Đề tài : Nghiên cứu mối liên hệ giữa thảm thực vật rừng với dòng chảy và chất lượng nước trong lưu vực sông đăkbla, tỉnh kon tum

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận án tiến sĩ: “ Nghiên cứu mối liên hệ giữa thảm thực vật rừng với dòng chảy và chất lượng nước trong lưu vực sông Đăkbla, tỉnh Kon tum” là công trình n

NGUYỄN TẤN LIÊM

NGHIÊN CỨU MỐI LIÊN HỆ GIỮA THẢM THỰC VẬT RỪNG VỚI DÒNG CHẢY VÀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC TRONG LƯU VỰC

SÔNG ĐĂKBLA, TỈNH KON TUM

LUẬN ÁN TIẾN SỸ LÂM NGHIỆP

Hà Nội, 2014

NGUYỄN TẤN LIÊM

NGHIÊN CỨU MỐI LIÊN HỆ GIỮA THẢM THỰC VẬT RỪNG VỚI DÒNG CHẢY VÀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC TRONG LƯU VỰC

SÔNG ĐĂKBLA, TỈNH KON TUM

Chuyên ngành: lâm sinh

Mã số: 62.62.02.05

LUẬN ÁN TIẾN SỸ LÂM NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS.TS PHÙNG VĂN KHOA

2 GS.TSKH NGUYỄN NGỌC LUNG

Ơ

Hà Nội, 2014

LỜI CẢM ƠN

Luận án tiến sĩ “ Nghiên cứu mối liên hệ giữa thảm thực vật rừng với

dòng chảy và chất lượng nước trong lưu vực sông Đăkbla, tỉnh Kon tum”

được thực hiện và hoàn thành theo chương trình đào tạo tiến sĩ tại Trường Đại học Lâm nghiệp Việt nam

Trong suốt hơn 3 năm thực hiện luận án này, tác giả đã được Ban giám hiệu, Khoa Đào tạo sau đại học trường Đại học Lâm nghiệp, lãnh đạo UBND tỉnh Kon tum, Sở Nông nghiệp và PTNT tỉnh Kon tum quan tâm giúp đỡ, chỉ đạo và tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành luận án Nhân dịp này tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến sự giúp đỡ quý báu đó

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TSKH Nguyễn Ngọc Lung và PGS.TS Phùng Văn Khoa là những người thầy hướng dẫn khoa học

đã nhiệt tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả từ những ngày đầu tiên lựa chọn đề tài đến lúc hoàn thành luận án

Tác giả xin cám ơn sự cộng tác giúp đỡ nhiệt tình của Trung tâm khí tượng thủy văn tỉnh Kon tum, Công ty tư vấn lâm nghiệp Chinh Nguyên, Chi cục Lâm nghiệp và Chi cục Kiểm lâm tỉnh Kon tum trong việc thu thập và xử

lý số liệu, chia xẻ những kiến thức có liên quan đến đề tài nghiên cứu

Cuối cùng và rất quan trọng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả những người thân trong gia đình và các bạn hữu gần xa đã tận tình giúp

đỡ tác giả cả tinh thần và vật chất để vượt qua những khó khăn trong cuộc sống và công việc trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng do điều kiện nghiên cứu và năng lực chủ quan có hạn, cho nên luận án không tránh khỏi những khiếm khuyết, tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp các nhà khoa học để hoàn thiện hơn Xin trân trọng cám ơn!

Tác giả

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận án tiến sĩ: “ Nghiên cứu mối liên hệ giữa thảm thực vật rừng với dòng chảy và chất lượng nước trong lưu vực sông Đăkbla, tỉnh Kon tum” là công trình nghiên cứu do tôi trực tiếp thực hiện và chịu trách nhiệm trước pháp luật và nhà trường nếu như số liệu, kết quả nghiên cứu không trung thực hoặc sao chép từ công trình nghiên cứu của người khác đã công bố

Kon tum, ngày 15/7/2014

Người cam đoan

MỤC LỤC

Lời cảm ơn i

Lời cam đoan ii

Mục lục iii

Danh mục chữ viết tắt và ký hiệu các đơn vị tính vi

Danh mục các bảng tính toán và hình ảnh viii

MỞ ĐẦU 1

I Đặt vấn đề 1

II Mục tiêu, đối tượng nghiên cứu của đề tài 2

III Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

I Trên thế giới 4

1 Phương pháp nghiên cứu thủy văn rừng 4

1.1 Nghiên cứu ở quy mô ô thí nghiệm 5

1.2 Nghiên cứu ở quy mô khu rừng 5

1.3 Nghiên cứu ở quy mô lưu vực 6

1.4 Mô hình hóa trong nghiên cứu thủy văn rừng quy mô lưu vực 10

2 Những kết quả nghiên cứu chủ yếu về ảnh hưởng của rừng đối với dòng chảy và chất lượng nước của lưu vực 12

2.1 Nghiên cứu về ảnh hưởng của rừng đối với sản lượng nước trong dòng chảy của lưu vực 14

2.2 Nghiên cứu về ảnh hưởng của rừng đối với chất lượng nước trong lưu vực 22

II Ở Việt nam 25

1 Nghiên cứu ở quy mô khu rừng 25

1.1 Xây dựng phương pháp nghiên cứu thủy văn rừng 26

1.2 Xác định khả năng giữ nước và điều tiết dòng chảy của rừng 27

1.3 Xác định khả năng giữ nước của đất rừng 28

1.4 Xác định lượng thoát hơi nước của thảm thực vật rừng và bốc hơi nước của đất rừng 28

1.5 Nghiên cứu cấu trúc hợp lý cho rừng phòng hộ đầu nguồn 29

2 Nghiên cứu ở quy mô lưu vực 30

2.1 Khả năng giữ nước của đất rừng và các thảm thực vật rừng 30

2.2 Ảnh hưởng của độ che phủ rừng đến sản lượng nước trong dòng chảy sông suối 31

2.3 Ảnh hưởng của độ che phủ rừng đến chất lượng nước trong dòng chảy sông, suối 33

2.4 Xác định diện tích rừng cần thiết trong lưu vực 34

2.5 Xây dựng và ứng dụng các mô hình nhằm tính toán, mô phỏng các quá trình dòng chảy trong lưu vực 36

NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 40

Chương 1 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40

1.1 Nội dung nghiên cứu 40

1.1.1 Phân tích một số đặc trưng cơ bản của các lưu vực nghiên cứu 40

1.1.2 Phân tích mối liên hệ giữa thảm thực vật rừng và các yếu tố lập địa với dòng chảy và chất lượng nước trong lưu vực sông Đăkbla 40

1.1.3 Bước đầu đề xuất quy mô diện tích và chất lượng rừng cần thiết nhằm nâng cao sản lượng và chất lượng nước trong dòng chảy của lưu vực sông Đăkbla 41

1.2 Phương pháp nghiên cứu 41

1.2.1 Phương pháp luận 41

1.2.2 Phương pháp thu thập thông tin 42

1.2.3 Phương pháp xử lý thông tin 49

Chương 2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 63

2.1 Phân tích các đặc trưng cơ bản của khu vực nghiên cứu 63

2.1.1 Xác định vị trí, ranh giới, diện tích, độ dốc, chỉ số hình dạng, thổ nhưỡng, mật độ lưới sông, suối của các lưu vực nghiên cứu 63

2.1.2 Phân tích các đặc trưng về chế độ mưa, thảm thực vật rừng và chế độ dòng chảy sông, suối trong các lưu vực nghiên cứu 67

2.2 Phân tích mối liên hệ giữa thảm thực vật rừng và các yếu tố lập địa với dòng chảy và chất lượng nước trong lưu vực sông Đăkbla 82

2.2.1 Xác định mức độ liên hệ giữa các đại lượng 82

2.2.2 Xác lập phương trình hồi quy biểu thị mối liên hệ giữa các biến độc lập và biến phụ thuộc 83

2.3 Bước đầu đề xuất quy mô diện tích và chất lượng rừng cần thiết nhằm nâng cao giá trị sử dụng của sản lượng và chất lượng nước trong dòng chảy của lưu vực sông Đăkbla 116

2.3.1 Đánh giá khả năng điều tiết nước trong dòng chảy sông suối và hạn chế xói mòn đất của thảm thực vật rừng hiện có trong lưu vực sông Đăkbla 116

2.3.2 Bước đầu đề xuất quy mô diện tích và chất lượng rừng cần thiết nhằm nâng cao sản lượng và chất lượng nước trong dòng chảy của lưu vực sông Đăkbla 119

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 126

I Kết luận 126

II Kiến nghị 130 PHỤ LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CÁC ĐƠN VỊ TÍNH

Chữ viết tắt

ArcGIS Phần mềm hệ thống thông tin địa lý xử lý và phân tích các

mô hình không gian

CIFOR Center for International Forestry Research – Trung tâm

nghiên cứu lâm nghiệp quốc tế

DEM Digital Elevation Model – Mô hình số hóa độ cao

ENVI The Environment for Visualizing Images – Phần mềm xử lý

ảnh viễn thám

FAO Food and Agriculture Ornization of the United Nation – Tổ

chức nông nghiệp và lương thực của Liên hiệp quốc

GIS Geography Information System – Hệ thống thông tin địa lý

GPS Global Positioning System - Hệ thống định vị toàn cầu

IUFRO International Union of Forest Research Orgnizations – Hiệp

hội các tổ chức nghiên cứu lâm nghiệp quốc tế

MapInfor Phần mềm hệ thống thông tin địa lý xử lý bản đồ

RQĐ Rừng quy đổi

SPSS

Statistical Package for the Social Sciences – Phần mềm máy tính phục vụ phân tích thống kê dùng cho nghiên cứu điều tra xã hội

SSE Sum of Squares Residual - Tổng bình phương sai số

SSR Sum of Squares Regression - Tổng bình phương hồi quy SST Sum of Squares Total - Tổng bình phương chung

SWAT Soil and Water Assesment Tools – Công cụ đánh giá đất và

nước

WMS Watershed Modeling System – Hệ thống mô hình lưu vực

Chữ viết tắt

B Chiều rộng bình quân lưu vực

CP Độ che phủ rừng

F Hình số thon thân cây

Flv Diện tích lưu vực

G Tiết diện ngang thân cây tại vị trí cao 1,3m

H Chiều cao vút ngọn của cây theo cấp kính

Kd Chỉ số hình dạng lưu vực

L Chiều dài lưu vực

M Mô đuyn dòng chảy

Mbclu Mô đuyn bùn cát lơ lửng mùa lũ

Pgtb Tỷ lệ diện tích rừng giàu và trung bình

Q Lưu lượng dòng chảy

Qnăm Lưu lượng bình quân năm

S Độ dốc lưu vực

Tnăm Tổng lượng nước mưa năm trên lưu vực

Xbq Lượng mưa bình quân

Y Độ sâu dòng chảy

ŋ Hệ số dòng chảy

COM Compound - Hàm compound Y = B0 + B1X

CUB Cubic - Hàm parabol bậc 3 Y = B0 + B1X + B2X2+ B3X3INV Inverse - Hàm nghịch đảo Y = B0 + B1/X

LIN Liner – Hàm tuyến tính Y = B0 + B1.X

LOG Logarithmic – Hàm logarit Y = B0 + B1.lnX

POW Power - Hàm Power lnY = B0 + B1.lnX

QUA Quadratic - Hàm parabol bậc 2 Y = B0 + B1X + B2X2

S Hàm chữ S lnY = B0 + B1/X hoặc Y = exp (B0 + B1/X)

DANH MỤC CÁC BẢNG TÍNH TOÁN VÀ HÌNH ẢNH

Số hiệu bảng,

Bảng 2.1 Diện tích, độ dốc, chỉ số hình dạng các lưu vực nghiên cứu 64

Bảng 2.2 Diện tích các loại đất trong lưu vực sông Đăkbla 65

Bảng 2.3 Lượng mưa trên các lưu vực trong giai đoạn 2011-2013 67

Bảng 2.4 Diện tích các trạng thái rừng trong các lưu vực nghiên cứu 73

Bảng 2.5 Độ che phủ rừng và tỷ lệ diện tích rừng giàu và trung bình

Bảng 2.6 Lưu lượng dòng chảy bình quân (năm, mùa lũ, mùa cạn) và lượng bùn cát lơ lửng trong dòng chảy mùa lũ ở các lưu vực

nghiên cứu

76

Bảng 2.7 Tổng lượng dòng chảy, mô đuyn dòng chảy và hệ số dòng

chảy trong các lưu vực nghiên cứu từ năm 2011-2013

79

Bảng 2.8 Bảng tính tỷ tương quan giữa các đại lượng 81

Bảng 2.9 Bảng phân tích phương sai (CP - Qnăm) 84

Bảng 2.10 Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (CP - Qnăm) 84

Bảng 2.11 Bảng phân tích phương sai (Tnăm,CP,Sbq,Kd)- Qnăm 85

Bảng 2.12 Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (Tnăm,CP,Sbq,Kd)-

Qnăm

86

Bảng 2.13 Tóm tắt mô hình liên hệ (Tnăm,CP) - Qnăm 86

Bảng 2.14 Bảng phân tích phương sai (Tnăm,CP) - Qnăm 86

Bảng 2.15 Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (Tnăm,CP,) - Qnăm 87

Bảng 2.16 Bảng phân tích phương sai (CP- Mnăm) 89

Bảng 2.17 Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (CP- Mnăm) 89

Bảng 2.18 Bảng phân tích phương sai (Xnăm,CP,) - Mnăm 90

Bảng 2.19 Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (Xnăm,CP,) - Mnăm 91

Bảng 2.20 Bảng phân tích phương sai (CP-Mlũ) 92

Bảng 2.21 Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (CP-Mlũ) 93

Bảng 2.22 Bảng phân tích phương sai (Xlũ,CP,) - Mlũ 94

Bảng 2.23 Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (Xlũ,CP,) - Mlũ 94

Bảng 2.24 Bảng phân tích phương sai (CP-ŋnăm) 96

Bảng 2.25 Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (CP-ŋnăm) 97

Bảng 2.26 Bảng phân tích phương sai (CP-Mbclu) 98

Bảng 2.27 Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (CP-Mbclu) 99

Bảng 2.28 Bảng phân tích phương sai (Xlũ,CP,) – Mbclu 100

Bảng 2.29 Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (Xlũ,CP,) – Mbclu 100

Bảng 2.30 Bảng phân tích phương sai (Pgtb - Qnăm) 104

Bảng 2.31 Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (Pgtb - Qnăm) 105

Bảng 2.32 Bảng phân tích phương sai (Tnăm,Pgtb)- Qnăm 106

Bảng 2.33 Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (Tnăm,Pgtb)- Qnăm 106

Bảng 2.34 Bảng phân tích phương sai (Pgtb - Mnăm) 108

Bảng 2.35 Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (Pgtb - Mnăm) 109

Bảng 2.36 Bảng phân tích phương sai (Xnăm,Pgtb) - Mnăm 110

Bảng 2.37 Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (Xnăm,Pgtb) - Mnăm 110

Bảng 2.38 Bảng phân tích phương sai (Pgtb-Mlũ) 112

Bảng 2.39 Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (Pgtb-Mlũ) 113

Bảng 2.40 Kết quả biến động mô đuyn dòng chảy năm theo sự biến đổi

của lượng mưa bình quân năm và độ che phủ rừng 119

Bảng 2.41 Kết quả biến động mô đuyn bùn cát lơ lửng mùa lũ theo sự

biến đổi của lượng mưa và độ che phủ rừng 121

Bảng 2.42

Kết quả biến động mô đuyn dòng chảy năm theo sự biến đổi của lượng mưa và tỷ lệ diện tích rừng giàu và trung bình

123

Hình 2.1 Vị trí sông Đăkbla trong hệ thống sông tỉnh Kon tum 62

Hình 2.3 Ảnh Landsat giải đoán lưu vực nghiên cứu 69

Hình 2.4 Bản đồ hiện trạng rừng lưu vực sông Đăkbla 70

Hình 2.5 Biểu đồ thăm dò các dạng liên hệ giữa CP - Qnăm 83

Hình 2.6 Biểu đồ thăm dò các dạng liên hệ giữa CP - Mnăm 88

Hình 2.7 Biểu đồ thăm dò các dạng liên hệ giữa CP- Mlu 92

Hình 2.8 Biểu đồ thăm dò các dạng liên hệ giữa CP - năm 96

Hình 2.9 Biểu đồ thăm dò các dạng liên hệ giữa CP – Mbclu 98

Hình 2.10 Biểu đồ thăm dò các dạng liên hệ giữa Pgtb- Qnăm 104

Hình 2.11 Biểu đồ thăm dò các dạng liên hệ giữa Pgtb- Mnăm 108

Hình 2.12 Biểu đồ thăm dò các dạng liên hệ giữa Pgtb – Mlu 112

MỞ ĐẦU

I Đặt vấn đề

Rừng và nước là hai yếu tố cấu thành cơ bản của cảnh quan địa lý, là những nguồn tài nguyên thiên nhiên có vai trò quan trọng và ảnh hưởng sâu sắc nhất đối với đời sống của con người và các loài sinh vật khác trên trái đất Mối quan hệ giữa rừng và nước rất phức tạp, đan xen trong nhiều mối quan hệ với các thành phần khác của môi trường như khí hậu, địa hình, thổ nhưỡng và các hoạt động của con người Trong giới hạn một lưu vực sông, sự biến đổi của thảm thực vật rừng ở mức độ nhất định có thể dẫn đến sự thay đổi nhiều yếu tố khác như xói mòn bề mặt đất, chế độ dòng chảy, chất lượng nước sông suối, từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến sinh hoạt và sản xuất của cư dân trong lưu vực Vì vậy, việc phát hiện quy luật tương tác giữa thảm thực vật rừng với dòng chảy và chất lượng nước trong lưu vực sông, để có giải pháp quản lý và

sử dụng hiệu quả cả hai nguồn tài nguyên rừng và nước là nhiệm vụ quan trọng trong nghiên cứu thủy văn rừng, có ý nghĩa to lớn cả về mặt khoa học

có lượng mưa lớn và phân bố không đều, cho nên bảo vệ và phát triển hệ thống rừng phòng hộ đầu nguồn nhằm điều tiết nguồn nước, giảm thiểu những hiểm họa như khô hạn hay lũ lụt, hạn chế xói mòn và sạt lở đất gây bồi lắng

các hồ chứa của các công trình thủy điện trong lưu vực, đồng thời nâng cao chất lượng nước phục vụ sản xuất và sinh hoạt của người dân địa phương là vấn đề có tầm quan trọng chiến lược Tuy nhiên, từ trước đến nay vẫn chưa có những công trình nghiên cứu khoa học một cách sâu rộng và có hệ thống, làm

cơ sở lý luận cho công tác quản lý, sử dụng bền vững tài nguyên rừng và tài nguyên nước trong lưu vực sông Đăkbla

Đề tài luận án tiến sĩ “ Nghiên cứu mối liên hệ giữa thảm thực vật rừng

với dòng chảy và chất lượng nước trong lưu vực sông Đăkbla, tỉnh Kon tum”

được thực hiện nhằm góp phần đáp ứng yêu cầu khoa học và thực tiễn đó

II Mục tiêu, đối tượng nghiên cứu của đề tài

1 Mục tiêu nghiên cứu chung Phân tích và đánh giá khả năng điều

tiết nước trong dòng chảy sông suối và hạn chế xói mòn đất của thảm thực vật rừng, bước đầu đề xuất quy mô diện tích và chất lượng rừng cần thiết nhằm

nâng cao sản lượng và chất lượng nước trong dòng chảy sông Đăkbla

2 Mục tiêu nghiên cứu cụ thể Xây dựng các mô hình toán mô phỏng

mối liên hệ giữa thảm thực vật rừng và các yếu tố lập địa với dòng chảy và chất lượng nước trong lưu vực sông Đăkbla làm cơ sở tính toán diện tích rừng cần thiết trong lưu vực

3 Đối tượng nghiên cứu Các mối liên hệ giữa đặc trưng của thảm

thực vật rừng (gồm độ che phủ rừng và tỷ lệ diện tích rừng giàu và trung bình) và các nhân tố lập địa (lượng mưa, độ dốc, chỉ số hình dạng lưu vực, ) với các đặc trưng dòng chảy (lưu lượng dòng chảy, mô đuyn dòng chảy, hệ số dòng chảy) và chất lượng nước (mô đuyn bùn cát lơ lửng)

III Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Kết quả nghiên cứu của đề tài có những phát hiện mới, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1 Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu góp phần làm sáng tỏ mối

liên hệ và vai trò của rừng đối với sản lượng và chất lượng nước trong dòng

chảy sông suối của lưu vực sông Đăkbla, phục vụ nghiên cứu thủy văn rừng ở Tây nguyên nói riêng và ở nước ta nói chung

2 Ý nghĩa thực tiễn Đã góp phần giúp cho các nhà quản lý đánh giá

thực trạng công tác quản lý hệ thống rừng đầu nguồn trong lưu vực sông Đăkbla, từ đó hoạch định chính sách quản lý hài hòa và bền vững các nguồn tài nguyên rừng và nước trong lưu vực sông, phục vụ phát triển kinh tế - xã hội kết hợp bảo vệ môi trường sinh thái ở địa phương

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng do điều kiện nghiên cứu và năng lực chủ quan có hạn, cho nên trong luận án không tránh khỏi những khiếm khuyết nhất định, tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của Hội đồng chấm luận án để chỉnh sửa, bổ sung được hoàn thiện hơn

Xin trân trọng cám ơn!

Tác giả

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Rừng và nước có mối quan hệ tương tác rất phức tạp, trong phức hệ tương tác đa chiều với các thành phần khác của môi trường Vai trò của rừng đối với việc quản lý nước vẫn là vấn đề đang gây tranh cãi ở trên thế giới, cho

dù hiểu biết khoa học đã có sự tiến bộ ( IUFRO, 2007)[47] Đánh giá về ảnh hưởng của rừng đến chế độ dòng chảy sông suối và chất lượng nước trên thế giới hiện nay, các nhà khoa học đã nhận định rằng: Khả năng cung cấp và chất lượng nước ở nhiều khu vực trên thế giới ngày càng bị đe dọa nhiều hơn bởi sự lạm dụng, sử dụng quá mức và ô nhiễm, và điều đó ngày càng được nhận ra rằng cả hai đều bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi rừng Hơn nữa, biến đổi khí hậu đang làm thay đổi vai trò của rừng trong việc điều chỉnh dòng chảy và ảnh hưởng đến sự cung cấp tài nguyên nước (Bergkamp.G, Orlando.B và Burton.I, 2003)[35] Vì vậy, mối quan hệ giữa rừng và nước là một vấn đề quan trọng phải được ưu tiên cao (I Calder, T Hofer, S Vermont, P Warren, 2011)[46] Nghiên cứu mối liên hệ của thảm thực vật rừng đối với dòng chảy

và chất lượng nước trong lưu vực sông là một trong những cách tiếp cận khoa học của thủy văn rừng nhằm làm sáng tỏ cơ chế tương tác giữa rừng và nước,

từ đó có giải pháp sử dụng hài hòa và hiệu quả cả tài nguyên rừng và tài

nguyên nước, phục vụ tốt lợi ích của con người Trên thế giới và ở Việt nam

đã có nhiều công trình nghiên cứu có giá trị khoa học và thực tiễn cao, là những tiền đề cơ bản được kế thừa và bổ sung trong đề tài nghiên cứu này Sau đây là tổng quan một số công trình nghiên cứu chủ yếu

I Trên thế giới

1 Phương pháp nghiên cứu thủy văn rừng

Cho đến nay, phương pháp tiếp cận trong nghiên cứu mối quan hệ rừng

- nước, gồm có các quy mô tiếp cận cơ bản là: quy mô ô thí nghiệm, quy mô

khu rừng và quy mô lưu vực Mỗi cách tiếp cận có quan điểm, mục tiêu, nội dung, phương pháp nghiên cứu riêng và kết quả nghiên cứu có những ưu điểm

và hạn chế nhất định Thực tiễn cho thấy, các kết quả nghiên cứu không những chịu ảnh hưởng của điều kiện khách quan, mà còn phụ thuộc vào sự lựa chọn phương pháp tiếp cận, phương pháp thu thập, và sử dụng các công

cụ xử lý thông tin Tùy điều kiện cụ thể, người ta lựa chọn quy mô nghiên cứu phù hợp, đáp ứng được mục tiêu và nội dung nghiên cứu

1.1 Nghiên cứu ở quy mô ô thí nghiệm

Nghiên cứu ở quy mô ô thí nghiệm được thực hiện trong phạm vi nhỏ,

có tác dụng làm rõ bản chất của một số quá trình thủy văn cơ bản, từ đó làm

cơ sở cho việc nhận dạng, phân loại, đánh giá và mô hình hóa các quá trình thủy văn đó ở quy mô lớn hơn, trong mối liên hệ biện chứng với các nhân tố khác (P.Dye and D.Versfeld, 2007)[41]

1.2 Nghiên cứu ở quy mô khu rừng

Nghiên cứu ở quy mô khu rừng được thực hiện các ô thí nghiệm hoặc còn gọi là các bãi đo dòng chảy có kích thước nhất định, thiết lập một cách hệ thống theo sườn dốc, lập các trạm quan trắc thu thập thông tin về ảnh hưởng

và tác động của các nhân tố đến quá trình phát sinh dòng chảy và xói mòn đất, tập trung phân tích đặc điểm phân bố của lượng giáng thủy khi vào thảm thực vật rừng, dưới ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau, từ đó làm sáng tỏ quy luật tác động đến khả năng giữ nước, điều tiết dòng chảy và chống xói mòn đất của thảm thực vật rừng Công cụ chủ yếu để nghiên cứu là phương trình cân bằng nước, dựa trên nguyên lý cân bằng nước Tuần hoàn nước ở quy mô khu rừng được nghiên cứu và mô tả như sau: Lượng giáng thủy khi vào thảm thực vật rừng được chia thành 3 phần: Một phần nước bị giữ lại trên tán và bốc hơi trở lại khí quyển; Một phần nước vào tán và chảy men theo thân cây xuống mặt đất; Phần nước còn lại lọt qua tán rừng xuống mặt đất rừng Ở mặt

đất, nước lại phân chia thành nhiều phần: Một phần hấp thụ vào thảm khô vật rơi rụng, thảm mục rồi bốc hơi trở lại không khí; Một phần chảy tràn trên mặt đất dồn xuống các khe, suối, sông, hồ; Một phần ngấm xuống đất trở thành nước ngầm nông di chuyển trong lớp đất tơi xốp hoặc nước ngầm sâu trong khe nứt của các lớp đá không thấm nước phía dưới; Một phần nước trong đất cũng được cây hút và thoát hơi trở lại khí quyển; một phần nước trong đất có

thể được thẩm ngấm lên mặt đất và bốc hơi vào không khí

Phương pháp nghiên cứu ở quy mô khu rừng có những ưu điểm là: cơ

sở khoa học chắc chắn, kết quả nghiên cứu khá chính xác, cho phép xác định quy luật tác động của từng nhân tố cấu trúc rừng và từng trạng thái rừng đến khả năng giữ nước, điều tiết dòng chảy và chống xói mòn đất Đây là những yếu tố quyết định đến khả năng bảo vệ nguồn nước và hạn chế xói mòn đất của rừng, làm cơ sở cho việc xây dựng tiêu chuẩn về cấu trúc của rừng phòng

hộ nguồn nước và đề xuất những biện pháp kỹ thuật xây dựng những mô hình rừng phòng hộ có cấu trúc tối ưu, phát huy đầy đủ các giá trị phòng hộ và kinh tế Hạn chế của phương pháp này là chi phí nhân lực và vật lực cao, kết quả nghiên cứu chỉ đánh giá trên diện hẹp, không thể xác lập được liên hệ trực tiếp giữa các đại lượng như diện tích, chất lượng và phân bố rừng ở một khu vực rừng lớn với các đại lượng đặc trưng về số lượng, chất lượng và biến

động của dòng chảy sông suối

1.3 Nghiên cứu ở quy mô lưu vực

Lưu vực là toàn bộ diện tích mặt đất đón nhận giáng thủy và hội tụ dòng chảy về một điểm chung nào đó (Debarry Paul A, 2004)[40] Lưu vực được xem là những đơn vị thích hợp cho việc bảo tồn tài nguyên nước và các nguồn tài nguyên khác như tài nguyên đất, rừng, đa dạng sinh học và các hệ sinh thái thuỷ sinh Lưu vực là một hệ thống tự nhiên, có ranh giới về không gian có kích thước và diện tích dao động rất lớn, bao gồm các thành phần đặc

thù Thông thường, khi diện tích lưu vực nhỏ hơn 100 dặm vuông, tức là nhỏ hơn khoảng 260 km2 , người ta gọi là tiểu lưu vực Tiểu lưu vực có thể là lưu vực phụ của một lưu vực lớn hơn nhưng cũng có thể là một lưu vực độc lập Các lưu vực được ngăn cách nhau bằng đường phân thuỷ mặt và đường phân thuỷ ngầm Tuy nhiên, trên thực tế đường phân thuỷ mặt và đường phân thuỷ ngầm của lưu vực không phải bao giờ cũng trùng nhau Căn cứ vào dòng chảy vào và ra khỏi lưu vực người ta phân biệt: lưu vực kín là lưu vực không có

dòng chảy từ ngoài vào và lưu vực hoàn toàn kín là lưu vực không có dòng

chảy vào và ra khỏi lưu vực Ngoài ra còn có khái niệm lưu vực tương tự, là lưu vực có cùng điều kiện hình thành dòng chảy với lưu vực nghiên cứu

Dòng chảy trong một lưu vực được hiểu là dòng nước di chuyển vào hoặc ra khỏi lưu vực trong một khoảng thời gian nhất định Theo đặc điểm phân bố không gian người ta phân ra: dòng chảy mặt (Surface flow), dòng chảy sát mặt đất (còn gọi dòng chảy dưới mặt đất – Subsurface flow) và dòng chảy ngầm (Groundwater flow) Thông thường dùng phương pháp đo dòng chảy sông suối tại điểm đầu ra của lưu vực sẽ được số liệu gộp tổng của 3 loại dòng chảy trên Theo thời gian, người ta phân chia thành dòng chảy năm, dòng chảy lũ và dòng chảy kiệt Theo lưu lượng người ta phân chia thành dòng chảy bình quân năm, dòng chảy lớn nhất trong năm và dòng chảy bé nhất trong năm Mỗi một dòng chảy đều có các đặc trưng riêng biệt, qua đó có thể đánh giá chế độ thủy văn của nó ( Mingteh Chang, 2006)[50] Các đại lượng đặc trưng chủ yếu của dòng chảy gồm có : mực nước, lưu lượng dòng chảy, tổng lượng dòng chảy, mô đun dòng chảy, độ sâu dòng chảy, hệ số dòng chảy và hệ số biến sai dòng chảy Các đặc trưng này có mối liên hệ với nhau, thông thường khi biết lưu lượng dòng chảy là có thể tính được các đặc trưng còn lại trên cơ sở số liệu về lượng mưa, diện tích lưu vực và diện tích mặt cắt ngang lòng dẫn của dòng chảy sông suối Vận dụng các quy luật liên hệ này,

trên cơ sở số liệu đo và tính toán lưu lượng dòng chảy đo tại điểm đầu ra của các lưu vực nghiên cứu, các đặc trưng khác của dòng chảy thuộc đối tượng nghiên cứu của đề tài đã được xác định

Theo Zhang và cộng sự (2007)[58], ngoài các đại lượng đặc trưng trên, dòng chảy còn có hai đặc trưng cơ bản khác đó là: dòng chảy bùn cát (còn gọi dòng chảy phù sa, dòng chảy rắn) và thành phần hóa nước sông Dòng chảy bùn cát gồm ba thành phần chính: phù sa lơ lửng, phù sa đáy và vật chất hòa tan, trong đó thành phần chiếm tỷ lệ trên 80% là phù sa lơ lửng (Nguyễn Thanh Sơn, 2003) [28] Thành phần hóa nước sông rất đa dạng và gồm khá nhiều chỉ tiêu khác nhau như độ mặn, đạm tổng số, lân tổng số và các chất hóa học khác Có thể nói rằng, hai đặc trưng cơ bản này thực chất là thành phần và hàm lượng các chất trong nước của dòng chảy Trong điều kiện giới hạn của đề tài, lượng bùn cát lơ lửng (hay còn gọi là lượng phù sa lơ lửng) trong dòng chảy là chỉ tiêu được xác định để đánh giá chất lượng nước trong lưu vực nghiên cứu

Dòng chảy ở sông, suối được hình thành không phải do nước của một khu rừng mà là của tổng hợp nhiều khu rừng khác nhau trong lưu vực Ngoài

ra, trong quá trình vận chuyển nước về sông suối, nước ở khu rừng này có thể chảy sang những khu rừng và thảm thực vật khác xung quanh Vì vậy, trong nghiên cứu thủy văn rừng người ta còn nghiên cứu khả năng điều tiết nước của rừng ở quy mô lưu vực Bằng quan sát sự thay đổi của lưu lượng và chất lượng nước của sông suối trước và sau khi mưa, hoặc trong mùa mưa và mùa khô, qua một điểm tại đầu ra của lưu vực nước, người ta nghiên cứu mối liên

hệ của các đại lượng dòng chảy và chất lượng nước với diện tích, chất lượng, phân bố và tỷ lệ che phủ rừng, trong mối quan hệ tương tác với các nhân tố khác như lượng mưa, địa hình, thổ nhưỡng, hình dạng lưu vực Theo Zhang

và cộng sự (2004) [57], có hai phương pháp nghiên cứu thủy văn lưu vực đó

là nghiên cứu lưu vực song song hay còn gọi là phương pháp lưu vực cặp đôi (Paired watershed) và nghiên cứu từng lưu vực riêng rẽ (Single watershed) Phương pháp lưu vực cặp đôi thường được thực hiện đối với những lưu vực

có diện tích nhỏ (<10 km2) với mục tiêu làm rõ biến động sản lượng nước trước sự thay đổi của thảm thực vật và phương pháp lưu vực riêng rẽ thường

áp dụng đối với những lưu vực rộng lớn hơn và tập trung vào việc làm sáng tỏ mối liên hệ giữa lượng mưa, độ che phủ của thực vật với sản lượng dòng chảy

và lượng bốc thoát hơi nước Công cụ được sử dụng phổ biến của phương pháp nghiên cứu ở quy mô lưu vực là phương trình cân bằng nước, phương pháp phân tích thống kê đa biến và công nghệ viễn thám Phương trình cân bằng nước được sử dụng để xác định những đại lượng khó điều tra như lượng bốc thoát hơi hay dòng chảy ngầm từ những đại lượng đã biết như lượng mưa, lượng dòng chảy mặt và lượng nước còn lại trong lưu vực Phương pháp phân tích thống kê đa biến được sử dụng để phát hiện các mối quan hệ của rừng với các nhân tố dòng chảy và chất lượng nước trong mối tương tác với những nhân tố địa hình, khí hậu và thổ nhưỡng Công nghệ viễn thám và GIS cùng với các thế hệ máy tính có tốc độ xử lý cao giúp nâng cao khả năng thu thập,

xử lý và phân tích dữ liệu liên quan trong quá trình nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu ở quy mô lưu vực có ưu điểm là phản ánh đầy

đủ các yếu tố địa lý, tự nhiên, xã hội trong lưu vực, đánh giá được ảnh hưởng tổng hợp các nhân tố đối với dòng chảy và chất lượng nước, xây dựng những

mô hình toán dự báo biến động của dòng chảy, tạo cơ sở để đưa ra các biện pháp quy hoạch và chính sách quản lý diện tích rừng phòng hộ nguồn nước cho từng lưu vực sông và các địa phương Nhược điểm của phương pháp này

là không đánh giá được vai trò của từng nhân tố riêng rẽ của thảm thực vật rừng hoặc từng trạng thái rừng đối với dòng chảy và chất lượng nước Phương pháp tiếp cận nghiên cứu ở quy mô lưu vực có ý nghĩa làm sáng tỏ ảnh hưởng

của rừng đối với nguồn nước trong mối liên hệ biện chứng với các nhân tố cấu thành khác của lưu vực, tạo cơ sở cho việc đề ra các giải pháp quản lý rừng hiệu quả nhất trên toàn lưu vực và rất cần thiết cho nghiên cứu cân bằng nước toàn cầu (Bosch J.M and Hewlett J.D., 1982 [37]; Zhang et al ,2004,[57]; Van Dijk et al ,2007,[53]; R.C Ward and M Robinson, 2010, [34])

1.4 Mô hình hóa trong nghiên cứu thủy văn rừng quy mô lưu vực

Phương pháp sử dụng các mô hình và phân tích tương quan đang được

sử dụng rộng rãi để nghiên cứu ảnh hưởng của rừng đến dòng chảy và chất lượng nước lưu vực Theo Vương Văn Quỳnh và cộng sự (2007)[26], do tính phức tạp trong tác động cùng lúc của nhiều nhân tố đến dòng chảy và lũ lụt ở sông suối, nên trong thời gian dài trước đây khi nghiên cứu ảnh hưởng của rừng đến dòng chảy người ta thường chọn những lưu vực nhỏ, trong đồng nhất của nhiều yếu tố ảnh hưởng như độ dốc, loại đất đai, lượng mưa, và kiểu trạng thái rừng Người ta tiến hành khai thác trắng rừng ở những tỷ lệ khác nhau, đồng thời điều tra các yếu tố dòng chảy Phân tích quan hệ của tỷ lệ che phủ rừng với các đặc trưng dòng chảy người ta làm sáng tỏ được ảnh hưởng của rừng đến dòng chảy và quá trình hình thành lũ (Hewlett, J.D.,1982)[45] Những thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của rừng đến dòng chảy đã rất tốn kém, nhưng quy luật ảnh hưởng của rừng vẫn không được làm sáng tỏ đầy đủ Nguyên nhân chính là do thông tin về đặc điểm của nhiều nhân tố ảnh hưởng khác như độ dốc, độ chênh cao, loại đất và dạng đất trong lưu vực thường không chính xác Chúng thường biến động mạnh ngay trong một lưu vực và gây nhiễu cho quá trình phân tích ảnh hưởng của rừng đến dòng chảy Trong những năm gần đây, phát triển của công nghệ viễn thám và GIS cùng với sự

ra đời các thế hệ máy tính có tốc độ xử lý cao đã giúp người ta xây dựng

những mô hình toán để phân tích tác động của các nhân tố đến dòng chảy, trong đó có tác động của rừng

Theo Ward.R.C.và Robinson.M.(2010) [34] việc mô hình hóa các quá trình thủy văn phản ảnh sự ảnh hưởng của rừng có 3 ý nghĩa cơ bản: (1) cung cấp cơ sở khoa học để hiểu rõ bản chất của quá trình; (2) tạo công cụ để đánh giá và so sánh; (3) tạo công cụ để ngoại suy cho những khu vực khác Vì vậy việc sử dụng công cụ mô hình hóa trong nghiên cứu thủy văn nói chung và thủy văn rừng quy mô lưu vực nói riêng đã mở ra một hướng nghiên cứu có nhiều triển vọng cho các nhà nghiên cứu thủy văn rừng Van Dijk và cộng sự (2004) [53] cho rằng có 2 cách tiếp cận chính để mô phỏng các quá trình thủy văn lưu vực đó là: Nhóm mô hình phân bố không gian tự nhiên, dựa trên những đặc trưng cơ bản của từng tiểu vùng và của từng quá trình khác nhau

và Nhóm mô hình theo thuyết tổng cộng Kiểu mô hình thứ nhất nhấn mạnh vào từng quá trình vật lý tự nhiên, trong khi kiểu mô hình thứ hai nhấn mạnh vào kết quả tác động tổng hợp của các quá trình đó Cả hai kiểu mô hình này đều có ý nghĩa và tầm quan trọng tùy từng điều kiện cụ thể Tuy nhiên, kiểu

mô hình phân bố thường đòi hỏi phải có nhiều dữ liệu đầu vào hơn và vì vậy chỉ thích hợp với những nghiên cứu sâu và có đủ nguồn lực quan trắc cần thiết Trong khi đó, kiểu mô hình tổng cộng dựa vào những giả thuyết khoa học đã được kiểm chứng để áp dụng cho đối tượng nghiên cứu, từ đó đưa ra những kết luận về biến động thủy văn Tuy nhiên, kiểu mô hình này không cho biết phân bố không gian cụ thể của kết quả nghiên cứu, cho nên chỉ thích hợp cho những điều kiện thiếu dữ liệu điều tra và thường có ý nghĩa trong việc đưa ra quyết định quy hoạch cho một vùng rộng lớn Trên thực tế thì hầu như không có mô hình nào hoàn toàn theo kiểu mô hình 1 cũng không có mô hình nào hoàn toàn theo kiểu mô hình 2 Vì vậy, đã xuất hiện kiểu mô hình

thứ ba đó là sự kết hợp giữa 2 kiểu mô hình trên để áp dụng cho đối tượng và các mục tiêu nghiên cứu mong muốn

Hiện nay, có rất nhiều mô hình được áp dụng trong nghiên cứu thủy văn rừng quy mô lưu vực, điển hình như mô hình BASINS, SWAT, PERFECT, SoilWat Tùy từng điều kiện cụ thể mà áp dụng các mô hình cho thích hợp hoặc phải xây dựng các tham số điều chỉnh cho việc ứng dụng các

mô hình này Một trong những mô hình thường được sử dụng để phân tích ảnh hưởng của rừng đến dòng chảy và xói mòn là mô hình “ công cụ đánh giá đất và nước” gọi tắt là SWAT ( Soil and Water Assesment Tools) Theo Phạm Thị Hương Lan (2005) [16], đây là một mô hình vật lý được xây dựng từ những năm 90 của thế kỷ XX do tiến sỹ Jeff Arnold thuộc trung tâm nghiên cứu đất nông nghiệp của Mỹ xây dựng Mô hình này được xây dựng để mô phỏng ảnh hưởng của quản lý sử dụng đất đến nguồn nước, bùn cát và hàm lượng chất hữu cơ trong đất trên hệ thống lưu vực sông trong một khoảng thời gian nào đó Xét về toàn lưu vực thì mô hình SWAT là một mô hình phân bố

Mô hình chia lưu vực ra làm các vùng hay các lưu vực nhỏ để mô phỏng dòng chảy khi mà các lưu vực này có đủ số liệu về sử dụng đất cũng như đặc tính của đất Số liệu đầu vào của mô hình SWAT bao gồm số liệu không gian và các số liệu thuộc tính với rất nhiều loại bản đồ số hóa và số liệu khác nhau về khí tượng, dòng chảy được quan trắc trong thời gian dài và liên tục Đây là vấn đề khó khăn cho việc áp dụng trong nghiên cứu thủy văn rừng ở những nơi như lưu vực sông Đăkbla, với hệ thống quan trắc khí tượng thủy văn còn lạc hậu và thiếu thốn, nghiên cứu đất rừng còn nhiều hạn chế, dẫn đến không đủ chuỗi dữ liệu đầu vào để chạy mô hình Chính vì vậy việc ứng dụng mô hình SWAT vào đề tài

để nghiên cứu lưu vực sông Đăkbla không được thực hiện

2 Những kết quả nghiên cứu chủ yếu về ảnh hưởng của rừng đối với dòng chảy và chất lượng nước của lưu vực

Nhận thức của con người về vai trò của rừng đối với nguồn nước và dòng chảy sông, suối có từ thời xa xưa, trải qua một quá trình lịch sử lâu dài với những quan điểm và cách tiếp cận khác nhau Người Ấn độ có câu tục

ngữ: Rừng là nguồn nước, nước là nguồn sống Ở nhiều nơi trên thế giới,

trong một thời gian dài, người ta từng quan niệm rằng rừng là tấm thảm phủ tốt nhất có khả năng nuôi dưỡng nguồn nước, điều tiết dòng chảy theo mùa và

ngăn chặn lũ lụt Điển hình của quan niệm này là lý thuyết miếng bọt biển

Theo tài liệu của FAO và CIFOR (2005)[11], dù không ai biết nguồn gốc của

lý thuyết này, nhưng rõ ràng là các nhà lâm học châu Âu đã phát triển nó từ thế kỷ thứ XIX Theo lý thuyết này, phức hệ bao gồm đất rừng, rễ cây và thảm mục được xem như là một tấm bọt biển khổng lồ, tích nước trong mùa mưa và tiết nước lúc cần thiết trong mùa khô, thường được mô tả thông qua hình ảnh tấm bọt biển Hymalayan: Rừng Hymalayan bình thường có chức năng như một tấm bọt biển, thấm hút lượng lớn nước mưa và tích trữ trước khi tiết ra với những lượng đều đặn trong suốt thời kỳ dài Khi rừng bị chặt phá, các dòng sông đầy bùn bị phình ra vào mùa mưa trước khi rút nhỏ lại

trong những giai đoạn khô hơn (FAO và CIFOR dẫn nguồn Myers,1986)[11]

Đến năm 1920, có rất nhiều ý kiến phê phán lý thuyết này nhưng nó vẫn tiếp tục lôi cuốn nhiều người, trong đó có cả các nhà lâm học, do nhiều người nhận thấy nó phù hợp với hiểu biết và trực giác của họ và tại nhiều nước nó

gắn liền với các chính sách và chương trình rừng quốc gia

Các mối quan hệ phức tạp giữa rừng và nước trong các lưu vực sông lớn tiếp tục là một vấn đề tranh luận Từ những năm 80 của thế kỷ XX đến đầu thế kỷ XXI, trên thế giới có rất nhiều công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của rừng đối với dòng chảy và chất lượng nước trong lưu vực sông, đặc biệt là vấn đề khả năng của rừng hạn chế lũ lụt ở vùng hạ lưu Các công trình nghiên cứu này đã đưa ra những kết quả chưa hoàn toàn thống nhất, thậm chí còn có

nhiều nhận định trái ngược nhau Trong khi vai trò quan trọng của độ che phủ rừng đầu nguồn trong việc điều tiết và làm sạch nguồn nước được nhiều nhà khoa học khẳng định, tạo cơ sở lý luận có giá trị thực tiễn cao cho công tác quản lý, bảo vệ và xây dựng hệ thống rừng đầu nguồn trong lưu vực sông, thì

sự ảnh hưởng của độ che phủ của rừng đầu nguồn đối với dòng chảy hàng năm và theo mùa ở hạ lưu vẫn còn nhiều ý kiến nghi ngờ và tranh luận, thậm chí có ý kiến cho rằng: Không có một thí nghiệm nào, có lẽ chỉ là ngoại lệ, cho kết quả rằng lượng nước giảm khi độ che phủ giảm hoặc lượng nước tăng khi độ che phủ tăng (Bosch.J.M và Hewlet J.D.,1982)[37]

2.1 Nghiên cứu về ảnh hưởng của rừng đối với sản lượng nước trong

dòng chảy của lưu vực

Dòng chảy sông, suối trong lưu vực bị chi phối bởi nhiều nhân tố như khí hậu, địa hình, địa chất và thổ nhưỡng, lớp phủ thực vật và hoạt động của con người Trong các nhân tố tự nhiên, lớp phủ thực vật trong lưu vực là nhân

tố con người có thể can thiệp và làm biến đổi các đặc trưng dòng chảy theo nhu cầu sử dụng nước của mình Do vậy, mối liên hệ giữa thảm thực vật nói chung, thảm thực vật rừng nói riêng với dòng chảy trong lưu vực được nghiên cứu tương đối sâu rộng Nhìn chung, những nghiên cứu về ảnh hưởng của rừng đối với dòng chảy trong lưu vực tập trung vào các vấn đề chủ yếu đó là: (1) Sự biến đổi độ che phủ của rừng đối với sản lượng và chất lượng nước trong dòng chảy, bao gồm cả dòng chảy mùa lũ và mùa cạn; (2) Các loại thảm thực vật khác nhau trong lưu vực, được hình thành tự nhiên và nhân tạo, có ảnh hưởng như thế nào đối với sản lượng và chất lượng nước trong dòng chảy;(3) Ảnh hưởng của biến đổi độ che phủ của thảm thực vật đối với dòng chảy sông suối theo quy mô không gian của lưu vực;(4) Vai trò của rừng phân

bố ở vùng thượng lưu trong việc ngăn chặn lũ lụt trong dòng chảy ở vùng hạ

lưu Có thể lược dẫn một số công trình nghiên cứu chủ yếu trên thế giới có liên quan đến các nội dung này như sau:

- Về sự biến đổi độ che phủ của rừng đối với sản lượng nước trong dòng chảy của lưu vực, kết quả hầu hết các nghiên cứu trong thời gian gần đây cho thấy rằng rừng có khả năng điều tiết sản lượng nước trong dòng chảy theo hướng làm giảm sản lượng nước trong dòng chảy sông suối Nguyên nhân được lý giải là do khả năng làm giảm dòng chảy trên mặt đất (nhờ tác dụng của tán cây rừng và lớp thảm mục) và nhu cầu sử dụng nước rất nhiều của thảm thực vật rừng ( thông quá quá trình hút nước của bộ rễ và thoát hơi nước của tán cây rừng) Tuy nhiên, việc định lượng sự tương quan của quá trình biến đổi độ che phủ rừng với sản lượng nước trong dòng chảy của các vùng nghiên cứu còn khác nhau Qua nghiên cứu thử nghiệm tại 94 lưu vực, Bosch J.M và Hewlet J.D.(1982)[37] đã thu thập nhiều thông tin về ảnh hưởng của thay đổi thảm thực vật đến sản lượng nước, có thể sử dụng vào thực tiễn đó là: Độ che phủ của các loại rừng Thông và rừng Bạch đàn biến đổi 10% sẽ gây ra sự thay đổi trung bình sản lượng nước hàng năm của vùng đầu nguồn là 40 mm, trong khi đó đối với rừng gỗ cứng lá rộng rụng lá biến đổi 10% độ che phủ gây ra sự thay đổi trung bình sản lượng nước hàng năm của vùng đầu nguồn là 25 mm và đối với rừng cây bụi và thảm cỏ biến đổi 10% độ che phủ gây ra sự thay đổi trung bình sản lượng nước hàng năm của vùng đầu nguồn là 10 mm Theo kết quả nghiên cứu của Bruijnzeel.L.A (2004) [38] và các nhà khoa học khác cho thấy thảm thực vật rừng có khả năng làm giảm dòng chảy mặt và cố định các chất, vì vậy có tác dụng như những máy lọc làm sạch nguồn nước Tuy nhiên cần lưu ý rằng các hoạt động trồng rừng lại có tác dụng ngược lại những tác dụng này Một nghiên cứu khác về ảnh hưởng của việc trồng rừng và phá rừng đối với sản lượng nước, Vidan Sahin và Michael J.Hall (1996) [54] đã phân tích số liệu từ 145 thí

nghiệm đã chỉ ra rằng: Khi giảm độ che phủ của rừng lá kim 10% sẽ làm tăng sản lượng nước trong lưu vực khoảng 20-25mm, tương tự đối với rừng bạch đàn giảm độ che phủ 10% sẽ làm tăng sản lượng nước trong lưu vực chỉ 6mm, còn đối với rừng gỗ rụng lá giảm độ che phủ 10% sẽ làm tăng sản lượng nước trong lưu vực 17-19mm Bên cạnh đó, kết quả nghiên cứu còn cho thấy thông qua quá trình phục hồi rừng, khi tăng độ che phủ của rừng cây bụi lên 10% sẽ làm sản lượng nước trong lưu vực giảm 5mm Tại Hoa kỳ, bằng phương pháp nghiên cứu lưu vực cặp đôi giám sát việc ảnh hưởng của khai thác gỗ đối với sản lượng nước hàng năm trong lưu vực, cụ thể là đánh giá hiệu quả của việc loại bỏ thảm thực vật rừng hay khai thác gỗ đối với biến đổi dòng chảy bao gồm dòng chảy cạn và dòng chảy lũ, đặc biệt là sản lượng nước hàng năm, kết quả cho thấy rằng việc giảm độ che phủ rừng ( hoặc lưu vực bị khai thác) dưới 20% thì sự thay đổi sản lượng nước hàng năm không thể xác định bằng phương pháp đo tỷ trọng nước hay phương pháp đo dòng chảy (John D.Stednick,1996) [43] Một nghiên cứu được tiến hành ở tại hai lưu vực Yulin và Xinlin vùng Xiaoxing, Đông bắc Trung quốc thuộc vùng núi thấp với độ cao từ 250m đến 707 m so với mặt nước biển và độ dốc trong khoảng 10-150, kết quả cho thấy rừng làm giảm đáng kể dòng chảy lũ trong tổng lượng dòng chảy năm của khu vực nghiên cứu Lượng nước giảm đáng kể khi

độ che phủ của rừng đạt 70-85% và sau đó trở nên ổn định Bên cạnh đó, người ta còn thấy rằng sự thay đổi dòng chảy đối với quá trình phục hồi rừng

có liên quan đến giai đoạn sinh trưởng của rừng, mật độ rừng và kiểu rừng (Y.Yao, T.Cai, X.Wei, M.Zang and C.Ju, 2011)[56] Trong tổng hợp 20 năm nghiên cứu về quá trình thủy văn ở các loại rừng chính của Trung quốc nhằm đánh giá tác động của hoạt động lâm nghiệp đối với quá trình thủy văn, đặc biệt là ảnh hưởng của việc khai thác rừng đối với chất lượng và sản lượng nước, kết quả cho thấy rừng giảm đáng kể dòng chảy bề mặt và xói mòn Tuy

nhiên, không có phản ứng ổn định trên tổng lượng nước của dòng chảy sông suối đã được quan sát Lý do cho sự không ổn định có thể là do sự phức tạp của các quá trình dòng chảy và việc sử dụng các phương pháp khác nhau được áp dụng ở quy mô không gian khác nhau (X.Wei,S.Liu,G.Zhou,C.Wang, 2005)[55]

Ảnh hưởng của rừng trồng đối với sản lượng nước trong dòng chảy cũng là một vấn đề được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm Nhiều nghiên cứu cho thấy việc mở rộng diện tích rừng trồng ở vùng thượng lưu đã làm giảm sản lượng nước rõ rệt trong dòng chảy Điều này được lý giải là nhu cầu

sử dụng nước của rừng trồng cao hơn các thảm thực vật khác như các loại cây ngắn ngày, thảm cỏ, cây bụi Bản thân rừng có thể có tác dụng giảm dòng chảy mặt và chống xói mòn tốt, tuy nhiên các hoạt động trồng rừng và tác động vào rừng như làm đường, làm đất trồng rừng, khai thác có thể tăng dòng chảy mặt và xói mòn cho lưu vực (Nisbet T.R., 2001)[51] Theo kết quả nghiên cứu của Kathleen A Farley và cộng sự (2005) [48] đã chỉ ra rằng khi đất trảng cỏ và đất cây bụi chuyển sang rừng trồng thì sản lượng dòng chảy năm giảm đi 44% và 31% Trong đó, rừng Bạch đàn làm giảm sản lượng dòng chảy ở mức cao nhất (75%) và rừng Thông làm giảm 40% Tác động làm giảm dòng chảy kiệt của rừng trồng còn thể hiện rõ hơn cả lượng dòng chảy trung bình năm Vì vậy, tác giả đã đề nghị việc nghiên cứu trồng rừng cố định

CO2 phải xem xét tác động làm giảm nguồn nước của rừng trồng Các kết quả nghiên cứu của Ge Sun và cộng sự (2005) [44] về việc đánh giá ảnh hưởng của rừng trồng tới sản lượng nước ở các vùng đất nửa khô hạn và đất nhiệt đới thoái hoá ở Trung Quốc cho thấy sự giảm sản lượng trung bình dòng chảy

do trồng rừng biến động trong khoảng từ 50 mm/năm đối với vùng khô cho đến 300 mm/năm đối với vùng ẩm ướt, từ đó có thể làm giảm tương đối sản lượng nước hàng năm ở mức 20-40% Thông qua đó các tác giả đã cảnh báo

là việc trồng rừng kết hợp với các giải pháp công trình như làm bậc thang hoặc thậm chí đắp đất có thể góp phần làm tăng nguy cơ gây ra sự suy giảm sản lượng nước trong các lưu vực đầu nguồn, đặc biệt là vùng đất bán khô hạn thuộc cao nguyên Loess của Trung Quốc Tuy nhiên, cũng theo họ thì do tỷ lệ diện tích rừng trồng chiếm không đáng kể trong sự tác động của các loại hình

sử dụng đất ở các lưu vực lớn, cho nên ảnh hưởng làm giảm sản lượng nước của rừng trồng sẽ không rõ ràng trên toàn lưu vực Kết quả nghiên cứu của P.Dye và D.Versfeld (2007) [41] đã cho thấy việc trồng rừng sản xuất ở Nam Phi đã làm giảm 3,2% lượng dòng chảy năm bình quân và 7,8% lượng dòng chảy kiệt Trong nghiên cứu rừng, nước và biến đổi khí hậu, từ tổng hợp trên toàn cầu của hơn 500 lưu vực, người ta phát hiện rằng hơn 70% trong số này khi trồng rừng trên diện tích của đồng cỏ, cây bụi hoặc đất canh tác làm giảm dòng chảy hàng năm khoảng 38% Dòng chảy cạn hàng năm cũng đã giảm đáng kể và bổ sung nước ngầm cũng bị giảm đáng kể khi thay đổi sử dụng đất từ trồng trọt hay đồng cỏ sang trồng rừng Tác động của trồng rừng đối với biến đổi dòng chảy trên sông theo tuổi cây vì sự thay đổi tán lá và tầng thảm mục phát triển trên nền rừng và tốc độ thấm tăng Tác động làm giảm dòng chảy sông suối cao nhất trong 20 năm đầu tiên sau khi trồng, sau đó được cải thiện (Egginton P., Beall F and Buttle J.,2011) [42]

Trong khi nhiều công trình nghiên cứu cho rằng rừng có khả năng điều tiết sản lượng nước trong dòng chảy, vẫn có nghiên cứu cho thấy điều này không phải là hoàn toàn đúng Điển hình là kết quả nghiên cứu mối quan hệ giữa độ che phủ rừng và dòng chảy sông suối tại lưu vực Koga có diện tích

266 km2 nằm ở đầu nguồn lưu vực Blue Nile (Ethiopia) của các tác giả Bishop K., Gebrehiwot S and Taye A.( 2010) [36] Sử dụng đồng thời cả hai phương pháp thu thập số liệu thủy văn và nhận thức cộng đồng dân cư cho thấy: Khi độ che phủ của rừng giảm từ 16% vào năm 1957 xuống còn 1% vào

năm 1986, báo cáo thủy văn không thấy có sự thay đổi nào trong chế độ dòng chảy trong khoảng từ năm 1960 đến 2002, mặc dù diện tích rừng bị giảm và điều này cũng thống nhất với nhận thức của cộng đồng dân cư ở vùng hạ lưu sống gần trạm đo mực nước Tuy nhiên, đối với cộng đồng dân cư ở vùng thượng lưu cho rằng có cả sự giảm một ít dòng chảy mùa cạn và tăng một ít dòng chảy mùa lũ sau khi độ che phủ rừng giảm Sự ảnh hưởng của phá rừng đầu nguồn làm xuất hiện một vùng đất ẩm làm vật đệm phía dưới thấp hơn trong lưu vực Lý giải về kết quả nghiên cứu này có thể là do lượng mưa trong khu vực nghiên cứu suốt cả giai đoạn này quá ít và tỷ lệ độ che phủ rừng trước khi bị tàn phá là rất thấp (16%) nên tác động không đáng kể đến chế độ dòng chảy trên sông

- Nghiên cứu ảnh hưởng của sự phân bố không gian của rừng đối với sản lượng nước trong dòng chảy của lưu vực, Zhang và cộng sự (2007) [58] cho rằng nếu các chỉ số về trạng thái thảm thực vật rừng có ảnh hưởng đến dòng chảy của lưu vực thì phân bố không gian của rừng cũng có ảnh hưởng quan trọng, nhất là khi rừng được phân bố ở những khu vực tiếp nối trực tiếp với hệ thống tích nước của thủy vực như sông suối, hồ Ảnh hưởng sự phân

bố không gian của rừng tới nguồn nước cũng đã được nghiên cứu một cách khá hệ thống trong công trình của Carsten L và cộng sự (2007)[39] Công trình này đã chỉ ra rằng ảnh hưởng của rừng tới nguồn nước trên quy mô rộng vẫn cần phải được nghiên cứu nhiều hơn nữa Đồng thời các tác giả đã đề nghị hướng nghiên cứu nên tập trung giải quyết các vấn đề còn bỏ ngỏ như: xác định những tính chất quan trọng về trạng thái cấu trúc của rừng để chúng

ta có thể căn cứ vào đó mà điều khiển số lượng và chất lượng nước trong lưu vực; xác định vị trí, quy mô và sự phân bố không gian tốt nhất của rừng để tối

ưu hoá các ảnh hưởng tốt đến chất lượng và sản lượng nước; xây dựng các mô hình mô phỏng tốt nhất những tác động của rừng tới nguồn nước trong lưu vực

- Ảnh hưởng của biến đổi độ che phủ của thảm thực vật đối với dòng chảy sông suối theo quy mô không gian của lưu vực, vẫn còn những quan điểm chưa thống nhất Nghiên cứu ở các lưu vực quy mô nhỏ (<1 km2) cho thấy sự gia tăng dòng chảy sau loại bỏ độ che phủ rừng và giảm dòng chảy sau khi tạo ra che phủ rừng Một trong những lợi thế của các nghiên cứu lưu vực này là hầu hết các điều kiện thực nghiệm có thể được kiểm soát chặt chẽ (Bosch J.M và Hewlett J.D, 1982)[37] Tuy nhiên, theo kết quả nghiên cứu của một số nhà khoa học khác cho rằng, ảnh hưởng của sự thay đổi thảm thực vật đến dòng chảy có thể khó phân biệt đặc biệt là ở các lưu vực lớn do việc

sử dụng đất không đồng nhất, các giai đoạn khác nhau của tái sinh rừng và các biến đổi không gian của lượng mưa (Bruijnzeel L.A, 2004)[38] Theo một cách tiếp cận khác, bằng cách phân tích phản ứng dòng chảy đối với sự thay đổi độ che phủ của thảm thực vật của các lưu vực có diện tích từ 100 km2 đến

104 km2 với độ che phủ rừng 11-100%, Zhao và cộng sự (2009) [59] đã đưa

ra kết luận: Xuất hiện sự thay đổi dòng chảy là do sự thay đổi thảm thực vật, được nhận thấy không chỉ ở các lưu vực nhỏ mà còn ở các lưu vực lớn hơn Kết quả quan sát thay đổi cường độ của dòng chảy sau khi có sự thay đổi thảm thực vật cho các lưu vực nhỏ cũng thấy được ở các lưu vực lớn hơn Từ

đó, các kết quả nghiên cứu từ các lưu vực nhỏ cung cấp thông tin hữu ích về tiềm năng ảnh hưởng của sự thay đổi độ che phủ thảm thực vật lên dòng chảy

ở các lưu vực lớn để có các quyết định quản lý thỏa đáng hơn

- Rừng và lũ lụt là vấn đề quan trọng đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu, trong đó tập trung phân tích mối quan hệ giữa rừng và lũ cũng như khả năng ngăn chặn lũ lụt của rừng Theo tài liệu của FAO và CIFOR (2005)[11], thì các nghiên cứu ở châu Mỹ và Nam phi nằm trong số những nghiên cứu đầu tiên đặt ra vấn đề về tầm quan trọng của mối liên hệ giữa sự chuyển đổi rừng với các hiện tượng lũ lụt Nghiên cứu ở

Hymalaya chỉ ra rằng mức tăng trong khả năng thấm lọc nước của đất có rừng

so với đất không có rừng là không đủ ảnh hưởng đến những trận lũ lớn ở vùng

hạ lưu (Gilmour and et al, 1987; Hamilton, 1987) Thay vào đó các yếu tố

chính ảnh hưởng đến hiện tượng lũ lớn với lượng mưa trên diện rộng là: (i)

Điều kiện địa mạo của lưu vực và (ii) lượng mưa có trước đó ( Bruijnzeel

1990,2004; Hamilton and King, 1983; Kattelmann,1987; Calder, 2000) Ở cấp

độ vĩ mô, trong sự bùng phát các trận lũ lớn thì quá trình tự nhiên ở thượng nguồn lưu vực quan trọng hơn so với các hoạt động sử dụng đất đai Ví dụ, bằng chứng khoa học mạnh mẽ bác bỏ sự đồn đoán rằng nạn phá rừng ở dãy Himalaya gây ra lũ lụt lớn ở vùng đất thấp của sông Hằng và Brahmaputra; những trận lũ lụt có quy mô lớn là kết quả từ sự kết hợp của việc nước dâng cao đỉnh điểm và xảy ra đồng thời của các con sông lớn, dòng chảy từ những ngọn đồi lân cận các vùng đồng bằng ngập lũ, mưa lớn, lớp nước mặt cao và thủy triều mùa xuân hơn là việc đắp kè bên sông và sự biến mất của các khu

dự trữ trong các vùng đất thấp (Hofer và Messerli, 2006) Ngay cả ở cấp độ cục bộ, hiệu quả điều tiết cũng phụ thuộc vào độ sâu, cấu trúc và độ bảo hòa trước đó của đất, lớp đất mỏng dòng chảy sẽ nhanh Qua tổng kết các kết quả nghiên cứu rừng và lũ của các nhà khoa học trên thế giới, FAO và CIFOR (2005) [11] đã khái quát: Trên thực tế khó có thể xác định mối liên hệ trực tiếp giữa nạn phá rừng với hiện tượng lũ lụt Ngược lại với những điều mọi người thường nghĩ, rừng có ảnh hưởng rất hạn chế đến các trận lũ lụt lớn vùng hạ lưu, đặc biệt đối với những trận lũ lụt trên diện rộng Đúng là ở quy

mô cục bộ, rừng và đất rừng có thể làm giảm lượng nước chảy tràn, nói chung

là nhờ khả năng tích giữ nước và thấm lọc nước được tăng cường Nhưng điều này chỉ đúng với trường hợp ở các trận mưa ở quy mô nhỏ, không đủ sức gây ra những trận lũ quét trên diện rộng và nghiêm trọng ở vùng hạ lưu Trong những trường hợp lượng mưa lớn, đặc biệt là sau những trận mưa kéo

dài, đất rừng trở nên bảo hòa, nước không thể thấm xuống đất được nữa sẽ chảy tràn trên mặt đất

2.2 Nghiên cứu về ảnh hưởng của rừng đối với chất lượng nước trong

lưu vực

Về vai trò của rừng đối với nâng cao chất lượng nước trong lưu vực, đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu khẳng định vai trò của rừng trong bảo vệ và cải thiện chất lượng nguồn nước của lưu vực (Carsten L et al, 2007)[39] Trong việc duy trì chất lượng nước cao, rừng đóng góp đáng kể nhất cho các đặc trưng thủy văn của các hệ sinh thái lưu vực Điều này đạt được thông qua giảm thiểu xói mòn đất trong lưu vực, giảm chất bồi lắng trong các bể chứa nước (vùng đất ngập nước, ao, hồ, suối, sông) và lọc các chất ô nhiễm nước khác trong thảm mục rừng (I Calder, T Hofer, S Vermont, P Warren, 2011)[46] Cơ chế giảm thiểu xói mòn đất trong lưu vực

đã được nhiều nghiên cứu thống nhất cho rằng do sự che phủ của tán cây rừng, nhưng đóng vai trò trực tiếp không phải là tầng tán trên mà là tầng tán dưới thấp và thảm mục ở mặt đất trong rừng tự nhiên, đã tạo ra các lớp cản hiệu quả nhất đối với xung lực của hạt mưa khi tiếp xúc bề mặt đất gây ra xói mòn đất Tuy nhiên, từ nghiên cứu thực nghiệm vẫn có ý kiến trái ngược cho rằng: thực ra các giọt nước mưa dưới tán cây rừng có xu hướng tạo ra lực xói mòn rất lớn vì các giọt nước mưa này nhập vào nhau trước khi chảy ra khỏi tán lá, và như vậy khi tiếp đất sẽ tạo ra một lực lớn hơn

- Tác dụng của các thảm thực vật rừng trong quan hệ so sánh với loại thảm thực vật khác đối với việc làm giảm xói mòn đất và giảm chất bồi lắng trong sông suối là vấn đề được quan tâm nghiên cứu và còn nhiều tranh luận

Để đánh giá hiệu quả của việc giữ chất bồi lắng của thảm thực vật xuất hiện

tự nhiên hoặc thảm thực vật trồng trọt ở khu vực đất ven sông, người ta đã tiến hành một thí nghiệm trên thực địa trong một lưu vực nhỏ đầu nguồn ở

phía bắc Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào là lưu vực Houay Pano, tỉnh Luang Prabang Kết quả cho thấy: lượng chất bồi lắng trung bình có trong dòng chảy thoát ra từ các vùng nương rẫy trồng lúa cao hơn gấp 3 lần lượng chất bồi lắng trung bình trong dòng chảy thoát ra từ vùng rừng tre nứa liền kề và cao hơn gấp 9 lần so với lượng chất bồi lắng trung bình trong dòng chảy thoát ra

O.Sengtaheuanghoung,O.Ribolzi,A.Pierret,C.Valentin và A Noble, 2011)[52] Bên cạnh đó, sự biến đổi hàm lượng một số yếu tố trong thành phần hóa học của nước trong dòng chảy có liên quan đến sự thay đổi thảm thực vật rừng cũng đã được một số công trình nghiên cứu phát hiện Các kết quả nghiên cứu cho thấy sự mất rừng đã làm tăng nồng độ muối trong hệ thống dòng chảy của lưu vực ( Zhang et al, 2007)[58] Cơ chế làm giảm độ mặn của lưu vực do tác động của rừng được Van Dijk và cộng sự (2007) [53] giải thích như sau: Phần lớn sự tăng lên tính mặn của sông suối trong lưu vực được bắt nguồn từ nước ngầm Sự mất rừng đã làm tăng mực nước ngầm và

vì vậy làm tăng lượng nước ngầm chảy vào sông suối, từ đó tăng độ mặn của nước Khi có rừng, thảm thực vật rừng có tác dụng như những máy bơm nước cùng những khoáng chất từ mực nước ngầm, đồng thời có tác dụng ngăn giữ

và làm giảm quá trình rửa trôi các khoáng chất trong đất xuống tầng nước ngầm, từ đó đã làm giảm độ mặn của nước sông suối trong lưu vực Kết quả nghiên cứu của Phùng Văn Khoa (2006) [49] đã cho thấy, trong các lưu vực của Mỹ, các nhân tố môi trường ảnh hưởng rõ rệt nhất đến sản lượng ion trong nước dòng chảy của lưu vực là lượng mưa, nền địa chất (đá mẹ) và thảm thực vật rừng

Tóm lại, nghiên cứu ảnh hưởng của thảm thực vật rừng đến sản lượng

và chất lượng nước ở quy mô khu rừng và lưu vực có lịch sử hình thành và phát triển tương đối lâu dài ở nhiều nước trên thế giới Tùy điều kiện và trình

độ nghiên cứu cụ thể ở mỗi nước mà quy mô và chất lượng của các công trình nghiên cứu có khác nhau, song nhìn chung đã cung cấp một nguồn tri thức to lớn và quý giá cho quá trình nâng cao nhận thức của con người về bản chất mối quan hệ tương tác giữa rừng và nước ở quy mô khu rừng cũng như trong lưu vực sông Các công trình nghiên cứu này còn có ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc đưa những kiến thức này vào quá trình hoạch định và thực thi các chính sách quản lý cả tài nguyên rừng và tài nguyên nước có hiệu quả cao nhất ở mỗi quốc gia và khu vực trên toàn thế giới Bên cạnh những thành tựu

đã đạt được, vẫn còn một số tồn tại cơ bản như sau:

- Nội dung nghiên cứu ảnh hưởng của rừng đến dòng chảy và chất lượng nước ở quy mô lưu vực còn ít và chỉ mới đánh giá vai trò của từng nhân tố riêng rẽ của thảm thực vật rừng hoặc từng trạng thái rừng đối với sản lượng và chất lượng nước trong dòng chảy Trong khi đó thực tiễn đòi hỏi phải xem xét toàn diện và sâu sắc hơn các mối tương tác giữa rừng, nước và các hoạt động kinh tế - xã hội của con người trong các hệ sinh thái lưu vực nhằm thể chế hóa các chính sách quản lý cả tài nguyên rừng và tài nguyên nước đảm bảo phù hợp và hiệu quả cao nhất ở mỗi quốc gia và các khu vực trên toàn thế giới

- Kết quả của những công trình nghiên cứu ảnh hưởng của rừng đối với sản lượng nước trong dòng chảy của lưu vực vẫn còn những hoài nghi và

tranh cãi, nhất là trong điều kiện các vùng nhiệt đới như nước ta Nguyên

nhân của vấn đề này là bản chất của từng đối tượng nghiên cứu là rừng và nước vốn dĩ rất phức tạp và hình thức biểu hiện của chúng rất đa dạng, mối quan hệ tương tác của chúng càng phức tạp và khó phỏng đoán hơn khi đặt trong mối quan hệ tương tác với các nhân tố môi trường khác ở các vùng cảnh quan địa lý khác nhau và quy mô nghiên cứu khác nhau

- Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của rừng đến sản lượng và chất

lượng nước trong dòng chảy chưa thống nhất về tiêu chí xác định quy mô lưu vực nghiên cứu Nội dung nghiên cứu vẫn còn phiến diện, chủ yếu tập trung vào các chỉ tiêu sản lượng dòng chảy nhiều hơn là đặc điểm biến động của dòng chảy, phân tích ảnh hưởng của diện tích các loại rừng mà chưa tính đến đặc điểm phân bố rừng Xác lập mối quan hệ giữa thảm thực vật rừng và các chỉ tiêu chất lượng nguồn nước còn khó khăn và chưa được giải quyết thỏa đáng Do vậy, cần có nhiều công trình nghiên cứu ở quy mô lưu vực có kết hợp cả phương pháp nghiên cứu ở quy mô các khu rừng hoặc sử dụng những kết quả nghiên cứu ở quy mô khu rừng để tính toán và phân tích ảnh hưởng của rừng đến sản lượng và chất lượng nước trong dòng chảy

II Ở Việt Nam

Ở Việt nam, nghiên cứu quan hệ giữa rừng và nước đã có từ những năm 1970 và được đẩy mạnh trong những năm 1990 đến nay Trên cơ sở các phương pháp tiếp cận nghiên cứu của thế giới, nghiên cứu thủy văn rừng ở Việt Nam cũng được thực hiện theo hai hướng chính là quy mô khu rừng và quy mô lưu vực Có thể khái quát tình hình nghiên cứu theo mỗi hướng như sau:

1 Nghiên cứu ở quy mô khu rừng

Nghiên cứu thủy văn rừng ở quy mô khu rừng bắt đầu thực hiện từ thập niên 70 của thế kỷ XX Từ những năm 1990 đến nay, nghiên cứu về vai trò phòng hộ của rừng đầu nguồn ở nước ta đã được quan tâm và đẩy mạnh Nhiều công trình nghiên cứu có giá trị khoa học và thực tiễn cao được nhà nước đầu tư thực hiện, góp phần quan trọng vào sự phát triển thủy văn rừng

và quản lý rừng phòng hộ đầu nguồn ở Việt nam Đó là các nghiên cứu về xói mòn đất dưới điều kiện hoạt động canh tác nông nghiệp và một số rừng trồng của Nguyễn Tử Siêm, Thái Phiên (1995); nghiên cứu về các dạng cấu trúc

hợp lý cho rừng phòng hộ đầu nguồn ở Việt Nam của Võ Đại Hải (1996); nghiên cứu về tác dụng phòng hộ nguồn nước của một số thảm thực vật chính

và các nguyên tắc xây dựng rừng phòng hộ nguồn nước của Nguyễn Ngọc Lung và Võ Đại Hải (1997); nghiên cứu về khả năng giữ nước của rừng ở vùng phòng hộ lòng hồ thủy điện Hòa Bình của Phạm Văn Điển (1998, 2006)

và một số đề tài nghiên cứu thủy văn rừng khác Hầu hết các đề tài này tập trung chủ yếu vào đánh giá khả năng giữ nước, điều tiết dòng chảy và hạn chế xói mòn đất của các kiểu rừng nhằm đề xuất những mô hình và giải pháp xây dựng rừng phòng hộ đầu nguồn tốt nhất Sau đây xin lược dẫn một số kết quả nghiên cứu chủ yếu

1.1 Xây dựng phương pháp nghiên cứu thủy văn rừng

Những nghiên cứu ở quy mô khu rừng thường được tiến hành dựa trên những đơn vị cơ bản là các ô nghiên cứu định vị, xây dựng các khu quan trắc xói mòn và thuỷ văn rừng trên diện tích nhỏ từ 75- 600 m2 đồng nhất về các nhân tố ảnh hưởng, chỉ khác nhau về một chỉ tiêu nghiên cứu để so sánh và đánh giá kết quả (Nguyễn Ngọc Lung và Võ Đại Hải, 1997) [19] Các ô nghiên cứu có kích thước khác nhau tùy theo điều kiện và mục tiêu nghiên cứu cụ thể Ứng với mỗi kiểu cấu trúc thảm thực vật, người ta bố trí một ô thí nghiệm định vị diện tích 200m2 (Võ Đại Hải, 1996) [13] hoặc có khi bố trí ô

có kích thước đến 400 m2 (Phạm Văn Điển, 2006) [8] để nghiên cứu khả năng giữ nước của một số trạng thái rừng khác nhau

Trong công trình nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Lung và Võ Đại Hải (1997)[19], đã xây dựng được phương pháp đo lượng nước mưa lọt qua tán rừng bằng cách bố trí ít nhất 9 ống đo mưa phân bố theo mắt lưới ô vuông cạnh 10 m, trên ô định vị diện tích 3.600 m2, sẽ cho kết quả với sai số luôn nhỏ hơn 10% Trong công trình nghiên cứu của Phạm Văn Điển (2006)[8], đã

có cải tiến máng hứng nước đo nước chảy men thân cây, từ đó nâng cao độ chính xác của quá trình quan trắc

1.2 Xỏc định khả năng giữ nước và điều tiết dũng chảy của rừng

Cỏc kết quả nghiờn cứu cho thấy hiệu quả to lớn của rừng trong điều tiết nước và chống xúi mũn đất, chẳn hạn như lượng nước mưa bị tỏn rừng ngăn cản dao động từ 5,7% đến 11,6% tuỳ thuộc vào từng loại rừng (Nguyễn Ngọc Lung và Vừ Đại Hải, 1997)[19]; Tỷ lệ phần trăm lượng nước giữ trên tán thảm thực vật dao động từ 2,91 - 18,55% tổng lượng mưa trong năm, tăng dần từ trảng cỏ, cây bụi, rừng trồng đến rừng tự nhiên Tỷ lệ phần trăm lượng nước giữ trên tán có liên hệ chặt với chiều dài tán, diện tích tán tầng cây cao và với độ che phủ của cây bụi thảm tươi Lượng nước hút tối đa bởi vật rơi rụng lớn hơn từ 1,45 - 3,50 lần khối lượng khô của nó (Phạm Văn Điển, 2006)[8]

Đối với dũng chảy mặt, kết quả nghiờn cứu cho thấy khi giảm độ tàn che từ 0,7 – 0,8 xuống mức 0,3 – 0,4 thỡ dũng chảy mặt tăng 30,4% đối với rừng tự nhiờn và 33,8% đối với rừng le (Vừ Đại Hải, 1996)[13] Lượng nước chảy bề mặt bình quân của các trạng thái rừng biến động từ 104,7 - 574,7 mm/ha/năm, tương đương với hệ số dòng chảy mặt từ 5,2 - 28,7% Hệ số dòng chảy mặt cao nhất ở trảng cỏ, giảm xuống ở trảng cây bụi, rừng trồng và thấp nhất ở rừng tự nhiên Hệ số dòng chảy mặt có liên hệ chặt với năm nhân tố là độ dốc mặt đất, hệ số xói mòn đất, độ giao tán hoặc độ tàn che tầng cây cao, độ che phủ cây bụi thảm tươi

và độ che phủ của vật rơi rụng (Phạm Văn Điển, 2006) [8] Khi so với lượng mưa, dũng chảy mặt biến động rất lớn và thường dao động trong khoảng từ 3-5% đối với rừng thụng (Phựng Văn Khoa, 1997)[15] Tuy nhiờn, tỏc dụng giữ nước và giảm dũng chảy bề mặt của rừng là cú giới hạn

nhất định Nhưng dự ở mức độ nào thỡ rừng đều ưu việt hơn nhiều loại hỡnh sử dụng đất khỏc trong việc giữ nước và giảm dũng chảy bề mặt (Phạm Văn Điển, Vừ Đại Hải, Vương Văn Quỳnh, 2011) [9]

1.3 Xỏc định khả năng giữ nước của đất rừng

Kết quả nghiờn cứu của Nguyễn Ngọc Lung và Vừ Đại Hải (1997)[19] cho thấy lượng nước được thấm sõu vào tầng đất rừng để tạo dũng chảy ngầm và cỏc quỏ trỡnh khỏc dao động trong khoảng từ 88,2-92,5% tổng lượng mưa Đối với đất rừng thụng đuụi ngựa, lượng nước giữ được 10-15% tổng lượng mưa sau khi đó loại trừ cỏc tổn thất nước khỏc của rừng như bốc thoỏt hơi và dũng chảy (Phựng Văn Khoa ,1997)[15] Theo Phạm Văn Điển (2006)[8], lượng nước giữ lại trong đất của các trạng thái rừng biến động từ 379,1 - 615,7 mm/ha/năm, tương ứng với hệ số lượng nước giữ trong đất từ 18,9 - 30,7% Hệ số lượng nước giữ lại trong đất liên hệ chặt với chỉ tiêu tổng hợp gồm năm nhân tố là độ dốc mặt đất, hệ số xói mòn

đất, độ giao tán hoặc độ tàn che tầng cây cao, độ che phủ cây bụi thảm tươi và độ che phủ của vật rơi rụng

1.4 Xỏc định lượng thoỏt hơi nước của thảm thực vật rừng và bốc hơi nước của đất rừng

Cỏc kết quả nghiờn cứu cho thấy, lượng thoỏt hơi nước của rừng phụ thuộc vào lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm khụng khớ, diện tớch lỏ và dao động trong khoảng 30-40% lượng mưa (Phựng Văn Khoa, 1997)[15], từ 11,6 – 26,1% (Phạm Văn Điển, 2006)[8]

Đối với lượng nước bốc hơi từ mặt đất dưới rừng phụ thuộc vào nhiệt

độ và độ ẩm khụng khớ dưới tỏn rừng, so với lượng mưa dao động từ 30-35% (Phựng Văn Khoa, 1997) [15], từ 11,19 – 25,18% (Phạm Văn Điển, 2006)[8]