TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trên thế giới
1.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của rừng tới dòng chảy
1.1.1.1 Quan điểm về khả năng giữ nước của rừng
Rừng đóng vai trò quan trọng trong việc giữ nước, bao gồm khả năng lưu giữ và tích tụ nước dưới nhiều hình thức khác nhau Điều này giúp tăng cường lượng
Khả năng giữ nước của rừng được đánh giá qua các tiêu chí như giảm tỷ lệ dòng chảy mặt, tăng lượng nước ngầm, và ổn định dòng chảy trong năm Tuy nhiên, khả năng này có giới hạn và phụ thuộc vào cấu trúc rừng cùng đặc điểm đất, bao gồm độ xốp, cấu trúc, tốc độ thấm nước, hàm lượng mùn, và độ dày tầng đất Các yếu tố này ảnh hưởng đến dung tích chứa nước của rừng và đất rừng (Vu Chí Dân và Vương Lễ Tiên, 2001).
1.1.1.2 Phương pháp nghiên cứu phương pháp cơ bản để nghiên cứu khả năng giữ nước của rừng:
Nghiên cứu lưu vực là một phương pháp đánh giá khả năng giữ nước của rừng thông qua việc theo dõi sự thay đổi lưu lượng nước hoặc biến đổi tốc độ dòng chảy của sông suối trước và sau khi mưa, hoặc giữa mùa mưa và mùa khô Phương pháp này cũng giúp đánh giá lượng vật chất xói mòn được vận chuyển tại đầu ra của lưu vực Tuy nhiên, nó chỉ có thể cho thấy tác động tổng hợp của các trạng thái rừng mà không thể định lượng được khả năng giữ nước của từng trạng thái riêng biệt.
Nghiên cứu quá trình thủy văn trên sườn dốc được thực hiện qua việc bố trí các ô mẫu và đo đạc chi tiết nhiều lần, giúp xác định chính xác ảnh hưởng của từng kiểu rừng đến các yếu tố như lượng nước giữ lại trên tán, tỷ lệ dòng chảy mặt và ngầm, cũng như sói mòn đất Mặc dù phương pháp này yêu cầu đầu tư lớn và phức tạp, nhưng nó cung cấp thông tin quý giá về đặc điểm thủy văn rừng, được thể hiện qua vòng tuần hoàn nước hay tuần hoàn thủy văn Quá trình này bắt đầu từ nước mưa thấm vào hệ sinh thái rừng, hình thành dòng chảy mặt và ngầm, cũng như sự bốc hơi trở lại khí quyển Để nghiên cứu thủy văn rừng một cách tổng hợp, cần xem xét nhiều yếu tố như chế độ khí hậu, độ dốc, độ cao, hình dạng lưu vực, đặc điểm đất và thảm thực vật.
1.1.1.3 Những kết quả nghiên cứu điển hình
Nghiên cứu thủy văn rừng toàn cầu đã đạt được nhiều thành tựu quan trọng, từ các phân tích định tính đến định lượng, đặc biệt là trong việc xác định và dự đoán xói mòn đất cũng như cân bằng nước trong hệ sinh thái rừng Một trong những điểm nổi bật là nghiên cứu về lượng nước mưa được giữ lại trên tán rừng, góp phần vào việc hiểu rõ hơn về vai trò của rừng trong việc quản lý nước và bảo vệ đất.
Lượng nước mưa giữ lại trên tán cây là chỉ tiêu quan trọng phản ánh khả năng giữ nước của rừng Việc giữ lại nhiều nước mưa trên tán cây giúp tăng cường khả năng ngấm nước vào đất, từ đó giảm tỷ lệ dòng chảy mặt và nguy cơ sói mòn đất, đặc biệt ở những khu vực đất dốc.
Theo nghiên cứu của Theo Bruijnzeel (1990b), lượng nước chảy men thân trên thế giới thường dao động từ 1 - 3% tổng lượng mưa Các nghiên cứu về khả năng giữ nước của tán rừng lá kim ôn đới cho thấy lượng nước mưa được giữ lại trên tán dao động từ 20 - 40% tổng lượng mưa (Gash và cộng sự, 1980; Rutter và cộng sự, 1971; Teklehaimanot, 1991 - dẫn theo Vương Lễ Tiên và cộng sự, 1991) Tại Trung Quốc, nghiên cứu khả năng ngăn giữ nước mưa của tán rừng ở các đới khí hậu khác nhau cho thấy tán rừng có thể giữ lại từ 11,4 - 34,3% tổng lượng nước mưa, với hệ số biến động từ 6,68 - 55,05% Đặc biệt, tỷ lệ nước mưa được giữ lại trên tán của rừng lá kim thường xanh á nhiệt đới ở miền Tây là cao nhất, trong khi rừng hỗn giao cây lá rộng thường xanh với cây lá rộng rụng lá á nhiệt đới ở miền núi có tỷ lệ thấp nhất.
Nghiên cứu cho thấy lượng nước giữ lại trên tán rừng phụ thuộc vào lượng mưa, cường độ mưa và cấu trúc rừng Hiện nay, để mô phỏng lượng nước mưa bị giữ lại, các nhà khoa học thường sử dụng mô hình Rutter và mô hình giải tích Gash (M.J Waterloo, 1999).
Tỷ lệ phần trăm nước mưa lọt tán trong các loại rừng thường đạt từ 75% trở lên, phụ thuộc vào cấu trúc tán lá, chỉ số diện tích lá, đặc điểm mưa và yếu tố gió Năng lượng của nước mưa lọt tán trong rừng cây gỗ một tầng thường lớn hơn so với mưa ngoài nơi trống (Jordan và C.F Herrera, 1981) Bên cạnh đó, lượng nước được giữ lại bởi vật rơi rụng trong rừng cũng đóng góp đáng kể vào quá trình này.
Lớp thảm mục đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái rừng và quá trình thủy văn, giúp thấm nước và ngăn chặn dòng chảy Khi phân hủy, lớp thảm mục cải thiện độ tơi xốp của đất rừng, từ đó tăng dung tích chứa nước của đất.
Nghiên cứu tại hồ Mật Vân, Trung Quốc cho thấy khối lượng nước lưu giữ trong lớp thảm mục có thể gấp 2 - 4 lần khối lượng khô của nó, với tỷ lệ trung bình đạt 309,54% (Vu Chí Dân & Vương Lễ Tiên, 2001) Tương tự, nghiên cứu của Trương Hồng Giang (1989) về lượng nước hút giữ trong lớp thảm mục của rừng trồng phòng hộ trên cao nguyên Hoàng Thổ cũng cho thấy tỷ lệ này vượt quá 191%.
Đất rừng tự nhiên có khả năng thấm nước cao và hiếm khi xảy ra dòng chảy bề mặt Tuy nhiên, khi rừng bị chặt hạ, đặc biệt ở những khu vực có độ dốc lớn, dòng chảy bề mặt có thể xuất hiện So với các loại hình sử dụng đất khác, đất rừng có tốc độ thấm nước vượt trội, có thể đạt 80 mm/giờ trở lên Những phát hiện này được hỗ trợ bởi nghiên cứu của Trần Huệ Tuyền.
Nghiên cứu năm 1994 cho thấy rằng đất rừng với độ hổng ngoài mao quản lớn sẽ có tốc độ thấm nước và lượng nước thấm cao hơn Cụ thể, mỗi hecta đất rừng có khả năng giữ được từ 641 đến 679 tấn nước mỗi năm (Vu Chí Dân và Vương Lễ Tiên, 2001).
Nghiên cứu thủy văn và môi trường sử dụng chất đồng vị phóng xạ cho thấy rằng, trong một số trường hợp, dòng chảy mạch nước ngầm là nguồn gốc chủ yếu của lũ lưu vực Quá trình lũ chủ yếu xảy ra khi "nước cũ" (Old water) bị "nước mới" thay thế và đẩy ra ngoài (Skash và cộng sự, 1986, dẫn theo Phạm Văn Điển, 2006).
1.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của đặc điểm lưu vực đến dòng chảy Đặc điểm của lưu vực như kích thước, độ dốc, hình dạng, lớp thảm thực vật và chế độ khí hậu (lượng mưa, thời gian mưa và mùa mưa) là những nhân tố rất quan trọng ảnh hưởng đến đặc điểm của dòng chảy trên mỗi lưu vực như sản lượng nước của lưu vực, đỉnh lũ, độ muộn lũ Lĩnh vực nghiên cứu này đã được tiến hành rộng dãi trên thế giới để phát hiện ra mối liên hệ giữa đặc điểm dòng chảy với đặc điểm của lưu vực (Hewlett và cộng sự,
Ở Việt Nam
1.2.1 Nghiên cứu vai trò giữ nước của rừng Ở Việt Nam nghiên cứu về khả năng giữ nước của lớp phủ thực vật được thực hiện chủ yếu theo 2 hướng tiếp cận chính chính là nghiên cứu trên quy mô lưu vực và nghiên cứu trên quy mô khu rừng
1.2.1.1 Vai trò giữ nước của rừng trên lưu vực
Nghiên cứu của Nguyễn Viết Phổ (1992) và Vũ Văn Tuấn (1977, 1981) đã chỉ ra vai trò quan trọng của rừng trong việc thay đổi chế độ dòng chảy mặt tại các lưu vực nước, đồng thời ảnh hưởng đến lượng nước của sông ngòi Những phát hiện này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc bảo vệ và quản lý rừng để duy trì nguồn nước và đảm bảo sự bền vững của hệ sinh thái.
Nghiên cứu năm 1982 đã chỉ ra rằng thảm thực vật rừng đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết nước, đặc biệt là cung cấp nước cho các sông, suối trong mùa khô.
Nghiên cứu của Phạm Ngọc Dũng (1993) cho thấy cây rừng tại Việt Nam có khả năng tiêu thụ lượng nước lớn, đồng thời đất rừng cũng ảnh hưởng rõ rệt đến dòng chảy mặt Sự khác biệt về tính chất, đặc biệt là tính chất vật lý của các loại đất, tác động trực tiếp đến xói mòn đất và sự hình thành dòng chảy.
Vũ Văn Tuấn và Phạm Thị Lan Hương (1998) cùng Trần Thục và Huỳnh Thị Lan Hương (1999) đã tiến hành nghiên cứu về ảnh hưởng của rừng đối với dòng chảy, đồng thời mô tả các mối quan hệ này thông qua những mô hình toán học có cơ sở khoa học vững chắc.
Nguyễn Ngọc Lung và cộng sự (1995) đã tiến hành đánh giá vai trò của đất trong việc ảnh hưởng đến xói mòn và dòng chảy, dựa trên các yếu tố như mức độ thấm, thoát nước và sự thoái hoá của các loại đất dưới rừng.
Vai trò của rừng trong việc giữ nước là rất quan trọng Nghiên cứu của
Sự suy giảm diện tích rừng đầu nguồn sông Ngàn Mọ từ 23.971 ha xuống còn 6.000 ha đã dẫn đến lượng nước hồ Kẻ Gỗ giảm mạnh từ 340 triệu m³ xuống 60 triệu m³, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến nguồn nước phục vụ sản xuất nông nghiệp Nghiên cứu của Đỗ Đình Sâm, Ngô Đình Quế và Vũ Tấn Phương cho thấy lưu lượng dòng chảy tại khu vực có rừng thấp hơn từ 2,5 đến 27 lần so với khu vực canh tác nông nghiệp, cho thấy rừng tự nhiên có hiệu quả hơn rừng trồng trong việc giảm dòng chảy mặt và duy trì dòng chảy kiệt.
Trong ấn phẩm gần đây của Trung tâm Sinh thái và Môi trường Rừng thuộc Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam (FSIV) và Chương trình Sử dụng Đất và Lâm nghiệp thuộc Viện Quốc tế về Môi trường và Phát triển (IIED), những thông tin quan trọng về quản lý tài nguyên rừng và phát triển bền vững đã được trình bày chi tiết, nhấn mạnh vai trò của rừng trong bảo vệ môi trường và cải thiện sinh kế cộng đồng.
Nghiên cứu năm 2002 với tiêu đề "Liệu rừng có phòng hộ đầu nguồn được không?" đã chỉ ra rằng chức năng phòng hộ đầu nguồn của rừng tại Việt Nam chưa được nghiên cứu đầy đủ Các kết luận từ bốn ví dụ điển hình cho thấy: (1) Rừng không làm tăng dòng chảy mặt, mà thường giảm dòng chảy này; (2) Rừng có thể không điều tiết lưu lượng nước theo mùa; (3) Rừng không hiệu quả hơn các loại thảm thực vật khác trong việc hạn chế xói mòn đất; và (4) Mặc dù rừng không phải là yếu tố chính trong việc kiểm soát lũ, nhưng nó có thể ảnh hưởng đến các lưu vực nhỏ.
Nhận định cho rằng rừng không hiệu quả trong việc hạn chế xói mòn đất là không chính xác, vì nếu không có sự bảo vệ của rừng, đất đai ở vùng dốc sẽ suy thoái theo thời gian, dẫn đến sự suy giảm hệ sinh thái rừng Các hệ sinh thái rừng tự nhiên, đặc biệt là rừng giàu và rừng trung bình, thường có tầng đất dày và độ xốp cao, ngay cả ở những khu vực có độ dốc lớn và lượng mưa nhiều Do đó, kết luận này chỉ đúng với một số loại rừng trồng hoặc rừng thứ sinh nghèo kiệt, không nên áp dụng cho rừng tự nhiên Hơn nữa, việc xem khí hậu là yếu tố kiểm soát lũ không thuyết phục bằng việc coi khí hậu là nguyên nhân gây ra lũ lụt trên các lưu vực.
Vương Văn Quỳnh và cộng sự (2010) đã nghiên cứu tỷ lệ diện tích rừng cần thiết cho mỗi lưu vực, dựa trên các yếu tố ảnh hưởng đến tần suất xuất hiện lũ Mục tiêu là giảm tần suất lũ xuống dưới 1.5% Kết quả nghiên cứu đã xây dựng biểu thức xác định tỷ lệ diện tích các thảm thực vật quy đổi và tỷ lệ diện tích rừng cần thiết.
(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 là tỷ lệ cần thiết của rừng và thảm thực vật (%) DtichLV là diện tích lưu vực (ha)
Doc là độ dốc trung bình của lưu vực (độ)
HSHD là chỉ số hình dạng của lưu vực, được tính bằng tỷ lệ giữa chu vi của lưu vực và chu vi của hình tròn có diện tích tương đương với diện tích của lưu vực đó.
Lmua là lượng mưa của lưu vực
Tỷ lệ diện tích các loại đất khác chỉ chiếm khoảng 5% tổng diện tích lưu vực, trong khi 95% còn lại bao gồm diện tích rừng, đất trống và đất nông nghiệp Do đó, có thể xây dựng công thức để xác định tỷ lệ diện tích rừng quy đổi cần thiết cho lưu vực.
(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 là tỷ lệ diện tích rừng quy đổi cần thiết (%) TLTVQDct là tỷ lệ cần thiết của rừng và thảm thực vật (%)
1.2.1.2 Nghiên cứu khả năng giữ nước quy mô khu rừng
Từ năm 1970 đến 1985, Bộ môn Khí tượng thuỷ văn rừng thuộc Viện nghiên cứu Lâm nghiệp Việt Nam đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm về thuỷ văn rừng tại xã Tứ Quận, huyện Yên Sơn, tỉnh Tuyên Quang và núi Tiên, Hữu Lũng, Lạng Sơn Nghiên cứu tập trung vào việc phân tích lượng nước chảy bề mặt và mức độ xói mòn đất dưới tán rừng Bồ đề trồng thuần loài ở nhiều độ tuổi, cùng với một số trạng thái rừng tự nhiên.
Nghiên cứu của Bùi Ngạnh và Nguyễn Danh Mô (1977), Bùi Ngạnh và Nguyễn Ngọc Đích (1985), cùng với Lê Đăng Giảng và Nguyễn Thị Hoài Thu (1981) cho thấy rằng sự thay đổi dòng chảy mặt có thể dao động từ 5 - 20%, tùy thuộc vào đặc điểm của trạng thái rừng Đặc biệt, rừng tự nhiên luôn có tỷ lệ dòng chảy mặt thấp nhất Dựa trên những kết quả này, các tác giả đã đề xuất các mô hình bố trí đai rừng giữ nước trên sườn dốc nhằm cải thiện quản lý nước.
MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu đã chỉ ra mối liên hệ giữa các đặc điểm lưu vực như độ che phủ rừng, chế độ mưa, diện tích, chu vi, hình dạng lưu vực, độ dốc và độ chênh cao với quy luật biến động dòng chảy Những phát hiện này đóng góp vào việc xây dựng cơ sở khoa học cho các giải pháp quản lý và sử dụng bền vững lưu vực.
Nội dung nghiên cứu
2.2.1 Nghiên cứu hiện trạng rừng và đặc điểm các lưu vực 2.2.2 Nghiên cứu chế độ mưa và đặc điểm dòng chảy của các lưu vực 2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của đặc điểm lưu vực đến dòng chảy
- Ảnh hưởng của độ che phủ rừng đến dòng chảy
- Ảnh hưởng của đặc điểm lưu vực đến dòng chảy
- Ảnh hưởng của chế độ mưa đến dòng chảy
2.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng tổng hợp của lưu vực đến dòng chảy
Phương pháp nghiên cứu
Dòng chảy tại các lưu vực là một hiện tượng tự nhiên diễn ra theo trình tự từ nước mưa vào hệ sinh thái, bao gồm các giai đoạn như nước mưa bị giữ lại trên tán rừng, chảy men thân cây, chảy tràn trên bề mặt đất, và thấm xuống đất để hình thành dòng chảy ngầm, cũng như dòng chảy sông, suối Lũ thường hình thành do mưa lớn và địa hình dốc, dẫn đến sự tích tụ nước nhanh chóng vào sông suối Các yếu tố làm giảm khối lượng nước hoặc làm chậm dòng chảy vào sông suối được xem là biện pháp giảm lũ hiệu quả Đặc điểm của dòng chảy có vai trò quan trọng trong đời sống kinh tế - xã hội, đặc biệt trong công tác phòng ngừa lũ lụt.
(1)- Hệ số biến động dòng chảy năm tính theo phần trăm (%)
(2)- Hệ số tăng lũ - tốc độ tăng lên của lưu lượng dòng chảy từ khi mưa đến thời điểm đạt đỉnh lũ, đơn vị tính là m3/giờ
(3)- Hệ số giảm lũ - tốc độ giảm của lưu lượng dòng chảy sau khi đạt đỉnh lũ, đơn vị tính là m3/giờ
(4)- Độ muộn lũ - khoảng thời gian từ giữa trận mưa đến thời gian đạt đỉnh lũ, đơn vị tính là giờ
Các chỉ số dòng chảy như hệ số biến động, tốc độ tăng lũ và thời gian trễ lũ phản ánh đặc điểm lưu vực, chịu ảnh hưởng bởi lớp phủ thực vật, độ dốc, và chế độ mưa Tuy nhiên, mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này đến dòng chảy không đồng đều, với một số nhân tố có tác động quyết định hơn Để phân tích, nghiên cứu áp dụng phương pháp thống kê đơn biến và đa biến, trong đó phân tích đơn biến xác định mối liên hệ giữa biến phụ thuộc và các biến độc lập, còn phân tích đa biến đánh giá ảnh hưởng tổng hợp của lưu vực đến dòng chảy Quá trình nghiên cứu được minh họa bằng sơ đồ.
Hình 2.1: Phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong đề tài
2.3.2 Địa điểm nghiên cứu và yêu cầu về chọn lưu vực Để nghiên cứu mối liên hệ giữa đặc điểm lưu vực với quy luật biến động dòng chảy, đề tài sử dụng số liệu thu thập tại 17 lưu vực vừa và nhỏ, điển hình và phân bố đều trên khắp lãnh thổ Việt Nam Các lưu vực này khác nhau về các đặc trưng lưu vực như chế độ mưa, độ cao, độ dốc, hình dạng lưu vực, tình trạng lớp phủ thực vật, hoạt động canh tác và chế độ khí hậu , do đó nguy cơ xảy ra lũ ở các lưu vực khác nhau là không giống nhau Sự biến động trong phạm vi rộng của hoàn cảnh lưu vực là điều kiện cần thiết để nghiên cứu tác động của rừng, chế độ mưa và các đặc điểm của lưu vực đến đặc điểm dòng chảy và nguy cơ hình thành lũ lụt Các lưu vực nghiên cứu được thể hiện trên hình 2.2
Hình 2.2: Vịt trí 17 lưu vực nghiên cứu
Diện tích lưu vực là khu vực thu nước từ mưa, ảnh hưởng đến lưu lượng dòng chảy Khi diện tích lưu vực thay đổi, lưu lượng dòng chảy và tác động của r
TT Lưu vực Kinh độ Vĩ Độ
Trường Sa là khu vực lý tưởng cho nghiên cứu về các lưu vực có diện tích đủ lớn để hình thành dòng chảy gây lũ nguy hiểm Sự ảnh hưởng của diện tích, phân bố rừng và đặc điểm của lưu vực đến dòng chảy là rõ rệt Dựa trên kinh nghiệm từ các nghiên cứu trước, bài nghiên cứu này tập trung vào các lưu vực có diện tích biến động từ 33,5 km² đến 1.636,0 km².
Các lưu vực được chọn là những lưu vực vừa và nhỏ, có hệ thống trạm khí tượng thủy văn hoạt động liên tục ít nhất trong 5 năm qua Những khu vực này thường nằm ở những vùng có lượng mưa lớn và địa hình dốc.
Các lưu vực được chọn đại diện cho hầu hết các kiểu rừng chính của Việt Nam, bao gồm rừng kín thường xanh, rừng lá rộng rụng lá theo mùa và rừng trồng Những lưu vực này phản ánh sự đa dạng về điều kiện thổ nhưỡng và địa lý của đất nước.
Trong quá trình thu thập và tính toán các chỉ tiêu dòng chảy, đặc điểm lưu vực, đề tài sử dụng một số tài liệu sau:
Bản đồ địa hình số hóa tỷ lệ 1:50,000 của Tổng cục Địa chính năm 2004 được sử dụng để khoanh vẽ lưu vực, từ đó tính toán các chỉ tiêu quan trọng như diện tích, chu vi, độ dốc và độ cao của lưu vực.
Bản đồ hiện trạng rừng toàn quốc tỷ lệ 1:50,000 do Viện Điều tra Quy hoạch rừng lập năm 2007 để tính toán diện tích và phân bố các loại rừng
Dữ liệu về lượng mưa và lưu lượng dòng chảy năm 2007 đã được thu thập từ 17 trạm khí tượng thủy văn tại các lưu vực nghiên cứu Trong thời gian này, các trận mưa có khả năng gây lũ và lưu lượng dòng chảy tại đầu ra của các lưu vực được theo dõi và cập nhật hàng giờ Thông tin về địa hình, hiện trạng rừng, cùng với số liệu lượng mưa và lưu lượng dòng chảy được lấy từ Viện Sinh thái rừng và Môi trường thuộc Trường Đại học Lâm nghiệp.
2.3.4 Thu thập và xử lý số liệu
2.3.4.1 Thu thập dữ liệu về rừng và đặc điểm của lưu vực Đặc điểm của lưu vực liên quan đến quá trình thủy văn bao gồm các chỉ số cơ bản sau: độ che phủ của rừng, chỉ số phân bố đồng đều của rừng, độ dốc, độ cao, chỉ số hình dạng lưu vực, chu vi và diện tích lưu vực a Độ che phủ của rừng Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu diện tích của các kiểu rừng chính tại 17 lưu vực, gồm: rừng giầu, rừng trung bình, rừng phục hồi, rừng trồng, rừng khộp, rừng lá kim và đất trồng cây công nghiệp Trên các lưu vực, bản đồ hiện trạng rừng được chia thành các picxel có kích thước 30x30m Diện tích các loại rừng là số picxel chứa loại rừng đó nhân với diện tích của picxel
+ Diện tich rừng quy chuẩn ở mỗi lưu vực được xác định bằng công thức:
Srqđ=(Srgiau*100+Srtb*96+Srngheo*89+Srph*81+Strenua*86+Srtrong*66+ Srcn*66+Srlkim*79+Srkhop*89)/100 (2-1)
Trong đó: - Srqđ là diện tích thực vật quy đổi
- Srgiau là diện tích rừng giàu
- Srtb là diện tích rừng trung bình
- Srngheo là diện tích rừng nghèo
- Srph là diện tích rừng phục hồi
- Strenua là diện tích rừng tre nứa
- Srtrong là diện tích rừng trồng cây lá rộng
- Srcn là diện tích rừng cây công nghiệp
- Srlkim là diện tích rừng lá kim
- Srkhop là diện tích rừng khộp
+ Độ che phủ rừng quy đổi FC qđ được tính theo công thức:
LV qđ qđ 100 (2-2) Trong đó: S LV là diện tích của lưu vực b Đặc điểm lưu vực
Quy trình mô tả lưu vực được thực hiện thông qua phần mềm ArcGIS phiên bản 9.2, kết hợp với mô hình phân tích thủy văn tiên tiến nhất của ESRI.
Vào năm 2006, công cụ GIS kết hợp với phần mềm FOXPRO đã được sử dụng để tính toán các chỉ số của lưu vực Quá trình này bao gồm việc số hóa véc tơ bản đồ độ cao với khoảng cách 20m và chuyển đổi thành bản đồ raster có độ phân giải 30x30m Đồng thời, tọa độ của 17 trạm thủy văn đã được xác định, tương ứng với đầu ra của 17 lưu vực Cuối cùng, diện tích và ranh giới của 17 lưu vực cùng các điểm đầu ra tương ứng cũng được xác định Các chỉ số về đặc điểm lưu vực đã được thu thập để phục vụ cho nghiên cứu.
+ Chỉ số hình dạng RPA (McCuen, 2007) [61] được xác định bằng công thức:
Trong đó: CV và DT theo thứ tự là chu vi (m) và diện tích của lưu vực
Hệ số R PA nhỏ (sấp xỉ bằng 1) có nghĩa là lưu vực có hình dạng tròn và ngược lại lưu vực có hình dạng dài
+ Độ chênh cao trung bình (∆AE): độ chênh cao trung bình giữa điểm thấp nhất với tất các các điểm khác trong lưu vực, tính bằng mét (m) n
(2-4) + Độ cao và độ dốc của lưu vực được xác định thông qua hệ thống ô vuông thực hiện trên phần mềm Mapinfor và phần mềm Foxpro tự xây dựng
2.3.4.2 Các chỉ số khí tượng thủy văn và dòng chảy
+ Lượng mưa và tổng lượng mưa: là tổng lượng các trận mưa đo được ở trạm thuỷ văn của lưu vực với diện tích lưu vực (năm 2007)
- Tổng dòng chảy: là tổng lượng dòng chảy (năm 2007) đo được ở trạm thuỷ văn nơi đầu ra của lưu vực
+ Hệ số biến đổi dòng chảy (Fcv):
Trong đó, s và μ theo thứ tự là độ lệch chuẩn và giá trị trung bình dòng chảy tính theo giờ của lưu vực trong năm 2007
Hệ số tăng lũ (F in) là chỉ số thể hiện tốc độ gia tăng lưu lượng dòng chảy sau mưa, tính từ thời điểm bắt đầu mưa cho đến khi dòng chảy đạt giá trị tối đa (m³/giờ) Công thức tính hệ số này giúp đánh giá mức độ phản ứng của dòng chảy đối với lượng mưa.
) ( ii pi ii pi in t t
QPi đại diện cho lượng nước được sản sinh ra, trong khi tPi là thời gian đạt đến đỉnh điểm của dòng chảy trong trận mưa thứ nhất Qii là lượng nước ban đầu trước trận mưa thứ i, và tii là thời gian diễn ra trận mưa i.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
Hiện trạng rừng và đặc điểm các lưu vực nghiên cứu
Các nhân tố trong lưu vực ảnh hưởng đến các chỉ số dòng chảy bao gồm diện tích, chu vi, độ dốc trung bình, độ chênh cao trung bình, cùng với diện tích và tỷ lệ độ che phủ rừng Thông tin chi tiết về đặc điểm của các lưu vực nghiên cứu được trình bày trong bảng 3.1.
Bảng 3.1: Đặc điểm cơ bản của các lưu vực nghiên cứu
DT: Là diện tích lưu vực,đơn vị tính là ha
CV: Là chu vi của lưu vực, đơn vị tính là km
R PA: Là chỉ số hình dạng của lưu vực, tính theo công thức (2-3)
E: Là độ chênh cao trung bình, tính bằng mét
AE: Là độ chênh cao trung bình, tính bằng mét, tính theo công thức (2-4)
Doc bq : Là độ dốc bình quân của lưu vực, đơn vị tính bằng độ
Sr qđ: Là diện tích rừng quy đổi của lưu vực, tính theo công thức (2-1)
FC qđ : Là độ che phủ rừng quy đổi, đơn vị tính là %, tính theo công thức (2-2)
3.1.1 Hiện trạng phân bố rừng trên các lưu vực nghiên cứu
Rừng đóng vai trò quan trọng trong sự ổn định sinh thái của lưu vực và quá trình thủy văn trên sườn dốc Cấu trúc phức tạp của rừng tự nhiên giúp chống xói mòn, hạn chế dòng chảy mặt, và tăng cường khả năng ngấm nước vào đất, từ đó điều hòa dòng chảy theo mùa.
Tại các lưu vực nghiên cứu, tổng diện tích và độ che phủ rừng có sự khác biệt rõ rệt, với diện tích rừng dao động từ 334 ha (Lâm Sơn) đến 93,178 ha (Bình Tường) Độ che phủ rừng thay đổi từ 6.36% (Krông Buk) đến 70.89% (Đắk Nông), trung bình đạt 40.36% Rừng trung bình và rừng nghèo chiếm diện tích lớn nhất, với độ che phủ từ 0.0% (Krông Buk) đến 47.5% (Đắk Nông), trung bình là 18.4% Rừng giàu có tỷ lệ diện tích biến đổi rất khác nhau giữa các lưu vực.
Tỷ lệ che phủ rừng ở các khu vực như Krông Buk, Gia Vòng, Vĩnh Yên và Đại Ngà dao động từ 0% đến 33.5% tại Sơn Diệm, với mức trung bình là 5.9% Độ che phủ của rừng phục hồi biến động từ 0.3% ở Krông Buk đến 20% tại Vĩnh Yên, với mức trung bình là 8.8% Các loại rừng kim và rừng khộp rất hiếm, chỉ xuất hiện tại ba lưu vực là Sông Lũy, Đại Ngà và Thanh Bình.
Một số lưu vực như Sơn Diệm và Na Hừ có tỷ lệ rừng giàu và rừng trung bình lớn so với tổng diện tích rừng, trong khi Lâm Sơn và Mù Cang Chải lại có tỷ lệ rừng trồng và rừng phục hồi cao Trung bình, phần lớn rừng phân bố ở độ cao từ 500m đến 1000m (khoảng 46%) và độ dốc từ 15% đến 25% (khoảng 36%) Rừng tự nhiên (bao gồm rừng giàu, rừng trung bình, rừng nghèo và rừng phục hồi) thường nằm ở những vùng có độ dốc lớn hơn 15%, trong khi rừng trồng thường xuất hiện ở những khu vực có độ dốc nhỏ hơn 8% Hình ảnh về độ che phủ và phân bố rừng tại một số lưu vực điển hình được thể hiện trong hình 3.1.
Hình 3.1: Phân bố rừng trên một số lưu vực điển hình
3.1.2 Đặc điểm các lưu vực nghiên cứu
Diện tích lưu vực đóng vai trò quan trọng trong việc xác định đặc điểm dòng chảy, ảnh hưởng đến tổng lượng nước mưa thu được và khả năng chứa nước của lưu vực Diện tích lưu vực lớn hay nhỏ sẽ tác động đến nguy cơ hình thành lũ, lụt Các lưu vực được nghiên cứu có diện tích biến đổi từ 3343 ha ở Lâm Sơn đến 163559 ha ở Bình Tường.
Chu vi lưu vực là đường viền bao quanh lưu vực, phụ thuộc vào hình dạng của nó Các lưu vực nghiên cứu có chu vi dao động từ 57,31 km (Na Hừ) đến 295,3 km (Bình Tường), với giá trị trung bình là 132,7 km.
Lưu vực Sơn Diệm (FC qđ = 71.74% ) Lưu vực Ngòi Hút (FC qđ = 43.78%)
Lưu vực An Chỉ (FC qđ = 23.02% )
Rừng giầu Rừng trung bình Rừng nghèo Rừng phục hồi Rừng trồng Đất trống, cây bụi, đồng cỏ
Hình 3.2: Hình ảnh về một vài lưu vực điển hình
Chỉ số hình dạng của lưu vực là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình tích lũy và vận chuyển nước Hình dạng lưu vực quyết định cách thức nước được thu thập và di chuyển, từ đó ảnh hưởng đến các hoạt động thủy văn trong khu vực.
Lưu vực Sơn Diệm: AE = 414.84 m;
Lưu vực Ngòi Hút: AE = 927.37 m; Doc bq = 24.89 0 DT = 621.6 km 2 ;
Lưu vực Thượng Nhật: AE = 364.89 m;
Lưu vực Bình Tường: AE = 596.61 m; Doc bq = 12.45 0 ; DT = 1636.0 km 2 ;
Lưu vực An Chỉ: AE = 338.46 m;
Lưu vực Thanh Sơn: AE = 315.29 m; Doc bq = 17.67 0 ; DT = 1184.0 km 2 ;
CV = 201.90 km; P RA = 1.73 dạng của các lưu vực biến đổi từ 1.29 (tương đối tròn Na Hừ) đến 2.06 (lưu vực có hình dạng dài An Khê, Bình Tường)
Độ chênh cao trung bình của lưu vực là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến thế năng và động năng của dòng nước, từ đó tác động đến tốc độ dòng chảy và nguy cơ hình thành lũ Các lưu vực có độ chênh cao trung bình dao động từ 202.55m (Gia Vòng) đến 953.27m (Na Hừ), với giá trị trung bình là 458.08m Ngoài ra, độ chênh cao của các khu vực này cũng biến đổi từ 212.55m (Gia Vòng) đến 1558.05m (Mù Cang Chải), trung bình là 693.47m.
Độ dốc là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự vận động của dòng nước trong lưu vực Các lưu vực có độ chênh cao và độ dốc lớn thường có thế năng và tốc độ dòng nước cao, dẫn đến nguy cơ lũ lụt cao hơn so với các lưu vực có độ chênh và độ dốc thấp, đặc biệt trong các vùng có lượng mưa lớn và mưa tập trung Độ dốc trung bình của các lưu vực dao động từ 2.89° (Krông Buk) đến 27.58° (Na Hừ), với giá trị trung bình là 15.51°.
Chế độ mưa và đặc điểm dòng chảy của lưu vực
3.2.1 Chế độ mưa tại các lưu vực
Chế độ mưa ảnh hưởng sâu sắc đến thủy văn rừng và nguy cơ lũ lụt Những lưu vực có lượng mưa lớn, tập trung, cùng với độ dốc và độ cao cao, thường có nguy cơ lũ lụt rất cao, trong khi những lưu vực khác có điều kiện ít khắc nghiệt hơn thì nguy cơ này thấp hơn.
Kết quả thống kê cho thấy, tại miền Bắc (Lâm Sơn, Thanh Sơn, Mù Cang Chải, Ngòi Hút, Vĩnh Yên và Na Hừ), lượng mưa chủ yếu tập trung từ tháng 4 đến tháng 10, chiếm khoảng 95% tổng lượng mưa cả năm Ở Bắc Trung Bộ (Thượng Nhật, An Chỉ, Gia Vòng, và Sơn Diệm), mưa diễn ra từ tháng 4 đến tháng 11, với 89.3% tổng lượng mưa năm Tại Tây Nguyên (Krông Buk, Thanh Bình, Đắk Nông, Đại Ngà và An Khê), lượng mưa tập trung từ tháng 5 đến tháng 10, chiếm khoảng 78.7% lượng mưa năm Cuối cùng, ở Nam Trung Bộ (Sông Lũy, Bình Tường), mưa chủ yếu từ tháng 5 đến tháng 11, chiếm khoảng 93.7% tổng lượng mưa năm.
Năm 2007, các lưu vực Bắc Trung Bộ ghi nhận lượng mưa trung bình cao nhất với 3501.0mm, tiếp theo là Tây Nguyên với 2289.3mm, trong khi Bắc Bộ có lượng mưa trung bình thấp nhất là 1652.7mm Tổng lượng mưa giữa các lưu vực có sự chênh lệch lớn, dao động từ 1144.2mm tại Sông Lũy đến 5883.9mm tại Thượng Nhật.
Sự khác biệt về tổng lượng mưa và cách phân bố lượng mưa trong các tháng trong năm tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tích ảnh hưởng của các đặc điểm của lưu vực đến dòng chảy.
3.2.2 Biến động và đặc điểm dòng chảy của các lưu vực nghiên cứu 3.2.2.1 Biến động dòng chảy trong năm tại các lưu vực nghiên cứu
Biến động dòng chảy năm là chỉ tiêu quan trọng phản ánh đặc điểm dòng chảy của lưu vực Nghiên cứu biến động này giúp xác định thời gian có khả năng xuất hiện lũ, lụt và hạn hán, từ đó đưa ra biện pháp phòng tránh và ứng phó hiệu quả, giảm thiệt hại cho con người Ngoài ra, sự biến động dòng chảy còn cho thấy khả năng điều hòa dòng chảy của thảm thực vật trong lưu vực Thông tin về biến động dòng chảy năm tại các lưu vực nghiên cứu được thống kê trong bảng 3.2.
Phân tích dữ liệu quan trắc lưu lượng dòng chảy cho thấy sự biến động mạnh mẽ theo mùa ở các sông suối Tại các lưu vực miền Bắc, lưu lượng dòng chảy tăng cao nhất từ tháng 5 đến tháng 10; miền Trung từ tháng 9 đến tháng 12; và Tây Nguyên từ tháng 5 đến tháng 11 Trong các tháng còn lại, lưu lượng chỉ chiếm khoảng 20% tổng dòng chảy năm Sự biến động này tạo điều kiện thuận lợi để phân tích ảnh hưởng của thời tiết, khí hậu và đặc điểm lưu vực đến dòng chảy, đồng thời xây dựng cơ sở khoa học cho các phương pháp dự báo lũ lụt.
Bảng 3.2: Phân bố lưu lượng dòng chảy trong năm tại các lưu vực nghiên cứu Đơn vị tính: m 3 /s
TT Tên lưu vực Lưu lượng dòng chảy các tháng trong năm của các lưu vực TB
Để phân tích đặc điểm dòng chảy ở các lưu vực, chúng tôi đã thống kê và xây dựng biểu đồ diễn biến lưu lượng dòng chảy theo thời gian cho từng lưu vực Kết quả được thể hiện qua các hình 3.3 đến 3.19.
L ưu lư ợn g dò ng c hả y (m 3/ s)
Hình 3.3: Biến động dòng chảy năm của lưu vực Thanh Bình
Phân tích dữ liệu quan trắc lưu lượng dòng chảy cho thấy biểu đồ lưu lượng có hình dạng răng cưa với các đỉnh nhọn, điều này chứng tỏ rằng thời gian hình thành đỉnh lũ diễn ra nhanh chóng.
L ưu lượ ng d òn g c hảy (
Hình 3.4: Biến động dòng chảy tại lưu vực Sơn Diệm
L ưu lư ợn g dò ng c hả
Hình 3.5: Biến động dòng chảy tại lưu vực Ngòi Hút
L ưu lư ợn g dò ng c hả y (m 3/ s)
Hình 3.6: Biến động dòng chảy tại lưu vực Thượng Nhật
L ưu lư ợn g dò ng c hả y (m 3/ s)
Hình 3.7: Biến động dòng chảy tại lưu vực Bình Tường download by : skknchat@gmail.com
Hình 3.8: Biến động dòng chảy tại lưu vực Sông Lũy
L ưu lư ợn g dò ng c hả y (m
Hình 3.9: Biến động dòng chảy tại lưu vực Mù Cang Chải
L ưu lư ợn g dò ng c hả y (m 3/ s)
Hình 3.10: Biến động dòng chảy tại lưu vực An Chỉ
L ưu lư ợn g dò ng c hả y (m 3/ s)
Hình 3.11: Biến động dòng chảy tại lưu vực Lâm Sơn download by : skknchat@gmail.com
L ưu lượ ng d òn g c hảy (
Hình 3.12: Biến động dòng chảy tại lưu vực Gia Vòng
L ưu lư ợn g dò ng c hả y
Hình 3.13: Biến động dòng chảy tại lưu vực An Khê
Lư u lư ợng dòng chảy (m3/s)
Hình 3.14: Biến động dòng chảy tại lưu vực Na Hừ
L ưu lư ợn g dò ng c hả y (m 3/ s)
Hình 3.15: Biến động dòng chảy tại lưu vực Thanh Sơn download by : skknchat@gmail.com
L ưu lư ợn g dò ng c hả
Hình 3.16: Biến động dòng chảy tại lưu vực Vĩnh Yên
L ưu lư ợn g dò ng c hả
Hình 3.17: Biến động dòng chảy tại lưu vực Krông Buk
L ưu lư ợn g dò ng c hả y (m 3/ s)
Hình 3.18: Biến động dòng chảy tại lưu vực Đắk Nông
L ưu lư ơn g dò ng c hả y (m 3/ s)
Hình 3.19: Biến động dòng chảy tại lưu vực Đại Ngà download by : skknchat@gmail.com
3.2.2.2 Đặc điểm dòng chảy trong năm tại các lưu vực nghiên cứu
Các chỉ tiêu phản ánh đặc điểm dòng chảy của các lưu vực nghiên cứu năm 2007 được thống kê vào bảng 3.3
Bảng 3.3: Bảng thống kê đặc điểm dòng chảy của các lưu vực nghiên cứu
P là tổng lượng mưa (mm); Q t là tổng lưu lượng dòng chảy (triệu m 3 )
F in là hệ số tăng lũ trung bình (m 3 /s), tính theo công thức (3-8)
F de là hệ số giảm lũ (m 3 /s), tính theo công thức (3-9)
L t là thời gian trễ lũ (giờ), tính theo công thức (3-10)
F CV là hệ số biến động dòng chảy (%), tính theo công thức (3-7)
Tổng lưu lượng dòng chảy của lưu vực (Q t ) là chỉ số quan trọng phản ánh sản lượng nước của lưu vực, có ý nghĩa lớn trong quản lý nguồn nước, đặc biệt đối với thủy điện, nông nghiệp, vận tải thủy và dự báo lũ lụt Các lưu vực nghiên cứu cho thấy sự chênh lệch rõ rệt về tổng lưu lượng dòng chảy, dao động từ 47.62 triệu m³/năm (Lâm Sơn) đến 3210.68 triệu m³/năm (Bình Tường) Sự khác biệt này chủ yếu do lượng mưa và diện tích lưu vực không đồng đều.
Hệ số tăng lũ trung bình (F in) phản ánh tốc độ tăng lưu lượng dòng chảy sau mưa, từ khi bắt đầu mưa đến khi dòng chảy đạt giá trị tối đa (m³/s) Hệ số
Hệ số giảm lũ trung bình (F de) là chỉ số quan trọng thể hiện khả năng lưu giữ nước của lưu vực, được xác định bằng tốc độ giảm dòng chảy từ đỉnh lũ cho đến khi dòng chảy đạt giá trị thấp nhất (m³/s) Các lưu vực nghiên cứu cho thấy sự khác biệt lớn về hệ số giảm lũ, với giá trị dao động từ 0.27 m³/s tại Đắk Nông đến 23.50 m³/s tại Thượng Nhật.
Thời gian trễ lũ (L t) là khoảng thời gian từ giữa trận mưa đến đỉnh lũ, được tính bằng giờ Thời gian trễ lũ lớn cho phép dòng nước đạt cực đại chậm, điều này mang lại lợi ích cho đời sống kinh tế - xã hội Các lưu vực nghiên cứu có thời gian trễ lũ biến động từ 6.82 giờ (Thượng Nhật) đến 13.87 giờ (Bình Tường) Sự khác biệt về thời gian trễ lũ giữa các lưu vực là do ảnh hưởng của thảm thực vật, lượng mưa, cường độ mưa, độ dốc, độ chênh cao, diện tích, chu vi và hình dạng của lưu vực.
Hệ số biến động dòng chảy (F CV) phản ánh mức độ biến động của dòng chảy so với giá trị trung bình, với các lưu vực nghiên cứu có sự khác biệt rõ rệt Cụ thể, hệ số biến động dòng chảy dao động từ 94.77% ở Vĩnh Yên đến 251.31% tại An Chỉ Sự khác nhau này được lý giải bởi các yếu tố như chế độ mưa, độ dốc, độ chênh cao, diện tích và chu vi của từng lưu vực.
Quan hệ giữa đặc điểm lưu vực với dòng chảy
Để nghiên cứu mối quan hệ giữa đặc điểm lưu vực và dòng chảy, nghiên cứu sử dụng phần mềm SPSS phiên bản 13.0 để mô phỏng các chỉ số lưu vực và chỉ số dòng chảy thông qua các hàm toán học như Linear, Logarithmic, Inverse, Power, Compound, Growth và Exponential Các phương trình được áp dụng trong nghiên cứu bao gồm (2-9) đến (2-15), với kết quả cho thấy mối liên hệ rõ ràng giữa các yếu tố này.
3.3.1 Quan hệ của diện tích lưu vực với đặc điểm dòng chảy 3.3.1.1 Quan hệ giữa diện tích lưu vực với hệ số tăng lũ
Kết quả thử nghiệm liên hệ giữa hệ số tăng lũ (F in ) với diện tích lưu vực (DT) bằng một số hàm toán học được thể hiện trên bảng 3.4
Các lưu vực lớn với tổng lượng nước mưa lớn thường có hệ số tăng lũ cao, trong khi lưu vực nhỏ hơn với lượng mưa thấp hơn sẽ có hệ số tăng lũ thấp Mối quan hệ giữa diện tích lưu vực và hệ số tăng lũ được minh họa rõ ràng trong hình 3.20.
Bảng 3.4: Kết quả thử nghiệm liên hệ giữa Fin với DT bằng một số hàm toán
R Square F df1 Df2 Sig Constant B1
Ghi chú: F in là biến phụ thuộc và DT là biến độc lập
The article discusses various mathematical models, each represented by specific equations The linear model is defined by equation (2-11), while the logarithmic model follows equation (2-12) The inverse model corresponds to equation (2-13), and the compound model is outlined in equation (2-14) The power model is described by equation (2-15), with the growth model represented by equation (2-16) Finally, the exponential model is detailed in equation (2-17).
R Square: Là hệ số xác định; Sig là xác suất của F
Diện tích lưu vực (km2)
Hình 3.20: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa Fin với DT 3.3.1.2 Quan hệ của diện tích lưu vực với hệ số giảm lũ
Kết quả thử nghiệm liên hệ giữa hệ số giảm lũ (F de ) với diện tích lưu vực (DT) bằng một số hàm toán học được thể hiện trên bảng 3.5
Bảng 3.5: Kết quả thử nghiệm liên hệ giữa Fde và DT bằng một số hàm toán
R Square F df1 Df2 Sig Constant B1
Ghi chú: F de là biến phụ thuộc và DT là biến độc lập
Hình ảnh trực quan về mối quan hệ giữa Fde với DT lưu vực được thể hiện trên hình 3.21
Diện tích lưu vực (km2)
Hình 3.21: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa Fde với DT
3.3.1.3 Quan hệ của diện tích lưu vực với tổng lưu lượng dòng chảy
Kết quả thử nghiệm mô phỏng mối liên hệ giữa tổng lưu lượng dòng chảy (Qt) và diện tích lưu vực (DT) đã được trình bày qua một số hàm toán học trong bảng 3.6.
Bảng 3.6: Kết quả thử nghiệm liên hệ giữa DT và Qt bằng một số hàm toán
R Square F df1 Df2 Sig Constant B1
Ghi chú: Q t là biến phụ thuộc và DT là biến độc lập
Nghiên cứu cho thấy rằng trong các lưu vực có diện tích lớn, tổng lưu lượng dòng chảy hàng năm cũng lớn, và ngược lại Điều này xảy ra do diện tích lớn giúp lưu vực thu nhận lượng nước mưa nhiều hơn, dẫn đến tổng lưu lượng dòng chảy hàng năm tăng Mối quan hệ giữa diện tích lưu vực (DT) và tổng lưu lượng dòng chảy (Qt) là chặt chẽ, thể hiện dưới dạng đường thẳng đồng biến.
Qt = 41.615 + 1.356*DT (r = 0.85) (3-3) Hình ảnh trực quan về liên hệ giữa Q t và DT được thể hiện trên hình 3.22
T ổn g l ưu lư ợn g d òn g c hảy năm (m 3)
Hình 3.22: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa Q t với DT
3.3.1.4 Quan hệ của diện tích lưu vực với thời gian trễ lũ
Kết quả thử nghiệm liên hệ giữa thời gian trễ lũ (L t ) với diện tích lưu vực (DT) bằng một số hàm toán học được thể hiện trên bảng 3.7
Bảng 3.7: Kết quả thử nghiệm liên hệ giữa DT và Lt bằng một số hàm toán
R Square F df1 df2 Sig Constant B1
Ghi chú: L t là biến phụ thuộc và DT là biến độc lập
Kết quả từ bảng 3.7 cho thấy mối liên hệ giữa thời gian trễ lũ (Lt) và diện tích lưu vực (DT) trong các lưu vực nghiên cứu là không rõ ràng, với tất cả các dạng liên hệ đều có Sig > 0.05 Điều này chỉ ra rằng thời gian trễ lũ tại các lưu vực này không hoặc ít bị ảnh hưởng bởi diện tích lưu vực, và mối quan hệ này bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác như lượng mưa, cường độ mưa, và hình dạng lưu vực.
3.3.1.5 Quan hệ của diện tích lưu vực với hệ số biến động dòng chảy
Kết quả thử nghiệm cho thấy mối liên hệ giữa hệ số biến động dòng chảy (FCV) và diện tích lưu vực (DT) thông qua một số hàm toán học, được trình bày chi tiết trong bảng 3.8 Bảng này cung cấp các số liệu cụ thể về mối quan hệ giữa DT và FCV, giúp hiểu rõ hơn về cách thức ảnh hưởng của diện tích lưu vực đến biến động dòng chảy.
R Square F df1 df2 Sig Constant B1
Ghi chú: F CV là biến phụ thuộc và DT là biến độc lập
Kết quả tính toán cho thấy rằng diện tích lưu vực lớn có mối quan hệ chặt chẽ với hệ số biến động của dòng chảy, với hệ số tương quan r nằm trong khoảng 0.5-0.7 Điều này chỉ ra rằng các lưu vực lớn thường có sự ổn định của dòng chảy kém hơn so với các lưu vực nhỏ Mối liên hệ giữa hệ số biến động dòng chảy (FCV) và diện tích lưu vực (DT) được thể hiện qua một phương trình cụ thể.
Hình ảnh trực quan về mối liên hệ giữa Fcv và DT được thể hiện trên hình 3.23
Hình 3.23: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa F CV với DT
3.3.2 Quan hệ giữa chu vi lưu vực với đặc điểm dòng chảy 3.3.2.1 Quan hệ giữa chu vi lưu vực với hệ số tăng lũ
Kết quả thử nghiệm liên hệ giữa hệ số tăng lũ (Fin) với chu vi lưu vực (CV) bằng một số hàm toán học được thể hiện trên bảng 3.9
Kết quả từ bảng 3.9 chỉ ra rằng các lưu vực có chu vi lớn thường đi kèm với hệ số tăng lũ cao, và ngược lại Những lưu vực này thường có diện tích lớn hoặc địa hình phức tạp với độ dốc và độ cao lớn, dẫn đến tổng lượng nước thu được cao hơn Do đó, các lưu vực với chu vi lớn thường có động năng lớn, góp phần tạo ra hệ số tăng lũ lớn Mối quan hệ giữa hệ số tăng lũ và chu vi của lưu vực rất chặt chẽ, với hệ số tương quan r = 0.8, và có thể được mô phỏng bằng một phương trình đường thẳng đồng biến.
F in = - 5.198 + 0.09*CV (r = 0.80) (3-5) Bảng 3.9: Kết quả thử nghiệm liên hệ giữa CV và F in bằng một số hàm toán
Equation Model Summary Parameter Estimates
R Square F df1 df2 Sig Constant B1
Ghi chú: F in là biến phụ thuộc và CV là biến độc lập
Hình ảnh trực quan về mối liên hệ giữa chu vi của lưu vực với hệ số tăng lũ được thể hiện trên hình 3.24 y = 0.09*CV - 5.1984
Hình 3.24: Biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa CV và Fin
3.3.2.2 Quan hệ giữa chu vi lưu vực với hệ số giảm lũ
Kết quả thử nghiệm liên hệ giữa hệ số giảm lũ (F de ) với chu vi lưu vực (CV) bằng một số hàm toán học được thể hiện trên bảng 3.10
Bảng 3.10: Kết quả thử nghiệm liên hệ giữa CV và Fde bằng một số hàm toán
Equation Model Summary Parameter Estimates
R Square F df1 df2 Sig Constant B1
Ghi chú: F de là biến phụ thuộc và CV là biến độc lập
Kết quả từ bảng 3.12 chỉ ra rằng có mối liên hệ chặt chẽ giữa chu vi lưu vực và hệ số giảm lũ, với hệ số tương quan r trong khoảng 0.5 - 0.7 Mối liên hệ này có thể được mô phỏng bằng một phương trình đường thẳng.
Các lưu vực có chu vi lớn và hệ số giảm lũ cao cho thấy khả năng lưu giữ nước và điều hòa dòng chảy hiệu quả Mối liên hệ giữa chu vi của lưu vực và hệ số giảm lũ được minh họa rõ ràng trong hình 3.25.
Hình 3.25: Biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa CV lưu vực và F de
3.3.2.3 Quan hệ giữa chu vi lưu vực với tổng lưu lượng dòng chảy
Kết quả thử nghiệm cho thấy mối liên hệ giữa tổng lưu lượng dòng chảy năm (Q t ) và chu vi lưu vực (CV) được mô tả qua các hàm toán học, như thể hiện trong bảng 3.11 Bảng 3.11 trình bày chi tiết các kết quả thử nghiệm liên quan đến mối quan hệ giữa CV và Q t thông qua một số hàm toán học.
R Square F df1 df2 Sig Constant B1
Ghi chú: Q t là biến phụ thuộc và CV là biến độc lập
Kết quả từ bảng 3.11 chỉ ra rằng có mối liên hệ chặt chẽ giữa chu vi lưu vực và tổng lưu lượng dòng chảy, với hệ số tương quan r trong khoảng 0.7-0.9 Mối quan hệ này có thể được mô phỏng bằng hàm toán học Power, với phương trình liên hệ là Qt = 0.638*CV^1.447 (r = 0.88).
Hình ảnh trực quan về mối liên hệ giữa chu vi của lưu vực với tổng lưu lượng dòng chảy năm được thể hiện trên hình 3.26
T ổn g l ưu lư ợn g ( tr iệ u m 3)
Hình 3.26: Biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa CV lưu vực và Q t
3.3.2.4 Quan hệ giữa chu vi lưu vực với thời gian trễ lũ
Kết quả thử nghiệm liên hệ giữa thời gian trễ lũ (Lt) với chu vi lưu vực (CV) bằng một số hàm toán học được thể hiện trên bảng 3.12
Bảng 3.12: Kết quả thử nghiệm liên hệ giữa CV và L t bằng một số hàm toán
Equation Model Summary Parameter Estimates
R Square F df1 df2 Sig Constant B1
Ghi chú: L t là biến phụ thuộc và CV là biến độc lập
Ảnh hưởng tổng hợp của đặc điểm lưu vực đến dòng chảy
3.4.1 Ảnh hưởng tổng hợp của đặc điểm lưu vực đến hệ số tăng lũ
Nghiên cứu tại mục 3.3 cho thấy rằng diện tích, chu vi, chỉ số hình dạng của lưu vực và lượng mưa có mối liên hệ chặt chẽ với hệ số tăng lũ (F in) Hệ số này chịu ảnh hưởng tổng hợp từ các nhân tố trên Để xác định nhân tố nào tác động mạnh hơn đến hệ số tăng lũ, chúng tôi đã áp dụng phương pháp phân tích dọc và phân tích ngang, với kết quả được trình bày trong bảng 3.33.
Bảng 3.33: Bảng ma trận hệ số tương quan giữa các tiêu chuẩn với Fin
F in DT CV R PA Doc bq FC qđ ƩP
Hình 3.35 minh họa mối liên hệ tổng hợp giữa các yếu tố như diện tích, chu vi lưu vực và lượng mưa với hệ số tăng lũ.
Hình 3.35: Biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa DT, CV, RPA, P và Fin
3.4.2 Ảnh hưởng tổng hợp của đặc điểm lưu vực đến hệ số giảm lũ
Nghiên cứu tại mục 3.3 cho thấy mối liên hệ giữa diện tích, chu vi, chỉ số hình dạng của lưu vực và lượng mưa với hệ số giảm lũ (Fde), trong đó Fde bị ảnh hưởng tổng hợp bởi các yếu tố này Để xác định yếu tố nào tác động mạnh nhất đến hệ số giảm lũ, chúng tôi đã áp dụng phương pháp phân tích dọc và phân tích ngang, với kết quả được trình bày trong bảng 3.35, thể hiện ma trận hệ số tương quan giữa các tiêu chuẩn và Fde.
F de DT CV R PA Doc bq FC qđ ƩP
Hệ số giảm lũ chịu ảnh hưởng chủ yếu bởi chu vi lưu vực, tiếp theo là diện tích, hình dạng lưu vực và lượng mưa Phương trình thể hiện ảnh hưởng tổng hợp của các yếu tố này đối với Fin được trình bày như sau:
Hình 3.35 minh họa mối quan hệ tổng thể giữa các yếu tố như diện tích, chu vi của lưu vực và lượng mưa với hệ số giảm lũ.
Hình 3.35: Biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa DT, CV, P và Fde
3.4.3 Ảnh hưởng tổng hợp của lưu vực đến hệ số biến động dòng chảy
Nghiên cứu tại mục 3.3 cho thấy rằng diện tích và chu vi của lưu vực có mối liên hệ chặt chẽ với hệ số biến động dòng chảy (FCV) Những đặc điểm này ảnh hưởng tổng hợp đến FCV và được thể hiện qua một phương trình liên hệ cụ thể.
Hệ số biến động dòng chảy chịu ảnh hưởng tổng hợp từ diện tích và chu vi của lưu vực; lưu vực lớn dẫn đến hệ số biến động dòng chảy lớn hơn Mối liên hệ giữa các yếu tố diện tích, chu vi và hệ số biến động dòng chảy được minh họa rõ ràng trong hình 3.36 với công thức y = 0.0002*DT*CV + 143.99.
Hình 3.36: Biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa DT, CV và FCV
3.4.4 Ảnh hưởng tổng hợp của lưu vực đến tổng lưu lượng dòng chảy
Nghiên cứu tại mục 3.3 cho thấy tổng lưu lượng dòng chảy có mối liên hệ chặt chẽ với diện tích và lượng mưa của lưu vực Ảnh hưởng tổng hợp của các yếu tố này đến tổng lưu lượng dòng chảy được mô phỏng thông qua một phương trình cụ thể.
KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ
Qua nghiên cứu ảnh hưởng của đặc điểm lưu vực đến dòng chảy tại 17 lưu vực điển hình ở Việt Nam, đề tài rút ra một số kết luận sau:
1.1 Đặc điểm của các lưu vực nghiên cứu
- Diện tích và độ che phủ rừng: diện tích lưu vực biến động từ 334 ha đến
93178 ha Độ che phủ rừng biến động từ 6.36 % đến 70.89%, trung bình là 40.36%
Diện tích các lưu vực nghiên cứu dao động từ 3.343 ha đến 163.559 ha, trong khi chu vi của chúng biến đổi từ 57,31 km đến 295,3 km, với giá trị trung bình là 132,7 km.
Chỉ số hình dạng của các lưu vực trong nghiên cứu dao động từ 1.29 đến 2.06, cho thấy rằng tất cả các lưu vực đều có hình dạng gần giống tròn và dài.
Độ chênh cao trung bình của các lưu vực dao động từ 202.55m đến 953.27m, trong khi độ dốc trung bình của các lưu vực biến đổi từ 2.89° đến 27.58°, với giá trị trung bình là 15.51°.
- Biến động dòng chảy năm: lưu lượng dòng chảy ở các sông suối biến động rất mạnh theo mùa và có sự khác biệt giữa các lưu vực
1.2 Các chỉ số phản ánh đặc điểm của dòng chảy
- Tổng lưu lượng dòng chảy của lưu vực (Qt): biến động từ 47.62 triệu m 3 /năm đến 3210.68 triệu m 3 /năm
- Hệ số tăng lũ trung bình (F in ): hệ số tăng lũ của các lưu vực nghiên cứu biến động rất khác nhau, từ 0.42m 3 /s đến 32.51 m 3 /s
- Hệ số giảm lũ trung bình (Fde): hệ số giảm lũ của các lưu vực nghiên cứu rất khác nhau, biến động từ 0.27 m 3 /giờ đến 23.50 m 3 /giờ
- Thời gian trễ lũ (L t ): thời gian trễ lũ của các lưu vực nghiên cứu biến động rất khác nhau, từ 6.82 giờ đến 13.87 giờ
- Hệ số biến động dòng chảy (FCV): hệ số biến động dòng chảy của các lưu vực nghiên cứu rất khác nhau, biến động từ 94.77% đến 251.31 %
1.3 Mối liên hệ giữa đặc điểm lưu vực với các chỉ số phản ánh đặc điểm dòng chảy
1.3.1 Quan hệ giữa diện tích của lưu vực (DT) với các chỉ số phản ánh đặc điểm của dòng chảy
- Giữa DT và hệ số tăng lũ (Fin): có thể được mô tả bằng phương trình liên hệ Fin = -1.237 + 0.014*DT
- Giữa DT và hệ số giảm lũ (Fde):có thể được mô tả bằng phương trình liên hệ Fde = -1.398 + 0.009*DT
- Giữa DT và tổng lưu lượng dòng chảy (Qt):có thể được mô tả bằng phương trình liên hệ Q t = 41.615 + 1.356*DT
- Giữa DT và thời gian trễ lũ (L t ): giữa L t và DT của các lưu vực nghiên cứu không tồn tại mối liên hệ
- Giữa DT và hệ số biến động dòng chảy (F CV ) có thể được mô tả bằng phương trình liên FCV = 124.79 + 0.064*DT
1.3.2 Quan hệ giữa chu vi của lưu vực (CV) với các chỉ số phản ánh đặc điểm của dòng chảy
- Giữa CV và hệ số tăng lũ (Fin) có thể được mô tả bằng phương trình liên hệ Fin = - 5.198 + 0.09*CV
- Giữa CV và hệ số giảm lũ (Fde) có thể được mô tả bằng phương trình liên hệ Fde = -4.031 + 0.66*CV
- Giữa CV và tổng lưu lượng dòng chảy (Qt) có thể được mô tả bằng phương trình liên hệ Qt = 0.638*CV 1.44
- Giữa CV và thời gian trễ lũ (Lt) có thể được mô tả bằng phương trình liên hệ Lt = 4.278*CV 0.216
- Giữa CV và hệ số biến động dòng chảy (FCV) có thể được mô tả bằng phương trình liên hệ FCV = 106 + 0.4082*CV
1.3.3 Quan hệ giữa chỉ số hình dạng lưu vực (R PA ) với các chỉ số phản ánh đặc điểm của dòng chảy
- Giữa RPA và hệ số tăng lũ (Fin) có thể mô phỏng bằng phương trình liên hệ Fin = -31.549 + 23.529*RPA
- Giữa RPA và hệ số giảm lũ (Fde) có thể mô phỏng bằng phương liên hệ
- Giữa RPA và thời gian trễ lũ (Lt) có thể được mô phỏng bằng phương trình liên hệ Lt = 7.569*RPA 1.02
- Giữa RPA và hệ số biến động dòng chảy (FCV) tại các lưu vực nghiên cứu năm 2007 có mối liên hệ không rõ ràng
1.3.4 Quan hệ giữa độ dốc trung bình của lưu vực (Doctb) với các chỉ số phản ánh đặc điểm của dòng chảy
- Giữa Doc tb của lưu vực và hệ số tăng lũ (F in ) tại các lưu vực nghiên cứu có mối liên hệ không rõ ràng
- Giữa Doc tb của lưu vực và hệ số giảm lũ (F de ) có mối liên hệ không rõ ràng
- Giữa Doctb của lưu vực và thời gian trễ lũ (Lt) có thể mô phỏng bằng phương trình liên hệ Lt = 6.796 + 93.58/Doctb
- Giữa Doctb của lưu vực và hệ số biến đổi dòng (FCV) chảy có mối liên hệ không rõ ràng
1.3.5 Quan hệ giữa độ chênh cao trung bình (ΔAE) của lưu vực với các chỉ số phản ánh đặc điểm của dòng chảy: có mối liên hệ không rõ ràng và chưa thể mô phỏng bằng hàm toán học
1.3.6 Quan hệ giữa rừng với các chỉ số phản ánh đặc điểm dòng chảy: có mối quan hệ không rõ ràng, mối quan hệ này bị gây nhiễu bởi các yếu tố như chu vi, diện tích và chế độ mưa của lưu vực
1.3.7 Quan hệ giữa lượng mưa (P) với các chỉ số phản ánh đặc điểm dòng chảy
- Gữa P với hệ số tăng lũ (Fin) có thể mô phỏng bằng phương trình liên hệ: F in = - 5.6 + 0.4995*P
- Giữa P với hệ số giảm lũ (Fde) có thể được mô phỏng bằng phương trình liên hệ: F de = - 2.8851 + 0.2921*P
- Giữa P với thời gian trễ lũ (Lt) có mối liên hệ không rõ ràng, hệ số giảm lũ không chịu ảnh hưởng của lượng mưa
1.4 Ảnh hưởng tổng hợp của đặc điểm lưu vực đến dòng chảy
- Ảnh hưởng tổng hợp của đặc điểm lưu vực đến hệ số tăng lũ (Fin) được mô tả bằng phương trình: F in = 3.1286 + 3*10 -10 *DT 2 *CV*R PA *P 0.5
- Ảnh hưởng tổng hợp của đặc điểm lưu vực đến hệ số giảm lũ (Fde) được mô tả bằng phương trình: Fde = 3.946 + 3.84*10 -15 *DC 3 *DT 2 *(RPA*P) 0.5
- Ảnh hưởng tổng hợp của lưu vực đến hệ số biến động dòng chảy (FCV) được mô tả bằng phương trình: FCV = 143.99 + 0.0002*DT*CV
- Ảnh hưởng tổng hợp của lưu vực đến tổng lưu lượng dòng chảy được mô phỏng bằng phương trình: Qt = - 926.06 + 1.49*DT + 0.5*P
Chưa có đánh giá rõ ràng về ảnh hưởng của rừng đến các chỉ số dòng chảy, do các chỉ số này bị tác động mạnh bởi diện tích, chu vi, địa hình và chế độ mưa của lưu vực Các lưu vực nghiên cứu cho thấy sự khác biệt lớn về diện tích, chu vi, hình dạng, độ dốc, độ chênh cao và chế độ mưa, dẫn đến mối quan hệ giữa diện tích và phân bố rừng với dòng chảy trở nên phức tạp và không rõ ràng.