BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - NGUYỄN VĂN ĐOÀN NGHIÊN CỨU QUY LUẬT BIẾN ĐỘNG DỊNG CHẢY Ở MỘT SỐ LƯU VỰC ĐIỂN HÌNH CỦA VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP Hà Nội - 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - NGUYỄN VĂN ĐOÀN NGHIÊN CỨU QUY LUẬT BIẾN ĐỘNG DÒNG CHẢY Ở MỘT SỐ LƯU VỰC ĐIỂN HÌNH CỦA VIỆT NAM Chuyên ngành: Quản lý bảo vệ Tài nguyên rừng Mã ngành: 60.62.68 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN QUANG BẢO Hà Nội - 2011 ĐẶT VẤN ĐỀ Lũ lụt hạn hán thiên tai gây thiệt hại nhiều đến đời sống kinh tế - xã hội mà hàng ngàn đời người phải chống chọi tìm cách thích ứng Những tai biến, cố mơi trường ngày diễn nhiều đặc biệt khu vực có lượng mưa lớn tập trung Việt Nam, với 3/4 diện tích tự nhiên vùng đồi núi, lại nằm khu vực khí hậu nhiệt đới mưa mùa đánh giá năm quốc gia bị ảnh hưởng nhiều biến đổi khí hậu tồn cầu, nên hạn hán lũ lụt yếu tố đe dọa đến phát triển bền vững kinh tế - xã hội đất nước Bản chất lũ lụt hạn hán trình dâng lên suy giảm bất thường dịng nước mà q trình gây thiệt hại kinh tế, suy thối mơi trường, ảnh hưởng đến đời sống người Các số phản ánh đặc điểm dòng chảy như: hệ số biến động dòng chảy, tốc độ tăng lũ, hệ số giảm lũ, thời gian trễ lũ, tổng lưu lượng dòng chảy lưu vực có mối quan hệ với đặc điểm lưu vực trạng lớp phủ thực vật, độ dốc, độ chênh cao, diện tích, chu vi, hình dạng chế độ mưa lưu vực Tuy nhiên ảnh hưởng đặc điểm lưu vực đến dòng chảy khơng giống nhau, có nhân tố ảnh hưởng mạnh có tính chất định tính chất dịng chảy có nhân tố có mức độ ảnh hưởng thấp Việc nghiên cứu ảnh hưởng lưu vực số phản ánh đặc điểm dòng chảy có ý nghĩa to lớn sở khoa học cho giải pháp quản lý, sử dụng lưu vực, đặc biệt việc quy hoạch hệ thống dân sinh, kinh tế-xã hội, dự báo xây dựng biện pháp phòng tránh thiên tai, quản lý nguồn nước Ở Việt Nam, nội dung nghiên cứu mẻ, kết thu hạn chế, biện pháp quản lý sử dụng lưu vực thiếu sở khoa học nên chưa hiệu Để góp phần xây dựng sở lý luận cho giải pháp quản lý sử dụng lưu vực, đặc biệt phòng tránh giảm nhẹ thiên tai, chọn thực đề tài “Nghiên cứu quy luật biến động dòng chảy số lưu vực điển hình Việt Nam” Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Bản chất nghiên cứu quy luật biến đổi dòng chảy lưu vực nghiên cứu trình thủy văn lưu vực Hiện nghiên cứu vấn đề thường tập trung vào số nội dung sau: 1.1 Trên giới 1.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng rừng tới dòng chảy 1.1.1.1 Quan điểm khả giữ nước rừng Vai trò giữ nước rừng hiểu khả lưu giữ tích luỹ nước dạng - làm tăng lượng nước đất, giảm bốc thoát nước, tăng mực nước ngầm, giảm dịng chảy bề mặt, hạn chế xói mịn đất, qua làm tăng ổn định dịng chảy sông suối, làm nước (Mon-tranop, 1960, 1973 - dẫn theo Vương Văn Quỳnh, 1999 [29]; Khanbecop, 1984 [14]; Bonell M, 1993 [45]) Khả giữ nước rừng phản ánh thơng qua tiêu chí giảm tỷ lệ dịng chảy mặt, tăng lượng nước ngầm, giảm cường độ tần xuất xuất lũ sơng suối, ổn định dịng chảy mùa năm Tuy nhiên khả giữ nước rừng có giới hạn, phụ thuộc nhiều vào đặc điểm cấu trúc rừng đặc điểm đất rừng (độ xốp, cấu tượng đất, tốc độ thấm nước, hàm lượng mùn, độ dày tầng đất) Những đặc điểm cấu trúc lớp phủ thực vật, đất địa hình định dung tích chứa nước rừng đất rừng (Vu Chí Dân Vương Lễ Tiên, 2001 [2]) 1.1.1.2 Phương pháp nghiên cứu Theo Thomas Dunne (1992) [71], Menachem Agassi (1996) [63], C.A.A Ciesiolka C.W Rose (1998) [48], F.Agus cộng (1998) [51], có hai phương pháp để nghiên cứu khả giữ nước rừng: Một là, nghiên cứu lưu vực: Khả giữ nước rừng đánh giá thông qua theo dõi thay đổi lưu lượng nước biến đổi tốc độ dịng chảy sơng suối trước sau mưa, mùa mưa mùa khơ, lượng vật chất xói mịn vận chuyển đầu lưu vực Với phương pháp người ta thấy tác động tổng hợp trạng thái rừng mà không định lượng khẳ giữ nước trại thái riêng biệt Hai là, nghiên cứu trình thuỷ văn sườn dốc: Nghiên cứu thực cách bố trí mẫu nghiên cứu tiến hành đo đạc chi tiết nhiều lần Phương pháp cho kết nghiên cứu xác hơn, đặc biệt ảnh hưởng kiểu rừng đến trình thủy văn rừng như: lượng nước giữ lại tán, tỷ lệ dòng chảy mặt, tỷ lệ dịng chảy ngầm, sói mịn đất….v.v Tuy nhiên phương pháp địi hỏi phải có đầu tư lớn phức tạp phương pháp đầu Đặc điểm thuỷ văn rừng biểu thơng qua vịng tuần hoàn nước (John D Hewlett, 1982 [57]) hay tuần hồn thuỷ văn (G.Fiebiger, 1993 [52]) Q trình tuần hồn thuỷ văn rừng trình nước mưa vào hệ sinh thái rừng, đến q trình nước thấm xuống đất, hình thành dịng chảy mặt dịng chảy ngầm, hình thành dịng chảy sơng suối, bốc nước vật lý sinh lý trở khí v.v Nghiên cứu thủy văn rừng cần xem xét cách tổng hợp nhiều yếu tố như: Chế độ khí hậu, thời tiết, độ dốc, độ cao lưu vực, hình dạng lưu vực, đặc điểm đất đặc điểm lớp thảm thực vật của lưu vực (Phạm Văn Điển, 2006 [10]) 1.1.1.3 Những kết nghiên cứu điển hình Nghiên cứu thủy văn rừng giới thu thành quan trọng, nghiên cứu từ định tính đến định lượng đặc biệt phần định lượng thành phần cân nước hệ sinh thái rừng xác định, dự báo xói mịn đất Có thể kể vài cơng trình nghiên cứu điển hình sau: a Lượng nước mưa giữ lại tán rừng Lượng nước mưa giữ lại tán tiêu quan trọng phản ánh khả giữ nước rừng Lượng nước mưa giữ lại tán nhiều tạo điều kiện nước ngấm vào đất lớn, làm giảm tỷ lệ dịng chảy mặt, giảm nguy sói mịn đất, đặc biệt vùng đất dốc Theo Bruijnzeel (1990b) [46], nhiều cơng trình nghiên cứu lượng nước chảy men thân giới cho kết từ - 3% so với tổng lượng mưa Các cơng trình nghiên cứu khả giữ nước tán rừng kim ôn đới cho kết lượng nước mưa giữ lại tán giao động từ 20 - 40% tổng lượng nước mưa (Gash cộng sự, 1980; Rutter cộng sự, 1971; Teklehaimanot, 1991 - dẫn theo Vương Lễ Tiên cộng sự, 1991 [34]) Tại Trung Quốc nghiên cứu khả ngăn giữu nước mưa tán rừng đới khí hậu khác cho kết tán rừng ngăn giữ 11,4 - 34,3% tổng lượng nước mưa, hệ số biến động 6,68 - 55,05% Trong tỷ lệ nước mưa đươ ̣c giữ lại tán rừng kim thường xanh nhiệt đới, núi cao miền Tây lớn nhất, rừng hỗn giao rộng thường xanh với rộng rụng nhiệt đới, miền núi nhỏ (Vu Chí Dân - Christoph Peisert Dư Tân Hiểu (2001) [1] Các kết nghiên cứu rằng, lượng nước giữ lại tán rừng tùy thuộc vào lượng mưa, cường độ mưa, đặc điểm cấu trúc rừng Hiện việc mô lượng nước mưa bị giữ lại tán rừng, người ta thường sử dụng mơ hình Rutter mơ hình giải tích Gash (M.J Waterloo, 1999) [62] Tỷ lệ phần trăm lượng nước mưa lọt tán so với tổng lượng mưa loại rừng thường đạt từ 75% trở lên và tỷ lê ̣ này phụ thuộc vào cấu trúc tán lá, số diện tích lá, đặc điểm mưa nhân tố gió; Năng lượng lượng nước mưa lọt tán rừng gỗ tầng thường lớn lượng mưa nơi trống (Jordan C.F Herrera, 1981) [58] b Lượng nước hút giữ vật rơi rụng rừng Lớp thảm mục có ý nghĩa to lớn đời sống sinh vật rừng trình thủy văn rừng Lớp thảm mục khơng có tác dụng thấm nước, lớp ma sát ngăn cản dòng chảy, mà chúng phân hủy tạo cho đất rừng tơi xốp hơn, làm tăng dung tích chứa nước đất Kết nghiên cứu vùng hồ Mật Vân - Trung Quốc ghi nhận rằng, khối lượng nước lưu giữ lớp thảm mục đạt tới - lần khối lượng khơ thân nó, tỷ lệ khối lượng nước giữ lại lớp thảm mục tối đa bình qn 309,54% (Vu Chí Dân & Vương Lễ Tiên, 2001) [2] Những nghiên cứu lượng nước hút giữ lớp thảm mục rừng trồng phịng hộ cao ngun Hồng Thổ Trương Hồng Giang (1989) [11], cho thấy rằng, tỷ lệ 191% c Lượng nước chảy bề mặt đất nước ngầm Nhìn chung, đất rừng tự nhiên có khả thấm nước cao xuất dòng chảy bề mặt (Douglass, 1977 [49]; Pritchett, 1979 [65]) Tuy nhiên, rừng bị chặt hạ trở nên thưa thớt độ dốc mặt đất lớn, tạo dòng chảy mặt (Ruxton, 1967 [66]; Imeson, A.C Vis, 1982 [56]) Nói chung, đất rừng có tốc độ thấm nước lớn so với loại hình sử dụng đất khác, tốc độ thấm nước ổn định đất rừng đạt 80 mm/giờ trở lên (Dunne, 1978) [50] Kết nghiên cứu Trần Huệ Tuyền (1994) [41] cho thấy, đất rừng có độ hổng ngồi mao quản lớn, tốc độ thấm nước lượng nước thấm đất rừng tăng lên Theo kết nghiên cứu, hecta đất rừng tích giữ lượng nước 641 - 679 tấn/năm (Vu Chí Dân Vương Lễ Tiên, 2001) [2] Những kết nghiên cứu thủy văn nghiên cứu mơi trường sử dụng chất đồng vị phóng xạ cho thấy, số trường hợp, dòng chảy mạch nước ngầm nguồn gốc chủ yếu lũ lưu vực; Quá trình lũ chủ yếu “nước cũ” (Old water) bị "nước mới" thay đẩy tạo nên (Skash cộng sự, 1986, dẫn theo Phạm Văn Điển, 2006 [10]) 1.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng đặc điểm lưu vực đến dòng chảy Đặc điểm lưu vực kích thước, độ dốc, hình dạng, lớp thảm thực vật chế độ khí hậu (lượng mưa, thời gian mưa mùa mưa) nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến đặc điểm dòng chảy lưu vực sản lượng nước lưu vực, đỉnh lũ, độ muộn lũ Lĩnh vực nghiên cứu tiến hành rộng dãi giới để phát mối liên hệ đặc điểm dòng chảy với đặc điểm lưu vực (Hewlett cộng sự, 1984, 1977 [55] [54]; Wolock, 1995 [72]; Singh, 1997 [67]; Bruijnzeel, 2004 [47]; Andreassian, 2004 [42]) Có nhiều yếu tố lưu vực mà thay đổi làm thay đổi đặc điểm dòng chảy Nghiên cứu ảnh hưởng kích thước lưu vực đến trình thủy văn thực Pilgrim cộng (1982) [64] Nhóm tác giả kết luận “kích thước lưu vực ảnh hưởng rõ rệt không đến đặc điểm dịng chảy trung bình mà cịn ảnh hưởng đến biến động dịng chảy Khi kích thước lưu vực nhỏ, mức độ thay đổi dịng chảy sơng suối phụ thuộc rõ rệt vào lượng mưa biến thiên giịng lũ có xu hướng tăng lên lượng mưa tăng ngược lại” (Wood cộng sự, 1988 [73]) Tại Quebec, Lajoie cộng (2007) [59] phân tích đặc điểm dịng chảy theo tháng giịng sơng tự nhiên, giịng sơng có kiểm sốt kết luận kích thước lưu vực có mức độ ảnh hưởng tồn đến thay đổi trình thủy văn mức độ thay đổi theo mùa dịng chảy Với hình dạng lưu vực, Tabios cộng (1988) [70] phát lưu vực có hình dạng dài ảnh hưởng rõ rệt đến biến đổi dịng chảy lưu vực hình trịn Sự trì hỗn dịng chảy lưu vực tập trung (hình trịn) có hiệu lưu vực có hình dạng dài (Goff cộng sự, 2006 [53]) Ảnh hưởng rừng dòng chảy lưu vực: Sau xem sét tài liệu giới rừng mối quan hệ dòng chảy, Sun cộng (2007) [68] tăng diện tích rừng có khả làm giảm sản lượng nước tốc độ giòng lũ Bằng cách tổng kết kết nghiên cứu số tác giả khác (Trendle and King, 1985; Fritsch, 1990; Robinson cộng sụ, 1991; Hornbeck cộng sự,1997 – dẫn theo Trần Quang Bảo, 2006 [43]), Andreassian (2004) [42] kết luận rừng thường làm tăng tần xuất lũ đỉnh lũ Ảnh hưởng chế độ mưa đến dòng chảy: gia tăng lưu lượng dòng chảy chịu ảnh hưởng rõ rệt tăng lên nước ngầm vùng cao tăng lên lượng mưa (Pilgrim cộng sự, 1982 [64]) Dựa vào việc so sánh 50 lưu vực lớn giới, Guillemette cộng (2007) (dẫn theo Trần Quang Bảo, 2006 [43]) nhận thấy đỉnh lũ mưa với trận mưa có lượng mưa đủ lớn mưa bao trùm khoảng 30% lưu vực Ngoài nhiều tài liệu khoa khọc liên quan đến rừng nước, đặc biệt tài liệu phân tích ảnh hưởng phân bố rừng đến sản lượng nước lưu vực ... thực đề tài ? ?Nghiên cứu quy luật biến động dòng chảy số lưu vực điển hình Việt Nam? ?? 3 Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Bản chất nghiên cứu quy luật biến đổi dòng chảy lưu vực nghiên cứu trình... (Lt): thời gian trễ lũ lưu vực nghiên cứu biến động khác nhau, từ 6.82 đến 13.87 - Hệ số biến động dòng chảy (FCV): hệ số biến động dòng chảy lưu vực nghiên cứu khác nhau, biến động từ 94.77% đến... nghiên cứu ảnh hưởng đặc điểm lưu vực đến dòng chảy 17 lưu vực điển hình Việt Nam, đề tài rút số kết luận sau: 1.1 Đặc điểm lưu vực nghiên cứu - Diện tích độ che phủ rừng: diện tích lưu vực biến