ĐẶT VẤN ĐỀ Thủy văn học là ngành khoa học nghiên cứu về sự vận động, phân phối, và chất lƣợng của nƣớc trên toàn bộ Trái Đất, và vì thế nó đề cập đến cả vòng tuần hoàn nƣớc và các nguồn nƣớc (Wikipedia). Thủy văn gồm các quá trình cơ bản nhƣ : Mƣa-giáng thủy, các dòng chảy, quá trình bốc thoát hơi, quá trình thấm nƣớc của đất, … các quá trình này có sự chi phối và có mối quan hệ qua lại với nhau. Đặc điểm của qúa trình thủy văn diễn ra còn tùy thuộc vào từng lƣu vực, hay từng loại hình sử dụng đất khác nhau. Khi ở khu vực không có tán lá che phủ thì quá trình thủy văn diễn ra nhanh chóng, có sự tiếp xúc trực tiếp giữa hạt nƣớc mƣa xuống đất, dẫn đến hình thành nên các dòng chảy trực tiếp trên mặt đất là chiếm ƣu thế.
Trong trƣờng hợp này, đất sẽ bị xói mòn trƣợt lở. Ngƣợc lại, với khu vực có rừng khi mƣa xuống, thì toàn bộ lƣợng nƣớc mƣa sẽ bị phân tán bởi một phần sẽ giữ lại trên tán lá và bốc hơi, hình thành các dòng chảy chảy ven thân cây, phần còn lại chảy qua tán lá. Khi đó, khả năng hình thành các dòng chảy mặt là thấp và đất không xảy ra xói mòn hoặc là một lƣợng rất thấp. Và tài nguyên nƣớc đƣợc điều tiết, chất lƣợng nƣớc cũng đƣợc cải thiện.
Các nhân tố ảnh hƣởng đến quá trình thủy văn chủ yếu là sự thay đổi các loại hình sử dụng đất, ngoài ra còn cso sự góp mặt của các điều kiện thời tiết nhƣ nhiệt độ, độ ẩm… cũng ảnh hƣởng lớn đến các quá trình thủy văn.Cụ thể nhƣ nhiệt độ càng cao thì quá trình bốc thoát hơi nƣớc diễn ra cành nhanh chóng. Hay đặc điểm mƣa :số trận mƣa, thời gian mƣa, cƣờng độ mƣa,lƣợng mƣa… cũng là một trong những nhân tố ảnh hƣởng trực tiếp đến các quá trình thủy văn. Ngoài ra đặc điểm của thực vật nhƣ diện tích lá, độ khô giáp, hình dạng , độ nghiêng của lá…cũng làm thay đổi cƣờng độ mƣa và phân bố của mƣa khi qua lá và tán. Qua các nhân tố ảnh hƣởng đến quá trình thủy văn đã đƣa ra, nhận thấy đặc điểm của thực vật là nhân tố duy nhất mà con ngƣời có thể thay đổi đƣợc để điều hòa các chế độ thủy văn.
Nó cũng ảnh hƣởng rất lớn đến quá trình 1 hình thành dòng chảy và điều tiết nguồn nƣớc. Có thể quản lý nhằm điều tiết tốt nguồn nƣớc và bảo vệ đƣợc tài nguyên đất. Vì vậy các giải pháp quản lý vì thế sẽ tập chung nhiều vào nhân tố này. Nghiên cứu về các quá trình thủy văn đã đƣợc tiến hành nhiều bởi các nhà khoa học trên thế giới ( ví dụ Horton,1919 ) đã chứng minh lƣợng mƣa thực tế phía dƣới rừng cây nhỏ hơn rất nhiều so với vùng đất trống.
Thí nhiệm Mcmillan và Burgy,1960 cho thấy sự khác biệt giữa bốc hơi của tán lá ƣớt và sự thoát hơi của cỏ không bị ƣớt đƣợc cung cấp một lƣợng nƣớc thích hợp.Lƣợng nƣớc mƣa giữ lại trên tán là một trong những chỉ tiêu phản ánh khả năng giữ nƣớc của rừng. Nhìn chung, các công trình nghiên cứu đề cho thấy tỷ lệ lƣợng nƣớc mƣa giữ trên tán rừng lá kim ôn đới chiếm 20 - 40% (Lƣơng Lễ Tiên và Lý Á Quang, 1991). phạm vi biến động của tỷ lệ lƣợng nƣớc mƣa bị ngăn giữ lại trong khoảng 11,4 - 34,3%, hệ số biến động 6,68 - 55,05%, trong đó tỷ lệ nƣớc mƣa giữ lại trên tán của rừng lá kim thƣờng xanh á nhiệt đới, trên núi cao ở miền Tây là lớn nhất, của rừng hỗn giao cây lá rộng thƣờng xanh với cây lá rộng rụng lá á nhiệt đới, miền núi là nhỏ nhất (Vu Chí Dân, Christoph Peisert, Dƣ Tân Hiểu, 2001). Tại Việt Nam, cũng có một số công trình nghiên cứu của các nhà khoa hoc về quá trình thủy văn nhƣ : Nghiên cứu bốc hơi và thoát hơi của rừng (Phạm Văn Điển,2009), lƣợng nƣớc chảy men thân đều cho kết quả là chúng thƣờng chiếm từ 1 - 4% so với tổng lƣợng mƣa.
Dựa vào phƣơng trình cân bằng lƣợng nƣớc trong hệ thống, thông qua đo lƣờng lƣợng mƣa, lƣợng nƣớc thấm xuống các tầng đất sâu, lƣợng nƣớc chảy trên mặt đất và biến đổi động thái của nƣớc trong đất, để tính toán lƣợng nƣớc bốc hơi và thoát hơi của hệ thống (Dƣ Tân Hiểu, 1991. Về đánh giá thành phần dòng chảy của lâm phần rừng vẫn chƣa đƣợc quan tâm sâu sắc, chính vì thế để cung cấp thêm các cơ sở khoa học, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Đánh giá đặc điểm thủy văn của một số trạng thái rừng tại Nuí Luốt-Xuân Mai-Hà Nội”. Hi vọng, kết quả đề tài đạt đƣợc là cơ sở khoa học góp phần bảo vệ chống xói mòn đất của một số trạng thái rừng. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.
Những nghiên cứu trên thế giới Nghiên cứu về thủy văn rừng trên thế giới đã thu đƣợc nhiều thành quả, trong đó đáng chú ý là những thành quả liên quan đến việc định hƣớng các thành phần cân bằng nƣớc trong hệ sinh thái rừng và xác định, dự báo xói mòn đất. Những nghiên cứu về tỷ lệ lƣợng nƣớc mƣa ngăn bởi tán rừng ở các kiểu thảm thực vật rừng tƣơng ứng với các đới khí hậu khác nhau ở Trung Quốc cho thấy, phạm vi biến động của tỷ lệ lƣợng nƣớc mƣa bị ngăn giữ lại trong khoảng 11,4 - 34,3%, hệ số biến động 6,68 - 55,05%, trong đó tỷ lệ nƣớc mƣa giữ lại trên tán của rừng lá kim thƣờng xanh á nhiệt đới, trên núi cao ở miền Tây là lớn nhất, của rừng hỗn giao cây lá rộng thƣờng xanh với cây lá rộng rụng lá á nhiệt đới, miền núi là nhỏ nhất (Vu Chí Dân, Christoph Peisert, Dƣ Tân Hiểu, 2001), nghiên cứu cũng đã chỉ rõ lƣợng nƣớc mƣa giữ lại bởi tán rừng phụ thuộc vào nhiều nhân tố, trong đó bao gồm loài cây, tuổi rừng, mật độ lâm phần, cấu trúc của tán rừng, tần suất mƣa, cƣờng độ mƣa, thời gian mƣa. Cũng giống nhƣ hệ sinh thái và quá trình thủy văn, lƣợng nƣớc mƣa ngăn bởi tán rừng cũng biến động theo không gian và thời gian. Nhiều công trình nghiên cứ về lƣợng nƣớc chảy men thân trên thế giới đều cho kết quả là chúng thƣờng chiếm từ 1 - 3% so với tổng lƣợng mƣa.
Đây là một tỷ lệ thấp so với các thành phần cân bằng nƣớc khác. Nhiều nhà thủy văn rừng nhận xét rằng, trong không ít trƣờng hợp lƣợng nƣớc chảy men thân của cây có đƣờng kính lớn lại ít hơn lƣợng nƣớc chảy men thân của cây có đƣờng kính bé. Điều này có thể do sự khác nhau bởi cách phân cành hoặc do lƣợng nƣớc rơi từ tán lá của cây ở tầng trên xuống cây ở tần dƣới không nhƣ nhau (Bruijnzeel L. Về xác định dòng chảy chảy trên bề mặt đất, 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 20 để nghiên cứu cơ chế hình thành dòng chảy trên bề mặt 3 đất.
Lý luận này chiếm địa vị thống trị trong lĩnh vực thủy văn học công trình kéo dài suốt khoảng 30 năm đã dựa vào những quan trắc thực nghiệm và chỉ ra rằng trong hoàn cảnh rừng, cƣờng độ mƣa rất ít khi lớn hơn tốc độ thấm nƣớc tiềm tàng của đất, đã nêu ra khung lý luận về động thái hình thành dòng chảy của mƣa rào, sau đó đã triển khai nhiều nghiên cứu thực nghiệm nhằm tìm hiểu cơ chế hình thành dòng chảy do mƣa gây ra, chủ yếu trên những khu vực ôn đới ẩm ƣớt của châu Âu và ở Mỹ (Bonell M, 1993). Ở các nƣớc phát triển trên thế giới, việc nghiên cứu về sinh thái rừng nói chung và sinh thái rừng trồng nói riêng đã đƣợc rất nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và giới thiệu trong các tài liệu và diễn đàn quốc tế từ đầu thế kỷ 20. Các nghiên cứu tập trung vào ảnh hƣởng của rừng trồng tới lập địa. Mấy chục năm gần đây, đã có nhiều nghiên cứu về rừng đã bƣớc đầu cho thấy sự thoái hóa lập địa do khai thác rừng Thông Pinus radiata với chu kỳ ngắn ở Úc.
Theo các tác giả, có tới 90% chất dinh dƣỡng trong sinh khối bị lấy đi khỏi rừng khi khai thác. Turvey (1983) cũng cho rằng sự thay thế rừng Bạch đàn tự nhiên bằng rừng Thông Pinus radiatan với chu kỳ chặt 15- 20 năm cũng làm giảm độ phì của đất do khai thác gỗ. Mặt khác, tầng thảm mục dày và khó phân giải của Thông cũng làm chậm sự quay vòng của các nguyên tố khoáng và đạm ở các lập địa này. Các nghiên cứu của các tác giả cũng quan tâm nhiều tới vai trò của rừng trong việc phòng hộ môi trƣờng, đề cập tới vấn đề dinh dƣỡng đất, chế độ nƣớc, khả năng ngăn cản xói mòn, dòng chảy.
Tác giả Gosh (1978) [35] đã đánh giá ảnh hƣởng của rừng trồng Bạch đàn đến chế độ nƣớc và chất dinh dƣỡng trong đất tại Ấn Độ và nhiều vùng trên thế giới nhƣng chƣa có những kết luận khẳng định. Những nghiên cứu gần đây tập trung tìm hiểu về các chức năng sinh thái môi trƣờng của rừng. Theo Lee Soo-hwa (Lee-Soo-hwa, 2007).net/news/news) cho rằng đất rừng tốt có thể thấm đƣợc khoảng 250 mm nƣớc mƣa trong một giờ. Tuy nhiên, theo ông thì rừng Thông 4 qua tác động tới cấu trúc sẽ không tốt cho cải thiện nguồn nƣớc thậm chí còn làm tăng sự thiếu nƣớc do làm cho một lƣợng nƣớc lớn bị ngăn giữ lại từ các tầng tán và bốc hơi.
Ngƣợc lại, khi rừng đƣợc cải thiện tầng tán thì sẽ tạo điều kiện cho nƣớc mƣa thấm vào đất nhiều hơn, đất lƣu giữ đƣợc nƣớc tốt hơn và sự chiếu sáng sẽ làm cho các vi sinh vật đất nhƣ giun hoạt động tốt hơn. Vì vậy có tác dụng duy trì nguồn nƣớc và cải thiện nguồn nƣớc tốt hơn. Theo Farley và cộng sự (2005) đã chỉ ra rằng khi đất trảng cỏ và đất cây bụi chuyển sang rừng trồng thì lƣợng dòng chảy năm giảm đi 44% và 31%. Tác động làm giảm dòng chảy kiệt của rừng trồng còn thể hiện rõ hơn cả lƣợng dòng chảy trung bình năm.
Theo Nisbet (2001), rừng có thể có tác dụng làm giảm dòng chảy mặt và chống xói mòn tốt; tuy nhiên các hoạt động trồng rừng và tác động vào rừng nhƣ: làm đƣờng giao thông, làm đất khi trồng rừng, chăm sóc rừng, khai thác .có thể dẫn tới làm tăng dòng chảy mặt và xói mòn cho lƣu vực.