CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CÁC CHỈ SỐ CẢNH BÁO NGUY CƠ CHÁY RỪNG
2.3 Hệ thống cảnh báo cháy rừng được sử dụng ở Indonesia và Malaysia
Cháy rừng và đất ở Đông Nam Á gây ra nhiều hậu quả về xã hội, kinh tế và môi trường do Đông Nam Á nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, cháy rừng ở đây làm gia tăng lượng than bùn và ảnh hưởng đến tác động carbon toàn cầu. Vùng đất than bùn ở Indonesia và Malaysia là kho carbon khổng lồ, chiếm tỷ lệ cao trong lượng carbon toàn cầu. Khói bụi từ sương mù than bùn các tác động tiêu cực, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và nền kinh tế trong khu vực.
Hệ thống đánh giá nguy cơ cháy (Fire Danger Rating System – FDRS) được phát triển ở Indonesia và Malaysia nhằm cung cấp thông tin về việc cảnh báo sớm nguy cơ cháy. Đặc biệt, họ xác định được khoảng thời gian có thể xảy ra cháy, lây lan trở thành mất kiểm soát và khoảng thời gian cháy âm ỉ gây ra sương mù khói bụi.
Hệ thống này được phát triển dựa trên Hệ thống đánh giá nguy cơ cháy rừng của Canada, thảm thực vật địa phương, khí hậu và chế độ lửa [10]. Hệ thống đánh giá nguy cơ cháy rừng của Canada gồm 2 hệ thống con: hệ thống cảnh báo cháy rừng dựa vào thời tiết (Forest Fire Weather Index – FWI) được thể hiện trong Hình 2.1 và hệ thống dự báo các hành vi cháy rừng (Forest Fire Behavior Prediction – FBP) của Tổ chức Lâm nghiệp Canada năm 1992.Hệ thống cảnh báo cháy rừng dựa vào thời tiết (FWI) cung cấp các chỉ số cháy tương đối dựa vào thời tiết. Nó bao gồm 3 độ ẩm nhiên liệu đại diện cho các lớp khác nhau trong rừng: Độ ẩm nhiên liệu tốt, dễ cháy (FFMC) – độ ẩm trung bình của thảm cỏ và các nguyên liệu sẵn có khác trên nền rừng; Độ ẩm nhiên liệu hỏng, không dễ cháy (DMC) – độ ẩm trung bình của các lớp chất hữu cơ lỏng lẻo trên nền rừng; Độ hạn hán (DC) – độ ẩm trung bình của các lớp chất hữu cơ rắn chắc nằm sâu trong nền rừng. Các chỉ tiêu hành vi cháy gồm: Chỉ số lây lan ban đầu (ISI) – tỉ lệ dự kiến của việc lây lan lửa; Chỉ số tích tụ (BUI) – đánh giá tổng lượng nhiên liệu có sẵn cho quá trình cháy. Chỉ số cháy do thời tiết (FWI) – chỉ số đánh giá chung về
cường độ cháy được sử dụng như một chỉ số nguy cơ cháy.Các thành phần hệ thống FWI được tính toán dựa vào nhiệt độ hàng ngày, độ ẩm, tốc độ gió và dữ liệu lượng mưa thu thập được trong vòng 24 giờ tại địa phương.
Hình 2.1. Cấu trúc cơ bản của chỉ số cháy rừng do thời tiết của Canada – FWI Các thành phần của hệ thống cảnh báo nguy cơ cháy được tính toán dựa trên Các thành phần của hệ thống cảnh báo nguy cơ cháy được tính toán dựa trên hoạt động của các chi nhánh trong khu vực. Trụ sở cơ quan khí tượng và địa vật lý nằm ở Jakarta chạy hệ thống cảnh báo nguy cơ cháy của Indonesia. Dữ liệu thời tiết ở Indonesia được thu thập thông qua mạng lưới các trạm và thông qua trao đổi dữ liệu khí tượng của Tổ chức khí tượng thế giới. Dữ liệu thu được từ 163 trạm được gửi đến 5 văn phòng chi nhánh của cơ quan khí tượng và địa vật lý đóng tại Medan (Sumatra), Ciputat (Java), Denpasar (Bali), Makassar(Sulawesi), and Jayapura (Irian Jaya). Các
Những quan sát cháy do thời tiết
Nhiệt độ, độ ẩm tương đối, tốc độ gió, mưa Tốc độ gió Nhiệt độ, độ ẩm tương đối, mưa Nhiệt độ, mưa Độ ẩm nhiên liệu Độ ẩm nhiên liệu tốt (FFMC) Độ ẩm nhiên liệu hỏng (DMC) Độ hạn hán (DC) Chỉ số lây lan ban đầu (ISI) Chỉ số tích tụ (BUI) Các chỉ tiêu hành vi cháy Chỉ số cháy do thời tiết (FWI)
chi nhánh này gửi dữ liệu cho trụ sở cơ quan qua đường truyền riêng telex, điện thoại, fax. Tại trụ sở cơ quan, dữ liệu được giải mã và sử dụng làm đầu vào để sản xuất ra bản đồ về độ ẩm nhiên liệu dễ cháy, độ hạn hán và chỉ số lây lan ban đầu của hệ thống cảnh báo nguy cơ cháy rừng. Kết quả được hiển thị hàng ngày trên website của cơ quan khí tượng và địa vật lý. Bộ Lâm nghiệp Indonesia sử dụng thông tin này ở một số tỉnh và huyện ở Indonesia dễ có nguy cơ cháy để đưa ra cảnh báo sớm về nguy cơ cháy rừng, giải thích cho từng khu vực và có hướng dẫn phòng chống cháy rừng.
Hệ thống cảnh báo nguy cơ cháy rừng ở Malaysia được điều hành bởi cơ quan dịch vụ khí tượng Malaysia đặt ở Kuala Lumpur. Dữ liệu quan trắc bề mặt hàng ngày được nhập vào từ 36 trạm khí tượng. Những dữ liệu này sau đó được truyền qua Internet vào hệ thống chuyển đổi tin nhắn máy tính (Computer Message Switching System - CMSS). Tất cả các dữ liệu theo yêu cầu của hệ thống cảnh báo nguy cơ cháy rừng được CMSS giải mã. Tương tự ở Indonesia, các bản đồ của hệ thống cảnh báo nguy cơ cháy rừng được công bố trên trang web của cơ quan dịch vụ khí tượng Malaysia [17]. Hình 2.2 và Hình 2.3 là ví dụ về bản đồ phân bố Độ ẩm nhiên liệu dễ cháy (FFMC) và Độ ẩm nhiên liệu khó cháy (DMC). Các mức độ nguy hiểm được tô màu từ xanh dương, xanh lá cây, vàng đến đỏ biểu thị cho mức độ nguy hiểm tăng dần. Bộ Môi trường, Hội đồng An ninh quốc gia, cơ quan chữa cháy và cứu hộ, Cục lâm nghiệp và các cơ quan nông nghiệp khác sử dụng dữ liệu bản đồ Chỉ số cháy do thời tiết (Hình 2.4) để đưa ra các ước tính về cường độ cháy và các phương án thích hợp nhằm giảm thiểu thiệt hại do cháy trong Bảng 2.2.
Hình 2.3. Bản đồ Độ ẩm nhiên liệu khó cháy (DMC)
Bảng 2.2 Các cường độ cháy và các phương án PCCC tương ứng ở Malaysia Mức độ Mức độ khó khăn khi kiểm soát đám cháy Giải thích
Cường độ cháy thấp. Đám cháy sẽ lan truyền chậm hoặc tự chữa. Cháy đồng cỏ có thể được kiểm soát thành công bằng cách sử dụng dụng cụ cầm tay.
Cường độ lửa trong cỏ vừa phải. Dụng cụ cầm tay sẽ có hiệu lực dọc theo hai cánh đám cháy, nhưng cần áp lực nước (máy bơm, ống) để ngăn chặn ngọn lửa ở đầu đồng cỏ.
Cường độ cháy trong cỏ cao. Tấn công trực tiếp vào đám cháy dưới áp lực nước, thiết bị cơ giới có thể được yêu cầu để xây dựng đường kiểm soát đám cháy. (ví dụ: xe ủi đất)
Cường độ cháy trong cỏ rất cao. Yêu cầu xây dựng đường kiểm soát đám cháy bằng thiết bị cơ giới và dưới áp lực nước. Có thể yêu cầu gián tiếp tấn công bằng cách đốt sau lưng giữa các đường kiểm soát và đám cháy. 2.4 Phương pháp dự báo cháy rừng dựa vào chỉ số Nesterov ở Nga
Ở Nga cũng có nhiều nhà nghiên cứu về cháy rừng, trong đó có V.G Nesterov (1939), Melekhop I.C (1984), Arxubasev C.P (1957). Họ đã đi sâu nghiên cứu các yếu tố khí tượng thủy văn và các yếu tố khác ảnh hưởng đến khả năng xuất hiện cháy rừng. Công trình nghiên cứu được sử dụng nhiều nhất là của Nesterov (1939) về phương pháp dự báo cháy rừng tổng hợp [8].
Từ năm 1929 đến 1940 V.G Nesterov đã nghiên cứu mối tương quan giữa các yếu tố khí tượng gồm nhiệt độ lúc 13 giờ, độ ẩm lúc 13 giờ và lượng mưa ngày với tình hình cháy rừng trong khu vực và đi đến kết luận rằng: Trong rừng nơi nào nhiệt độ không khí càng cao, độ ẩm không khí thấp, số ngày không mưa càng kéo dài thì VLC càng khô và càng dễ phát sinh đám cháy. Trên cơ sở những phân tích của mình Nesterov đã đưa ra chỉ tiêu khí tượng tổng hợp để đánh giá mức độ nguy hiểm cháy rừng như sau:
= ∑ ( − ) ∗ . (10) Trong đó:
P: Chỉ số đánh lửa
W: Số ngày kể từ khi có lượng mưa trên 3mm
t : nhiệt độ (0C) – thường được lấy nhiệt độ lúc 13 giờ
D: Nhiệt độ điểm sương (0C) – là nhiệt độ ở thời điểm không khí bão hòa hơi nước gây ngưng kết hơi nước trong không khí..
Thấp
Trung bình
Cao
Chỉ số này cho thấy nếu lượng mưa trên 3mm thì trong một khoảng thời gian sau đó VLC sẽ khó bắt lửa, chỉ số được gán bằng 0. Chỉ số này ước tính độ khô của VLC. Độ khô càng cao thì nguy cơ cháy càng cao. Từ chỉ tiêu P có thể xây dựng được các cấp dự báo mức độ nguy hiểm cháy rừng cho từng địa phương khác nhau. Cơ sở của việc phân cấp cháy này dựa vào mối quan hệ giữa chỉ tiêu P với số vụ cháy rừng ở địa phương đó trong nhiều năm liên tục.
Năm 1968, Trung tâm khí tượng thuỷ văn quốc gia Liên xô đã đưa ra một phương pháp mới trên cơ sở một số thay đổi trong việc áp dụng công thức (10). Theo phương pháp này, chỉ số P được tính theo nhiệt độ không khí và nhiệt độ điểm sương. Nếu lượng mưa ngày cuối cùng lớn hơn hay nhỏ hơn 5 mm thì chỉ số P được bổsung thêm hệ số K như sau:
= ∗ ( − ) ∗ . (11)
Trị số K lấy giá trị như sau: ngày có lượng mưa lớn hơn 5 mm thì K = 0; ngày cólượng mưa nhỏ hơn 5 mm thì K = 1.
Chỉ tiêu P được tính dựa trên tài liệu đo đếm ở các trạm khí tượng gần nhất với địa phương cần dự báo cháy rừng. Cách tính chỉ tiêu tổng hợp P được thể hiện trong Bảng 2.3.
Bảng 2.3. Cách tính chỉ tiêu tổng hợp Ngày Lượng mưa Ngày Lượng mưa
(mm) ti ( 0 C) − Chỉ tiêu tổng hợp P 1 > 5mm 16 2 16 × 2 = 32 2 Không mưa 17 2.5 32 + 1 × (17 × 2.5) = 74.5 3 Không mưa 20 5 74.5 + 1 × (20 × 5) = 174.5 4 > 5mm 18 4.5 174.5 + 0 × (18 × 4.5) = 174.5 Phương pháp dự báo cháy rừng theo chỉ tiêu tổng hợp của V.G Nesterov được áp dụng rộng rãi trên quy mô cả nước. Nó có ưu điểm đơn giản, dễ thực hiện với các thiết bị đơn giản và ít tốn công sức. Tuy nhiên, phương pháp này lại có nhược điểm là chỉ căn cứ vào những nhân tố khí tượng là chính, chưa tính đến được ảnh hưởng của một số nhân tố khác như khối lượng vật liệu cháy, đặc điểm của nguồn lửa, điều kiện địa hình…Vì vậy, việc áp dụng phương pháp này trên toàn lãnh thổ mà không có những hệ số điều chỉnh thích hợp có thể dẫn đến những sai số nhất định.
2.5 Chỉ số cảnh báo cháy rừng Angstrom ở Thụy Điển
Ở Thụy Điển năm 1951 Angstrom đã nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến cháy rừng và đưa ra trị số cho việc dự báo nguy cơ cháy rừng [6]. Chỉ số Angstrom dựa vào hai yếu tố khí tượng chính là nhiệt độ và độ ẩm không khí để tính mức nguy hiểm cháy
cho từng vùng khí hậu. Chỉ số này đã được áp dụng trên nhiều nước ôn đới và khá chính xác. = 20 + (27 − ) 10 . (12) Trong đó: I : Chỉ số Angstrom R: Độ ẩm tương đối (%) T: Nhiệt độ không khí (0C)
Ưu điểm của chỉ số này là đơn giản, dễ tính toán. Theo công thức (12), độ ẩm tương đối tỉ lệ thuận với chỉ số I và nhiệt độ tỉ lệ nghịch với chỉ số I. Điều đó có nghĩa là nếu độ ẩm tương đối giảm, dẫn đến chỉ số I giảm, nguy cơ cháy rừng tăng và ngược lại. Khi độ ẩm tương đối giảm, VLC và không khí trở nên khô hạn, nhiệt độ không khí tăng càng làm cho VLC dễ bốc hơi nước và trở nên khô hơn, dễ bắt lửa hơn.Chỉ số Angstrom được phân loại theo Bảng 2.4. Chỉ số này ước tính độ ẩm của không khí,độ ẩm càng thấp, khả năng cháy càng cao.
Bảng 2.4 Phân loại mức độ cảnh báo cháy theo chỉ số Angstrom
Cấp cháy Chỉ số I Khả năng cháy
I I ≥ 4.0 Không có khả năng cháy rừng
II 2.5 ≤ I < 4.0 Ít có khả năng cháy rừng III 2.0≤ I < 2.5 Có nhiều khả năng cháy rừng
IV I <2.0 Rất có khả năng cháy rừng
Phương pháp dự báo nguy cơ cháy rừng dựa vào chỉ số Angstrom không tính tới ảnh hưởng của các nhân tố lượng mưa, thời gian mưa, chưa phản ánh rõ nét độ ẩm của VLC và khối lượng VLC. Nó có thể phù hợp với điều kiện thời tiết ít mưa trong suốt mùa cháy, khối lượng VLC ổn định và trạng thái rừng có tính đồng nhất cao của nơi nghiên cứu, nhưng có thể ít phù hợp với những địa phương có sự biến động cao về lượng mưa, địa hình và khối lượng VLC.
CHƯƠNG 3. ĐỀ XUẤT CHỈ SỐ CẢNH BÁO NGUY CƠ CHÁY RỪNG TẠI VIỆT NAM
3.1 Giới thiệu vùng nghiên cứu:
3.1.1 Sự đa dạng về hệ sinh thái rừng ở Việt Nam
Lãnh thổ Việt Nam trải dài từ kinh tuyến 10208’ Đông đến 109027’ Đông và từ vĩ tuyến 8027’ Bắc đến 23023’ Bắc. Diện tích đất liền vào khoảng 331.698km2. Hình thể nước Việt Nam có hình chữ S, kéo dài theo phương Bắc – Nam, hẹp theo phương Đông – Tây, nằm trong vành đai nhiệt đới bắc bán cầu, phía Nam tiếp cận gần với xích đạo. Đường bờ biển kéo dài 3.260km từ Móng Cái đến Hà Tiên, nơi có rừng ngập mặn và rừng phi lao trên cát [1].
Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn công bố số liệu về diện tích rừng và cây lâu năm có tán che phủ và có tác dụng phòng hộ tính đến hết năm 2013 trên toàn quốc trong Bảng 3.1. Tổng diện tích rừng bao gồm rừng tự nhiên và rừng trồng, trong đó, rừng trồng được chia làm 2 loại là rừng trồng đã khép tán và rừng trồng chưa khép tán.
Bảng 3.1. Diện tích rừng và cây lâu năm ở nước ta tính đến hết năm 2013 (Đơn vị tính: ha) (Đơn vị tính: ha)
TT Loại rừng Tổng cộng
Thuộc quy hoạch 3 loại rừng Ngoài quy hoạch đất lâm nghiệp Đặc dụng Phòng hộ Sản xuất (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 1 Tổng diện tích rừng 13.954.454 2.081.790 4.665.531 7.001.018 206.114 1.1 Rừng tự nhiên 10.398.160 1.999.442 4.012.435 4.350.488 35.795 1.2 Rừng trồng 3.556.294 82.348 653.096 2.650.530 170.319 A Rừng trồng đã khép tán 3.160.314 73.179 580.376 2.355.404 151.355 B Rừng trồng chưa khép tán 395.979 9.169 72.720 295.126 18.964
2
Diện tích rừng để tính độ che phủ
13.558.474 2.072.621 4.592.811 6.705.892 187.150
Hiểu được tầm quan trọng của rừng trong phòng chống thiên tai, cải thiện môi trường và sức khỏe của con người, Đảng và Nhà nước luôn quan tâm, chỉ đạo sát sao công tác trồng, bảo vệ rừng.
Tính đa dạng về các loài cây là một trong những nhân tố quyết định đến tính đa dạng trong hệ sinh thái rừng ở Việt Nam. Ngoài những yếu tố bản địa đặc trưng, Việt Nam còn là nơi hội tụ của 3 luồng thực vật di cư từ Trung Quốc, Ấn Độ - Himalaya, Malaysia – Indonesia và các vùng khác kể cả ôn đới.
Nước ta có khoảng 11.373 loài thực vật, thuộc 2.524 chi và 378 họ [1]. Các nhà thực vật học dự đoán con số loài thực vật ở nước ta có thể lên đến 15.000 loài. Trong các loài cây nói trên có khoảng 7.000 loài thực vật có mạch, số loài thực vật đặc hữu của Việt Nam chiếm khoảng 30% tổng số loài thực vật ở miền Bắc và chiếm khoảng 25% tổng số loài thực vật trên toàn quốc. Có ít nhất 1.000 loài cây đạt kích thước lớn, 354 loài cây có thể dùng để sản xuất gỗ thương phẩm. Các loài tre nứa ở Việt Nam cũng rất phong phú, trong đó có ít nhất 40 loài có giá trị thương mại. Sự phong phú về loài cây đã mang lại cho rừng Việt Nam những giá trị to lớn về kinh tế và khoa học. Theo thống kê của Viện Dược liệu (2003), hiện nay đã phát hiện được 3.850 loài cây dùng làm dược liệu chữa bệnh, trong đó chữa được cả những bệnh nan y hiểm nghèo. Theo thống kê ban đầu, đã phát hiện được 76 loài cây cho nhựa thơm, 600 loài cây cho tan anh,500 loài cây cho tinh dầu và 260 loài cây cho dầu béo. Như vậy, bức tranh về hệ sinh thái rừng của nước ta rất phong phú.
Đồi núi chiếm ba phần tư lãnh thổ. Địa hình Việt Nam được chia thành nhiều loại khác nhau, từ vùng ven biển đến đồng bằng, trung du, cao nguyên và vùng núi với đỉnh núi cao nhất là Phanxipang cao hơn 3.100m.