II. Ở Việt nam
2.5. Xõy dựng và ứng dụng cỏc mụ hỡnh nhằm tớnh toỏn, mụ phỏng cỏc
quỏ trỡnh dũng chảy trong lưu vực.
Cỏc mụ hỡnh tớnh toỏn thuỷ văn, mụ phỏng ảnh hưởng của việc quản lý sử dụng tài nguyờn rừng và đất đến nguồn nước trờn thế giới đó và đang được nhiều nhà khoa học trong nước ứng dụng trong điều kiện nước ta cho những kết quả đỏng tin cậy, điển hỡnh là mụ hỡnh SWAT . Trong nghiờn cứu ứng dụng mụ hỡnh SWAT đỏnh giỏ ảnh hưởng của lớp phủ rừng tới một số đặc trưng thủy văn chủ yếu trong lưu vực nhỏ thuộc tạm Mự Cang Chải của Vũ Văn Tuấn, Phạm Thị Hương Lan (2004) [31] đi đến kết luận: Rừng cú tỏc dụng điều tiết dũng chảy, làm giảm lượng dũng chảy lũ và tăng lượng dũng chảy kiệt. Mức độ điều tiết dũng chảy của rừng khỏ rừ đối với dũng chảy kiệt trong khi mức độ điều tiết này khụng thể hiện rừ lắm đối với dũng chảy lũ. Đồng thời diện tớch rừng thay đổi ở khu vực thượng lưu cú ảnh hưởng rừ rệt hơn tới dũng chảy so với thay đổi diện tớch rừng ở khu vực hạ lưu. Cụ thể diện tớch rừng giảm 25% làm cho tổng lượng dũng chảy lũ tăng 0,51% và giảm tổng lượng dũng chảy kiệt 3,15%. Diện tớch rừng ở thượng lưu tăng 20% làm cho tổng lượng dũng chảy lũ giảm 0,29% và tăng tổng lượng dũng chảy kiệt 0,61%. Diện tớch rừng ở hạ lưu tăng 20% làm cho tổng lượng dũng chảy lũ giảm 0,38% và tăng tổng lượng dũng chảy kiệt 0,61%. Nghiờn cứu tớnh toỏn dũng chảy và bựn cỏt lưu vực sụng Sờ san của Nguyễn Thị Bớch và
Nguyễn Kiờn Dũng (2005) [3] cho biết, trước kia việc tớnh toỏn lượng bựn cỏt xúi mũn trờn cỏc lưu vực được ước lượng theo Wischmeier và Smith (1978) nhưng chỉ tớnh toỏn xúi mũn tiềm năng, xúi mũn đất ở lưu vực nhỏ. Để tớnh toỏn dũng chảy bựn cỏt cho lưu vực lớn như lưu vực sụng Sờ san thỡ phải dựng bài toỏn quy mụ lớn hơn bằng cỏch ỏp dụng mụ hỡnh SWAT tớnh toỏn dũng chảy bựn cỏt tại đầu ra của cỏc lưu vực con dựa vào 2 cơ sở chớnh là phương trỡnh cõn bằng nước và phương trỡnh mất đất phổ dụng cải tiến, kết quả mụ hỡnh đạt được là tương đối khỏ.
Ngoài mụ hỡnh SWAT, trong nghiờn cứu của Dương Văn Khỏnh (2001)[14] cũn sử dụng mụ hỡnh WMS (Watershed Modeling System) để ỏp dụng, kiểm chứng và mụ phỏng cỏc hoạt động kinh tế của con người đến sự thay đổi của quỏ trỡnh lũ cho lưu vực sụng Zagodzonka thuộc vựng Radom, bờn nhỏnh trỏi của sụng Wisla, ở trung tõm nước Ba lan với diện tớch lưu vực khoảng 100 km2. Kết quả tớnh toỏn, mụ phỏng cho thấy thay đổi diện tớch rừng cú ảnh hưởng đỏng kể đến quỏ trỡnh phỏt triển dũng chảy lũ trờn lưu vực. Trong cỏc điều kiện cực trị ( rừng che phủ toàn bộ lưu vực) đỉnh lũ giảm 53% ứng với tần suất 10%, đỉnh lũ giảm 50% ứng với tần suất 5% và đỉnh lũ giảm 40% ứng với tần suất 1%. Sự tớnh toỏn mụ phỏng cũng khẳng định là rừng ở vựng thượng du của lưu vực sẽ cắt giảm đỉnh lũ mạnh hơn rừng ở vựng hạ du của lưu vực.
Nhỡn chung, tương tự tỡnh hỡnh nghiờn cứu trờn thế giới, nghiờn cứu về thủy văn rừng ở quy mụ lưu vực ở Việt nam khụng nhiều như cỏc nghiờn cứu ở quy mụ khu rừng. Phần lớn cỏc cụng trỡnh nghiờn cứu đều tập trung vào việc định lượng khả năng của rừng điều tiết lưu lượng dũng chảy sụng suối (dũng chảy lũ và dũng chảy kiệt) và hạn chế xúi mũn đất thụng qua biến động của độ che phủ rừng và chất lượng rừng. Tuy nhiờn, tương tự cỏc nghiờn cứu ở quy mụ khu rừng, phạm vi nghiờn cứu của cỏc cụng trỡnh chỉ thực hiện trờn
một số ớt lưu vực, thời gian nghiờn cứu ngắn, nội dung và phương phỏp nghiờn cứu khụng thống nhất, đặc điểm đối tượng nghiờn cứu khỏc nhau, từ đú kết quả nghiờn cứu cũng khỏc nhau. Điều này cú thể thấy rừ qua kết quả của một số cụng trỡnh nghiờn cứu khỏc nhau như : Kết quả nghiờn cứu của Vừ Đại Hải và Ngụ Đỡnh Quế (2006)[12], khi độ che phủ rừng giảm 11%, lưu lượng dũng chảy lũ tăng 7,6% và lưu lượng dũng chảy kiệt giảm 16%, khi độ che phủ của rừng tăng 29% lưu lượng dũng chảy lũ giảm 13% ; kết quả nghiờn cứu của Vũ Tấn Phương và cộng sự (2007)[22], khi độ che phủ rừng tăng từ 20%-25% thỡ lưu lượng lũ giảm từ 7,5-9,3% và lưu lượng dũng chảy kiệt tăng từ 8,5-11,2%. Bờn cạnh đú, khi phõn tớch mối liờn hệ giữa độ che phủ rừng và chất lượng rừng với cỏc đặc trưng dũng chảy, một số cụng trỡnh nghiờn cứu chưa đỏnh giỏ tỏc động của cỏc nhõn tố khỏc đến biến động dũng chảy trong lưu vực.
Túm lại, mặc dự số lượng cỏc cụng trỡnh nghiờn cứu về hiệu quả giữ nước và chống xúi mũn đất của rừng ở Việt Nam từ trước đến nay chưa nhiều, nhưng bước đầu đó đó cú được một số thành quả nhất định như: (1) Định lượng được những thành phần cõn bằng nước chủ yếu của một số trạng thỏi rừng, gồm cả rừng tự nhiờn và rừng trồng;(2) Nghiờn cứu và đề xuất một số tiờu chuẩn cấu trỳc rừng hợp lý cho rừng phũng hộ đầu nguồn; (3) Sử dụng phương phỏp nghiờn cứu định lượng trong nghiờn cứu ở cả hai cấp độ là lưu vực và trờn sườn dốc, thu thập và xử lý số liệu quan trắc tương đối đầy đủ và chớnh xỏc, với sự hỗ trợ của cỏc cụng cụ viễn thỏm, GIS, cỏc mụ hỡnh toỏn và mỏy tớnh điện tử cú tốc độ xử lý cao. Những thành quả đú đó bước đầu đặt nền tảng cho việc xỏc lập cơ sở khoa học quản lý rừng phũng hộ nguồn nước, đúng gúp cho việc xõy dựng và phỏt triển cỏc biện phỏp kỹ thuật nõng cao hiệu năng phũng hộ của rừng theo hướng bền vững.
Bờn cạnh đú, do tỏc động của điều kiện kinh tế - xó hội, việc nghiờn cứu thủy văn rừng ở nước ta vẫn cũn một số tồn tại như: (1) Số lượng cỏc cụng trỡnh nghiờn cứu khụng nhiều, chủ yếu nghiờn cứu trờn quy mụ nhỏ, phõn bố phõn tỏn trờn cỏc vựng địa lý khỏc nhau. Đặc biệt số lượng cụng trỡnh nghiờn cứu trờn quy mụ lưu vực cũn rất ớt và tản mạn. (2) Mối liờn hệ giữa thảm thực vật rừng và dũng chảy trong lưu vực vẫn cũn cỏc quan điểm khỏc nhau và chưa được lượng hoỏ. (3) Đối với cỏc nghiờn cứu ở quy mụ lưu vực, phương tiện thiết bị nghiờn cứu lạc hậu, độ chớnh xỏc thấp và thụng tin, dữ liệu quan trắc thủy văn ở nhiều lưu vực vừa ngắn vừa khụng liờn tục, dẫn đến số liệu đầu vào của cỏc cụng trỡnh nghiờn cứu vừa thiếu vừa khụng chớnh xỏc, nhiều nhõn tố phải giả định hoặc nội suy, từ đú kết quả nghiờn cứu cú độ tin cậy chưa cao. (4) Khả năng và phạm vi ứng dụng cho cỏc vựng sinh thỏi và trờn cả nước của cỏc cụng trỡnh nghiờn cứu cũn hạn chế, đặc biệt là địa bàn Tõy nguyờn, trong đú cú tỉnh Kon tum.
Đề tài “ Nghiờn cứu mối liờn hệ giữa thảm thực vật rừng với dũng chảy
và chất lượng nước trong lưu vực sụng Đăkbla, tỉnh Kon tum” cú địa bàn nghiờn cứu mới, đặc trưng cho vựng Tõy nguyờn, quy mụ tương đối rộng, gúp phần bổ sung những vấn đề lý luận cũn tồn tại nờu trờn và cú ý nghĩa thực tiễn trong cụng tỏc quản lý và sử dụng cú hiệu quả cả tài nguyờn rừng và nước trong một lưu vực sụng. Kết quả nghiờn cứu của đề tài sẽ đúng gúp một số vấn đề mới phục vụ khoa học và thực tiễn như:
+ Xỏc định được mức độ liờn hệ của thảm thực vật rừng và cỏc yếu tố lập địa với dũng chảy và chất lượng nước ở lưu vực sụng Đăkbla, định lượng khả năng điều tiết nước trong dũng chảy sụng suối và hạn chế xúi mũn đất của thảm thực vật rừng trong lưu vực sụng Đăkbla núi riờng, cỏc lưu vực tương tự khỏc núi chung.
+ Bước đầu đề xuất diện tớch và chất lượng rừng hợp lý nhằm nõng cao sản lượng và chất lượng nước trong dũng chảy của lưu vực sụng Đăkbla.
NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ NGHIấN CỨU.
Chương 1
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU. 1.1. Nội dung nghiờn cứu.
1.1.1. Phõn tớch một số đặc trưng cơ bản của cỏc lưu vực nghiờn cứu.
- Xỏc định vị trớ, ranh giới, diện tớch, chỉ số hỡnh dạng, độ dốc, thổ nhưỡng, mật độ lưới sụng, suối của cỏc lưu vực nghiờn cứu.
- Phõn tớch cỏc đặc trưng về chế độ mưa, thảm thực vật rừng và dũng chảy sụng suối trong cỏc lưu vực nghiờn cứu.
1.1.2. Phõn tớch mối liờn hệ giữa thảm thực vật rừng và cỏc yếu tố lập địa với dũng chảy và chất lượng nước trong lưu vực sụng Đăkbla. địa với dũng chảy và chất lượng nước trong lưu vực sụng Đăkbla.
- Mối liờn hệ giữa độ che phủ rừng và cỏc yếu tố lập địa với từng nhõn tố: lưu lượng dũng chảy, mụ đuyn dũng chảy, hệ số dũng chảy và mụ đuyn bựn cỏt lơ lửng trong dũng chảy lũ.
- Mối liờn hệ giữa tỷ lệ diện tớch rừng giàu và trung bỡnh và cỏc yếu tố lập địa với từng nhõn tố: lưu lượng dũng chảy, mụ đuyn dũng chảy, hệ số dũng chảy và mụ đuyn bựn cỏt lơ lửng trong dũng chảy lũ.
1.1.3. Bước đầu đề xuất quy mụ diện tớch và chất lượng rừng cần
thiết nhằm nõng cao sản lượng và chất lượng nước trong dũng chảy của
lưu vực sụng Đăkbla.
- Đỏnh giỏ khả năng điều tiết nước trong dũng chảy sụng suối và hạn chế xúi mũn đất của thảm thực vật rừng hiện cú trong lưu vực sụng Đăkbla.
- Bước đầu đề xuất quy mụ diện tớch và chất lượng rừng cần thiết nhằm nõng cao sản lượng và chất lượng nước trong dũng chảy của lưu vực sụng Đăkbla.
1.2. Phương phỏp nghiờn cứu.
1.2.1. Phương phỏp luận.
Xuất phỏt từ mục đớch, đối tượng và nội dung nghiờn cứu của đề tài, kết hợp với điều kiện và năng lực nghiờn cứu thực tế, đề tài lựa chọn phương
phỏp tiếp cận nghiờn cứu ở quy mụ lưu vực. Lưu vực được chọn nghiờn cứu là những lưu vực kớn, quy mụ vừa và nhỏ, thuận tiện cho việc thu thập và phõn tớch thụng tin về đối tượng nghiờn cứu.
Trong nghiờn cứu thuỷ văn, cỏc nhà khoa học đó đề ra hai quy tắc căn bản: (1) Nhà thuỷ văn phải quan tõm đến vấn đề là làm sao cho mỗi giọt nước mưa chảy khụng quỏ nhanh, ngược lại, càng chậm càng tốt. (2) Nhà thuỷ văn phải đảm bảo cho dũng nước được suối, sụng, hồ mang đi luụn cú một lượng như nhau, mựa mưa cũng như mựa khụ. Thảm thực vật cú tỏc dụng điều tiết nước mưa và cỏc chất bồi lắng vào dũng chảy sụng, suối trong lưu vực. Tựy thuộc vào diện tớch, chất lượng và đặc điểm thảm thực vật rừng mà khả năng điều tiết nước mưa trong mỗi lưu vực sụng cú khỏc nhau, luụn biến đổi và bị chi phối bởi nhiều yếu tố khỏc như khớ hậu, địa hỡnh, đặc trưng lưu vực và tỏc động của con người. Vỡ vậy, để đạt được mục tiờu nghiờn cứu, đề tài vận dụng cỏc cỏch tiếp cận chủ yếu sau:
- Tiếp cận hệ thống. Lưu vực là một đơn vị cơ bản của tự nhiờn. Mỗi
lưu vực sụng là một hệ thống gồm nhiều nhõn tố hợp thành như: Khớ hậu, địa hỡnh, địa chất và thổ nhưỡng, thảm thực vật che phủ, dũng chảy sụng suối và cỏc hoạt động của con người. Cỏc nhõn tố này cú mối quan hệ tỏc động qua lại với nhau, khi thay đổi một hay một số nhõn tố nào đú cú thể làm thay đổi những những nhõn tố khỏc. Cỏc mối liờn hệ giữa cỏc nhõn tố cú thể mụ phỏng bằng cỏc mụ hỡnh toỏn, trờn cơ sở đú cú thể điều tiết dũng chảy và cải thiện nguồn nước trong lưu vực bằng cỏch kiểm soỏt cỏc tỏc động vào những nhõn tố trong phương trỡnh tương quan, bao gồm cả thảm thực vật rừng. Đõy là phương phỏp tiếp cận chủ yếu được vận dụng để thu thập và xử lý thụng tin trong đề tài.
- Tiếp cận phõn tớch và tổng hợp. Do điều kiện thời gian nghiờn cứu hạn chế, quy mụ lưu vực lớn với nhiều đối tượng khỏc nhau, với phương phỏp tiếp cận phõn tớch và tổng hợp, lưu vực nghiờn cứu được phõn chia thành 15 lưu vực phụ để thu thập và xử lý số liệu về cỏc đối tượng ở quy mụ khụng gian khỏc nhau trong cựng thời gian. Mặt khỏc, trong từng lưu vực, cỏc trạng thỏi rừng khụng ảnh hưởng một cỏch riờng rẽ đến dũng chảy mặt và dũng chảy ngầm, mà luụn cú sự tương tỏc giữa cỏc trạng thỏi rừng trước khi đổ ra sụng suối. Vận dụng trong nghiờn cứu này, mối liờn hệ của thảm thực vật rừng với dũng chảy khụng phõn tớch tỏch biệt cho từng trạng thỏi rừng mà dựng chỉ tiờu tổng hợp là độ che phủ rừng và tỷ lệ diện tớch rừng giàu và rừng trung bỡnh trong mỗi lưu vực.
1.2.2. Phương phỏp thu thập thụng tin.
1.2.2.1. Phương phỏp nghiờn cứu tài liệu.
Nghiờn cứu tổng quan cỏc cụng trỡnh nghiờn cứu thủy văn rừng của cỏc nhà khoa học thế giới và ở Việt nam đó thực hiện, từ đú chọn lọc và tổng hợp những kết quả nghiờn cứu làm luận chứng khoa học phục vụ quỏ trỡnh nghiờn
cứu đề tài. Nguồn tài liệu được khai thỏc từ cỏc thư viện, cỏc trung tõm lưu trữ và trờn mạng Internet.
1.2.2.2. Phương phỏp phi thực nghiệm.
a. Thu thập số liệu để phõn tớchcỏc đặc trưng cơ bản của lưu vực.
- Cỏc số liệu cần thu thập bao gồm: Khoanh vẽ ranh giới lưu vực, tớnh
diện tớch, chiều dài, độ rộng, độ cao bỡnh quõn, độ dốc bỡnh quõn, mật độ lưới sụng suối và chiều dài sụng suối của cỏc lưu vực nghiờn cứu.
- Kỹ thuật thu thập cỏc số liệu: Khảo sỏt và dựng GPS đỏnh dấu vị trớ
mặt cắt điểm đầu ra của cỏc lưu vực trờn thực địa trong cỏc lưu vực nghiờn cứu. Trờn bản đồ địa hỡnh 1/10.000, bản đồ hệ thống sụng suối, bản đồ mụ hỡnh số húa độ cao (DEM), sử dụng phần mềm ArcSwat được tớch hợp trong phần mềm ArcGis để nội suy từ mụ hỡnh số húa độ cao ra hướng dũng chảy, đường phõn thuỷ, hệ thống sụng suối, đồng thời tớnh toỏn cỏc chỉ tiờu độ cao, độ dốc, diện tớch và chỉ số hỡnh dạng cỏc lưu vực nghiờn cứu.
b. Thu thập số liệu đặc điểm thổ nhưỡng trong lưu vực.
- Cỏc số liệu cần thu thập bao gồm: Bản đồ đất tỉnh Kon tum tỷ lệ 1/100.000, do Trung tõm Tài nguyờn mụi trường - Phõn viện Quy hoạch và thiết kế nụng nghiệp Miền trung xõy dựng năm 2005 [27]. Diện tớch cỏc loại đất trong lưu vực chớnh và 15 lưu vực phụ.
- Kỹ thuật thu thập cỏc số liệu: Sau khi lập được bản đồ ranh giới lưu
vực sụng Đăk Bla, tiến hành chồng ghộp lờn bản đồ đất và dựng phần mềm ArcGis để tớnh toỏn được bảng thuộc tớnh chứa cỏc thụng tin về diện tớch của cỏc loại đất của lưu vực nghiờn cứu. Truy xuất bảng thuộc tớnh này ra thành dữ liệu sử dụng được trờn phần mềm Excel, từ đú tớnh ra bảng số liệu bỏo cỏo.
c. Thu thập số liệu lượng mưa trong lưu vực.
- Cỏc số liệu cần thu thập bao gồm: lượng mưa hàng ngày trong lưu vực chớnh và cỏc lưu vực phụ.
- Kỷ thuật thu thập số liệu: Bố trớ 7 trạm đo mưa trong lưu vực nghiờn
cứu. Vị trớ cỏc trạm được đỏnh dấu trờn bản đồ bằng mỏy định vị GPS. Mỗi trạm được đo mưa theo ngày trong suốt thời gian từ thỏng 1/2011 đến thỏng 12/2013. Mỗi ngày đo 2 lần vào lỳc 7 giờ sỏng và lỳc 17 giờ chiều. Kết quả đo mưa trong ngày được tớnh từ 17 giờ ngày hụm trước đến 17 h ngày hụm sau. Cụng cụ đo mưa bằng vũ kế tiờu chuẩn của Trung tõm khớ tượng thủy văn Kon tum.
d. Thu thập số liệu lưu lượng dũng chảy tronglưu vực.
- Cỏc số liệu cần thu thập bao gồm: diện tớch mặt cắt ngang lũng dẫn