Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của một số nhân tố đến chất lượn dòng chảy tại lưu vực sông bùi, huyện lương sơn, tỉnh hòa bình​

Để góp phần giải quyết những tồn tại trên, tác giả đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số nhân tố đến chất lượng dòng chảy tại lưu vực sông Bùi – huyện Lương Sơn - tỉnh Hòa

-

HOÀNG ĐÌNH LƯU

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ NHÂN TỐ ĐẾN CHẤT LƯỢNG DÒNG CHẢY TẠI LƯU VỰC SÔNG BÙI

HUYỆN LƯƠNG SƠN, TỈNH HÒA BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP

HÀ NỘI - 2012

2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS PHÙNG VĂN KHOA

HÀ NỘI - 2012

Mặc dù đã hết sức cố gắng nghiên cứu, làm việc để hoàn thiện luận văn, song do hạn chế về mặt thời gian và trình độ, nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ các thầy cô giáo, các nhà khoa học và bạn bè đồng nghiệp để bản luận văn được hoàn thiện hơn

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào, các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc

Tôi xin chân thành cám ơn!

Hà Nội, Ngày 28 tháng 12 năm 2012

Tác giả

Hoàng Đình Lưu

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

Danh mục các từ viết tẳt v

Danh mục các bảng vi

Danh mục các hình vii

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2

1.1 Thế giới 2

1.1.1 Về dòng chảy trên bề mặt đất 2

1.1.2 Chất lượng nước dòng chảy mặt khởi đầu 7

1.2 Việt Nam 9

1.2.1 Những thành quả nghiên cứu về dòng chảy mặt 9

1.2.2 Chất lượng nước dòng chảy mặt khởi đầu 13

Chương 2 MỤC TIÊU - NỘI DUNG - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 15

2.1.1 Mục tiêu chung 15

2.2 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 15

2.3 Nội dung nghiên cứu 15

2.4 Phương pháp nghiên cứu 16

2.4.1 Phương pháp kế thừa tài liệu 16

2.4.2 Phương pháp xử lý và phân tích số liệu 16

2.4.3 Phương pháp chuyên gia 21

Chương 3 ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN – KINH TẾ - XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 22

3.1 Điều kiện tự nhiên 22

3.1.1 Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu 22

3.1.2 Điều kiện khí hậu khu vực nghiên cứu 22

3.1.3 Đặc điểm địa hình khu vực nghiên cứu 24

3.1.4 Điều kiện thổ nhưỡng khu vực nghiên cứu 24

3.1.5 Đặc điểm tài nguyên rừng 25

3.2 Đặc điểm kinh tế xã hội 25

3.2.1 Dân tộc, dân số và lao động 25

3.2.2.Thực trạng các ngành kinh tế 26

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 29

4.1 Biến động độ che phủ của thảm thực vật rừng trong lưu vực sông Bùi 29 4.1.1 Đặc điểm lưu vực sông Bùi 29

4.1.2 Biến động độ che phủ của thảm thực vật rừng trong lưu vực sông Bùi 30

4.2 Đặc điểm chất lượng dòng chảy tại lưu vực sông Bùi 41

4.2.1 Đặc điểm chế độ thủy văn trong lưu vực sông Bùi 41

4.2.3 Đặc điểm biến động chiều cao mực nước H (cm) tại lưu vực sông Bùi 46

4.2.4 Đặc điểm biến động nhiệt độ nước T ( 0 C) tại lưu vực sông Bùi 49 4.3 Ảnh hưởng của lượng mưa và độ che phủ rừng đến chất lượng dòng chảy trong lưu vực sông Bùi 53

4.3.1 Diễn biến lượng mưa tại các thời điểm nghiên cứu ở lưu vực sông Bùi 53

4.3.2 Ảnh hưởng của lượng mưa đến chất lượng dòng chảy trong lưu vực sông Bùi 55

4.3.3 Ảnh hưởng của độ che phủ rừng đến chất lượng dòng chảy trong lưu vực sông Bùi 57

4.3.4 Ảnh hưởng tổng hợp của lượng mưa và độ che phủ rừng đến

chất lượng dòng chảy trong lưu vực sông Bùi 61

4.3.5 Ảnh hưởng của yếu tố nhân tác đến chất lượng dòng chảy tại lưu vực sông Bùi 62

4.4 Một số giải pháp góp phần quản lý và phát triển bền vững chất lượng dòng chảy tại lưu vực sông Bùi 65

KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ 67

1 Kết luận 67

2 Tồn tại 69

3 Kiến nghị 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

2.1 Hệ thống bảng mã trạng thái rừng chuẩn chu kỳ IV 18 3.1 Các chỉ tiêu khí hậu cơ bản tại khu vực nghiên cứu 23

4.2 Hiện trạng rừng giai đoạn 1995 – 2000 tại lưu vực sông Bùi 31 4.3 Hiện trạng rừng giai đoạn 2000 – 2005 tại lưu vực sông Bùi 32 4.4 Hiện trạng rừng giai đoạn 2005 – 2010 tại lưu vực sông Bùi 33

4.5 Biến động độ che phủ của thảm thực vật rừng trong lưu vực

4.6 Đặc điểm chế độ thủy văn tại lưu vực sông Bùi 41 4.7 Biến động lưu lượng dòng chảy theo các tháng trong năm 45 4.8 Biến động chiều cao mực nước H (cm) theo các tháng trong năm 48 4.9 Biến động nhiệt độ nước T (0C) theo các tháng trong năm 52 4.10 Đặc điểm diễn biến lượng mưa (mm) tại các thời điểm nghiên cứu 53 4.11 Đặc điểm lượng mưa và các yếu tố dòng chảy qua các thời kỳ 55 4.12 Độ che phủ rừng và các yếu tố dòng chảy qua các thời kỳ 57

4.14 Kết quả xác định độ che phủ rừng trên ảnh vệ tinh và các yếu

4.15 Biến động đất khác + đất dân cư và các yếu tố dòng chảy qua

DANH MỤC CÁC HÌNH

2.1 Minh họa phương pháp xâ dựng mô hình 3D của lưu vực 17

4.2 Biến động độ che phủ rừng trong lưu vực sông Bùi 34 4.3 Biến động diện tích đất trống trong lưu vực sông Bùi 35 4.4 Biến động diện tích đất dân cư và đất khác trong lưu vực sông Bùi 36 4.5 Hiện trạng rừng lưu vực sông Bùi năm 1995 37 4.6 Hiện trạng rừng lưu vực sông Bùi năm 2000 38 4.7 Hiện trạng rừng lưu vực sông Bùi năm 2005 39 4.8 Hiện trạng rừng lưu vực sông Bùi năm 2010 40 4.9 Đặc điểm chế độ thủy văn tại lưu vực sông Bùi 41

4.10 Biến thiên lượng mưa theo các tháng trong năm tại lưu vực

4.11 Biến động lưu lượng dòng chảy trong năm 1995 42 4.12 Biến động lưu lượng dòng chảy trong năm 2010 43 4.13 Biến động lưu lượng dòng chảy theo các tháng trong năm 43 4.14 Biến động chiều cao mực nước H (cm) trong năm 1995 44 4.15 Biến động chiều cao mực nước H (cm) trong năm 2000 44 4.16 Biến động chiều cao mực nước H (cm) trong năm 2005 45 4.17 Biến động chiều cao mực nước H (cm) trong năm 2010 46 4.18 Biến động chiều cao mực nước H (cm) theo các tháng trong

4.19 Biến động nhiệt độ nước T (0C) trong năm 1995 47 4.20 Biến động nhiệt độ nước T (0C) trong năm 2000 47

4.21 Biến động nhiệt độ nước T (0C) trong năm 2005 49 4.22 Biến động nhiệt độ nước T (0C) trong năm 2010 50 4.23 Biến động nhiệt độ nước T (0C) theo các tháng trong năm 50

4.24 Đặc điểm diễn biến lượng mưa (mm) tại các thời điểm nghiên

4.25 Biến động tổng lượng mưa qua các năm 51 4.26 Liên hệ giữa lượng mưa với lưu lượng dòng chảy Q (m 3 /s) 52 4.27 Liên hệ giữa lượng mưa với chiều cao mực nước H (cm) 54 4.28 Kết quả tính NDVI trên ảnh landsat ETM năm 2007 55 4.29 Liên hệ giữa lưu lượng dòng chảy và độ che phủ của rừng 56 4.30 Liên hệ giữa chiều cao mực nước và độ che phủ của rừng 56 4.31 Liên hệ giữa nhiệt độ nước và độ che phủ của rừng 58 4.32 Liên hệ giữa lưu lượng dòng chảy nước với diện tích đất khác

ĐẶT VẤN ĐỀ

Nước là một thành phần môi trường, một nhân tố sinh thái vô cùng quan trọng đối với sự tồn tại của con người và thiên nhiên Không có nước đồng nghĩa với không có sự sống

Mặc dù chiếm giữ vai trò hết sức to lớn và không thể thay thế trong đời sống, nhưng hiện nay tài nguyên nước đang bị suy giảm nghiêm trọng cả về

số lượng và chất lượng Có nhiều nguyên nhân gây nên hiện tượng này, trong

đó có xói mòn và dòng chảy mặt

Dòng chảy mặt xuất hiện, đó chính là tiền đề của hiện tượng lũ lụt Sự xuất hiện của dòng chảy mặt thường kéo theo những chất hữu cơ, chất hòa tan, bùn, cát, và có nhiệt độ thay đổi không ổn định phụ thuộc vào nhiệt độ

bề mặt đất nơi chúng đi qua Điều này đã dẫn đến việc mất ổn định của nguồn nước và làm cho nguồn nước bị ô nhiễm Làm sao để hạn chế được dòng chảy mặt và kiểm soát ô nhiễm nước có nguồn không xác định này – đó là một câu hỏi lớn đang đặt ra cho những nhà quản lý và những chuyên gia về môi trường nước hiện nay

Chúng ta đều biết dưới tác dụng của các khu rừng tới chất lượng dòng chảy tốt hơn so với các loại hình sử dụng đất khác Nhưng sự tốt hơn đó cụ thể như thế nào? Ảnh hưởng cụ thể của từng nhân tố đến chất lượng dòng chảy cụ thể ra sao? Chiều hướng diễn biến của chất lượng dòng chảy theo thời gian sẽ thế nào? Các công trình nghiên cứu về mối quan hệ giữa rừng và nước tại Việt Nam mới chỉ ở dạng định tính Rất cần thiết có những nghiên cứu định lượng về vấn đề này

Để góp phần giải quyết những tồn tại trên, tác giả đã thực hiện đề tài

“Nghiên cứu ảnh hưởng của một số nhân tố đến chất lượng dòng chảy tại lưu vực sông Bùi – huyện Lương Sơn - tỉnh Hòa Bình”

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Dòng chảy mặt xuất hiện khi cường độ mưa lớn hơn so với tỷ lệ thấm của đất, hay khi lượng mưa vượt quá khả năng thấm của đất (Mingteh Chang, 2005) Sự xuất hiện của dòng chảy mặt thường cuốn theo nhiều bùn cát, chất hữu cơ, chất hòa tan và có nhiệt độ biến đổi mạnh phụ thuộc nhiệt độ mặt đất,

đó là nguyên nhân làm cho nước sông hồ có tính ổn định thấp, mức ô nhiễm của nước tăng lên (Vương Văn Quỳnh, 2007) Trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng đã có nhiều tác giả nghiên cứu về dòng chảy mặt và mức

độ ảnh hưởng của dòng chảy mặt đối với chất lượng nước sông ngòi Một số nét lớn của các công trình nghiên cứu có liên quan đến đặc tính dòng chảy mặt khởi đầu được trình bày tóm tắt như sau:

1.1 Thế giới

1.1.1 Về dòng chảy trên bề mặt đất

Nghiên cứu dòng chảy mặt đất thực chất là nghiên cứu về thủy văn

rừng Thuật ngữ “Thủy văn rừng” ra đời vào những năm đầu của thế kỷ XIII

(chính xác là vào năm 1215), tuy lĩnh vực này đã được đề cập nghiên cứu từ khá lâu, song những thành tựu của nó mang ý nghĩa rõ rệt trong cuộc sống phải kể từ những năm 1930 trở lại đây khi mà những nghiên cứu về định lượng phát triển một cách mạnh mẽ

Dòng chảy mặt đất là một bộ phận vô cùng quan trọng của tuần hoàn nước trong hệ sinh thái rừng, phản ánh tốt nhất khả năng giữ nước của rừng

Đã có nhiều lý luận về dòng chảy bề mặt đất như: “Cơ chế dòng chảy trên mặt đất siêu thấm”; khái niệm “Diện tích sản sinh dòng chảy biến động”

Nhìn chung, đất rừng tự nhiên có khả năng thấm nước cao và ít khi xuất hiện dòng chảy bề mặt (Douglass 1977; Pritchett, 1979) Tuy nhiên, khi rừng bị chặt hạ trở nên thưa thớt và độ dốc mặt đất lớn, có thể tạo ra nhiều lượng

nước chảy trên bề mặt (Ruxton B P, 1967; Imeson A C và Vis, 1982) Nhưng cũng có quan điểm cho rằng chặt rừng lại làm giảm lượng dòng chảy mặt đất (Mingteh Chang, 2005) Đó là đối với những khu rừng có nhiều hơi nước, tạo nên mưa cục bộ trong rừng (mưa sương ngưng kết) hay khu vực có lượng

mưa nội tại lớn hơn so với lượng bốc thoát hơi nước của rừng

Thủy văn học truyền thống đã phát triển lý luận về dòng chảy trên mặt đất của Horton vào những năm 30 và 40 của thế kỷ XX để nghiên cứu cơ chế hình thành dòng chảy trên mặt đất Lý luận này chiếm địa vị thống trị trong lĩnh vực thủy văn học công trình kéo dài suốt khoảng 30 năm (Foster G R, 1982) Hibbert A R, (1967) đã dựa vào những quan trắc thực nghiệm và chỉ ra rằng trong hoàn cảnh rừng, cường độ mưa rất ít khi lớn hơn tốc độ thấm nước

tiềm tàng của đất, đã nêu ra khung lý luận về động thái hình thành dòng chảy của mưa rào, sau đó đã triển khai nhiều nghiên cứu thực nghiệm nhằm tìm

hiểu cơ chế hình thành dòng chảy do mưa gây ra, chủ yếu trên những khu vực

ôn đới ẩm ướt của châu Âu và ở Mỹ (Bonell M, 1993) Vào những năm 1970,

lý luận “diện tích phát sinh dòng chảy biến động” đã được thừa nhận rộng

rãi, những nghiên cứu về thủy văn học trên đất dốc đã phát triển mạnh mẽ và

thay thế giả thuyết về “dòng chảy siêu thấm” - các học giả Trung Quốc gọi nó

là “trường phái thủy văn học đất dốc” (Trương Hồng Giang, 1989; Vương Lễ

Tiên, 1990) - đặt cơ sở cho việc hình thành lý luận về cơ chế phát sinh dòng chảy (Phạm Văn Điển, 2006)

Các công trình nghiên cứu về dòng chảy mặt đất thường được gắn liền với nghiên cứu về xói mòn Phần lớn các nghiên cứu đều tập trung làm rõ ảnh hưởng của các nhân tố như loại đất, độ dốc tầng đất mặt, thực bì, lượng mưa, biện pháp canh tác đến sự phát sinh dòng chảy và xói mòn Những nghiên cứu đầu tiên được thực hiện vào những năm 80 của thế kỷ 19 (1877 – 1885) do nhà bác học người Đức Volni tiến hành (Hudson N, 1981) Kết quả nghiên

cứu đã cho thấy có mối quan hệ mật thiết giữa sự hình thành dòng chảy bề mặt và các nhân tố ảnh hưởng như lượng mưa, đặc điểm cấu trúc lớp phủ thực vật, đặc điểm thấm và giữ nước của đất cùng với đặc điểm địa hình Bennett vào những năm 1938 – 1943 (Hudson N, 1981) cũng tiến hành thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các biện pháp kỹ thuật canh tác tới xói mòn và dòng chảy mặt đất

Tại Châu Phi, nghiên cứu đầu tiên về dòng chảy được thiết lập tại trường đại học Pretoria do giáo sư Haillet tiến hành vào năm 1929 (Hudson

N, 1981) Cũng tại Châu Phi, J.O.Owino, S.F.O.wido, M.C.Chemelil (2006)

đã tiến hành thí nghiệm đánh giá về khả năng hạn chế dòng chảy mặt và mất đất thịt nhẹ bằng cỏ Hương bài và cỏ Voi Kết quả cho thấy dòng chảy mặt trên các ô thửa thí nghiệm có cỏ Hương bài và cỏ Voi giảm tương ứng là 54%

và 12% Song phần lớn các kết luận đã nghiên cứu chưa được định lượng chính xác, chưa được khái quát thành quy luật

Một trong những công trình nghiên cứu tương đối toàn diện về thủy văn rừng là công trình của Moltranov tiến hành tại Liên Xô (Moltranov A.A,

1960, 1973) Ông đã nghiên cứu rất tỷ mỷ sự khác biệt về lượng nước bị giữ lại ở trên các tán rừng, lượng nước chảy men thân cây, lượng mưa dưới tán rừng, khả năng thấm và giữ nước của tán rừng Bằng các thí nghiệm của mình, ông chỉ ra rằng các khu rừng ở Châu Âu tán rừng có khả năng giữ được

25 – 40% tổng lượng giáng thủy Ông khẳng định ngay ở nơi có độ dốc 25 –

300 rừng vẫn có khả năng biến nước chảy mặt đất thành nước ngầm

Các phương pháp nghiên cứu thủy văn rừng không ngừng được các nhà khoa học tìm tòi, phát triển, trong đó ưu việt nhất là phương pháp gây mưa nhân tạo Với phương pháp này, việc nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố cấu trúc rừng đến khả năng điều tiết bảo vệ đất của rừng trở nên dễ dàng hơn, kết quả thu được chính xác hơn và thời gian nghiên cứu được giảm xuống

Áp dụng phương pháp nghiên cứu tiến bộ này, nhóm tác giả Tao Liang, Hao Wang, Hsiang–te Kung và Chao–sheng Zhang khi nghiên cứu ảnh hưởng của 5 loại hình sử dụng đất (rừng tre, vườn trồng dâu tằm, rừng thông, mảnh đất trồng rau, ruộng lúa) đến sự mất đi các chất dinh dưỡng tại phía tây lưu vực Tiaoxi – Trung Quốc (2004) đã đưa ra kết luận với cường độ mưa 2mm/phút trong thì sau 10 phút dòng chảy mặt bắt đầu xuất hiện trên mảnh đất trồng rau, đối với 4 loại hình sử dụng đất còn lại thời gian trung bình để dòng chảy mặt xuất hiện là 2,5 – 5 phút

Khi nghiên cứu về thủy văn rừng bạch đàn tự nhiên, Lima và Oloughlin (Poore M.E.D, 1988) đã kết luận rằng tồn tại mối quan hệ tuyến tính giữa lượng mưa với lượng nước chảy men thân cây, dòng chảy mặt, lượng mưa bị tán rừng ngăn giữ… theo dạng y = a + bx (trong đó x là lượng mưa, y là dòng chảy mặt)

Mối liên hệ giữa dòng chảy với việc chặt rừng được nghiên cứu bởi nhiều tác giả Theo Bosch và Hewlett (1986) (Phạm Văn Điển, 2006), thực sự tồn tại mối liên hệ nghịch của tổng lượng dòng chảy với rừng bị chặt ở 94 ô thí nghiệm đo nước ở nhiều nơi trên thế giới và đã hai ông cũng đã xác lập công thức tính mức gia tăng trữ lượng nước trong các mùa theo tỷ lệ khai thác trắng rừng Ngoài ra cũng có những thí nghiệm đã cho thấy sự gia tăng của mực nước ngầm theo mức khai thác rừng Sở dĩ có những nhận định và kết luận trái ngược như vậy là do nhiều tác giả đã không phân tích một cách đầy

đủ mối quan hệ nhân quả giữa rừng – đất – chế độ mưa và những thành phần cân bằng nước trong các hệ sinh thái rừng Phần lớn những thí nghiệm đưa đến những kết luận về hiệu quả làm tăng sản lượng và tính ổn định của nguồn nước do khai thác rừng đều tiến hành ở những vùng ôn đới – nơi có tổng lượng giáng thủy nhỏ và phân bố tương đối đều trong năm, ở những nơi mà khai thác không làm thay đổi mục đích sử dụng của đất như chuyển thành đất

nông nghiệp hoặc đất đồng cỏ, nghĩa là chỉ làm thay đổi tình trạng của lớp phủ thực vật với mức độ nhất định, trong thời gian ngắn và đặc biệt không làm mất đi những tính chất thủy văn của đất rừng Đối với vùng nhiệt đới nơi

có lượng mưa lớn và chủ yếu tập trung vào mùa mưa trong năm thì việc khai thác rừng có ảnh hưởng rất lớn đến việc làm tăng dòng chảy mặt và khả năng xuất hiện lũ là rất lớn

McCuen, R.H., (1998) bằng những nghiên cứu của mình đã tính toán được hệ số dòng chảy mặt cho một số mô hình sử dụng đất khác nhau dưới những nhóm đất khác nhau Những nghiên cứu này tuy phần lớn được thực hiện tại các nước Châu Âu nhưng kết quả của nó có thể được sử dụng để so sánh, ước lượng cho những vị trí có điều kiện tương tự nhau tại các khu vực khác

Trong nghiên cứu dòng chảy bề mặt, việc xác định lượng dòng chảy bề mặt là một yếu tố vô cùng quan trọng Có nhiều phương pháp đo lượng dòng chảy mặt đất như xây bể kiên cố ở cạnh dưới ô mẫu để đo lượng nước chảy bề mặt và lượng đất xói mòn Phương pháp này đã được áp dụng phổ biến ở nhiều nước phát triển trên thế giới từ những năm 40 của thế kỷ trước Ưu điểm của nó

là có độ tin cậy cao, nhưng có nhược điểm là tốn kém, phức tạp và nhiều khi không thể thực hiện được do điều kiện thi công khó khăn Ngoài ra còn có phương pháp dùng máng kim loại để thu nước đặt ngay tại cạnh dưới của ô thí nghiệm, đưa lại hiệu quả thu nước tối ưu nhưng lại không linh hoạt do chỉ thích hợp với các ô mẫu đo dòng chảy có chiều rộng từ 0,5 – 2m (Gerlack, 1952) Đến nay vẫn chưa có phương pháp nào đo lượng nước chảy bề mặt được coi là chuẩn mực trên phạm vi toàn thế giới để sử dụng một cách thống nhất (Phạm Văn Điển, 2006) Tùy thuộc vào điều kiện thực tế của từng nghiên cứu mà áp dụng các phương pháp đo dòng chảy một cách linh hoạt và hợp lý

Nhìn chung nghiên cứu về dòng chảy mặt nói riêng và thủy văn rừng nói chung trên thế giới đã đạt đến những bước phát triển nhất định và có nhiều đóng góp cho nghiên cứu thủy văn học hiện đại Đó chính là nền tảng vững chắc cho những nghiên cứu tiếp theo sau này

1.1.2 Chất lượng nước dòng chảy mặt khởi đầu

Sự phú dưỡng là một trong những lo ngại lớn đối với môi trường nước Mỗi một lưu vực nước trở nên phú dưỡng, có thể xem chúng như là bị “chết”

và hệ sinh thái thủy vực dần dần bị suy thoái Hiện nay, sự phú dưỡng không còn là “xu thế” nữa mà đã trở thành “hiện trạng” Hậu quả trực tiếp của sự phú dưỡng là làm suy giảm hàm lượng oxy hòa tan trong nước, ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh Sự phú dưỡng cũng sinh ra các loài tảo độc gây nguy hiểm đến sức khỏe con người Sự phú dưỡng xảy ra phụ thuộc vào nhiều yếu

tố, nhưng nguyên nhân chính là hàm lượng chất dinh dưỡng (chủ yếu là nitơ

và photpho) trong nước cao Hàm lượng chất dinh dưỡng cao dẫn đến sự phát triển mạnh của thực vật phù du và thậm chí “bùng nổ” – gọi là hiện tượng

“tảo nở hoa” Các chỉ tiêu như nitrat, phốt phát ngoài việc dùng để đánh giá mức độ phú dưỡng của nguồn nước còn dùng để đánh giá các quá trình phân hủy chất hữu cơ có chứa nitơ, phốt pho trong nguồn nước

Vì vậy, nghiên cứu chất lượng nước, quan tâm đến những tham số về vật lý (nhiệt độ, pH, độ dẫn điện) và hóa học (kim loại nặng, các chất dinh dưỡng,…) của dòng chảy bề mặt và mức độ ảnh hưởng của nó đến khả năng ô nhiễm nguồn nước là rất cần thiết Trong đó N và P là thành phần chính của chất lơ lửng trong dòng chảy mặt Những phân tích nước Lysimeter cho thấy nước mưa thấm qua lớp đất mặt đã cuốn theo lượng chất hữu cơ, đạm và các nguyên tố kiềm Huyền phù trong nước hứng bằng Lysimeter chứa chủ yếu các phân tử mịn, tức là các nhóm sét keo có giá trị nhất cho sự duy trì cấu trúc đất (Võ Đại Hải, 1996)

Khi xem xét mối quan hệ giữa rừng với nước có thể khẳng định rừng thực sự làm trong sạch nguồn nước Dưới tán rừng chất lượng nước tốt hơn hẳn so với các hình thức sử dụng đất khác (Chang et al., 1983, Ice and Sugden, 2003) Omernik (1976) bằng những nghiên cứu của mình đã chỉ ra rằng rừng có độ che phủ trên 90% thì nồng độ N và P trong nước bề mặt tương ứng là 0,398 mg/l và 0.018 mg/l, thấp hơn nhiều so với cùng độ che phủ của dạng canh tác nông nghiệp là 5,354 mg/l và 0,161 mg/l

Việc khai thác rừng cũng làm ảnh hưởng không nhỏ đến đặc tính nguồn nước, tác động mạnh đến nhiệt độ dòng chảy, sự tập trung các hóa chất trong nước, lượng oxi hòa tan (DO), độ dẫn điện, pH, sự hoạt động bề mặt của vi khuẩn,… (Eschner and Larmoyeux, 1963; Binkley and Brown, 1993; Bolstad and Swank, 1997) Theo Likens và các cộng sự (1977), chặt rừng là nguyên nhân gây nên sự gia tăng đột biến của lượng NO3- trong nước (15mg/l)

Chang, M., Roth, F.A., II, Hunt, E.V., Jr (1982) đã quan sát và phân tích trên 30 trận mưa tại 6 khu rừng thuộc bang Texas, Mỹ trong 2 năm 1980,

1981 và chỉ ra rằng tổng lượng chất lắng đọng và lượng dinh dưỡng bị mất đi đối với rừng chưa bị bất kỳ tác động nào tương ứng là 10,7 kg/ha và 2,33 kg/ha, thấp hơn rất nhiều so với lưu vực đã bị tác động mạnh mẽ là 3.462 kg/ha và 71 kg/ ha

Nghiên cứu về mối liên hệ giữa lưu lượng dòng chảy Q với các nồng độ các chất lắng đọng P trong nó, Giáo sư John Stednick trường đại học Colorado, Mỹ (2009) cho rằng có 4 dạng liên hệ: Một là khi Q tăng thì P tăng Hai là Q tăng P giảm hay nồng độ các chất giảm xuống, đó chính là tác dụng làm loãng của dòng chảy, đây cũng là mối liên hệ khá phổ biến trong nhiều chất khác nhau Ba là Q tăng, nồng độ các chất lúc đầu giảm sau tăng dần Bốn là không có mối liên hệ giữa dòng chảy và nồng độ các chất, xảy ra đối với những lưu vực đã bị xáo trộn, không còn giữ được đặc tính ban đầu

Nồng độ các chất dưới các dạng thảm thực vật khác nhau là khác nhau Tao Liang, Hao Wang, Hsiang–te Kung và Chao–sheng Zhang (2004) chỉ ra rằng nồng độ N và P trong dòng chảy lớn nhất xảy ra đối với vườn trồng cây dâu tằm và nhỏ nhất là dưới rừng thông Tổng lượng N và P mất đi trên các diện tích nghiên cứu dao động từ 4,66 – 9,40 mg/m2 (với N) và 2,57 – 4,89 mg/m2 (với P)

1.2 Việt Nam

1.2.1 Những thành quả nghiên cứu về dòng chảy mặt

Những nghiên cứu về dòng chảy mặt tại Việt Nam còn khá mới mẻ và thường gắn liền với nghiên cứu về xói mòn đất Nó được bắt đầu vào những năm 70 của thế kỷ XX nhưng thực sự phát triển vào những năm 90 và phần lớn tập trung vào việc nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố chủ yếu đến khả năng điều tiết giữ nước của rừng

Công trình nghiên cứu điển hình về thuỷ văn rừng trong khoảng thời gian từ năm 1970 - 1985 là của Bộ môn Khí tượng thuỷ văn rừng (Viện nghiên cứu Lâm nghiệp Việt Nam cũ) ở Tứ Quận, Tuyên Quang và ở núi Tiên, Hữu Lũng, Lạng Sơn đã tập trung chủ yếu vào việc tìm hiểu lượng nước chảy bề mặt và lượng đất xói mòn dưới tán rừng bồ đề trồng thuần loài đều tuổi trong khoảng thời gian 3 năm (1974 - 1976) (Bùi Ngạnh, Vũ Văn Mễ, 1995)

Thảm thực vật rừng có tác dụng to lớn trong việc điều tiết nước, cung cấp nước cho sông, suối vào mùa khô Đó là kết luận chung của những tác giả Bùi Ngạnh, Nguyễn Danh Mô (1977), Nguyễn Viết Phổ (1992); Vũ Văn Tuấn (1977, 1981, 1982) khi nghiên cứu về vai trò điều tiết nước của rừng, ảnh hưởng của kiểu thảm thực vật rừng tới việc thay đổi chế độ dòng chảy mặt tại các lưu vực nước và ảnh hưởng đến lượng nước của sông ngòi

Nghiên cứu về rừng với tác dụng dòng chòng chảy được thực hiện bởi các tác giả Vũ Văn Tuấn (1993), Vũ Văn Tuấn và Phạm Thị Lan Hương (1998), Trần Thục và Huỳnh Thị Lan Hương (1999) (Phạm Văn Điển, 2006), Phạm Ngọc Dũng (1993) Các kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng tiêu thụ một lượng nước rất lớn của cây rừng, từ đó góp phần làm giảm thiểu xói mòn

và dòng chảy Bên cạnh đó, đất rừng cũng là một nhân tố ảnh hưởng rất rõ nét đến dòng chảy mặt Sự khác nhau về tính chất, chủ yếu là tính chất vật lý của các loại đất sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến xói mòn đất và sự hình thành dòng chảy Nguyễn Ngọc Lung và cộng sự (1995) đã dựa vào mức độ thấm, thoát nước và sự thoái hoá của các loại đất để cho điểm và đánh giá vai trò của nhân tố đất ảnh hưởng tới xói mòn và dòng chảy (Phạm Văn Điển, 2006) Không chỉ nghiên cứu định tính, những ảnh hưởng to lớn của rừng đến dòng chảy còn được lượng hóa một cách cụ thể Đó là lưu lượng dòng chảy tại nơi có rừng thấp hơn từ 2,5 đến 27 lần so với khu vực canh tác nông nghiệp, rừng tự nhiên có tác dụng tốt hơn rừng trồng trong việc giảm dòng chảy mặt; dòng chảy kiệt ở nơi có rừng cao hơn ở nơi không có rừng (Đỗ Đình Sâm, Ngô Đình Quế và Vũ Tấn Phương (2002) (Phạm Văn Điển, 2006) Mối liên hệ giữa lượng mưa và dòng chảy mặt được Võ Đại Hải (1996)

mô hình hóa thành dạng phương trình như sau:

Log(y) = a + bLog(x) Trong đó y là dòng chảy mặt, x là lượng mưa

Theo tác giả, đây là phương trình biểu diễn khá tốt mối quan hệ giữa dòng chảy mặt với lượng mưa và cường độ mưa

Cùng với việc mô hình hóa quan hệ giữa lượng mưa và dòng chảy mặt, tác giả cũng khẳng định vai trò đặc biệt quan trọng của lớp phủ thảm tươi, cây bụi trong việc làm giảm dòng chảy mặt và xói mòn đất Bằng kết quả nghiên cứu của mình, tác giả cho rằng khi chiều dài sườn dốc tăng lên 2 lần thì dòng

chảy mặt tăng lên 58,1%; nếu giảm độ tàn che từ 0,7-0,8 xuống 0,3-0,4 thì dòng chảy mặt tăng 30,4% (đối với rừng tự nhiên) Tác giả cũng cho rằng các biện pháp canh tác có ảnh hưởng lớn đến xói mòn và dòng chảy mặt và đưa ra khuyến cáo nên hạn chế trồng sắn ở những nơi đồi núi trọc, dốc cao Tuy nhiên do việc nghiên cứu xói mòn mới là mục đích chính nên vấn đề về thủy văn rừng nói chung và dòng chảy mặt đất nói riêng chưa được quan tâm nghiên cứu một cách hệ thống

Công trình nghiên cứu tương đối toàn diện về thủy văn rừng tại Việt Nam được thực hiện bởi của Võ Đại Hải (1996), Nguyễn Ngọc Lung và Võ Đại Hải (1997) (Phạm Văn Điển, 2006) Một trong những thành công của công trình nghiên cứu là đã xây dựng được phương pháp đo lượng nước mưa lọt qua tán rừng, đó là phải dùng ít nhất 9 ống đo mưa bố trí theo hệ thống trên diện tích 3.600 m2 sẽ cho kết quả tin cậy, với sai số luôn nhỏ hơn 10% Ngoài ra, các tác giả cũng đưa ra kết luận vai trò điều tiết nước, chống xói mòn đất của rừng rất lớn, lượng nước mưa bị tán rừng ngăn cản dao động từ 5,7% đến 11,6% tuỳ thuộc vào từng loại rừng; lượng nước tạo thành dòng chảy ngầm và các dạng khác từ 88,2% đến 92,5% tổng lượng nước mưa; lượng nước mưa tạo thành dòng chảy mặt ở những nơi có rừng rất thấp, qua

đó hạn chế khả năng hình thành lũ và lũ quét Ngoài thành công trong việc xây dựng phương pháp đo lượng mưa lọt tán, Nguyễn Ngọc Lung và Võ Đại Hải đã xây dựng được bảng tra hệ số thảm thực vật (hệ số C) tương ứng với đặc điểm, cấu trúc của một số thảm rừng và xác định được cấu trúc hợp lý của thảm thực vật rừng chống xói mòn đất Các kết quả nghiên cứu này có tính thực tiễn cao và làm cơ sở cho những nghiên cứu sau này

Phùng Văn Khoa (1997) nghiên cứu đặc điểm thuỷ văn rừng thông đuôi

ngựa (Pinus massoniana) tại núi Luốt - Xuân Mai - Hà Tây (nay là Hà Nội)

cho kết quả lượng dòng chảy mặt đất chiếm từ 3 - 5% tổng lượng mưa và phụ

thuộc chặt chẽ với chỉ tiêu tổng hợp của 3 nhân tố độ che phủ của cây bụi thảm tươi, độ dốc, độ xốp Theo tác giả, tiêu chuẩn rừng giữ nước là trị số của

độ che phủ lớp cây bụi thảm tươi mà tại đó lượng nước chảy bề mặt đạt mức tối thiểu Tuy nhiên, do phạm vi nghiên cứu hẹp và đối tượng nghiên cứu là rừng trồng thông đuôi ngựa thuần loài đều tuổi (14 - 15 tuổi), nên công trình này chỉ mang tính thử nghiệm về phương pháp nghiên cứu

Phạm Văn Điển (1998) nghiên cứu về đặc điểm thủy văn của một số thảm thực vật rừng làm cơ sở cho việc xây dựng tiêu chuẩn rừng giữ nước – vùng xung yếu hồ thủy điện Hòa Bình đã phát hiện lượng dòng chảy bề mặt không chỉ có mối liên hệ chặt với 3 nhân tố độ dốc, độ xốp, độ che phủ cây bụi thảm tươi mà còn phụ thuộc vào độ tàn che tầng cây cao Trung bình tỷ lệ dòng chảy bề mặt chiếm 51,83% lượng mưa, cao nhất ở khu vực đất trống và thấp nhất ở rừng keo tai tượng

Trong các nghiên cứu của mình, cả 2 tác giả Phùng Văn Khoa (1997) và Phạm Văn Điển (1998; 2006) đều chỉ ra rằng có thể mô hình hóa mối liên hệ giữa lượng dòng chảy bề mặt với các chỉ tiêu tổng hợp dưới dạng phương trình bậc 2 có dạng:

Y = a + bX + cX2

Trong đó: Y: lượng dòng chảy mặt (mm)

X: chỉ tiêu tổng hợp (độ dốc, độ xốp, độ che phủ và tàn che)

a, b, c: các tham số của phương trình

với hệ số tương quan rất cao r = 0.980 – 0.998

Vũ Thanh Te, Trần Quốc Thưởng, Phạm Anh Tuấn (2005) khi nghiên cứu tác động của lớp phủ thực vật đến khả năng gây xói mòn đất và vận chuyển bùn cát trên lưu vực sông chợ Lèn đã nhận thấy lớp phủ thực vật càng dày thì khả năng làm chậm dòng chảy sườn càng tăng (từ 7 – 11 lần)

Nguyễn Thế Hưng (2008) khi nghiên cứu về vai trò bảo vệ nguồn nước của 4 dạng thảm thực vật là thảm cây bụi cao, thảm cây bụi thấp, rừng trồng keo và rừng trồng bạch đàn đã đưa ra kết luận về khả năng giữ nước của các dạng thảm thực vật giảm dần từ thảm cây bụi cao đến rừng trồng keo, rừng trồng bạch đàn và thấp nhất là thảm cây bụi thấp với tổng lượng nước giữ được trong thảm thực vật tương ứng là 988,97 tấn/ha, 936,07 tấn/ha, 724,58 tấn/ha và 660,62 tấn/ha

Trong các nghiên cứu về dòng chảy mặt, Võ Đại Hải (1996) đã sử dụng phương pháp xây bể để đo lượng xói mòn và dòng chảy mặt Với phương pháp này việc thu thập số liệu về xói mòn và dòng chảy mặt thuận tiện và cho kết quả chính xác nhưng đòi hỏi đầu tư tốn kém Các tác giả Phùng Văn Khoa (1997) và Phạm Văn Điển (1998) đã dùng các ống đo có đường kính 5,7 cm đặt sát mép dưới các ô tiêu chuẩn để đo lượng nước chảy trên bề mặt đất Phương pháp này có nhược điểm là trong nhiều trường hợp không hứng được toàn bộ lượng nước chảy trên mặt đất Phạm Văn Điển (2006) đã cải tiến phương pháp đo lượng dòng chảy mặt đất bằng máng hứng nước nhằm thu lượng nước chảy mặt đối một cách hiệu quả nhất Xong nếu việc lắp máng không cẩn thận cũng sẽ làm cho việc thu nước không được như ý muốn

1.2.2 Chất lượng nước dòng chảy mặt khởi đầu

Ở Việt Nam, đặc biệt đối với ngành lâm nghiệp, những nghiên cứu bước đầu về chất lượng nước dưới các dạng thảm thực vật còn khá mới mẻ và chưa có nhiều công trình nghiên cứu

Võ Đại Hải (1996) khi phân tích nước dòng chảy mặt thu được trong trận mưa đã bước đầu xác định được hàm lượng khoáng (K+, Na+, Mg2+, Ca2+,

Al3+, Fe3+) bị rửa trôi theo dòng chảy mặt Theo tác giả xói mòn và đặc biệt là rửa trôi là nguyên nhân thúc đẩy quá trình thoái hóa đất đai một cách mạnh

mẽ

Nguyễn Thị Thì (2009) trong nghiên cứu của mình về chất lượng nước mặt tại lưu vực sông Cầu (Thái Nguyên) cho rằng các hoạt động kinh tế xã hội – đặc biệt là hoạt động sản xuất nông nghiệp, khai thác cát sỏi trên sông

không theo quy hoạch và nạn phá rừng bừa bãi – có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng nước sông, làm gia tăng hàm lượng chất ô nhiễm trong nguồn nước

Bên cạnh các hoạt động sản xuất nông nghiệp, phá rừng thị việc phát triển sân golf một cách bừa bãi hiện nay cũng kéo theo sự gia tăng hàm lượng các chất ô nhiễm có trong nước mặt (nhóm tác giả Hứa Thị Yến, Nguyễn Thùy Dương, Trần Văn Hùng, 2009) Nếu so sánh hàm lượng các chất ở khu vực đầu nguồn – không bị ảnh hưởng của các hoạt động của sân golf thì các thông số như hàm lượng NO3- và PO43- đều cao hơn, thậm chí vượt quá tiêu chuẩn cho phép

Qua tổng quan vấn đề nghiên cứu cho thấy, những nhiên cứu về chất lượng dòng chảy trong lưu vực là thực sự chưa nhiều và chưa có nhiều những

nghiên cứu định lượng do đó việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng

của một số nhân tố đến chất lượng dòng chảy tại lưu vực sông Bùi – huyện Lương Sơn – tỉnh Hòa Bình” là thực sự cần thiết và có ý nghĩa cả về mặt

khoa học và thực tế ứng dụng

Chương 2 MỤC TIÊU - NỘI DUNG - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

2.2 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là sự ảnh hưởng của một số nhân tố (lượng mưa, độ che phủ của rừng, đặc điểm sử dụng đất) đến chất lượng của dòng chảy trong lưu vực thông qua các chỉ tiêu (lưu lượng dòng chảy, độ cao mực nước, nhiệt độ nước)

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là biến động chất lượng dòng chảy tại lưu vực sông Bùi – huyện Lương Sơn – tỉnh Hòa Bình trong giai đoạn 1995 đến 2010

2.3 Nội dung nghiên cứu

Phù hợp với các mục tiêu nghiên cứu đã đề ra, đề dự kiến thực hiện các nội dung nghiên cứu:

+ Nghiên cứu biến động độ che phủ của thảm thực vật rừng trong lưu vực sông Bùi

+ Nghiên cứu đặc điểm chế độ thủy văn trong lưu vực sông Bùi

+ Nghiên cứu cứu đặc điểm chất lượng dòng chảy tại lưu vực sông Bùi + Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng mưa và độ che phủ rừng đến chất lượng dòng chảy trong lưu vực sông Bùi

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố nhân tác đến chất lượng dòng chảy tại lưu vực sông Bùi

+ Đề xuất một số giải pháp góp phần quản lý và phát triển bền vững chất lượng dòng chảy tại lưu vực sông Bùi

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp kế thừa tài liệu

Trong quá trình thực hiện đề tài, tác giả dự kiến kế thừa các kết quả nghiên cứu đã được công bố của các tác giả đi trước thông qua các ấn phẩn tại thư viện trường Đại học Lâm nghiệp, trên Internet và các cơ quan nghiên cứu

và quản lý chuyên môn

Hệ thống số liệu thủy văn trong giai đoạn 1995 – 2010 tại trạm quan trắc khí tượng thủy văn Lương Sơn – Hòa Bình

Hệ thống số liệu về hiện trạng tài nguyên rừng của Viện Điều tra Quy hoạch rừng, Tổng cục Lâm nghiệp qua các thời kỳ

2.4.2 Phương pháp xử lý và phân tích số liệu

2.4.2.1 Phương pháp xác định ranh giới lưu vực sông Bùi

Để có thể nghiên cứu chất lượng dòng chảy tại lưu vực sông Bùi, đề tài cần xác định được chính xác ranh giới lưu vực đây được coi là điều kện tiên quyết để có thể xác định, phân tích và lượng hóa ảnh hưởng của các nhân tố khác nhau đến chất lượng dòng chảy trong lưu vực sông Bùi Phương pháp xác định ranh giới lưu vực được đề tài áp dụng là phương pháp khoanh vẽ tự động với việc ứng dụng phần mềm Arc Map, Arc Sence 10.0; kết hợp với

kiểm tra, hiệu chỉnh thủ công với sự hỗ trợ của phần mềm Mapinfor 11.0 Cụ thể bao gồm các bước công việc chính như sau:

Bước 1: Xác định chính xác vị trí điểm thu nước (điểm đặt trạm quan trắc thủy văn) trên lưu vực sông Bùi

Bước 2: Ứng dụng phần mềm Arc map 10.0 và từ liệu DEM để tiến hành khoanh vẽ và xác định ranh giới lưu vực sông Bùi một cách tự động

Bước 3: Ứng dụng phần mềm Arc Sence để xây dựng mô hình 3D của lưu vực sông Bùi phục vụ công tác kiểm tra độ chính xác và tính hợp lý của ranh giới lưu vực đã được xác định

Bước 4: Chồng xếp lớp ranh giới lưu vực đã được xác định tự động lên

hệ thống bản đồ địa hình, thủy văn để rà soát, kiểm tra và hoàn thiện lần cuối những chỗ chưa thật hợp lý

Hình 2.1.Minh họa phương pháp xâ dựng mô hình 3D của lưu vực

2.4.2.2 Phương pháp xác định biến động độ che phủ của lớp thảm thực vật rừng trong lưu vực sông Bùi

Kế thừa tư liệu về hiện trạng rừng của Viện Điều tra Quy hoạch rừng

và Tổng cục Lâm nghiệp qua các thời kỳ, đề tài đã có hệ thống tư liệu về hiện trạng rừng tại lưu vực sông bùi qua 4 thời kỳ: 1995, 2000, 2005 và 2010 Đây

là nguồn tư liệu hết sức quý giá, đảm bảo độ tin cây và tính pháp lý vì đều là sản phẩm của các chu kỳ tổng kiểm kê rừng toàn quốc do Viện Điều tra Quy hoạch rừng chủ trì Để ứng dụng được hệ thống tư liệu này đề tài tiến hành

chuẩn hóa toàn bộ hệ thống cơ sở dữ liệu về nền bản đồ Vn2000 múi 60, hệ thống mã trạng thái qua các chu kỳ kiểm kê khác nhau về hệ thống mã trạng thái chung của chu kỳ IV năm 2010, cụ thể như bảng 2.1 sau

Bảng 2.1 Hệ thống bảng mã trạng thái rừng chuẩn chu kỳ IV

1 Rừng gỗ lá rộng thường xanh giàu

2 Rừng gỗ lá rộng thường xanh trung bình

3 Rừng gỗ lá rộng thường xanh nghèo

17 Đất khác (ngoài lâm nghiệp)

(Nguồn: Quy định của Bộ nông nghiệp &PTNT)

Sau khi xác định được chính xác ranh giới lưu vực và chuẩn hóa được

hệ thống bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng theo các thời kỳ nghiên cứu, đề tài tiến hành chồng xếp các lớp bản đồ, cắt theo ranh giới lưu vực sông Bùi và

thống kê số liệu theo ranh giới lưu vực qua các thời kỳ Toàn bộ quá trình này được thực hiện với sự hỗ trợ của phần mềm Mapinfor 11.0.

Việc đánh giá biến động tài nguyên rừng và các loại hình sử dụng đất khác trong lưu vực sông Bùi cũng được thực hiện với việc ứng dụng phần mềm Mapinfor 11.0 và công cụ hỗ trợ Crystal Report

2.4.2.3 Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của thảm thực vật rừng và yếu

tố nhân tác đến chất lượng dòng chảy

Ngoài việc kế thừa bản đồ hiện trạng rừng của viện của Viện Điều tra Quy hoạch rừng và Tổng cục Lâm nghiệp qua các thời kỳ đề tài còn sử dụng

tư liệu ảnh Landsat ETM trong các năm 1992, 1997, 2002, 2007 để xây dựng khóa giải đoán các trạng thái rừng từ đó xác định hiện trạng rừng, độ che phủ của rừng làm cơ sở để nghiên cứu ảnh hưởng của độ che phủ rừng và yếu tố nhân tác đến chất lượng dòng chảy

Đầu tiên đề tài đi xây dựng khóa giải đoán cho ảnh năm 2007 rồi đem khóa giải đoán này giải đoán thực hiện giải đoán cho các năm trước đó (1992,

1997, 2002) để xác định hiện trạng rừng và độ che phủ của rừng

Phương pháp xây dựng khóa giải đoán như sau:

Khóa giải đoán được xây dựng thông qua chỉ số thực vật NDVI

) (NIR RED

RED NIR

NDVI





 (Rouse; Hass; Chell Deering; Hardan, 1974) (2.1)

Trong đó: NIR là giá tri ̣ điểm ảnh trên kênh cận hồng ngoa ̣i

RED là giá tri ̣ điểm ảnh trên kênh đỏ

Quá trình tính toán NDVI được thực hiện trên bằng model maker trong Erdas imagine 2011 Model tính toán NDVI được thiết kế như hình sau:

Hình 2.2 Mô hình tính toán NDVI

Sau khi tính toán chỉ số NDVI đề tài tiến hành thống kê giá trị NDVI cho các đối tượng để tạo cơ sở xây dựng khóa giải đoán

X: Giá trị NDVI trung bình qua các đối tượng

S: Sai tiêu chuẩn

N: Dung lượng mẫu

X1, X2: Giá trị cận dưới và cận trên của đối tượng ước lượng

Gd, Gt: Ngưỡng NDVI dưới và trên của đối tượng

N

S U X X

2

N

S U X X

i i

i i

X X

Gdmin, Gtmax bằng giá trị NDVI min, max

Sau khi xây dựng được khóa giải đoán đề tài sử dụng khóa giải đoán này để phân loại rừng cho các năm 1992, 1997, 2002, 2007 Kết quả sau khi phân loại đề tài tiến hành thống kê, tổng hợp để xác định hiện trạng rừng, độ che phủ rừng… cho các năm này Quá trình phân loại được thực hiện trên Arcgis 10; thống kê, tổng hợp số liệu và xây dựng tương quan được thực hiện trên SPSS 16 và Excel 2010

2.4.3 Phương pháp chuyên gia

Để có những định hướng nghiên cứu tốt và phương pháp xử lý số liệu một cách tối ưu, trong quá trình phân tích, xử lý số liệu phục vụ viết báo cáo tác giả đã tham vấn ý kiến của các chuyên gia tại trường Đại học Lâm nghiệp

Chương 3 ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN – KINH TẾ - XÃ HỘI

KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Thông tin về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu được khai thác tại trang Thông tin điện tử tỉnh Hòa Bình và tại Lâm trường Lương Sơn – huyện Lương Sơn – tỉnh Hòa Bình

3.1 Điều kiện tự nhiên

3.1.1 Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu

Khu vực nghiên cứu được thực hiện tại xã Lâm Sơn – là một xã phía Tây của huyện Lương Sơn – tỉnh Hòa Bình

Tọa độ địa lý: Vĩ độ Bắc: 20045’ – 21001’

Vĩ độ Đông: 105024’ – 105039’

Phía Tây giáp với xã Dân Hòa, Dân Hạ của huyện Kỳ Sơn, Hòa Bình Phía Bắc giáp với các xã Tiến Xuân, Đông Xuân của thành phố Hà Nội (các xã này và xã Yên Bĩnh, Yên Trung trước ngày 01/08/2008 đều thuộc huyện Lương Sơn, Hòa Bình)

Phía Đông giáp với thị trấn huyện lị Lương Sơn, Hòa Bình

Phía Nam giáp với xã Tân Vinh và Trường Sơn, Lương Sơn, Hòa Bình Lâm Sơn nằm chạy dài 10km trên quốc lộ 6 nối liền Hà Nội với vùng Tây Bắc, trung tâm xã cách trung tâm Hà Nội 45km

3.1.2 Điều kiện khí hậu khu vực nghiên cứu

Những số liệu khí hậu cơ bản của khu vực nghiên cứu được trình bày tại bảng sau:

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu khí hậu cơ bản tại khu vực nghiên cứu Chỉ tiêu khí hậu

Tháng

Nhiệt

độ TB

Nhiệt độ tối cao

Lượng mưa

TB

Số ngày mưa

Độ ẩm không khí

(Nguồn: Phần mềm Sinh Khí Hậu – Viện STTNR&MT – trường ĐH Lâm nghiệp)

Khí hậu Lâm Sơn mang đặc trưng khí hậu của vùng nhiệt đới gió mùa

Có hai mùa rõ rệt:

- Mùa mưa mang theo nhiều hơi nước và kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10

- Mùa khô độ ẩm thấp và hanh kéo dài từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau

Chế độ nhiệt: Nhiệt độ trung bình năm là 23.10C, trung bình tháng nóng nhất (tháng 7) là 28,2 0C, trung bình tháng thấp nhất (tháng 1) là 16 0C

Chế độ mưa: Lượng mưa bình quân năm 1913mm Mùa mưa chủ yếu

tập trung trên 95% vào mùa hè (tháng 7, 8, 9), ít nhất vào tháng 12 Độ ẩm trung bình năm là 84% nhưng không đồng đều vào các tháng trong năm, thấp nhất vào tháng 10 với 82%, cao nhất vào tháng 8 với 86%

Chế độ gió: có hai hướng gió chính là gió Đông Nam thổi vào mùa mưa

(từ tháng 4 đến tháng 10) mang theo không khí nóng và hơi nước Gió Đông

Bắc khô và hanh thổi từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau Ngoài ra trong khu vực còn chịu ảnh hưởng của gió Tây (gió Lào) và gió Bấc

Thuỷ văn: Khu vực nghiên cứu có nhiều sông suối, ao hồ, nhiều khe sâu

do địa hình chia cắt Với lượng mưa tập trung trên 70% vào mùa mưa nên thường gây ra lũ quét ở vùng thượng nguồn sông Bùi Tuy nhiên vào mùa khô thường xảy ra tình trạng thiếu nước sản xuất và sinh hoạt

Do có nhiều tiểu vùng khí hậu khác nhau nên có thể phát triển cây trồng, vật nuôi phong phú, đa dạng theo hướng tập đoàn

3.1.3 Đặc điểm địa hình khu vực nghiên cứu

Địa hình chủ yếu là đồi núi đá vôi xen kẽ, dưới các thung lũng là các con suối khe nước uốn lượn và tập trung thành đầu nguồn con sông Bùi Độ cao tuyệt đối so với mực nước biển là 500m, độ cao tương đối là 126m, có địa thế nghiêng đều theo chiều từ tây bắc xuống đông nam Các khối núi đá vôi chạy dài xen kẽ với các đồi đất với nhiều hang động, có nhiều khe suối, hồ tự nhiên, hồ nhân tạo tạo nên cảnh sắc thơ mộng

3.1.4 Điều kiện thổ nhưỡng khu vực nghiên cứu

Trên khu vực nghiên cứu chủ yếu là đất feralit phát triển trên đá Poocfirit, sa thạch và phiến thạch Một số nơi còn xuất hiện đất đá vôi, đất phù sa cổ ở những nơi ruộng nước có tỷ lệ đá lẫn ít, thành phần cơ giới thịt nhẹ và trung bình Độ dày tầng đất trung bình

- Đất đồi núi: gồm có:

+ Đất feralit đỏ nâu vàng trên đá vôi (FQV)

+ Đất feralit đỏ vàng trên đá biến chất (FQJ)

+ Đất lúa nước trên sản phẩm dốc tụ

3.1.5 Đặc điểm tài nguyên rừng

Theo số liệu thống kê của hạt Kiểm lâm huyện Lương Sơn tính đến ngày 31/12/2008, toàn huyện có 9.853, 9 ha rừng, trong đó:

- Rừng tự nhiên là: 2.687,4 ha chủ yếu là rừng non phục hồi và rừng tre nứa

- Rừng trồng là: 7.166,5 ha (trong đó rừng non dưới 3 tuổi là 2.271,4 ha) Các loài cây trồng chủ yếu là Keo, Bạch đàn, Luồng, Lát,…

Đất chưa có rừng là: 8.779,4 ha (được quy hoạch cho mục đích phát triển lâm nghiệp) Diện tích này chủ yếu là trảng cỏ, lau lách và núi đá không

có rừng

3.2 Đặc điểm kinh tế xã hội

Phát huy lợi thế về vị trí địa lý, đầu mối giao lưu kinh tế, văn hóa-xã hội giữa miền núi và miền xuôi trong nhiều năm qua, các xã trong huyện đã duy trì nền kinh tế đa dạng với nhiều thành phần nông, lâm nghiệp; công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, du lịch, dịch vụ Nhờ đẩy mạnh hoạt động tuyên truyền, vận động người dân, Lương Sơn đã nhanh chóng bắt nhịp với sự phát triển của nền kinh tế thị trường

3.2.1 Dân tộc, dân số và lao động

Toàn huyện có 14 xã và thị trấn, tổng dân số toàn huyện là 65.004 người (nam là 32.258 và nữ là 32.746 người) Khu vực thị trấn là 14.684 người, khu vực nông thôn là 50.320 người chiếm % Mật độ dân số trung bình

là 244 người/km2

Các dân tộc chủ yếu là:

- Mường: 40.757 người chiếm 62,7 %

- Kinh: 23.726 người chiếm 36,5 %

- Dân tộc khác là 521 người chiếm 0,8 %

Tỷ lệ tăng dân số tự nhiên là 11,45 %

Toàn huyện có 15.146 hộ, tổng số lao động là 37.524 người

3.2.2 Thực trạng các ngành kinh tế

- Nông nghiệp: Tổng sản lượng lương thực (cây có hạt) năm 2008 là

27.752 tấn, trong đó:

+ Tổng diện tích trồng Lúa là 4.006,3 ha đạt sản lượng 20.872 tấn

+ Tổng diện tích trồng Ngô là 1.464,6 ha đạt sản lượng 6.880,0 tấn + Bình quân lương thực trên đầu người là: 427kg/người-năm

Trong sản xuất nông nghiệp, nếu năm 1993 năng suất lúa của huyện bình quân chỉ đạt từ 20 đến 22 tạ/hecta/vụ, thì năm 2010 đã đạt 50,9 tạ/hecta/vụ Có nhiều yếu tố đưa năng suất nông nghiệp ở Lương Sơn tăng cao, nhưng quan trọng hơn cả là nông dân các địa phương trong huyện được nâng cao kiến thức về khoa học kỹ thuật, họ được dự các lớp chuyển giao khoa học, kỹ thuật về cây lúa, trồng màu, cây ăn quả cho năng suất cao Cùng với trồng trọt, huyện Lương Sơn chú trọng đến chăn nuôi gia súc, gia cầm Trạm khuyến nông, khuyến lâm huyện đã xây dựng các mô hình nuôi lợn siêu nạc, gà siêu trứng, bò sữa và nuôi ong Huyện đã phát triển chăn nuôi theo hướng sản xuất hàng hoá có giá trị kinh tế cao Năm 2010, toàn huyện có 13.510 con trâu, 5.179 con bò, 38.048 con lợn, 556.616 con gia cầm Hiện nay, huyện đang thực hiện dự án chăn nuôi bò sữa, phát triển từ 30 con (năm 2000) lên 525 con (năm 2010)

Huyện còn vận động nông dân cải tạo đất trống, đồi trọc, mở rộng diện tích bằng việc trồng các loại cây màu có giá trị hàng hoá Nhiều gia đình đã tận dụng đất hoang, cải tạo vườn đồi để trồng các loại cây ăn quả: vải, nhãn , hoặc sử dụng hàng nghìn hecta đất tự nhiên để trồng tre, luồng, keo tai tượng, bạch đàn, do đó đem lại hiệu quả kinh tế cao Công tác chăm sóc bảo vệ rừng

tự nhiên và rừng đầu nguồn được chú trọng, góp phần nâng cao tỉ lệ che phủ rừng đạt mức 44% Huyện tích cực chỉ đạo các địa phương phát triển các mô hình kinh tế trang trại, kết hợp trồng trọt, chăn nuôi, góp phần giải quyết số lao động dôi dư và tăng thu nhập cho kinh tế hộ Toàn huyện hiện có hơn 300 trang trại với qui mô từ 1 ha trở lên, trong đó có một số trang trại đã mang lại hiệu quả kinh tế ban đầu

Giao thông

Quốc lộ 6, chạy theo hướng Đông Tây, cắt ngang qua địa bàn huyện khoảng 15 km từ khu Năm Lu đến dốc Kẽm, đi từ thị trấn Xuân Mai huyện Chương Mỹ (Hà Nội), sang huyện Kỳ Sơn, Hòa Bình

Quốc lộ 21A, cắt qua một vài đoạn ở rìa phía Đông huyện

Một số tỉnh lộ như Đường Khăm - Bãi Lạng, đường Bãi Nai - Cầu Vai Réo, hệ thống đường liên huỵên, liên xã , liên thông rất dày đặc và thuận tiện

- Công nghiệp, dịch vụ

Lực lượng lao động dồi dào, nguồn tài nguyên thiên nhiên phong phú, giao thông thuận lợi đã tạo điều kiện thúc đẩy ngành công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp của Lương Sơn phát triển Sản xuất vật liệu xây dựng là ngành

có tính đột phá trong sản xuất công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp Trong những năm qua, các cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng đã đẩy mạnh sản xuất, tích cực đầu tư, cải tiến máy móc, dây chuyền sản xuất và mua sắm thiết bị tiên tiến để không ngừng nâng cao năng lực sản xuất, hạ giá thành sản phẩm, nhằm tăng sức cạnh tranh trên thị trường Nhiều doanh nghiệp trong huyện

sản xuất vật liệu xây dựng đã ký kết các hợp đồng tiêu thụ sản phẩm lớn, khai thác chế biến các sản phẩm có chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu của khách hàng

Đến nay, toàn huyện có 453 cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, trong đó có 25 doanh nghiệp ngoài quốc doanh, 5 hợp tác xã, 415 tổ hợp, hộ cá thể Các cơ sở sản xuất công nghiệp chủ yếu tập trung vào các lĩnh vực: sản xuất vật liệu xây dựng, góp phần tạo việc làm cho 2.800 lao động địa phương với mức thu nhập 0,6 đến 1,2 triệu đồng/người/tháng Năm 2010, giá trị sản xuất hàng hóa của ngành công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp của huyện này đạt trên 60 tỷ đồng

Lương Sơn còn được xem là "động lực thúc đẩy phát triển kinh tế

của tỉnh" và nhận được sự quan tâm đặc biệt của tỉnh Tháng 2/2005, Uỷ Ban

Nhân dân tỉnh Hoà Bình đã đồng ý cho huyện lập quy hoạch phát triển kinh tế

- xã hội giai đoạn 2006 đến 2010 để tiến tới nâng cấp huyện trở thành thị xã trong nay mai Theo đó, kinh tế Lương Sơn sẽ phát triển theo hướng nâng cao

tỷ trọng công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp, tiếp đến là thương mại - du lịch - dịch vụ và nông - lâm nghiệp Trong đó, huyện sẽ tập trung phát triển ngành công nghiệp khai thác vật liệu xây dựng; trồng rau sạch, hoa, cây cảnh để cung cấp cho thị trường Hà Nội và hướng đến việc chăn nuôi loại con đặc sản như: lợn cỏ, hoặc triển khai dự án đàn bò sữa; chú trọng kêu gọi đầu tư vào 3 loại hình du lịch sinh thái, du lịch hang động và du lịch văn hoá Ngoài ra huyện còn phát triển 3 tour du lịch: từ Lương Sơn đi hang Trổ, động Mãn Nguyện, hồ Đồng Tranh - động Đá Bạc, hồ Suối Ong; từ Lương Sơn đi Lập Thành, hồ Lụa, hồ Cố Đụng, suối Ngọc - Vua Bà, Làng Văn hoá các dân tộc, Xuân Mai; khu nhà nghỉ Đồng Tranh, hồ Lập Thành, hồ Cố Đụng

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1 Biến động độ che phủ của thảm thực vật rừng trong lưu vực sông Bùi

4.1.1 Đặc điểm lưu vực sông Bùi

Để nghiên cứu ảnh hưởng của thảm thực vật rừng đến chất lượng dòng chảy tại lưu vực sông Bùi, đề tài tiến hành xác định ranh giới lưu vực sông Bùi và các đặc điểm của lưu vực Ranh giới lưu vực sông Bùi được xác định theo 4 bước :

Bước 1: Xác định chính xác vị trí điểm thu nước (điểm đặt trạm quan trắc thủy văn) trên lưu vực sông Bùi

Bước 2: Ứng dụng phần mềm Arc map 10.0 và từ liệu DEM để tiến hành khoanh vẽ và xác định ranh giới lưu vực sông Bùi một cách tự động

Bước 3: Ứng dụng phần mềm Arc Sence để xây dựng mô hình 3D của lưu vực sông Bùi phục vụ công tác kiểm tra độ chính xác và tính hợp lý của ranh giới lưu vực đã được xác định

Bước 4: Chồng xếp lớp ranh giới lưu vực đã được xác định tự động lên

hệ thống bản đồ địa hình, thủy văn để rà soát, kiểm tra và hoàn thiện lần cuối những chỗ chưa thật hợp lý

Đặc điểm của lưu vực sông Bùi được tổng hợp với sự hỗ trợ của phần mềm Map infor 11.0, số liệu thể hiện qua bảng 4.1 sau :

Bảng 4.1 Đặc điểm lưu vực sông Bùi

Số liệu cho thấy độ cao trung bình của lưu vực sông Bùi là 206 m, độ dốc trung bình toàn lưu vực là 90 độ và chỉ số hình dạng của lưu vực là 1.32 Ứng dụng phần mềm Arc Sence 10.0, đề tài đã xây dựng được mô hình 3D của lưu vực sông Bùi, cụ thể như hình sau :

Hình 4.1 Mô hình 3D lưu vực sông Bùi 4.1.2 Biến động độ che phủ của thảm thực vật rừng trong lưu vực sông Bùi

Hệ thống tư liệu về hiện trạng rừng được sử dụng trong đề tài là hệ thống bản đồ do Viện Điều tra Quy hoạch rừng xây dựng qua các chu kỳ kiểm

kê tài nguyên : 1995, 2000, 2005 và 2010 Tổng hợp số liệu và phân tích biến