Tổng quan nghiên cứu
Việt Nam và các nước trong khu vực Đông Nam Á đang đối mặt với vấn đề suy thoái đất nghiêm trọng, đặc biệt là xói mòn đất do tác động của các hoạt động phát triển kinh tế và biến đổi môi trường. Tại Malaysia, khu vực lưu vực sông Rajang, đặc biệt là tiểu lưu vực thượng nguồn Rajang thuộc bang Sarawak, là nơi diễn ra dự án thủy điện Bakun với quy mô lớn, có công suất phát điện lên đến 2.400 MW. Lưu vực này có diện tích khoảng 44.200 km², chiếm 34% tổng diện tích lưu vực sông Rajang, với địa hình đồi núi dốc và khí hậu nhiệt đới ẩm đặc trưng bởi lượng mưa trung bình hàng năm lên đến 4.066 mm.
Nghiên cứu tập trung vào việc ước tính lượng đất bị xói mòn và trầm tích phát sinh trong quá trình phát triển dự án thủy điện Bakun, nhằm đánh giá tác động của các hoạt động khai thác rừng, chuyển đổi sử dụng đất và xây dựng công trình đến hiện trạng đất đai và nguồn nước. Mục tiêu cụ thể bao gồm: (1) ước tính lượng đất mất đi từ các tiểu lưu vực thượng nguồn Rajang trong giai đoạn phát triển dự án; (2) phân tích mối quan hệ giữa lượng đất mất và biến động lưu lượng nước trong lưu vực; (3) đề xuất các giải pháp quản lý lưu vực nhằm giảm thiểu xói mòn đất và bảo vệ chất lượng nước.
Nghiên cứu có phạm vi thời gian từ năm 1983 đến 2043, bao gồm giai đoạn trước, trong và sau khi triển khai dự án thủy điện. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp dữ liệu khoa học hỗ trợ quản lý tài nguyên đất và nước, đồng thời góp phần giảm thiểu các tác động tiêu cực đến môi trường và phát triển bền vững khu vực lưu vực.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết áp dụng
Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình chính sau:
Lý thuyết xói mòn đất và trầm tích: Xói mòn đất được định nghĩa là quá trình phá hủy cấu trúc đất do tác động của nước mưa, dòng chảy bề mặt và các yếu tố địa hình, khí hậu, thổ nhưỡng. Trầm tích là vật chất rắn bị tách ra và vận chuyển từ nơi này đến nơi khác qua nước hoặc gió.
Mô hình Universal Soil Loss Equation (USLE): Đây là công cụ dự báo lượng đất mất trung bình hàng năm dựa trên các yếu tố như lượng mưa (R), tính dễ xói mòn của đất (K), độ dài và độ dốc của sườn dốc (LS), loại cây trồng và phương pháp quản lý (C), và các biện pháp bảo vệ đất (P).
Khái niệm tổng chất rắn lơ lửng (TSS): TSS là chỉ số đo lượng vật chất rắn lơ lửng trong nước, phản ánh mức độ trầm tích vận chuyển trong dòng chảy, được sử dụng để ước tính lượng đất mất và trầm tích trong lưu vực.
Mô hình đánh giá trầm tích và xói mòn dựa trên dữ liệu lưu lượng nước và TSS: Mối quan hệ giữa lưu lượng nước và TSS được sử dụng để tính toán lượng trầm tích hàng ngày và tổng lượng trầm tích hàng năm.
Khái niệm tỷ lệ vận chuyển trầm tích (sediment delivery ratio): Tỷ lệ này phản ánh phần trăm lượng đất bị xói mòn thực sự được vận chuyển đến điểm đo trầm tích cuối lưu vực, ảnh hưởng bởi kích thước lưu vực và đặc điểm địa hình.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp và khảo sát thực địa:
Nguồn dữ liệu: Dữ liệu về lưu lượng nước, mức nước, TSS được thu thập từ các báo cáo của Sarawak Hidro Sdn. Bhd., các báo cáo đánh giá tác động môi trường (EIA) của dự án Bakun, và các tài liệu nghiên cứu liên quan. Dữ liệu khí tượng, địa hình, đất đai được lấy từ bản đồ địa chất, bản đồ sử dụng đất và ảnh vệ tinh LANDSAT.
Phương pháp phân tích: Sử dụng mô hình USLE để ước tính lượng đất mất trên các tiểu lưu vực dựa trên các yếu tố khí hậu, đất đai, địa hình và sử dụng đất. Mối quan hệ giữa lưu lượng nước và TSS được xác định bằng phương trình hồi quy logarit tuyến tính, từ đó tính toán lượng trầm tích hàng ngày và tổng lượng trầm tích hàng năm. Phân tích GIS được áp dụng để mô hình hóa phân bố xói mòn và trầm tích trên lưu vực.
Cỡ mẫu và chọn mẫu: Dữ liệu lưu lượng và TSS được thu thập tại điểm hạ lưu của đập Bakun trong giai đoạn 1996-2001 với 12 mẫu nước phân tích TSS. Các điểm đo lưu lượng được lựa chọn dựa trên vị trí quan trọng trong lưu vực nhằm phản ánh tổng thể lượng trầm tích.
Timeline nghiên cứu: Thu thập và phân tích dữ liệu từ tháng 9 đến tháng 10 năm 2004, kết hợp với dữ liệu lịch sử từ năm 1983 đến 2001 và mô phỏng dự báo đến năm 2043.
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Những phát hiện chính
Lượng đất mất và trầm tích tăng mạnh do khai thác rừng: Mô hình dự báo cho thấy lượng trầm tích tích lũy trong giai đoạn 1983-1998 tăng từ 107 triệu tấn (kịch bản cơ sở) lên đến 340-345 triệu tấn trong các kịch bản khai thác rừng, tức tăng hơn 3 lần. Lượng trầm tích trung bình hàng năm tăng từ 6,4 triệu tấn lên khoảng 20,75 triệu tấn, tương đương 15,5 tấn/ha/năm.
Tỷ lệ trầm tích bùn lắng (bed load) chiếm khoảng 26-52% tổng lượng trầm tích: Trong kịch bản cơ sở, tỷ lệ này là 52%, giảm xuống còn 26% trong các kịch bản khai thác rừng, cho thấy sự thay đổi thành phần trầm tích do tác động của hoạt động khai thác.
Mối quan hệ chặt chẽ giữa lưu lượng nước và TSS: Phân tích hồi quy cho thấy lượng TSS tăng theo lưu lượng nước với hệ số b và a trong phương trình logarit tuyến tính, cho phép ước tính chính xác lượng trầm tích hàng ngày dựa trên dữ liệu lưu lượng.
Phân bố xói mòn không đồng đều trong lưu vực: Khu vực có độ dốc lớn, đất dễ xói mòn và hoạt động khai thác rừng mạnh có mức độ xói mòn từ mức trung bình đến nghiêm trọng, với ước tính khoảng 66 triệu tấn đất mất mỗi năm trong các khu vực khai thác và canh tác.
Thảo luận kết quả
Nguyên nhân chính của sự gia tăng lượng đất mất và trầm tích là do hoạt động khai thác rừng cơ giới hóa và chuyển đổi sử dụng đất, làm giảm lớp phủ thực vật bảo vệ đất, tăng khả năng rửa trôi và vận chuyển đất. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây tại Malaysia và các nước trong khu vực, cho thấy khai thác rừng không kiểm soát làm tăng lượng trầm tích từ 70% đến gần 100% so với trạng thái rừng nguyên sinh.
Việc sử dụng mô hình USLE kết hợp với dữ liệu TSS và lưu lượng nước cho phép đánh giá tổng thể và dự báo xu hướng xói mòn đất trong lưu vực lớn, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho việc quản lý lưu vực. Dữ liệu cũng cho thấy sự giảm dần lượng trầm tích sau giai đoạn khai thác nhờ sự phục hồi của thảm thực vật thứ cấp, tuy nhiên mức độ phục hồi còn phụ thuộc vào biện pháp quản lý và thời gian.
Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện sự biến động lượng trầm tích hàng năm theo các kịch bản khai thác, bảng so sánh tỷ lệ trầm tích bùn lắng và trầm tích lơ lửng, cũng như bản đồ phân bố mức độ xói mòn đất trong lưu vực.
Đề xuất và khuyến nghị
Thực hiện khai thác rừng theo kỹ thuật ít tác động (Helicopter logging) nhằm giảm thiểu phá hủy lớp phủ thực vật và hạn chế xói mòn đất, áp dụng trong vòng 1-3 năm tới, do các công ty khai thác và cơ quan quản lý rừng thực hiện.
Tăng cường trồng lại rừng và phục hồi thảm thực vật thứ cấp trên các khu vực đã khai thác, đặc biệt là vùng đệm quanh lưu vực, nhằm giảm lượng đất mất và cải thiện chất lượng nước, triển khai liên tục trong 5-10 năm, do chính quyền địa phương và các tổ chức bảo vệ môi trường phối hợp thực hiện.
Xây dựng hệ thống giám sát lưu lượng nước và TSS định kỳ tại các điểm quan trọng trong lưu vực để theo dõi biến động trầm tích và đánh giá hiệu quả các biện pháp quản lý, thực hiện hàng năm, do các cơ quan thủy lợi và môi trường đảm nhiệm.
Áp dụng các biện pháp bảo vệ đất như làm bậc thang, trồng cây chắn gió, canh tác theo đường đồng mức tại các khu vực canh tác nông nghiệp và trồng cây công nghiệp, nhằm giảm thiểu xói mòn đất, triển khai trong 2-5 năm, do nông dân và các tổ chức hỗ trợ nông nghiệp thực hiện.
Đối tượng nên tham khảo luận văn
Các nhà quản lý tài nguyên và môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách quản lý lưu vực, giảm thiểu tác động xói mòn đất và bảo vệ nguồn nước.
Các công ty khai thác rừng và phát triển thủy điện: Áp dụng các biện pháp khai thác ít tác động và quản lý đất đai bền vững nhằm giảm thiểu tác động môi trường trong quá trình hoạt động.
Các nhà nghiên cứu và học viên ngành khoa học môi trường, quản lý đất đai và thủy lợi: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình phân tích và dữ liệu thực tế để phát triển các nghiên cứu tiếp theo.
Cộng đồng địa phương và nông dân: Nắm bắt thông tin về tác động của các hoạt động phát triển đến đất đai và nguồn nước, từ đó áp dụng các biện pháp canh tác bền vững, bảo vệ môi trường sinh thái.
Câu hỏi thường gặp
Tại sao xói mòn đất lại là vấn đề nghiêm trọng trong lưu vực Bakun?
Xói mòn đất làm mất lớp đất mặt giàu dinh dưỡng, giảm độ phì nhiêu, gây trầm tích làm giảm dung tích hồ chứa và ảnh hưởng đến chất lượng nước. Dự án thủy điện Bakun với quy mô lớn làm tăng nguy cơ xói mòn do khai thác rừng và chuyển đổi đất.Phương pháp USLE có phù hợp để ước tính xói mòn đất trong lưu vực lớn không?
USLE là công cụ phổ biến và hiệu quả để dự báo xói mòn trên các sườn dốc và diện tích nhỏ, khi kết hợp với dữ liệu GIS và mô hình trầm tích, nó có thể áp dụng cho lưu vực lớn với độ chính xác tương đối.TSS được sử dụng như thế nào trong việc ước tính lượng đất mất?
TSS đo lượng vật chất rắn lơ lửng trong nước, phản ánh lượng trầm tích vận chuyển. Mối quan hệ giữa TSS và lưu lượng nước cho phép tính toán lượng đất mất hàng ngày và tổng lượng trầm tích hàng năm.Các biện pháp giảm thiểu xói mòn đất hiệu quả nhất là gì?
Khai thác rừng ít tác động, phục hồi thảm thực vật, áp dụng kỹ thuật canh tác bảo vệ đất như làm bậc thang, trồng cây chắn gió và giám sát môi trường định kỳ là các biện pháp hiệu quả.Lượng trầm tích tăng có ảnh hưởng như thế nào đến dự án thủy điện?
Trầm tích làm giảm dung tích hồ chứa, ảnh hưởng đến hiệu quả phát điện, gây tắc nghẽn thiết bị và làm giảm tuổi thọ công trình, đồng thời ảnh hưởng đến chất lượng nước và hệ sinh thái thủy sinh.
Kết luận
- Lượng đất mất và trầm tích trong lưu vực thượng nguồn Rajang tăng gấp ba lần do hoạt động khai thác rừng và chuyển đổi sử dụng đất trong giai đoạn phát triển dự án Bakun.
- Mối quan hệ giữa lưu lượng nước và TSS cho phép ước tính chính xác lượng trầm tích, hỗ trợ quản lý lưu vực hiệu quả.
- Các khu vực có địa hình dốc, đất dễ xói mòn và hoạt động khai thác mạnh là điểm nóng về xói mòn đất cần ưu tiên quản lý.
- Biện pháp khai thác rừng ít tác động và phục hồi thảm thực vật là giải pháp then chốt giảm thiểu xói mòn và bảo vệ nguồn nước.
- Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho các chính sách quản lý tài nguyên đất và nước, góp phần phát triển bền vững lưu vực trong tương lai.
Hành động tiếp theo: Triển khai các giải pháp quản lý đất đai và giám sát môi trường theo khuyến nghị, đồng thời mở rộng nghiên cứu đánh giá tác động lâu dài của dự án thủy điện Bakun. Các nhà quản lý và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả quản lý lưu vực.