Bước đầu nghiên cứu ảnh hưởng của chỉ số thực vật tới cân bằng nước lưu vực sông phó đáy

TAPCHÌ KHOAHỌCOHQGHN KHTN&CN T.xx S6 4PT 2004 Bước ĐẨU NGHIÊN cứu ẢNH HƯỞNG CỦA CHỈ số THỰC VẬT TỚI CÂN BẰNG NƯỚC Lưu vực SƠNG PHĨ ĐÁY N g u y ễ n N gọc T h c h Khoa Địa lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội Đ ặ t v â n đ ể Điểu tiết nước vấn đề cần đặc biệt quan tâm nghiên cứu cân nước hiu vực Vấn để dược đề cập đến nhiều cơng trìn h khoa học [1,2,3,4] Trong yếu tơ m ặt đệm thảm thực v ật thông sô’ h ế t sức quan trọng, có vai trị điều chinh theo thòi gian năm hợp phần: lượng bốc hơi, lượng nưóc bổ sung cho dịng ngầm lượng dòng chày mặt v ề lý thuyết, thảm rừng phát triển tơt th ì lượng dịng chảy m ùa kiệt tăng lên dòng chày m ặt vào m ùa lũ giám đi, nghĩa khả nàng lũ lụt giảm Đế theo dõi biến động lớp phủ rừng, có nhiều phuơng pháp nghiên cứu, viễn thám phương pháp có hiệu Với lưu vực sơng nhỏ, khả năn g điểu tiế t nước chủ yêu vào lưu hrợng nước vào m ùa kiệt môi liên quan đến thông sô’ m ặt đệm [4] C hỉ s ố thực vật (Normalized Difference Vegetation Index - NDVI) khai thác từ tií liệu viễn thám có mối quan hệ tuyến tính với độ che phú rừng tự nhiên [5] Nó có th ể đuợc sử dụng làm chí số dể tính tốn khã điều tiết nước lưu vực sông nhó Khi đó, khu vực rừ ng đầu nguồn có sơ’ NDV1 cao điểu tiết nước đảm bão tốt lượng rmía thấp K hu v ự c n g h iê n cử u Sơng Phó Đáy sông nhỏ b nguồn từ núi Bạch Thông (Bấc Cạn), cháy qua hai huyện Sơn Dương (tinh Tuyên Quang) Lặp Thạch (tinh Vĩnh Phúc), gặp sông Lô sóng Hồng Việt Trì (hình 1) Kết đo đạc tính tốn cho thấy t hơng số lưu vực sau: chiều dài sông 124km, chiểu dài lưu vực 99km, diện tích hứng róc 1190km2, dó phần diện tích có khả cung cấp nước cho m ùa kiệt 1141 k m -(phần đá vơi 42km2), độ cao bình qn lưu vực 24 mét., độ dốc bình quân lưu vực 15%, chiểu rộng bình quân lưu vực 23km, hệ số p h át triển dường phân nưỏc 2,19, hệ số đơì xứng 0,04 hệ sô' uốn khúc 1,52, mặt dộ lưới sông l,25km /knr Khu vực đầu nguồn sơng Phó Đáv vùng "An tồn khu" kháng chiến chơng Pháp, có nhiều di tích Cách m ạng Trong khu vực có đồng bào nhiều dân tộc sinh sống với sô đông Tày Nùng, Dao, Kinh Dọc theo lưu vực, nhân dân canh tác nông lâm nghiệp trồng lúa, hoa màu, chè, mía, ăn quả, ni cá nước trồng rừng Diện tích hứng nước lưu vực sơng bao gồm ph ần phía Nam núi Bạch Thơng (tinh Bắc Cạn), sườn phía Tâv núi Tam Đào sườn phía Đơng núi Sáng Sơn (tinh Vĩnh Phúc) Độ dốc hai sườn lưu vực lớn: sườn phía núi Tam Đào độ dốc lớn tới 45" (hình 2a) Lốp vỏ phong hố có dộ dày lớn khơng đồng đểu: nhiều nơi độ dày 82 Bunt dấu nghiên cứu ánh hưởng cùa chi sò Ihực vậ! K3 d ạt tỏi 30m, song có nơi đá gốc lộ Khu vực có đá vơi chiếm diện tích khơng lớn (42km2) song ph ần lớn đểu thám thực vật che phủ, ỏ khu vực đá gơc khơng phái ílá vôi (đá granit, phiến sét, bột kết) bị phân hoá m ạnh che phủ rừng tốt Ở đỏi sinh thủy rừng đểu rừng nhiệt đới rộng thường xanh mưa mùa Phần chuyển tiếp phần thấp cúa lưu vực dài đồi hình bát úp phân bơ theo hướng tây bắc - đông nam trồng bạch dàn, keo ta i tượng chè phần thấp vùng trồng công nghiệp ngán ngày ngô, đậu trồng lúa Đây vùng hay bị ngập lũ lụt (hình 2) Hình Địa hình lưu vực sơng Phó Đáy Nguyẻn Ngọc Thạch X4 BẢN ĐÓ Đ ộ DỐC BÀN Đ ổ NGẬP LỤT NĂM 2002 Hình Bàn đồ độ dổc đổ ngập lụ t lưu vực sơng Phó Đáy Lưu vực sơng Phó Đáy có diện tích khoảng 119.000 ha, có ch ế điểu tiết nước độc lập phần h lưu, đập trạm bơm Liễn Sơn cịng trìn h th u ỷ lợi qu an trọng tỉnh Vĩnh Phúc Hoạt động cơng trìn h hoàn toàn phụ thuộc vào lư u lượng dịng chảy sơng Phó Đáy Cơng trìn h xây dựng từ thòi Pháp thuộc đến hoạt, động tô't, bao gồm đập dâng, hai kênh dẫn hệ thống cửa đóng mở để đảm bào tưới cho 17.000 đ ấ t nông nghiệp huyện Vĩnh Tuòng, Yên Lạc, Lập Thạch, Tam Dương, Bình Xuyên thuộc tình Vĩnh Phúc Đập xây dựng với đáy dộ cao 14m đinh đập ò độ cao 21,7m Hệ thống cửa đóng mở dể lấy nước vào kênh có lưu lượng dao dộng từ 3,5 đến 19,lm 3/s (sô'liệu trạm đo th ủ y văn đặp Liễn Sơn cung cấp) Khi nước hạ thấp mức 15m th ì cống khơng hoạt động Các sô”liệu đo đạc trạm m ột sở quan trọng để tính tốn cân nước lưu vực K ết q u ả n g h iê n cử u v a i t r ò c ủ a th ả m th ự c v ậ t đôi với s ự đ iể u t i ế t n c c ù a lưu v ự c s ô n g P h ó Đ áy Các sơ’ liệu đo trạm Liễn Sơn biến đổi lưu lượng nước th án g nảm sau: Theo số liệu quan trắc lượng rmía trung bình nh iều năm 1602mm (hình 3), nãm gần có xu th ế giám đi: năm 2002 lượng m ưa tru n g bình năm chì cịn 1022mm Tuy nhiên, lưu lượng dịng sơng vào m ùa kiệt dược trì mức Q=350m3/s, với hiu lượng dó cống mở nước hoạt, động ch ế dộ 7,6m:1/s, đám bảo đủ tưỏi cho rau m àu vụ đông Tuy nhiên, để tưới lúa lượng nước đập Liễn Sơn dám bảo 60% nhu cầu huyện Lập Thạch, Tam Dương, Vĩnh Tiíịng n Lạc Bước đáu nghiiin cứu ánh hướng cùa thi sỏ' thực vật 85 Sự trì ó mức độ lưu lượng nước vào mùa kiệt xu th ế tích cực Một nguyên nhân quan trọng dẫn đến thay đổi phát triển lớp phủ rừng đê theo dõi biên động dùng chi sơ NDVI tách chiết từ thông tin viễn thám Chỉ sô'thực vật (Normalized Difference Vegetation Index ■NDVI) số khai thác từ băng (band) phổ viễn thám , tính theo cịng thức: NDy , * Ẽ ă i z m DN2 +DN, Trong đó: DN! giá trị phản xạ phổ băng đò, DNg giá trị phản xạ phổ ỏ băng cận bồng ngoại Luu luọng (mỉ/giày/ I 10 11 12 Iháng Hình Diễn biến lưu lượng nước sơng năm 1990 2000 đo trạm Liễn Sơn Giá trị NDVI dao động từ -1 đến +1, giá trị liên quan đến sinh khối thực vật Khi NDVI=+1, sinh khối coi có giá trị cực đại Trong xử lý GIS, người ta thường biến đổi ản h NDVI th n h ch ế độ bit cách biến đổi: NDVIBI =N D V Ixl28 để dễ sử dụng tính tốn lốp thông tin chê độ bit Nguồn tư liệu sử dụng: - Ành L andsat - TM chụp tháng 1/1990 (hình 4); - Ành L an d sa t - TM chụp th án g 1/2000 (h ìn h 5) Kết tính tốn phần mềm ILWIS 3.1 IDRISI 32 cho thấy (hình 5): Năm 1990, diện tích khu vực có số NDVI > 0,3 chiếm 42000 h a (32% tổng diện tích lưu vực) Đó vùng rừng bảo vệ tô t huyện Sơn Dương phần ỏ sườn núi Tam Đảo Các khu vực có s ố NDVI < 0,3 vùng rừ ng bị chặt phá nhiều ỏ sườn núi Tam Đảo vùng đồi thuộc phía bắc huyện Lập Thạch Nguyẻn Ngọc Thạch Đến năm 2000, khu vực có sơ' NDVI > 0,3 chiếm 38000 (28% diện tích lưu vực), giảm khoảng 4% so với năm 1990 Đây khu vực rừ ng đả dược phục hồi tốt ỏ sườn núi Tam Đào núi Sáng Sơn, song so vối rừ ng nguyên th u ỷ th ì sinh khối bị suy giảm đáng kể Thực tế kiềm tr a thực địa cho thấy rừ ng trồng ỏ chủ yếu bạch đàn, phát triển tốt song m ật dộ thưa với tràn g bụi Hình Ánh vệ tinh LANDSAT - TM ánh NDVI th án g nàm 1990 Hình Ảnh vệ tinh LANDSAT - TM n h NDVI th án g năm 2000 Khi xét quan hệ giũa chi số thực v ật lưu lượng nitóc m ùa kiệt ta có dường cong tuyên tính, quan hệ cụ th ê nhií sau: Q = ọ,hX NDVI X — ‘ " s Bước đàu ngliién cứu ánh hương thi NOIhực vệ! T rong đó: Qk lư u lư ợ ng nước m ù a k iệ t; Q„, g iá t r ị lư u lư ợ n g n c t r u n g b ì n h n h iề u n ă m ; ND VỈ,I, c h ỉ s ố th ự c v ậ t t r u n g b ì n h c ủ a d iệ n tíc h đ iề u t i ế t nước; S ' l d iệ n tíc h c ó N D V I > ,3 ; s d iệ n tíc h c ó k h ả n n g đ iề u t i ế t nước c ù a lư u v ự c ( k m 2) T h e o c ô n g th ứ c tr ê n , lư u vự c s n g có k h ả n ă n g tạ o lư ợ n g nước v o m ù a k i ệ t ỏ s ơn g P h ó Đ y m 3/s L u lư ợ n g n y tạ m đ ủ đ ể m ỏ c ố n g v o m ù a k h ô (lư u lư ợ n g t i cử a c ốn g 7,6n v'/s) T cô n g th c t í n h to n ỏ tr ê n , t a c ó th ể r ú t r a q u a n h ệ g iữ a lư u lư ợ n g nư â c m ù a k iệ t Qt ( m :,/sec) v c h i s ố N D V I n h sau: Qt = N D V Ilhx k Đ â y q u a n h ệ tu y ế n tín h (đ ị n g th ẳ n g ) G ó c dơc c ủ a đ ò n g th ă n g xá c đ ịn h h ệ s ố k v p h ụ th u ộ c v o cá c th a m sô c ủ a lư u v ự c n h t ỳ lệ d iệ n tí c h c ó c h i sô N D V I > , lư u lư ợ n g d ò n g c h ả y n h iề u n ă m Đ ố i v ố i lư u vự c s ô n g P h ó Đ y k = GSG.SmVsec K ế t lu ậ n N h ữ n g n g h iê n u bước đ ầ u c h o t h ấ y có th ể sử d ụ n g c h ỉ sô N D V I k h i g iá t r ị t r u n g b ì n h > đ ể x e m x é t v đ n h g iá k h ả n ã n g đ iể u t i ế t nuớ c c ủ a th ả m th ự c v ậ t đ ô ì v i m ộ t lư u vự c k h é p k ín N ế u có tư liệ u v iễ n th m th n g x u y ê n t h ì có th ề th e o d õ i d iễ n b iế n t h m th ự c v ậ t v đ iề u c h ỉn h k ịp th i k ế h o c h t r n g rừ n g t r o n g lư u vự c để đ ả m b ả o đ iề u t iế t nư ổ c tố t, c u n g c ấ p nước d ầ y d u c h o d iệ n tíc h c ầ n tư i ó h lư u C ác k ế t q u t í n h to n c h í n h x c h n k h i t í n h th ê m m ố i q u a n h ệ v i c h ì s ố đ iíờ n g c o n g C N v h ệ sô' đ ộ n h m n c ủ a m ặ t đ ệ m [1 ,2 ,3 ,4 ] * Cơng tr in h n y hồn th n h khuôn khô Chương tr in h nghiên cứu khoa học g ia i đoạn 2001 - 2005, đề tà i m ã sô'74.12.02 T À I L IỆ U T H A M K H Ả O L n g T u ấ n A n h , M ộ t mô h in h m ô phỏ n g tr in h m ưa ■ dòng chảy lư u vực V ũ V ă n T u ấ n , M h ì n h h o d ò n g c h ả y tr o n g n h ữ n g lư u v ự c c ó h o t đ ộ n g n ô n g lâ m N g u y ễ n T h a n h Sơ n, Ưng dụ ng m h ìn h tốn th u ỷ văn p h ụ c vụ qu y hoạch lư u vực sông N g u y ễ n V ă n T u ầ n , Đ ịa lỹ th u ỳ văn, N X B Đ i học Q u ốc G ia , H N ộ i, 20 01 I n d ia n vừa nhỏ m iền Bắc Việt N am , L u ậ n n T iế n s ĩ, H N ộ i, 1996 n g h iệ p , T ậ p san K h í tượng ■ T h ủ y văn, số (38 4)/19 94 Trà Khúc, L u ậ n v ă n T h c s ỹ K h o a h ọ c , H N ộ i, 0 S p ace R ese ac h O r g a n iz a tio n , Issue in w ater resources development and managem ent an d role o f remote sensing, B a n g g a lo , In d ia , 1986 Nguyẻn Ngọc Thạch VNU JOURNAL OF SCIENCE, Nat., ScL & Tech T.xx N04AP., 2004 IN IT IA L S T U D Y O N T H E N O R M A L IZ E D IN F L U E N C E O F D IF F E R E N C E V E G E T A T IO N IN D E X O N W A T E R B A L A N C E A T P H O D A Y B A S IN N guyen N goc T hach D epartm ent o f Geography, College o f Science, V N U W a te r s u p p ly in g i n d r y sea son is a v e r y in te r e s tin g p r o b le m f o r w a te r b a la n c in g s tu d y in s m a ll a n d m e d iu m c a tc h m e n t a re a s T h is s tu d y c o n c e n tra te s o n e x t r a c t in g th e N D V I v a lu e s fr o m r e m o te s e n s in g d a ta s u c h as L A N D S A T - T M o r S P O T , a n d th e n o n d e te r m in in g th e c o r r e la tio n b e tw e e n v e g e ta tio n w i t h N D V I v a lu e s a n d w a te r re c h a rg e T h e r e s u lt o f th e s tu d y s h o w s t h a t i f t h e N D V I v a lu e o f m in im u m % o f th e tr a n s ite d a r e a i n th e c a tc h m e n t e xce e d e d t h e n th e r e g u la t io n c a p a c ity o f v e g e ta tio n w o u ld be s tr o n g ly e ffe c tiv e a n d i t is a n in d e x w h ic h c a n be s to re d in th e d a ta s e t f o r w a te r b a la n c e s tu d y ... (hình 2) Hình Địa hình lưu vực sơng Phó Đáy Nguyẻn Ngọc Thạch X4 BẢN ĐĨ Đ ộ DỐC BÀN Đ ổ NGẬP LỤT NĂM 2002 Hình Bàn đồ độ dổc đổ ngập lụ t lưu vực sơng Phó Đáy Lưu vực sơng Phó Đáy có diện tích khoảng...Bunt dấu nghiên cứu ánh hưởng cùa chi sò Ihực vậ! K3 d ạt tỏi 30m, song có nơi đá gốc lộ Khu vực có đá vơi chiếm diện tích khơng lớn (42km2) song ph ần lớn đểu thám thực vật che phủ, ỏ khu vực đá... tốn cân nước lưu vực K ết q u ả n g h iê n cử u v a i t r ò c ủ a th ả m th ự c v ậ t đôi với s ự đ iể u t i ế t n c c ù a lưu v ự c s ô n g P h ó Đ áy Các sơ’ liệu đo trạm Liễn Sơn biến đổi lưu