Tổng quan nghiên cứu

Cháy rừng là một trong những thảm họa sinh thái gây thiệt hại nghiêm trọng đến tài nguyên thiên nhiên và môi trường sống trên phạm vi toàn cầu cũng như tại Việt Nam. Theo thống kê của ngành kiểm lâm, giai đoạn 2002 - 2009 cả nước đã ghi nhận 6.255 vụ cháy rừng với tổng diện tích thiệt hại lên đến 42.589,3 ha, trong đó rừng trồng chiếm tới 33,4% diện tích thiệt hại. Tại tỉnh Quảng Ninh, trong cùng giai đoạn trên đã xảy ra 336 vụ cháy làm mất 2.019,96 ha rừng, đặc biệt diện tích rừng trồng bị thiêu rụi chiếm tỷ lệ áp đảo 99,2% tương đương 2.003,91 ha.

Thị xã Uông Bí giữ vị trí kinh tế, văn hóa chiến lược phía Tây Nam tỉnh Quảng Ninh với tổng diện tích tự nhiên 25.594,1 ha, trong đó diện tích rừng và đất quy hoạch lâm nghiệp đạt 16.001,71 ha, độ che phủ rừng đạt 45,3%. Do cấu trúc rừng có tỷ lệ lớn là rừng Thông nhựa, Keo tai tượng và Bạch đàn thuần loài xen lẫn thực bì rậm rạp, kết hợp với mùa khô kéo dài từ 6 đến 8 tháng, nguy cơ hỏa hoạn luôn ở mức báo động. Giai đoạn 2002 - 2010, toàn địa bàn thị xã đã xảy ra 52 vụ cháy gây tổn thất 113,98 ha rừng.

Công tác phòng cháy, chữa cháy rừng tại địa phương còn bộc lộ nhiều bất cập do thiếu các công trình phòng hộ đồng bộ, thiết bị chữa cháy hạn chế và thiếu các luận cứ khoa học thực tiễn về quản lý vật liệu cháy. Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá toàn diện thực trạng quản lý lửa rừng, phân tích quy luật vật lý của đám cháy khởi đầu, từ đó xây dựng hệ sinh thái giải pháp kỹ thuật lâm sinh, tổ chức thể chế và xã hội hóa đồng bộ. Đóng góp của đề tài giúp bảo vệ an toàn diện tích 16.001,71 ha đất rừng, đặc biệt là vành đai sinh thái bao quanh Khu di tích lịch sử văn hóa danh thắng Yên Tử.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết nền tảng về tam giác lửa trong cháy rừng, xác định quá trình cháy chỉ xuất hiện và duy trì khi có sự kết hợp đồng thời của ba yếu tố: nguồn nhiệt, oxy trong không khí chiếm khoảng 21% và vật liệu cháy. Về mặt quản lý lâm sinh, vật liệu cháy là yếu tố con người có thể chủ động tác động và kiểm soát hiệu quả nhất.

Bên cạnh đó, đề tài kế thừa và phát triển các mô hình dự báo khí tượng kinh điển của Nesterov, chỉ số hạn Angstrom và công thức cường độ cháy Byram nhằm xác định mối quan hệ định lượng giữa các biến số khí tượng nhiệt độ, độ ẩm không khí, tốc độ gió và sinh khối thảm thực bì. Nghiên cứu sử dụng 4 khái niệm khoa học cốt lõi:

  • Vật liệu cháy: Bao gồm thảm tươi, thảm khô và thảm mục hữu cơ tích lũy trên mặt đất rừng có khả năng bắt lửa khi độ ẩm giảm thấp.
  • Đám cháy khởi đầu: Giai đoạn xuất hiện ngọn lửa ban đầu trước khi phát triển thành đám cháy mặt đất hoặc bùng phát lên tầng tán.
  • Chỉ số canh tác cải tiến Ect có trọng số: Công cụ chuẩn hóa đa tiêu chí nhằm đánh giá mức độ nhạy cảm cháy cho từng trạng thái rừng.
  • Tốc độ lan truyền và chiều cao ngọn lửa: Các chỉ tiêu động lực học phản ánh cường độ và mức độ nguy hiểm của hỏa hoạn.

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng hệ thống dữ liệu sơ cấp thu thập trực tiếp qua điều tra thực địa kết hợp dữ liệu thứ cấp từ Hạt Kiểm lâm thị xã Uông Bí và Chi cục Kiểm lâm tỉnh Quảng Ninh trong giai đoạn 2002 - 2010. Để lượng hóa các chỉ tiêu lâm học và đặc tính cháy, nghiên cứu thiết lập hệ thống mẫu gồm:

  • Thiết lập 17 ô tiêu chuẩn điển hình tạm thời với diện tích 500 m2 mỗi ô, phân bố đại diện trên các trạng thái rừng tự nhiên (IIa, IIb, IIIa1) và rừng trồng thuần loài tại phường Bắc Sơn và xã Thượng Yên Công.
  • Bố trí 85 ô dạng bản diện tích 25 m2 để đo đếm tầng cây bụi, thảm tươi và mật độ cây tái sinh.
  • Thiết lập 255 ô dạng bản diện tích 1 m2 nhằm thu gom, cân phân loại khối lượng thảm tươi, thảm khô, thảm mục và xác định độ ẩm bằng phương pháp cân sấy khô kiệt.
  • Tiến hành đốt thực nghiệm tại 51 ô mẫu diện tích 1 m2 (3 ô mẫu trên mỗi ô tiêu chuẩn) để đo đạc tốc độ lan truyền và chiều cao ngọn lửa.
  • Quan trắc liên tục các yếu tố khí tượng bằng thiết bị chuyên dụng trong 42 ngày vào khung giờ 13 giờ hàng ngày.

Phương pháp chọn mẫu điển hình tạm thời được áp dụng nhằm đảm bảo tính đại diện cao cho các kiểu rừng đặc thù có nguy cơ cháy lớn nhất. Dữ liệu thực nghiệm được xử lý bằng phương pháp thống kê toán học qua phần mềm SPSS và Excel, xây dựng các phương trình hồi quy tương quan phi tuyến hàm mũ và logarit giữa độ ẩm vật liệu cháy, vận tốc gió, độ dốc địa hình với các thông số đám cháy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích định lượng từ các đợt khảo sát thực địa và dữ liệu thống kê hỏa hoạn mang lại 4 phát hiện quan trọng:

Thứ nhất, cơ cấu diện tích rừng trồng chiếm 50,64% tổng diện tích đất lâm nghiệp Uông Bí, trong đó rừng Thông nhựa chiếm 46,6% và Keo tai tượng chiếm 36,7%. Dù diện tích rừng tự nhiên chiếm 28,26% nhưng toàn bộ 52 vụ cháy ghi nhận trong giai đoạn 2002 - 2010 đều xảy ra tại rừng trồng và đất trống đồi trọc, rừng tự nhiên hầu như không ghi nhận sự cố cháy lan.

Thứ hai, khối lượng và độ ẩm vật liệu cháy có sự phân hóa rõ rệt giữa các trạng thái rừng. Rừng Thông cấp tuổi 2 tích lũy khối lượng thảm khô bình quân 2,15 tấn/ha với độ ẩm xuống thấp kỷ lục 11,15%, rừng Bạch đàn kết hợp Keo có khối lượng thảm khô lên tới 3,32 tấn/ha. Ngược lại, rừng tự nhiên duy trì độ ẩm vật liệu cháy ở mức an toàn cao trên 25,01% với khối lượng thảm khô dao động từ 2,05 đến 2,23 tấn/ha.

Thứ ba, độ dốc địa hình và tốc độ gió làm gia tăng đột biến cường độ cháy. Tại rừng Thông, ở các sườn dốc trên 25 độ, khi độ dốc tăng thêm 10 độ thì tốc độ lan truyền ngọn lửa tăng gấp 2,0 lần, góc nghiêng của ngọn lửa áp sát mặt đất ở mức 40 độ làm nhiệt bức xạ đốt nóng nhanh vật liệu phía trước. Với tốc độ gió, mối quan hệ đồng biến dạng hàm mũ cho thấy vận tốc gió tăng làm chiều cao ngọn lửa bùng phát từ 0,5 m lên hơn 2,0 m.

Thứ tư, phân tích nguyên nhân cháy rừng xác định 100% các vụ cháy trong chuỗi quan sát 2002 - 2010 đều do con người gây ra. Các hoạt động sử dụng lửa bất cẩn khi đốt than, dọn nương rẫy, xâm lấn đất rừng và khách thập phương tham quan lễ hội Yên Tử là nguồn kích hoạt chính.

Thảo luận kết quả

Mối quan hệ giữa độ ẩm vật liệu cháy với tốc độ lan truyền và chiều cao ngọn lửa tuân theo hàm mũ nghịch biến với hệ số tương quan R đạt từ 0,85 đến 0,96. Dữ liệu thực nghiệm này có thể được mô tả trực quan qua các biểu đồ phân tán dạng đám mây điểm (scatter plots) và bảng ma trận đánh giá 4 cấp nguy cơ cháy rừng. Khi độ ẩm thảm mục dưới 13%, tốc độ cháy tăng vọt trên đường cong hồi quy, giải thích hiện tượng bùng phát dữ dội của các vụ cháy rừng Thông tại xã Phương Đông và phường Nam Khê trong quá khứ.

So sánh với các nghiên cứu của Bế Minh Châu tại miền Bắc và nghiên cứu của Trabaud tại Pháp, các phương trình tương quan được xác lập tại Uông Bí có độ tương thích cao về quy luật nhiệt động lực học. Điểm đặc thù của Uông Bí là lớp thực bì thảm tươi gồm guột, cỏ ba cạnh và sim mua phát triển mạnh dưới tán rừng Thông thưa tạo nguồn dẫn lửa liên tục lên tầng tán cây cao nếu không được phát dọn định kỳ.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết luận khoa học, đề tài đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược nhằm nâng cao hiệu quả phòng cháy, chữa cháy rừng trên địa bàn thị xã Uông Bí:

Thứ nhất, thiết lập bản đồ số hóa phân vùng quản lý và phân cấp nguy cơ cháy rừng 4 cấp độ (Cấp I: Ít nguy hiểm; Cấp II: Trung bình; Cấp III: Cao; Cấp IV: Rất cao). Mục tiêu hoàn thành số hóa 100% diện tích 16.001,71 ha đất lâm nghiệp trong giai đoạn 2011 - 2013. Đơn vị chủ trì thực hiện là Ủy ban nhân dân thị xã Uông Bí phối hợp chặt chẽ với Hạt Kiểm lâm thị xã.

Thứ hai, triển khai kỹ thuật quản lý và làm giảm khối lượng vật liệu cháy dưới tán rừng thông qua biện pháp vệ sinh rừng và đốt trước có điều khiển. Mục tiêu giảm từ 30% đến 50% khối lượng thảm khô tại các diện tích rừng Thông cấp tuổi 2 và tuổi 3 trong khung thời gian từ tháng 10 đến tháng 12 hàng năm trước khi bước vào cao điểm hanh khô. Chủ thể thực hiện là các Ban Quản lý rừng phòng hộ, Công ty lâm nghiệp và các chủ rừng hộ gia đình.

Thứ ba, xây dựng hệ thống công trình đường băng cản lửa kết hợp lâm sinh bền vững. Đẩy mạnh trồng mới từ 50 đến 80 km băng xanh cản lửa bằng các loài cây chịu lửa, bản địa khó cháy như chò chỉ, xoan ta, bời lời, muồng đen với bề rộng băng từ 10 đến 15 m tại các khu vực giáp ranh phân khu Yên Tử và phường Vàng Danh trong giai đoạn 2011 - 2015. Đơn vị thực hiện gồm Ban Quản lý Di tích và Rừng Quốc gia Yên Tử cùng các đơn vị lâm nghiệp địa phương.

Thứ tư, kiện toàn tổ chức chỉ huy cơ sở và đẩy mạnh tuyên truyền cộng đồng. Nâng cấp trang thiết bị chuyên dụng cho 52 tổ xung kích bảo vệ rừng tại các thôn bản, tổ chức huấn luyện nghiệp vụ chữa cháy định kỳ 2 đợt mỗi năm và vận động 100% các hộ dân cư sống ven rừng ký cam kết không vi phạm quy chế dùng lửa. Cơ quan điều hành là Ban chỉ huy Phòng cháy chữa cháy rừng thị xã Uông Bí.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và tính ứng dụng chuyên sâu cho 4 nhóm đối tượng chính:

  • Cơ quan quản lý nhà nước và lực lượng Kiểm lâm: Là tài liệu kỹ thuật chuẩn mực phục vụ xây dựng phương án phòng cháy, chữa cháy rừng cấp huyện, xác lập quy chế phối hợp liên ngành và phân bổ nguồn lực trang thiết bị cứu hộ tại các vùng trọng điểm phía Tây Quảng Ninh.
  • Các đơn vị chủ rừng và doanh nghiệp khai thác lâm sản: Cung cấp quy trình thao tác chuẩn về xử lý thực bì, đốt trước có điều khiển và thiết kế băng cản lửa cho các lâm phần rừng Thông khai thác nhựa và rừng Keo nguyên liệu gỗ.
  • Các viện nghiên cứu, trường đại học và học viên chuyên ngành Lâm học: Đóng vai trò là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp bố trí ô tiêu chuẩn thực nghiệm, mô hình hóa toán học tương quan động lực học ngọn lửa và phân tích vật liệu cháy trong hệ sinh thái rừng nhiệt đới.
  • Ban quản lý các khu bảo tồn thiên nhiên và di tích lịch sử có rừng: Cung cấp giải pháp bảo tồn hệ sinh thái rừng đặc dụng kết hợp bảo vệ các công trình tâm linh, di tích văn hóa lịch sử trước nguy cơ hỏa hoạn do hoạt động du lịch mùa lễ hội.

Câu hỏi thường gặp

Trạng thái rừng nào tại thị xã Uông Bí có nguy cơ xảy ra hỏa hoạn cao nhất?
Rừng trồng Thông nhựa và Keo thuần loài có nguy cơ cháy cao nhất do khối lượng thảm khô tích lũy lớn từ 2,15 đến 3,77 tấn/ha, lớp thảm tươi rậm rạp và độ ẩm vật liệu cháy vào mùa khô giảm sâu xuống mức nguy hiểm từ 11,15% đến 13,5%.

Độ dốc địa hình tác động như thế nào đến tốc độ lan truyền ngọn lửa?
Độ dốc tạo tương quan đồng biến mạnh với tốc độ cháy. Trên sườn dốc trên 25 độ, nhiệt đối lưu sấy khô nhanh thảm thực bì phía trước, khiến tốc độ lan truyền ngọn lửa tăng gấp 2,0 lần sau mỗi 10 độ dốc tăng thêm và hướng ngọn lửa áp sát mặt đất ở góc 40 độ.

Thời gian cao điểm xuất hiện cháy rừng tại Uông Bí diễn ra vào giai đoạn nào?
Mùa cháy rừng diễn ra từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, đỉnh điểm cực kỳ nguy hiểm là các tháng 12, tháng 1, tháng 2 và tháng 3. Khung giờ dễ bùng phát đám cháy nhất trong ngày là từ 8 giờ sáng đến 17 giờ chiều.

Biện pháp đốt trước có điều khiển mang lại lợi ích gì trong quản lý vật liệu cháy?
Đốt trước có kiểm soát vào thời điểm thích hợp giúp chủ động tiêu hủy khối lượng cành khô lá rụng tích tụ dưới tán rừng, giữ chiều cao ngọn lửa dưới 0,5 m mà không gây hại tầng tán cây mẹ, giảm thiểu triệt để nguy cơ cháy lớn bùng phát.

Nguyên nhân chính dẫn đến các vụ cháy rừng trên địa bàn là gì?
Toàn bộ 52 vụ cháy ghi nhận tại địa phương giai đoạn 2002 - 2010 đều do con người gây ra, xuất phát từ việc bất cẩn khi dùng lửa trong rừng, đốt thực bì dọn nương, khai thác than thủ công và các bất cẩn trong mùa lễ hội Yên Tử.

Kết luận

  • Luận văn đã phân tích toàn diện hiện trạng tài nguyên trên tổng diện tích 16.001,71 ha đất lâm nghiệp Uông Bí và đánh giá chi tiết diễn biến 52 vụ cháy rừng giai đoạn 2002 - 2010.
  • Xác định rõ tính chất vật lý của vật liệu cháy với độ ẩm nguy hiểm chỉ 11,15% ở rừng Thông non và thiết lập hệ phương trình tương quan chính xác giữa độ ẩm, độ dốc, gió với tốc độ cháy lan.
  • Khẳng định 100% nguyên nhân gây cháy rừng xuất phát từ hoạt động của con người, tập trung chủ yếu tại rừng trồng với tỷ lệ thiệt hại trên 95%.
  • Đề xuất hệ thống giải pháp toàn diện bao gồm số hóa bản đồ phân vùng 4 cấp nguy cơ, quản lý thực bì bằng đốt trước có điều khiển, xây dựng 50 - 80 km băng cản lửa và kiện toàn 52 tổ xung kích cơ sở.
  • Lộ trình tiếp theo đòi hỏi chính quyền địa phương và các đơn vị lâm nghiệp nhanh chóng tích hợp các thông số nghiên cứu vào kế hoạch hành động giai đoạn 2011 - 2015 nhằm bảo vệ bền vững tài nguyên rừng và cảnh quan danh thắng Yên Tử.