biến đổi dòng chảy lưu vực hình trịn Sự trì hỗn dịng chảy lưu vực tập trung (hình trịn) có hiệu lưu vực