Nghiên cứu phân cấp nguy cơ cháy rừng bằng hàm lập nhóm ở khu vực vĩnh cửu, tỉnh đồng nai

Mức độ nguy cơ cháy rừng không chỉ có quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ không khí và độ thiếu hụt bão hòa hơi nước, mà còn với nhiều yếu tố khác như lượng mưa, độ ẩm không khí, tốc độ gió, k

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên Trần Đăng Khoa xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Trần Đăng Khoa

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, tôi xin chân thành cảm ơn:

- Ban giám hiệu, phòng Sau Đại học, Ban Giám đốc Phân hiệu, Phòng Khoa học công nghệ và Hợp tác quốc tế cùng quý thầy cô của trường Đại học lâm nghiệp

đã truyền đạt cho tôi những kiến thức cần thiết trong quá trình tôi học tập và thực hiện đề tài

- Tôi xin gửi những tình cảm tốt đẹp và lời cảm ơn chân thành đến PGS TS Nguyễn Văn Thêm đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

- Xin trân trọng cảm ơn lãnh đạo cùng toàn thể cán bộ, công chức ở cơ quan nơi công tác đã tạo mọi điều kiện cho tôi trong suốt thời gian học tập cũng như thời gian nghiên cứu thực hiện luận văn tốt nghiệp này

- Xin trân trọng cảm ơn Đài khí tượng thủy văn tỉnh Đồng Nai đã nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp số liệu cho tôi suốt thời gian thực hiện

- Gia đình, bạn bè, người thân đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập

Đồng Nai, tháng 4 năm 2017

Trần Đăng Khoa

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH, VẼ ĐỒ THỊ ix

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Ý nghĩa của đề tài 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Các kiểu và nguyên nhân cháy rừng 2

1.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến cháy rừng 2

1.3 Phương pháp dự báo cháy rừng 4

1.3.1 Xác định mùa cháy rừng 4

1.3.2 Phương pháp dự báo cháy rừng 5

1.4 Thảo luận chung 8

CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 9

2.1.1 Mục tiêu chung 9

2.1.2 Mục tiêu cụ thể 9

2.2 Đối tượng nghiên cứu 9

2.3 Phạm vi nghiên cứu 9

2.4 Nội dung nghiên cứu 9

2.5 Phương pháp nghiên cứu 9

2.5.1 Phương pháp luận 9

2.5.2 Phương pháp thu thập số liệu 11

2.5.3 Phương pháp xử lý số liệu 11

2.5.4 Công cụ xử lý số liệu 14

CHƯƠNG 3: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 15

3.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 15

3.1.1 Vị trí địa lý 15

3.1.2 Địa hình 15

3.1.3 Khí hậu, thủy văn 15

3.1.4 Đặc điểm tài nguyên rừng 16

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 17

4.1 Đặc điểm khí hậu ở khu vực nghiên cứu 17

4.1.1 Đặc điểm nhiệt độ không khí 17

4.1.2 Đặc điểm lượng mưa 18

4.1.3 Đặc điểm độ ẩm không khí 20

4.1.4 Đặc điểm lượng nước bốc hơi 22

4.1.5 Đặc điểm số giờ nắng 24

4.1.6 Đặc điểm hệ số thủy nhiệt 26

4.1.7 Nhận định chung về khí hậu ở khu vực nghiên cứu 28

4.2 Phân cấp nguy cơ cháy rừng theo phương pháp của Nesterov 29

4.2.1 Chỉ số khí hậu tổng hợp của Nesterov 29

4.2.2 Phân bố số ngày theo 5 cấp nguy cơ cháy rừng 30

4.2.3 So sánh những yếu tố thời tiết theo 5 cấp nguy cơ cháy rừng 32

4.3 Xây dựng các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng bằng hàm lập nhóm 35

4.3.1 Xác định những biến phân cấp nguy cơ cháy rừng 35

4.3.2 Xây dựng những hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng 36

4.4 Dự đoán cấp nguy cơ cháy rừng bằng hàm lập nhóm 50

4.4.1 Sự tương đồng giữa các cấp nguy cơ cháy rừng được dự đoán theo những phương pháp khác nhau 50

4.4.2 Dự báo cấp nguy cơ cháy rừng theo hàm lập nhóm 52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

5.1 Kết luận 56

5.2 Kiến nghị 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

PHỤ LỤC 59

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Bhmax - Bhmin (mm) Lượng nước bốc hơi cao nhất và thấp nhất

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Hệ số P hiệu chỉnh theo tốc độ gió 3Bảng 1.2 Chế độ khô ẩm ở Việt Nam 5Bảng 1.3 Cấp nguy cơ cháy rừng Thông Nhựa ở Quảng Ninh theo chỉ số PNes 6Bảng 4.1 Đặc trưng thống kê nhiệt độ không khí 12 tháng trong nămở khu vực nghiên cứu Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007 17Bảng 4.2 Đặc trưng thống kê nhiệt độ không khí cả năm ở khu vực nghiên cứu Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007 17Bảng 4.3 Đặc trưng thống kê lượng mưa ở khu vực nghiên cứu.Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007 19Bảng 4.4 Đặc trưng thống kê lượng mưa cả năm ở khu vực nghiên cứu.Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007 19Bảng 4.5 Đặc trưng thống kê độ ẩm không khí của 12 tháng trong năm ở khu vực nghiên cứu Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007 21Bảng 4.6 Độ ẩm không khí trung bình cả năm ở khu vực nghiên cứu Số liệu thống

kê 23 năm từ 1985 – 2007 21Bảng 4.7 Đặc trưng thống kê lượng nước bốc hơi của 12 tháng trong năm ở khu vực nghiên cứu Số liệu thống kê 16 năm từ 1992 – 2007 23Bảng 4.8 Lượng nước bốc hơi theo năm ở khu vực nghiên cứu.Số liệu thống kê 16 năm từ 1992 – 2007 23Bảng 4.9 Đặc trưng thống kê số giờ nắng của 12 tháng trong năm ở khu vực nghiên cứu Số liệu thống kê 16 năm từ 1992 – 2007 25Bảng 4.10 Tổng số giờ nắng cả năm ở khu vực nghiên cứu Số liệu thống kê 16 năm từ 1992 – 2007 25Bảng 4.11 Đặc trưng thống kê hệ số thủy nhiệt của 12 tháng trong năm ở khu vực nghiên cứu Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007 27Bảng 4.12 Hệ số thủy nhiệt cả năm ở khu vực nghiên cứu.Số liệu thống kê 23 năm

từ 1985 – 2007 27Bảng 4.13 Phân chia 5 cấp nguy cơ cháy rừng theo PNes ở khu vực nghiên cứu 29

Bảng 4.14 Phân bố số ngày trong 5 tháng theo 5 cấp nguy cơ cháy rừng ở khu vực

nghiên cứu Số liệu thống kê 6 năm từ tháng 12/2010 – 4/2015 30

Bảng 4.15 Phân bố số ngày từ tháng 12 năm trước đến tháng 4 năm sau theo 2 cấp mưa ở khu vực nghiên cứu.Số liệu thống kê 6 năm từ tháng 12/2010 – 4/2015 32

Bảng 4.16 Nhiệt độ không khí trung bình hàng ngày tương ứng với 5 cấp nguy cơ cháy rừng ở khu vực nghiên cứu.Số liệu thống kê 6 năm từ tháng 12/2010 – 4/2015 32

Bảng 4.17 Nhiệt độ không khí trung bình lúc 13 hàng ngày tương ứng với 5 cấp nguy cơ cháy rừng ở khu vực nghiên cứu.Số liệu thống kê 6 năm từ tháng 12/2010 – 4/2015 33

Bảng 4.18 Lượng mưa trung bình hàng ngày tương ứng với 5 cấp nguy cơ cháy rừng ở khu vực nghiên cứu.Số liệu thống kê 6 năm từ tháng 12/2010 – 4/2015 33

Bảng 4.19 Độ ẩm không khí trung bình hàng ngày tương ứng với 5 cấp nguy cơ cháy rừng ở khu vực nghiên cứu.Số liệu thống kê 6 năm từ tháng 12/2010 – 4/2015 34

Bảng 4.20 Tốc độ gió trung bình hàng ngày tương ứng với 5 cấp nguy cơ cháy rừng ở khu vực nghiên cứu Số liệu thống kê 6 năm từ tháng 12/2010 – 4/2015 34

Bảng 4.21 Mối quan hệ giữa các yếu tố khí tượng trong ngày ở khu vực nghiên cứu Số liệu thống kê 6 năm từ tháng 12/2010 – 4/2015 36

Bảng 4.22 Kiểm định sự khác biệt giữa 4 yếu tố khí tượng theo 5 cấp nguy cơ cháy rừng ở khu vực nghiên cứu 37

Số liệu thống kê 6 năm từ tháng 12/2010 – 4/2015 37

Bảng 4.23 Các hệ số của hàm hợp quy chuẩn hoá với 4 biến dự đoán 38

Bảng 4.24 Các hệ số của hàm hợp quy chưa chuẩn hoá với 4 biến dự đoán 38

Bảng 4.25 Các hàm ở trung tâm 5 cấp nguy cơ cháy rừng với 4 biến dự đoán 39

Bảng 4.26 Các hệ số của 5 hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng với 4 biến dự đoán 39

Bảng 4.27 Kết quả phân chia 5 cấp nguy cơ cháy rừng với 4 biến dự đoán 40

Bảng 4.28 Các hệ số của hàm hợp quy chuẩn hoá với 3 biến T, P và Rh 42

Bảng 4.29 Các hệ số của hàm hợp quy chưa chuẩn hoá với 3 biến T, P và Rh 42

Bảng 4.30 Các hàm ở trung tâm các cấp nguy cơ cháy rừng 43

Bảng 4.31 Các hệ số của 5 hàm phân cấp cháy rừng với 3 biến T, P và Rh 43

Bảng 4.32 Kết quả phân chia 5 cấp nguy cơ cháy rừng với 3 biến T, M và Rh 44

Bảng 4.33 Các hệ số của hàm hợp quy chuẩn hoá 46

Bảng 4.34 Các hệ số của hàm hợp quy chưa chuẩn hoá với 2 biến dự đoán 46

Bảng 4.35 Các hàm ở trung tâm các cấp nguy cơ cháy rừng 47

Bảng 4.36 Các hệ số của 5 hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng với 2 biến dự đoán 47

Bảng 4.37 Kết quả phân chia 5 cấp nguy cơ cháy rừng với 2 biến dự đoán 48

Bảng 4.38 Hệ số tương quan hạng giữa những cấp nguy cơ cháy rừng theo chỉ số khí hậu tổng hợp (P) của Nesterov và hàm lập nhóm với 2 – 4 biến khí tượng 50

Bảng 4.39 Các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng với 4 biến dự đoán 52

Bảng 4.40 Các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng với 3 biến dự đoán 52

Bảng 4.41 Các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng với 2 biến dự đoán 53

Bảng 4.42 Dự báo cấp cấp nguy cơ cháy rừng bằng hàm lập nhóm với 4 biến khí tượng T, P, Rh và G 53

Bảng 4.43 Dự báo cấp cấp nguy cơ cháy rừng bằng hàm lập nhóm với 3 biến khí tượng T, P và Rh 54

Bảng 4.44 Dự báo cấp cấp nguy cơ cháy rừng bằng hàm lập nhóm với 2 biến khí tượng T và Rh 54

DANH MỤC CÁC HÌNH, VẼ ĐỒ THỊ

Hình 4.1 Biểu đồ biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ trung bình tháng trong năm18 (a)

và trung bình năm (b) ở khu vực nghiên cứu 18 Hình 4.2 Biểu đồ biểu diễn tổng lượng mưa tháng trong năm (a) và tổng lượng mưa

cả năm (b) ở khu vực nghiên cứu 20 Hình 4.3 Biểu đồ biểu diễn độ ẩm không khí trung bình tháng trong năm (a) và trung bình năm (b) ở khu vực nghiên cứu 22 Hình 4.4 Biểu đồ biểu diễn lượng nước bốc hơi trung bình tháng (a) và trung bình năm (b) ở khu vực nghiên cứu 24 Hình 4.5 Biểu đồ biểu diễn số giờ nắng trung bình tháng (a) và trung bình năm (b)

ở khu vực nghiên cứu 26 Hình 4.6 Biểu đồ biểu diễn hệ số thủy nhiệt trung bình tháng (a) và trung bình năm (b) ở khu vực nghiên cứu 28 Hình 4.7 Biểu đồ Gaussen- Walter biểu diễn nhiệt độ không khí, lượng mưa và độ

ẩm không khí trong năm ở khu vực nghiên cứu 29 Hình 4.8 Biểu đồ mô tả phân bố số ngày trong 5 tháng theo 5 cấp nguy cơ cháy rừng của Nesterov ở khu vực nghiên cứu 31 Hình 4.9 Biểu đồ phân chia 5 cấp nguy cơ cháy rừng với 4 biến dự đoán 40 Hình 4.10 Biểu đồ phân chia 5 cấp nguy cơ cháy rừng với 3 biến dự đoán: T, P và

Rh 44 Hình 4.11 Biểu đồ phân chia 5 cấp nguy cơ cháy rừng với 2 biến dự đoán T và Rh 48

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hàng năm nước ta đã xảy ra hàng trăm vụ cháy rừng, thiêu hủy hàng ngàn héc ta rừng khác nhau (Đặng Vũ Cẩn và Hoàng Kim Ngũ, 1992) [1]; Phạm Ngọc Hưng, 2001) [4] Ở khu vực Vĩnh Cửu, từ năm 2000 đến nay, mỗi năm cũng có khoảng 2 vụ cháy rừng, làm thiệt hại hàng trăm triệu đồng Vì thể, vấn đề phòng chống cháy rừng và hạn chế những hậu quả xấu do cháy rừng gây ra là một việc làm cần thiết

Hiện nay các cấp dự báo nguy cơ cháy rừng ngắn hạn và dài hạn ở nước ta được xây dựng trên cơ sở áp dụng chỉ tiêu khí tượng tổng hợp (P) của Nesterov (1940) (Phạm Ngọc Hưng, 2001) [4] Ưu điểm của hai phương pháp này là đơn giản, dễ tính toán Hai phương pháp này cũng có nhiều nhược điểm Một là chúng chưa tính hết các yếu tố có ảnh hưởng đến cháy rừng Hai là, để tính được các cấp cháy, hàng ngày dự báo viên phải đo đạc nhiệt độ không khí trung bình tại hiện trường vào lúc 13 giờ Ba là chỉ số P được phân chia quá rộng và khi P thay đổi một vài đơn vị thì cấp cháy cũng thay đổi Bốn là dự báo viên phải theo dõi liên tục ngày

có mưa hay không có mưa trong tháng

Mức độ nguy cơ cháy rừng không chỉ có quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ không khí và độ thiếu hụt bão hòa hơi nước, mà còn với nhiều yếu tố khác như lượng mưa,

độ ẩm không khí, tốc độ gió, khối lượng và tình trạng vật liệu cháy…Mặt khác, biến động của những yếu tố khí hậu hàng ngày có quan hệ chặt chẽ với nhau Vì thế, phân cấp mức độ nguy cơ cháy rừng có thể được dự đoán theo nhiều yếu tố khí hậu khác nhau Phương pháp này cho phép hạn chế một phần những nhược điểm của phương pháp dự báo các cấp nguy cơ cháy rừng theo chỉ tiêu khí tượng tổng hợp (P) của Nesterov

Xuất phát từ đó, đề tài luận văn này ứng dụng hàm lập nhóm tuyến tính

Fisher với nhiều biến khí tượng trung bình ngày để Nghiên cứu phân cấp nguy cơ cháy rừng bằng hàm lập nhóm ở khu vực Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai

2 Ý nghĩa của đề tài

Về lý luận, đề tài góp phần xây dựng phương pháp phân cấp nguy cơ cháy rừng Về thực tiễn, đề tài cung cấp phương pháp dự đoán cấp nguy cơ cháy rừng dựa trên những biến số dễ đo đạc

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Các kiểu và nguyên nhân cháy rừng

Cháy rừng là sự lan truyền không định hướng của lửa theo diện tích rừng (Kimmins, 1998 [7]) Cháy rừng được phân chia thành ba kiểu: (1) cháy ngầm, (2) cháy dưới tán rừng hay cháy tầng dưới, (3) cháy tán rừng hay cháy tầng trên (Phạm Ngọc Hưng, 2001 [4]) Cháy ngầm là cháy các vật liệu hữu cơ (thảm mục và than bùn) tích tụ dưới mặt đất Đặc điểm của cháy ngầm là tốc độ lan truyền chậm (0,5 - 5,0 m/ngày), không hình thành ngọn lửa, khói rất ít Cháy dưới tán rừng (hay cháy

bề mặt sàn rừng) là cháy lớp vật rụng trên sàn rừng, thảm cây bụi, thảm cỏ và lớp cây tái sinh phân bố dưới tán rừng Đây là loại cháy thường hay xảy ra Tốc độ cháy dưới tán rừng thay đổi tùy theo nguồn vật liệu cháy (vật rụng, xác chết của cây rừng, thảm cây bụi và thảm cỏ, cây tầng dưới, cây gỗ tầng trên) và thời tiết (ẩm độ, nhiệt độ, gió) Cháy tán rừng hay cháy tầng trên là cháy tầng tán quần thụ Loại cháy này xảy ra do ảnh hưởng lan truyền từ cháy tầng dưới Cháy tầng trên cũng có thể xảy ra với tốc độ nhanh (15 - 25 m/s) hoặc tốc độ chậm (5 - 15 m/s)

Cháy rừng là do kết quả của những hoạt động bất cẩn hoặc hoạt động vô ý thức của con người và sấm sét; trong đó hoạt động của con người là nguyên nhân chủ yếu Vì thế, lửa được xem là một yếu tố của nhóm sinh vật, bởi vì nó gắn liền với hoạt động của con người (Kimmins, 1998 [7]; Phạm Ngọc Hưng, 2001 [4])

1.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến cháy rừng

Cháy rừng xảy ra do nhiều yếu tố khác nhau như khí hậu (nhiệt độ, mưa, độ

ẩm không khí, lượng nước bốc hơi, tốc độ gió…), nguồn vật liệu cháy, vùng sinh thái, tập quán canh tác và ý thức của cộng đồng (Kimmins, 1998 [7]; Shu Lifu,1998,

1999 [9, 10]; Phạm Ngọc Hưng, 2001 [4]; Li, 2012 [8]; Yundan Xiao và ctv, 2015

[15])

Trong các yếu tố khí hậu, độ ẩm tương đối của không khí (Rh%) đóng vai trò quan trọng Những ngày có Rh% thấp là nguyên nhân dẫn đến vật liệu cháy bị khô (Li, 2012 [8]) Tốc độ gió (G, m/s) có ảnh hưởng lớn đến cháy rừng Giữa tốc độ gió và cháy rừng có mối quan hệ dương Lượng nước bốc hơi (Bh, mm) hàng ngày

có ảnh hưởng lớn đến cháy rừng Lượng nước bốc hơi phụ thuộc vào độ ẩm không khí và tốc độ gió (Yundan Xiao và ctv, 2015) [15]

Nhiệt độ cao dẫn đến sự mất nước từ vật liệu cháy và làm cho vật liệu cháy

bị khô Từ đó cháy có thể xuất hiện Độ ẩm thiếu hụt của không khí là yếu tố có ảnh hưởng đến cháy rừng Độ ẩm thiếu hụt của không khí là sự chênh lệch giữa nhiệt độ không khí vào lúc 13 giờ và nhiệt độ điểm sương Nhiệt độ điểm sương là nhiệt độ

ở thời điểm không khí bão hoà hơi nước Khi không khí bão hoà hơi nước thì quá trình ngưng kết hơi nước trong không khí sẽ xảy ra Khi không khí có độ ẩm thấp và nhiệt độ cao thì vật liệu cháy sẽ khô Đây là điều kiện thuận lợi cho quá trình cháy Gió có ảnh hưởng đến tốc độ lan truyền và hướng di chuyển của lửa Gió cũng làm vật liệu cháy khô nhanh hơn Tốc độ cháy gia tăng cùng với sự gia tăng tốc độ gió Khi tốc độ gió đạt trên 15 km/h thì tốc độ và tính nguy hiểm của cháy sẽ tăng lên nhanh Tùy theo tốc độ gió (G, m/s), Kooper (1990) [dẫn theo 3] đã đề nghị hiệu chỉnh chỉ số nguy cơ cháy rừng (PNes) của Nesterov như Bảng 1.1

Bảng 1.1 Hệ số P hiệu chỉnh theo tốc độ gió

lá còn tươi…Tính nguy hại của cháy tăng lên cùng với sự gia tăng vật liệu cháy (Phạm Ngọc Hưng 2001) [4]

Điều kiện khí hậu có ảnh hưởng đến cháy rừng Ở khu vực Đông Nam Bộ có hai mùa khô và mưa phân biệt khá rõ; trong đó mùa khô kéo dài 4 – 6 tháng từ tháng 12 năm trước đến tháng 4 năm sau Đây là mùa phát sinh cháy rừng ở miền Nam (Phạm Ngọc Hưng 2001) [4]

Mật độ dân cư, phương thức canh tác, mật độ điểm du lịch và người đi du lịch vào rừng và mật độ đường giao thông cũng ảnh hưởng lớn đến cháy rừng (Nguyễn Văn Thêm, 2002) [2] Ý thức sinh hoạt của cộng đồng có ảnh hưởng lớn đến cháy rừng Nhiều vụ cháy rừng ở nước ta có liên quan đến phương thức canh tác và sinh hoạt của cộng đồng (Phạm Ngọc Hưng 2001) [4]

Nói chung, dự báo nguy cơ cháy rừng là một vấn đề khó khăn Bên cạnh yếu

tố thời tiết, cháy rừng cũng có liên quan đến điều kiện tự nhiên, loài cây gỗ và hoạt động của con người Ngày nay quản lý lửa rừng có thể được thực hiện nhờ vào hệ thống thông tin địa lý (GIS) và viễn thám (Shu Lifu,1998) [9]

1.3 Phương pháp dự báo cháy rừng

Dự báo cháy rừng bao gồm hai bước: (1) Xác định mùa cháy rừng, (2) Dự báo cháy rừng dài hạn (tuần, tháng) và ngắn hạn (ngày)

1.3.1 Xác định mùa cháy rừng

Mùa cháy rừng là khoảng thời gian khô và hạn trong năm Có hai phương pháp xác định mùa cháy rừng Một là phương pháp biểu đồ biểu diễn lượng mưa trung bình của tuần trong một năm Hai là phương pháp dựa vào chỉ số khô hạn Biểu đồ mô tả lượng mưa trung bình của tuần trong một năm được vẽ với trục tung

là lượng mưa (P, mm), còn trục hoành là tuần hay tháng trong năm Mùa cháy rừng

là những tháng có lượng mưa nhỏ hơn 15 mm (Phạm Ngọc Hưng 2001) [4]

Chế độ khô ẩm là tác nhân khống chế và ấn định sự hình thành các kiểu khí hậu thực vật ở Việt Nam (Thái Văn Trừng, 1999) [5] Chế độ khô ẩm bao gồm ba chỉ tiêu: lượng mưa (P, mm), chỉ số khô hạn (X) và độ ẩm tương đối của không khí trung bình thấp nhất (%) Chỉ số khô hạn X được xác định bằng công thức (1.1); trong đó S là số tháng khô Khi tổng lượng mưa của tháng Ps < 50 mm, thì tháng đó

là tháng khô Đại lượng A là số tháng hạn trong mùa khô (Pa) Những tháng có Pa <

25 mm là những tháng hạn Đại lượng D là số tháng kiệt Tháng kiệt là tháng có Pd

< 5 mm

Căn cứ vào lượng mưa, độ ẩm tương đối trung bình thấp nhất và chỉ số khô hạn, Thái Văn Trừng (1999) [5] đã phân chia chế độ khô ẩm ở Việt Nam thành 4 cấp (Bảng 1.2)

Bảng 1.2 Chế độ khô ẩm ở Việt Nam

Lượng mưa

(mm/năm)

Chỉ số khô hạn (số tháng)

Độ ẩm không khí thấp nhất (%)

Tên gọi chế độ khô ẩm

PNes (Công thức 1.2); trong đó PNes là chỉ tiêu tổng hợp về nguy cơ cháy rừng, n là

số ngày không mưa hoặc lượng mưa nhỏ hơn 5 mm, Ti là nhiệt độ không khí lúc 13 giờ (thời điểm xảy ra cháy nhiều nhất), Di là nhiệt độ điểm sương lúc 13 giờ Nhiệt

độ điểm sương là nhiệt độ ở thời điểm không khí bão hoà hơi nước 100% Khi không khí bão hoà hơi nước, thì quá trình ngưng kết hơi nước trong không khí sẽ xảy ra

Nếu lượng mưa ngày cuối cùng lớn hơn hay nhỏ hơn 5 mm, thì chỉ số PNesđược điều chỉnh bằng hệ số K (Công thức 1.3) Hệ số K = 0 khi lượng mưa ngày lớn hơn 5 mm Ngược lại, những ngày có lượng mưa nhỏ hơn 5 mm thì K = 1 Chỉ tiêu

PNes được tính dựa trên tài liệu đo đếm ở các trạm khí tượng gần nhất

PNes = K*∑ Ti(Ti-Di) (1.3)

Căn cứ vào độ lớn của PNes, Phạm Ngọc Hưng (1998) [4] đã phân chia mức

độ nguy cơ cháy rừng Thông Nhựa ở Quảng Ninh thành 5 cấp (Bảng 1.3)

Bảng 1.3 Cấp nguy cơ cháy rừng Thông Nhựa ở Quảng Ninh theo chỉ số P Nes

I

II III

Cực kỳ nguy hiểm

Cháy rừng còn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác như tốc độ gió, độ ẩm của vật liệu cháy và mưa…Vì thế, Kooper (1990; dẫn theo Phạm Ngọc Hưng, 1988) [4] đã đề nghị hiệu chỉnh chỉ số nguy cơ cháy rừng PNes của Nesterov theo tốc độ gió Nếu chỉ số PNes được đưa vào hệ số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của gió, thì thời gian dự báo có giá trị trong 24 giờ kế tiếp Ngược lại, nếu giá trị PNes không được hiệu chỉnh theo hệ số gió, thì P của ngày kế tiếp được tính theo công thức 1.2 và 1.3 Tùy theo điều kiện khí hậu địa phương, mỗi vùng có thể lập một bảng phân cấp phòng cháy riêng

n

1

n

1

1.3.2.2 Dự báo cháy rừng dài hạn

Dự báo cháy rừng dài hạn là xác định số ngày khô hạn liên tục (tuần = 7 – 10 ngày) có khả năng cháy rừng Ở Việt Nam, Phạm Ngọc Hưng (1988) [4] đã dự báo cháy rừng dài hạn dựa theo chỉ số Hi (Công thức 1.4) Chỉ số Hi là số ngày khô hạn liên tục (lượng mưa < 5 mm); Hi-1 là số ngày khô hạn tính đến ngày i – 1; K là hệ số điều chỉnh theo lượng mưa: K = 0 khi mưa trên 5 mm, còn K = 1 khi mưa < 5 mm

1.3.2.3 Dự báo cháy rừng dựa theo độ ẩm vật liệu cháy

Giữa độ ẩm vật liệu cháy và khả năng cháy có quan hệ chặt chẽ với nhau Vì thế, việc dự báo cháy rừng có thể dựa theo độ ẩm vật liệu cháy Hiện nay hệ thống

dự báo cháy rừng ở Nga, Mỹ và Canada bao gồm ba yếu tố Một là đặc điểm của thảm thực vật rừng (loài cây, cấu trúc rừng và sàn rừng, động thái biến đổi theo mùa của rừng và sàn rừng) Hai là các yếu tố có liên quan đến độ ẩm vật liệu cháy (thời tiết) Ba là các yếu tố thuộc về nguồn lửa gây ra cháy rừng

Ở nước Nga, các mức nguy cơ cháy rừng được tính toán theo chỉ số khô hạn PV-1 Các chỉ số này được xác định theo phương pháp của Nesterov (1949) Giá trị PV-1 đối với 24 giờ trước được xác định theo nhiệt độ không khí và nhiệt độ điểm sương lúc 3 giờ chiều hàng ngày và tổng lượng mưa đêm (7 giờ tối đến 7 giờ sáng) trên 5mm Giá trị PV-1 được kết hợp với độ ẩm của rêu Giá trị PV-2 được kết hợp với độ ẩm của cỏ Độ dày của lớp rêu từ 5 – 8 cm ở rừng Thông được sử dụng là chỉ tiêu tổng hợp về vật liệu cháy của thảm thực vật Sau này người ta đã điều chỉnh phương pháp dự báo cháy rừng của Nesterov bằng chỉ số PVG Chỉ số này được tính toán dựa vào độ ẩm vật liệu cháy và lượng mưa (Vonsky và Zhdanko 1976) [14]

Hệ thống chỉ số thời tiết cháy rừng ở Canada (FWI = Canadian Forest Fire Weather Index System) được phân chia theo hàm lượng nước trong vật liệu cháy Trước hết, hàng ngày xác định và mã hóa độ ẩm trong ba lớp vật liệu cháy Mã FFMC là lớp vật liệu cháy có bề dày lớn hơn 1,2 cm; mã DMC = 1,2 - 7 cm và mã

DC = 7 - 18 cm Sau đó xác định nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí, tốc độ gió

và lượng mưa trong 24 giờ trước Sự kết hợp của ba mã độ dày của vật liệu cháy và tốc độ gió phản ánh mức nguy hại của cháy rừng (Vonsky và Zhdanko 1976) [14]

Hệ thống phân cấp nguy cơ cháy quốc gia (NFDRS) ở Mỹ được xác định dựa theo vật liệu cháy và thời tiết hàng ngày Vật liệu cháy được phân chia thành 2 tiêu chuẩn: chết và sống Vật liệu khô phụ thuộc vào thời tiết và được phân chia thành 4 cấp (Deeming và ctv, 1977) [6]

Cháy rừng còn có liên quan đến mật độ dân cư, tập quán canh tác của địa phương, hoạt động thăm quan và du lịch Vì thế, tần số xuất hiện cháy rừng có thể được xác định dựa theo các mô hình toán Ở Trung Quốc, Yundan Xiao và ctv

(2015)[15] đã sử dụng mô hình Poisson và mô hình nhị thức để xác định tần số xuất

hiện cháy rừng Các cấp cháy rừng cũng có thể được xác định bằng hàm lập nhóm với nhiều biến khí tượng (Nguyễn Văn Thêm, 2004)[3]

1.4 Thảo luận chung

Từ những tổng quan về cháy rừng và phương pháp dự báo cháy rừng cho thấy, các cấp nguy cơ cháy rừng có thể được dự đoán theo hai phương pháp Một là các cấp nguy cơ cháy rừng được phân chia dựa vào tình trạng thời tiết hàng ngày Hai là các cấp nguy cơ cháy rừng được phân chia dựa vào sự kết hợp giữa tình trạng thời tiết hàng ngày và tình trạng vật liệu cháy Nhiều tác giả đã chỉ ra rằng, xác định cháy rừng với độ tin cậy cao là một vấn đề rất phức tạp và khó khăn Nguyên nhân

là vì cháy rừng có liên quan đến rất nhiều yếu tố khác nhau như tình trạng thời tiết, tình trạng vật liệu cháy, loài cây và kiểu rừng, địa hình, tập quán văn hóa và tập quán canh tác của cộng đồng địa phương Ở các nước tiên tiến (Nga, Mỹ và Canada), các cấp nguy cơ cháy được phân chia dựa vào sự kết hợp giữa tình trạng thời tiết hàng ngày và tình trạng vật liệu cháy Ở nước ta, các cấp dự báo nguy cơ cháy rừng ngắn hạn và dài hạn được xây dựng dựa vào chỉ số PNes của Nesterov và chỉ số ngày khô hạn của Phạm Ngọc Hưng (2001)[4] Ưu điểm của các phương pháp này là đơn giản và dễ tính toán Nhưng các phương pháp này cũng có nhiều hạn chế Mặt khác, nếu các cấp cháy được phân chia bằng cách kết hợp giữa tình trạng thời tiết và vật liệu cháy, thì dự báo cháy đòi hỏi rất nhiều thông tin khác nhau Đây là khó khăn lớn đối với công việc dự báo cháy rừng ở nước ta

Dựa theo 5 cấp cháy rừng được phân chia theo chỉ số PNes của Nesterov và những biến khí tượng trung bình hàng ngày, đề tài luận văn này áp dụng các hàm lập nhóm tuyến tính Fisher (Grouping Fisher’s Linnear Functions) để xây dựng các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng ở khu vực Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai

CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

2.1.1 Mục tiêu chung

Xây dựng những hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng dựa trên những yếu tố khí tượng trung bình ngày để làm cơ sở cho việc dự báo cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày ở khu vực Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai

2.1.2 Mục tiêu cụ thể

a Xác định những đặc trưng khí hậu ở khu vực Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai

b Xây dựng các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng dựa trên những biến khí tượng trung bình ngày

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là phân cấp mức độ nguy cơ cháy rừng Địa điểm nghiên cứu được thực hiện tại khu vực Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai Thời gian theo dõi diễn biến thời tiết hàng ngày từ tháng 12 năm trước đến tháng 4 năm sau Đây là thời kỳ có nguy cơ cháy rừng rất cao

2.3 Ph m vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là phân cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày trong những tháng có nguy cơ cháy rừng Nội dung nghiên cứu tập trung phân tích đặc điểm khí hậu và xây dựng những hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng Từ những kết quả nghiêncứu, đề xuất các hàm dự báo cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày trong những tháng có nguy cơ cháy rừng ở khu vực Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai

2.4 Nội dung nghiên cứu

(1) Đặc điểm khí hậu ở khu vực nghiên cứu

(2) Phân cấp nguy cơ cháy rừng theo phương pháp của Nesterov

(3) Xây dựng các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng bằng hàm lập nhóm (4) Dự đoán cấp nguy cơ cháy rừng bằng hàm lập nhóm

2.5 Phương pháp nghiên cứu

2.5.1 Phương pháp luận

Phương pháp luận của đề tài dựa trên những quan niệm sau đây:

(1) Cháy rừng có mối liên hệ chặt chẽ với điều kiện thời tiết khô hạn Khi mức độ khô hạn tăng dần thì nguy cơ cháy rừng cũng tăng dần Vì thế, nguy cơ cháy rừng có thể được phân chia dựa theo điều kiện thời tiết hàng ngày

(2) Cháy rừng và tính khốc liệt của cháy rừng cũng có mối liên hệ chặt chẽ với khối lượng và tình trạng vật liệu cháy dưới tán rừng Khối lượng vật liệu cháy dưới tán rừng biến đổi theo mùa Vật liệu cháy chỉ nguy hại khi độ ẩm của chúng hạ thấp dưới 25% Vì thế, nguy cơ cháy rừng và tính khốc liệt của cháy rừng có thể được phân chia dựa theo tình trạng vật liệu cháy

(3) Phân cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày dựa theo chỉ số PNes của Nesterov đòi hỏi phải biết nhiệt độ không khí và nhiệt độ điểm sương lúc 13 giờ trưa Thông thường những chỉ tiêu khí tượng này không được thông báo hàng ngày trên các phương tiện truyền thông Trái lại, nhiều phương tiện truyền thông (báo, tivi, internet) có thể thông báo tình trạng thời tiết trung bình hàng ngày Vì thế, thay vì phân cấp nguy cơ cháy rừng theo nhiệt độ không khí và nhiệt độ điểm sương lúc 13 giờ trưa, các cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày có thể được phân cấp dựa theo nhiều yếu tố khí tượng trung bình ngày

Xuất phát từ những quan niệm trên đây, hướng giải quyết của đề tài bắt đầu

từ việc xác định mùa cháy rừng Kế đến phân cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày theo chỉ số PNes của Nesterov Sau đó, từ các cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày theo chỉ số PNes của Nesterov, xây dựng các hàm lập nhóm với nhiều biến khí tượng trung bình ngày để xác định những ngày có cùng cấp nguy cơ cháy rừng Các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng với nhiều biến khí tượng trung bình ngày là cơ sở để phân cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày ở khu vực nghiên cứu

Những giả thuyết nghiên cứu

(1) Những ngày có điều kiện thời tiết tương đồng với nhau thì cấp nguy cơ cháy rừng cũng tương đồng với nhau Giả thuyết này được kiểm định thông qua so sánh điều kiện thời tiết hàng ngày trong các cấp nguy cơ cháy rừng

(2) Những cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày của những năm tiếp theo cũng tương đồng với những cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày của những năm trước đó Giả thuyết này dựa trên cơ sở thời tiết biến đổi theo quy luật nhất định và có thể dự báo được với độ tin cậy cao

2.5.2 Phương pháp thu thập số liệu

Để mô tả đặc trưng khí hậu và xác định mùa cháy rừng ở khu vực nghiên cứu, số liệu thu thập bao gồm nhiệt độ không khí trung bình tháng (T,0C), lượng mưa trung bình tháng (P, mm), lượng nước bốc hơi hàng tháng (Bh, mm), độ ẩm không khí trung bình tháng (Rh,%), tổng số giờ nắng trong tháng (N, giờ), tốc độ gió trung bình tháng (G, m/s) và hệ số thủy nhiệt tháng (K) Những chỉ tiêu khí hậu này được thu thập trong 23 năm từ năm 1985 đến 2007

Để xây dựng các hàm dự báo nguy cơ cháy rừng ở khu vực nghiên cứu, những biến khí tượng được thu thập bao gồm nhiệt độ không khí trung bình ngày (T,0C), tổng lượng mưa ngày (P, mm), độ ẩm không khí trung bình ngày (Rh,%) và tốc độ gió trung bình ngày (G, m/s) Những chỉ tiêu này được thu thập từ ngày 01 tháng 12 năm trước đến ngày 30 tháng 04 năm sau Thời gian thu thập trong 6 năm

từ năm 2010 đến 2015 Tổng số 787 ngày

Tất cả các thông tin về khí tượng được thu thập từ Đài khí tượng thủy văn Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai

2.5.3 Phương pháp xử lý số liệu

Nội dung 1 Xác định những đặc điểm khí hậu của khu vực nghiên cứu

Những yếu tố khí hậu được nghiên cứu là T, P, Rh, Bh, N, G và K của 12 tháng trong năm Hệ số thủy nhiệt (K) của từng tháng trong năm được tính theo phương pháp của Xelianhicov (Công thức 2.1); trong đó ΣP (mm) là tổng lượng mưa tháng hoặc nhiều tháng, T(0C) là tổng nhiệt độ của tháng hoặc nhiều tháng tương ứng

(2.1) Những đặc trưng khí hậu được xác định bao gồm giá trị trung bình, lớn nhất, nhỏ nhất, phạm vi biến động, hệ số biến động…Từ những thống kê này, xây dựng những bảng và biểu đồ biểu thị sự biến đổi của những yếu tố khí tượng theo 12 tháng trong năm Ngoài ra, xây dựng biểu đồ Gaussen - Walter để biểu thị sự thay đổi nhiệt độ không khí, lượng mưa và độ ẩm không khí theo 12 tháng trong năm Đây là cơ sở để xác định cấp chế độ khô ẩm ở Việt Nam theo phương pháp của Thái Văn Trừng (1999) [5]

K = ∑P

0.10*T

Nội dung 2 Xác định cấp nguy cơ cháy rừng theo chỉ số PNes của Nesterov Những chỉ tiêu cần xác định bao gồm chỉ số PNes của Nesterov, các cấp cháy rừng hàng ngày và đặc trưng khí tượng của các cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày Chỉ số

PNes được xác định theo công thức (2.2) Ở công thức 2.2, PNes là chỉ tiêu tổng hợp

về nguy cơ cháy rừng; n là số ngày không mưa hoặc lượng mưa nhỏ hơn 5 mm; Ti

là nhiệt độ không khí lúc 13 giờ; Di là nhiệt độ điểm sương lúc 13 giờ; K là hệ số điều chỉnh theo lượng mưa Đối vối những ngày có lượng mưa lớn hơn 5 mm thì K

= 0 Ngược lại, những ngày có lượng mưa nhỏ hơn 5 mm thì K = 1

PNes = K*∑ Ti(Ti-Di) (2.2)

Dựa theo phạm vi biến động của chỉ số PNes, các cấp cháy rừng hàng ngày được phân chia thành 5 cấp Cấp I là cấp cháy rất ít xảy ra Cấp II là cấp có khả năng cháy Cấp III là cấp có khả năng cháy lớn Cấp IV là cấp cháy nguy hiểm Cấp

V là cấp cháy cực kỳ nguy hiểm Trong phần phân tích số liệu, đề tài làm rõ cấp nguy cơ cháy rừng thay đổi theo ngày trong những tháng có nguy cơ cháy rừng; những tháng nào có nguy cơ cháy rừng cao; đặc trưng khí tượng (T, P, Rh, Bh, N) tương ứng với mỗi cấp nguy cơ cháy rừng trong từng tháng

Nội dung 3 Xây dựng hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng bằng hàm lập nhóm với nhiều biến dự đoán khác nhau Những điều kiện để xây dựng các hàm lập nhóm: (a) Đối tượng nghiên cứu phải có ít nhất 2 nhóm; (b) Các biến phân loại phải có ít nhất 2 biến; (c) Các biến phân loại phải khác nhau giữa các nhóm Theo những điều kiện này, các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng được xây dựng theo ba bước

(a) Xác định những biến (chỉ tiêu tượng) có ý nghĩa phân cấp nguy cơ cháy rừng ở khu vực nghiên cứu Để phản ánh thời tiết hàng ngày của những tháng có nguy cơ cháy rừng cao (từ tháng 12 năm trước đến tháng 4 năm sau), đề tài sử dụng

4 biến có ảnh hưởng lớn đến cháy rừng: T, P, Rh và G Đây là những chỉ tiêu khí tượng được thông báo hàng ngày thông qua Đài khí tượng thủy văn và các phương tiện truyền thông ở địa phương Sự khác biệt của các biến khí tượng giữa các cấp nguy cơ cháy rừng được kiểm định bằng tiêu chuẩn Wilks’ Lambda

(b) Xây dựng 5 hàm phân chia 5 cấp nguy cơ cháy rừng Về lý thuyết, các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng có thể bao gồm nhiều biến dự đoán hoặc chỉ bao gồm một số biến dự đoán có ý nghĩa phân loại lớn nhất Về mặt thực tiễn, các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng với ít yếu tố dự đoán có ưu điểm lớn hơn so với các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng với nhiều yếu tố dự đoán Nguyên nhân là vì các hàm với ít biến dự đoán cho phép làm giảm các chi phí về tiền, thời gian và nhân lực Vì thế, để giảm bớt những khó khăn kể trên nhưng vẫn thu được kết quả với độ chính xác mong muốn, đề tài đã xác định những yếu tố khí hậu có ý nghĩa phân loại lớn nhất Để đạt mục đích này, các hệ số và những biến tối ưu của các hàm lập nhóm được xác định theo phương pháp lập nhóm từng bước; trong đó những biến được giữ lại trong mô hình phải có kiểm định F > 3,84, còn những biến bị bị loại bỏ

có F < 2,71 Trong phần xử lý số liệu, từ 4 yếu tố (biến dự đoán) khí tượng (T, P,

Rh, G) của 787 ngày trong mùa có nguy cơ cháy rừng, trước hết kiểm định ý nghĩa phân loại của các biến bằng phân tích phương sai (ANOVA) Những biến có ý nghĩa phân loại phải khác nhau rõ rệt giữa các cấp nguy cơ cháy rừng Kế đến đã xây dựng 5 hàm lập nhóm (hay 5 hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng) theo 3 dạng hàm Dạng hàm 1 (2.3) bao gồm 4 biến: T, P, Rh và G Dạng hàm 2 bao gồm 3 biến: T, P và Rh (2.4) Dạng hàm 3 bao gồm 2 biến: T và Rh (2.5) Ở các hàm 2.3 – 2.5, T(k), P(k), Rh(k) và G(k) tương ứng là các biến của hàm lập nhóm thứ k hay cấp cháy rừng thứ k (k = I, II, III, IV và V); còn a, b, c, d, e là các hệ số của hàm lập nhóm Các hệ số của hàm lập nhóm được xác định theo phương pháp khoảng cách của Mahalanobis

các thống kê phân loại (các hệ số của hàm phân loại, thống kê phân loại các trường hợp và kết quả phân loại)…Tất cả kết quả xử lý được tập hợp thành bảng và đồ thị

để báo cáo và phân tích so sánh giữa các cấp nguy cơ cháy rừng

(c) Dự báo cấp nguy cơ cháy rừng Năm cấp nguy cơ cháy rừng (cấp I – V)

ở khu vực nghiên cứu được dự đoán theo năm hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng Các cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày được tính toán theo ba dạng hàm lập nhóm Dạng hàm 1 với 4 biến dự đoán (T, P, Rh và G) Dạng hàm 2 với 3 dự đoán (T, P, Rh) Dạng hàm 3 với 2 biến dự đoán (T, Rh)

2.5.4 Công cụ xử lý số liệu

Công cụ xử lý số liệu là bảng tính Excel và phần mềm thống kê SPSS 10.0 Bảng tính Excel được sử dụng để tập hợp số liệu và vẽ biểu đồ Phần mềm thống kê SPSS 10.0 được sử dụng để xây dựng các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng

CHƯƠNG 3: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU

3.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên

3.1.1 Vị trí địa lý

Địa giới hành chính của khu vực nghiên cứu:

- Phía Bắc giáp huyện Đồng Phú và huyện Bù Đăng, tỉnh Bình Phước;

- Phía Đông giáp huyện Tân Phú và huyện Định Quán;

- Phía Nam và Đông Nam giáp thành phố Biên Hòa và huyện Trảng Bom;

- Phía Tây giáp huyện Tân Uyên, tỉnh Bình Dương

3.1.2 Địa hình

Địa hình đồi thấp lượn sóng chia cắt nhẹ và dạng địa hình bằng dọc theo thềm sông với độ cao từ 5 - 15 mét tạo nên dải đất phù sa hẹp chủ yếu là Aluvi hiện đại, chia cắt nhẹ, độ dốc nhỏ hơn 30 Địa hình có nhiều hướng thấp dần từ Đông Bắc sang Tây Nam Cao trình cao nhất ở phía Đông Bắc 35 – 55 m, cao trình thấp nhất ở phía Tây Nam 5 – 10 m

3.1.3 Khí hậu, thủy văn

Vĩnh Cửu nói chung là khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, có hai mùa, với nền nhiệt độ cao đều là điều kiện đảm bảo nhiệt lượng cao cho cây trồng phát triển quanh năm Nhiệt độ bình quân 26,80C, nhiệt độ tối cao trung bình 280C vào tháng 4, nhiệt độ tối thấp trung bình 24,60C vào tháng 12 và 1 Lượng mưa lớn (1.797 mm/năm), phân bố theo mùa (mùa khô và mùa mưa) đã chi phối mạnh mẽ nền sản xuất nông lâm nghiệp Mùa khô kéo dài 5 tháng từ tháng 12 năm trước đến tháng 4 năm sau Mùa mưa kéo dài 7 tháng từ tháng 5 đến tháng 11 trong năm Độ

ẩm bình quân 80%, tối cao 87% vào các tháng 7 - 9, tối thấp 70% vào các tháng 2

Đông - Tây và đổ ra sông Bé Bên cạnh đó, trên phạm vi xã có nguồn nước đáng kể

đó quan trọng nhất là sông Đồng Nai, có ý nghĩa trong việc cung cấp nước phục vụ sinh hoạt, nông nghiệp và tạo thế cân bằng sinh thái của vùng

Khu vực nghiên cứu có 02 nhóm chính đó là đất xám và đất đỏ vàng Nhóm đất xám được hình thành trên phù sa cổ có địa hình cao bằng thoát nước, tầng đất hữu hiệu dày từ 30 đến 100 cm, thành phần cơ giới nhẹ, tỷ lệ cát trong đất cao Đất

có màu xám đến xám hơi vàng, địa hình thấp ngập nước đất có màu xám xanh (gley), những nơi mức nước ngầm lên xuống không đều đất bị kết von Đất nghèo dinh dưỡng (Mùn, đạm, lân, kali) Đất xám tập trung nhiều trên địa hình đồi bằng lượn sóng nhẹ, thoát nước thích hợp với các loại cây hoa màu và cây lâm nghiệp, đồng thời thích hợp với việc sử dụng các mục đích xây dựng, giao thông Nhóm đất

đỏ chiếm diện tích nhỏ, đất bị kết von, tầng đất mịn mỏng, đất chua và nghèo dinh dưỡng Khả năng chỉ bố trí trồng các loại cây lâm nghiệp

3.1.4 Đặc điểm tài nguyên rừng

(1) Theo số liệu của Phòng thống kê huyện Vĩnh Cửu, tài nguyên rừng và đất

rừng của khu vực Vĩnh Cửu như sau:

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

4.1 Đặc điểm khí hậu ở khu vực nghiên cứu

4.1.1 Đặc điểm nhiệt độ không khí

Đặc điểm nhiệt độ không khí (T,0C) của 12 tháng trong năm và tổng nhiệt độ

cả năm ở khu vực nghiên cứu được dẫn ra ở Bảng 4.1 và 4.2; Hình 4.1 và Phụ lục 1

Bảng 4.1 Đặc trưng thống kê nhiệt độ không khí 12 tháng trong năm

ở khu vực nghiên cứu Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007.

Nguồn: Tính toán từ số liệu của Đài khí tượng thủy văn Biên Hòa

Bảng 4.2 Đặc trưng thống kê nhiệt độ không khí cả năm ở khu vực nghiên

cứu Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007

Phân tích số liệu ở Bảng 4.1 và Hình 4.1a cho thấy, nhiệt độ không khí trung bình 12 tháng trong năm là 26,80C; dao động từ 25,6 – 27,90C; hệ số biến động 2,2% Nhiệt độ không khí trung bình tháng trong năm thấp nhất vào tháng 12 (25,60C); cao nhất vào tháng 4 (28,70C) Chênh lệch nhiệt độ không khí trung bình giữa tháng cao nhất và thấp nhất là 3,10C Những tháng xuất hiện nhiệt độ không khí nhỏ hơn trung bình 12 tháng trong năm là tháng 1, 2 và tháng 7 - 12 Nhiệt độ không khí trung bình cũng thay đổi tùy theo năm (Hình 4.1b); trong đó nhiệt độ thấp nhất (26,00C) xuất hiện vào năm 1986, cao nhất (27,50C) xuất hiện vào năm

1998 Tổng nhiệt độ không khí trung bình cả năm là 9.7770C; dao động từ 9.490 (năm 1986) đến 10.0410C (năm 1998); CV% = 1,3% (Bảng 4.2) Nói chung, khu vực nghiên cứu có nền nhiệt cao

4.1.2 Đặc điểm lượng mưa

Đặc điểm thống kê lƣợng mƣa (P, mm) 12 tháng trong năm và tổng lƣợng mƣa cả năm ở khu vực nghiên cứu đƣợc ghi lại ở Bảng 4.3 và 4.4; Hình 3.2 và Phụ Lục 2

Hình 4.1 Biểu đồ biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ trung bình tháng trong năm

(a) và trung bình năm (b) ở khu vực nghiên cứu

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Trung bình tháng Min Max Trung bình 12 tháng

T (0C/tháng) (a)

25.5 26 26.5 27 27.5 28

Bảng 4.3 Đặc trƣng thống kê lƣợng mƣa ở khu vực nghiên cứu

Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007

Nguồn: Tính toán từ số liệu của Đài khí tượng thủy văn Biên Hòa

Bảng 4.4 Đặc trƣng thống kê lƣợng mƣa cả năm ở khu vực nghiên cứu

Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007.

Nguồn: Tính toán từ số liệu của Đài khí tượng thủy văn Biên Hòa

Phân tích số liệu ở Bảng 4.3 và Hình 4.2a cho thấy, lƣợng mƣa trung bình 12 tháng trong năm là 149,7 mm; cao nhất vào tháng 9 (304 mm) và thấp nhất vào tháng 2 (6,7 mm) Lƣợng mƣa trung bình cao nhất vào tháng 9 có thể đạt đến 753,5

mm Ngoài ra, mỗi năm có 6 tháng xuất hiện lƣợng mƣa nhỏ hơn so với trung bình

12 tháng Đó là tháng 1 (13,7 mm), tháng 2 (6,7 mm), tháng 3 (27,9 mm), tháng 4 (71,2 mm), tháng 11 (102,6 mmm) và tháng 12 (35,6 mm)

Tổng lượng mưa trung bình 23 năm (1985 – 2007) là 1.797 mm; dao động từ 1.232 mm (năm 1992) đến 2.679 mm (năm 2000) (Bảng 4.4 và Hình 4.2b) So sánh lượng mưa của 23 năm cho thấy, có 15 năm xuất hiện tổng lượng mưa thấp hơn so với trung bình 23 năm

Nói chung, lượng mưa hàng năm ở khu vực nghiên cứu tương đối lớn (1.797 mm) Hàng năm lượng mưa thấp xuất hiện vào tháng 1 – 4 và tháng 11 và 12 Lượng mưa cao chỉ tập trung vào 6 tháng từ tháng 5 đến tháng 10 Biến động lượng mưa giữa các tháng rất lớn (88,8%); đặc biệt vào mùa khô từ tháng 1 đến tháng 4 Trái lại, biến động lượng mưa giữa các năm rất nhỏ (19,9%)

4.1.3 Đặc điểm độ ẩm không khí

Đặc điểm độ ẩm không khí (Rh,%) của 12 tháng trong năm và trung bình năm ở khu vực nghiên cứu được ghi lại ở Bảng 4.5 – 4.6 và Hình 4.3; Phụ Lục 3

Hình 4.2 Biểu đồ biểu diễn tổng lượng mưa tháng trong năm (a) và

tổng lượng mưa cả năm (b) ở khu vực nghiên cứu

P (mm/tháng) (a)

Tháng

1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000

Bảng 4.5 Đặc trƣng thống kê độ ẩm không khí của 12 tháng trong năm ở khu

vực nghiên cứu Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007

Nguồn: Tính toán từ số liệu của Đài khí tượng thủy văn Biên Hòa

Bảng 4.6 Độ ẩm không khí trung bình cả năm ở khu vực nghiên cứu Số liệu

Từ số liệu Bảng 4.5 và Hình 4.3a cho thấy, độ ẩm không khí trung bình 12 tháng trong năm là 80%; dao động từ 74% - 86% Độ ẩm không khí cao nhất xuất hiện vào tháng 7 - 9 (87%), thấp nhất xuất hiện vào tháng 2 và 3 (70%) Hệ số biến động độ ẩm không khí giữa các tháng trong năm là 3,7% Ngoài ra, mỗi năm có 5 tháng xuất hiện độ ẩm không khí nhỏ hơn so với trung bình 12 tháng Đó là tháng 1 (73%), tháng 2 (70%), tháng 3 (70%), tháng 4 (73%) và tháng 12 (78%) Nói chung,

độ ẩm nâng cao vào những tháng có nhiều mưa (tháng 5 - 10), hạ thấp vào những tháng ít mưa (1- 4 và 12) Phân tích số liệu ở Bảng 4.6 và Hình 4.3b cho thấy, độ

ẩm không khí trung bình 23 năm là 80% với CV = 1,8%, cao nhất xuất hiện vào năm 1985 (83%), thấp nhất xuất hiện vào năm 1988 (77%) Chênh lệch độ ẩm giữa các năm là 5%

4.1.4 Đặc điểm lượng nước bốc hơi

Lượng nước bốc hơi (Bh, mm/tháng) đối với 12 tháng trong năm ở khu vực nghiên cứu được ghi lại ở Bảng 4.7 – 4.8 và Hình 4.4; Phụ Lục 4 Từ số liệu ở Bảng 4.7 và Hình 4.4a cho thấy, lượng nước bốc hơi trung bình của 12 tháng trong năm là

127 mm/tháng Lượng nước bốc hơi trung bình lớn nhất và nhỏ nhất tương ứng xuất hiện vào tháng 3 (218 mm) và tháng 9 (72 mm) Biến động của Bh giữa các tháng là

Hình 4.3 Biểu đồ biểu diễn độ ẩm không khí trung bình tháng trong

năm (a) và trung bình năm (b) ở khu vực nghiên cứu

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Trung bình tháng Min Max Trung bình 12 tháng

Tháng

Rh (%) (a)

76 77 78 79 80 81 82 83 84

15,8% Ngoài ra, mỗi năm có 6 tháng (1, 2, 3, 4, 5 và 12) xuất hiện lượng nước bốc hơi lớn hơn so với trung bình 12 tháng

Bảng 4.7 Đặc trưng thống kê lượng nước bốc hơi của 12 tháng trong năm ở

khu vực nghiên cứu Số liệu thống kê 16 năm từ 1992 – 2007

Nguồn: Tính toán từ số liệu của Đài khí tượng thủy văn Biên Hòa

Bảng 4.8 Lượng nước bốc hơi theo năm ở khu vực nghiên cứu

Số liệu thống kê 16 năm từ 1992 – 2007

Nguồn: Tính toán từ số liệu của Đài khí tượng thủy văn Biên Hòa

Phân tích số liệu ở Bảng 4.8 và Hình 4.4b cho thấy, tổng lượng nước bốc hơi thay đổi tùy theo năm; trong đó cao nhất xuất hiện vào năm 1998 (1.738 mm/năm), thấp nhất xuất hiện vào năm 2000 (1.227 mm/năm)

So sánh giữa tổng lượng mưa hàng tháng (Bảng 4.3) và tổng lượng nước bốc hơi hàng tháng (Bảng 4.7) cho thấy, tổng lượng nước bốc hơi vào những tháng mùa khô (tháng 12 năm trước đến tháng 4 năm sau) cao hơn so với tổng lượng mưa từ 2,7 lần (tháng 4) đến 27 lần (tháng 4) Trái lại, về mùa mưa (tháng 5 – 11), tổng lượng nước bốc hơi chỉ chiếm từ 24% (tháng 9) đến 65% (tháng 5) So sánh giữa tổng lượng mưa cả năm (Bảng 4.4) và tổng lượng nước bốc hơi cả năm (Bảng 4.8) cho thấy, 85,6% tổng lượng mưa cả năm đã bị bốc hơi vào không khí

4.1.5 Đặc điểm số giờ nắng

Đặc điểm số giờ nắng (N, giờ/tháng) đối với 12 tháng trong năm ở khu vực nghiên cứu được ghi lại ở Bảng 4.9 - 4.10 và Hình 4.5; Phụ lục 5 Từ số liệu ở Bảng 4.9 và Hình 4.5a cho thấy, số giờ nắng trung bình 12 tháng trong năm là 214 giờ/tháng; dao động từ 157 đến 260 giờ/tháng Số giờ nắng trung bình ngày là 6 giờ; dao động từ 6 đến 8 giờ/ngày Biến động số giờ nắng trung bình 12 tháng trong năm

là 13,6% Số giờ nắng biến động thấp nhất (8,3%) vào tháng 4, cao nhất (21,8%)

Hình 4.4 Biểu đồ biểu diễn lượng nước bốc hơi trung bình tháng (a) và

trung bình năm (b) ở khu vực nghiên cứu

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Trung bình tháng Min Max Trung bình 12 tháng

Tháng

1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800

Cả năm Trung bình nhiều năm

Năm

vào tháng 10 Phân tích số liệu ở Bảng 4.10 và Hình 4.5b cho thấy, số giờ nắng thay đổi tùy theo năm Số giờ nắng trung bình trong 16 năm (1992 – 2007) là 2.569 giờ/năm; trong đó cao nhất xuất hiện vào năm 2004 (2.816 giờ/năm), thấp nhất xuất hiện vào năm 2000 (2.273 giờ/năm)

Bảng 4.9 Đặc trƣng thống kê số giờ nắng của 12 tháng trong năm ở khu vực

nghiên cứu Số liệu thống kê 16 năm từ 1992 – 2007

Nguồn: Tính toán từ số liệu của Đài khí tượng thủy văn Biên Hòa

Bảng 4.10 Tổng số giờ nắng cả năm ở khu vực nghiên cứu

Số liệu thống kê 16 năm từ 1992 – 2007

Nguồn: Tính toán từ số liệu của Đài khí tượng thủy văn Biên Hòa

4.1.6 Đặc điểm hệ số thủy nhiệt

Đặc trưng thống kê hệ số thủy nhiệt (K) đối với 12 tháng trong năm ở khu vực nghiên cứu được dẫn ra ở Bảng 4.11 – 4.12 và Hình 4.6; Phụ lục 6 Phân tích số liệu ở Bảng 4.11 và Hình 4.6a cho thấy, hệ số thủy nhiệt trung bình 12 tháng trong năm là 1,83; dao động từ 0,67 đến 4,02 Hệ số K cao xuất hiện từ tháng 9 (3,85), thấp nhất là tháng 2 (0,09) Biến động của hệ số K giữa các tháng là 89% Ngoài ra, mỗi năm có 6 tháng (tháng 11 năm trước đến tháng 4 năm sau) xuất hiện hệ số K nhỏ hơn so với trung bình năm

Phân tích số liệu ở Bảng 4.12 và Hình 4.6b cho thấy, hệ số K thay đổi tùy theo năm; trong đó hệ số K cao nhất vào năm 2000 (2,75), thấp nhất xuất hiện vào năm 1992 (1,26)

Nói chung, hệ số thủy nhiệt ở khu vực nghiên cứu biến động rất lớn giữa các tháng trong năm Hệ số thủy nhiệt của những tháng mùa mưa (tháng 5 – 10) cao hơn rất nhiều so với những tháng mùa khô (tháng 11 năm trước đến tháng 4 năm sau)

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Trung bình tháng Min Max Trung bình 12 tháng

Hình 4.5 Biểu đồ biểu diễn số giờ nắng trung bình tháng (a) và trung

bình năm (b) ở khu vực nghiên cứu

Tháng

2250 2350 2450 2550 2650 2750 2850

Năm

Bảng 4.11 Đặc trƣng thống kê hệ số thủy nhiệt của 12 tháng trong năm ở khu

vực nghiên cứu Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007

Nguồn: Tính toán từ số liệu của Đài khí tượng thủy văn Biên Hòa

Bảng 4.12 Hệ số thủy nhiệt cả năm ở khu vực nghiên cứu

Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007

Nguồn: Tính toán từ số liệu của Đài khí tượng thủy văn Biên Hòa

4.1.7 Nhận định chung về khí hậu ở khu vực nghiên cứu

Khu vực nghiên cứu có tổng nhiệt độ cả năm khá cao (9.7770

C) Nhiệt độ trung bình tháng trong năm là 26,80C Lượng mưa trung bình năm 1.797 mm/năm

và phân bố không đồng đều trong năm; trong đó phần lớn tập trung vào tháng 5 –

10 Độ ẩm không khí trung bình là 80% Mùa khô kéo dài 5 tháng từ tháng 12 năm trước đến tháng 4 năm sau Theo phân loại chế độ khô ẩm của Thái Văn Trừng (1999), khí hậu ở khu vực nghiên cứu thuộc cấp II (hơi ẩm = 1.200 – 2.500 mm/năm; 5 tháng khô với mỗi tháng có lượng mưa Ps < 50 mm, trong đó có 4 tháng hạn (Pa < 25 mm; tháng 1 – 3) và không có tháng kiệt (Hình 4.7) Như vậy, mùa có nguy cơ cháy rừng ở khu vực nghiên cứu kéo dài 5 tháng từ tháng 12 năm trước đến tháng 4 năm sau

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Trung bình tháng Min Max Trung bình 12 tháng

Hình 4.6 Biểu đồ biểu diễn hệ số thủy nhiệt trung bình tháng (a) và

trung bình năm (b) ở khu vực nghiên cứu

Tháng

1 1.5 2 2.5 3

4.2 Phân cấp nguy cơ cháy rừng theo phương pháp của Nesterov

4.2.1 Chỉ số khí hậu tổng hợp của Nesterov

Kết quả nghiên cứu cho thấy, chỉ số khí hậu tổng hợp của Nesterov (PNes) ở khu vực nghiên cứu biến động từ 0 – 87.482 Theo đó, chỉ số PNes tương ứng với 5 cấp nguy cơ cháy rừng ở khu vực nghiên cứu được phân chia thành 5 cấp với mỗi cấp P = 7.000 (Bảng 4.13)

Bảng 4.13 Phân chia 5 cấp nguy cơ cháy rừng theo P Nes ở khu vực nghiên cứu

Nhiệt độ trung bình Lượng mưa