Nghiên cứu khả năng thấm nước của đất theo các mô hình sử dụng đất tại Lương Sơn

Nghiên cứu khả năng thấm nước của đất tại Lương Sơn, Hòa Bình. Đánh giá ảnh hưởng của các mô hình sử dụng đất đến xói mòn và quản lý tài nguyên nước.

• Chuyên ngành: Nông Lâm Nghiệp
• Đề tài: Nghiên Cứu Khả Năng Thấm Nước Của Đất Tại Một Số Mô Hình Sử Dụng Đất Khác Nhau Ở Lương Sơn – Hòa Bình
• Loại tài liệu: Đề tài nghiên cứu
• Địa điểm: Hòa Bình

Mục lục chi tiết

• ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Ngoài nước
• 1.2. Ở trong nước

Tóm tắt

I. Tổng quan khả năng thấm nước của đất tại Lương Sơn Hòa Bình

Khả năng thấm nước của đất là một chỉ tiêu vật lý quan trọng, phản ánh khả năng của đất trong việc hấp thụ và cho nước di chuyển qua các lỗ hổng. Tại Lương Sơn, một huyện bán sơn địa của tỉnh Hòa Bình, đặc tính này có ý nghĩa quyết định đối với việc quản lý tài nguyên nước và phát triển nông lâm nghiệp bền vững. Dòng chảy mặt và xói mòn là những vấn đề nghiêm trọng, gây thoái hóa đất nhanh chóng, làm giảm độ phì nhiêu và ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống cộng đồng. Nghiên cứu về khả năng thấm nước của đất không chỉ giúp hiểu rõ cơ chế hình thành dòng chảy mà còn là cơ sở khoa học để các nhà hoạch định chính sách đưa ra biện pháp can thiệp phù hợp. Các nghiên cứu trước đây, cả trong và ngoài nước, đã đặt nền móng lý thuyết quan trọng, từ định luật Darcy (1856) đến các mô hình phức tạp hơn như Horton (1933) và Philip (1957). Tuy nhiên, việc áp dụng các mô hình này tại Việt Nam, đặc biệt là khu vực có điều kiện địa hình, khí hậu và thảm thực vật đặc thù như Lương Sơn, vẫn còn nhiều hạn chế. Việc thiếu các nghiên cứu định lượng chi tiết đã dẫn đến những hệ quả tiêu cực như đất trống đồi trọc, lũ lụt và hạn hán. Do đó, một phân tích chuyên sâu về đặc tính thấm tại đây là vô cùng cần thiết.

1.1. Tầm quan trọng của việc nghiên cứu xói mòn đất

Hiện tượng xói mòn đất liên quan mật thiết đến khả năng thấm nước của đất. Khi lượng mưa vượt quá khả năng hấp thụ của đất, dòng chảy mặt sẽ hình thành, cuốn trôi lớp đất mặt màu mỡ. Tài liệu nghiên cứu gốc chỉ rõ: "Tác động của xói mòn đã ảnh hưởng trực tiếp không chỉ tới hoạt động sản xuất nông lâm nghiệp tại chỗ, mà còn ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và cuộc sống của cộng đồng người dân vùng hạ lưu". Việc nghiên cứu định lượng khả năng thấm giúp dự báo nguy cơ xói mòn, từ đó đề xuất các giải pháp canh tác bảo vệ đất, chẳng hạn như trồng cây che phủ, làm ruộng bậc thang, hoặc áp dụng các mô hình nông lâm kết hợp. Hiểu rõ mối quan hệ này là chìa khóa để bảo vệ đất dốc và phát triển bền vững.

1.2. Sơ lược về đặc điểm đất đai Hòa Bình tại Lương Sơn

Lương Sơn có địa hình chuyển tiếp giữa đồng bằng và miền núi, với các loại đất chủ yếu là feralit phát triển trên nhiều loại đá mẹ khác nhau. Theo tài liệu khảo sát, khu vực nghiên cứu chủ yếu là đất feralit phát triển trên đá Poocfirit, sa thạch và phiến thạch. Đặc điểm đất đai Hòa Bình tại đây là có thành phần cơ giới từ thịt nhẹ đến trung bình, nhiều nơi là đất sét pha Lương Sơn, có độ dốc phổ biến từ 15 đến 35 độ. Những đặc tính này, kết hợp với chế độ mưa tập trung cao vào mùa hè, tạo ra những thách thức lớn về quản lý đất đai, đặc biệt là vấn đề khả năng thoát nước của đất và nguy cơ sạt lở, xói mòn.

II. Thách thức từ khả năng thấm nước của đất kém tại Lương Sơn

Khả năng thấm nước kém là một trong những thách thức lớn nhất đối với việc sử dụng đất bền vững tại Lương Sơn, Hòa Bình. Khi đất không thể hấp thụ lượng nước mưa lớn, đặc biệt trong các trận mưa có cường độ cao, hậu quả trực tiếp là sự gia tăng của dòng chảy mặt. Dòng chảy này không chỉ gây lãng phí nguồn tài nguyên nước quý giá mà còn là tác nhân chính gây ra hai vấn đề nghiêm trọng: ngập úng tại Lương Sơn ở những vùng trũng thấp và xói mòn đất ở các sườn dốc. Đất bị xói mòn sẽ mất đi lớp mặt giàu dinh dưỡng, trơ sỏi đá, làm giảm năng suất cây trồng và phá vỡ cấu trúc đất. Tình trạng này kéo dài dẫn đến thoái hóa đất không thể phục hồi, biến những khu rừng phòng hộ thành trảng cỏ, đe dọa an ninh lương thực và môi trường sinh thái. Nghiên cứu của Williams (1998) cũng chỉ ra rằng tính chất vật lý đất, độ dốc và trạng thái bề mặt là các yếu tố quyết định tỷ lệ nước thấm vào đất. Tại Lương Sơn, hoạt động canh tác nương rẫy không hợp lý và việc chặt phá rừng đã làm thay đổi trạng thái bề mặt, khiến vấn đề càng trở nên trầm trọng hơn.

2.1. Mối liên hệ giữa khả năng thoát nước của đất và ngập úng

Khi khả năng thoát nước của đất bị hạn chế do cấu trúc đất bị nén chặt hoặc thành phần hạt mịn cao, nước sẽ bị ứ đọng trên bề mặt. Tại các vùng địa hình thấp và thung lũng của Lương Sơn, hiện tượng này là nguyên nhân chính gây ra ngập úng cục bộ sau những trận mưa lớn. Ngập úng không chỉ gây thiệt hại cho hoa màu, ảnh hưởng đến giao thông mà còn làm tăng nguy cơ ô nhiễm nguồn nước. Vấn đề này đặc biệt nghiêm trọng trên các loại đất có tỷ lệ sét cao, vốn có tính trương nở mạnh khi gặp nước, làm bít kín các khe hổng và cản trở quá trình thấm.

2.2. Hiện trạng thoái hóa do xói mòn đất trên sườn dốc

Trên các sườn dốc, khả năng thấm nước kém dẫn đến dòng chảy mặt mạnh, gây ra xói mòn đất nghiêm trọng. Lớp đất mặt, nơi chứa hàm lượng mùn và dinh dưỡng cao nhất, bị rửa trôi, để lại tầng đất phía dưới nghèo nàn, chai cứng. Quá trình này làm giảm độ ẩm của đất, phá vỡ các đoàn lạp, và làm giảm độ xốp, tạo ra một vòng luẩn quẩn khiến khả năng thấm ngày càng kém đi. Các mô hình canh tác độc canh như trồng sắn, ngô trên đất dốc mà không có biện pháp bảo vệ là một trong những nguyên nhân chính thúc đẩy quá trình thoái hóa này, được ghi nhận trong nghiên cứu của Trần Đức Toàn và Nguyễn Văn Thiết (2004).

III. Phương pháp thí nghiệm thấm đất xác định hệ số thấm chuẩn

Để đánh giá chính xác khả năng thấm nước của đất, việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu khoa học và tiêu chuẩn hóa là bắt buộc. Đề tài "Nghiên cứu khả năng thấm nước của đất tại một số mô hình sử dụng đất khác nhau ở Lương Sơn – Hòa Bình" đã sử dụng phương pháp thực nghiệm tại hiện trường kết hợp phân tích trong phòng thí nghiệm. Cách tiếp cận này cho phép định lượng các chỉ tiêu quan trọng như tốc độ thấm ban đầu, tốc độ thấm ổn định và tổng lượng nước thấm. Phương pháp chính được lựa chọn là thí nghiệm thấm đất bằng ống vành khuyên (vòng đo thấm). Đây là phương pháp phổ biến, đơn giản và hiệu quả, đặc biệt phù hợp với các điều kiện địa hình phức tạp tại Việt Nam, như Lee Macdonal (1999) đã đề xuất. Việc lựa chọn phương pháp này giúp hạn chế các yếu tố chủ quan và chi phí so với phương pháp mưa nhân tạo, trong khi vẫn cung cấp dữ liệu đáng tin cậy về hệ số thấm của đất. Các mẫu đất sau đó được thu thập và phân tích tại phòng thí nghiệm chuyên ngành để xác định các chỉ tiêu vật lý liên quan, cung cấp một bức tranh toàn diện về đặc tính thủy văn của đất.

3.1. Quy trình thực hiện thí nghiệm hiện trường chi tiết

Quy trình thí nghiệm hiện trường được tiến hành bằng cách sử dụng vòng đo thấm đơn có đường kính 40cm. Vòng sắt được đóng xuống đất đến độ sâu 15cm để đảm bảo độ chắc chắn và hạn chế hiệu ứng bờ. Nước được đổ vào vòng và duy trì ở một cột nước không đổi (5cm) trong suốt quá trình đo. Lượng nước bổ sung vào vòng trong các khoảng thời gian nhất định (mỗi phút) được ghi lại để tính toán tốc độ thấm. Quá trình đo kéo dài trong 60 phút để xác định được thời điểm tốc độ thấm đạt trạng thái ổn định. Phương pháp này được thực hiện lặp lại trên nhiều vị trí và các cấp độ dốc khác nhau tại ba mô hình sử dụng đất: rừng trồng Keo lai, rừng trồng Bạch đàn và nương rẫy.

3.2. Phân tích mẫu tại phòng thí nghiệm LAS XD chuyên dụng

Các mẫu đất tại vị trí thí nghiệm được lấy bằng ống dung trọng và gửi về phân tích tại phòng thí nghiệm LAS-XD (Phòng phân tích Đất, Trường Đại học Lâm nghiệp). Các chỉ tiêu quan trọng được xác định bao gồm: độ ẩm của đất, dung trọng, tỷ trọng, độ xốp và thành phần hạt của đất. Kết quả phân tích từ phòng thí nghiệm cung cấp dữ liệu nền tảng để giải thích sự khác biệt về khả năng thấm nước giữa các mô hình sử dụng đất. Ví dụ, độ xốp cao và cấu trúc đất tốt thường tương quan với hệ số thấm cao. Việc kết hợp dữ liệu hiện trường và phòng thí nghiệm mang lại độ tin cậy cao cho kết quả nghiên cứu.

IV. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng khả năng thấm nước của đất

Khả năng thấm nước của đất không phải là một hằng số mà chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố nội tại và ngoại cảnh. Nghiên cứu tại Lương Sơn đã tập trung phân tích mối liên hệ định lượng giữa đặc trưng thấm và các nhân tố như cấu trúc đất, độ ẩm ban đầu, độ xốp, độ dốc và loại hình thảm thực vật che phủ. Kết quả cho thấy đất dưới các trạng thái rừng có tốc độ thấm nước cao hơn đáng kể so với đất nương rẫy canh tác. Điều này khẳng định vai trò quan trọng của thảm thực vật trong việc duy trì và cải thiện các đặc tính vật lý của đất. Lớp thảm mục và hệ rễ cây rừng giúp tăng cường độ xốp, tạo ra các đường ống dẫn nước tự nhiên và bảo vệ bề mặt đất khỏi tác động phá vỡ cấu trúc của hạt mưa. Cụ thể, nghiên cứu chỉ ra tốc độ thấm ổn định ở đất rừng có thể đạt từ 2,5 – 8,0 mm/phút, trong khi ở đất nương rẫy con số này thấp hơn nhiều. Các mô hình toán học như Horton và Phillip cũng được sử dụng để mô phỏng quá trình thấm, trong đó mô hình Phillip cho thấy sự phù hợp hơn với điều kiện đất rừng tại khu vực nghiên cứu.

4.1. Vai trò của cấu trúc đất độ xốp và độ ẩm của đất

Kết quả phân tích cho thấy mối tương quan chặt chẽ giữa tốc độ thấm và các đặc tính vật lý của đất. Đất có cấu trúc đất dạng viên, độ xốp cao (trên 50%) và hàm lượng mùn lớn có khả năng thấm nước tốt nhất. Ngược lại, đất bị nén chặt, độ xốp thấp và có cấu trúc đất bị phá vỡ sẽ có tốc độ thấm rất kém. Bên cạnh đó, độ ẩm của đất ban đầu cũng là một yếu tố quan trọng. Đất khô có tốc độ thấm ban đầu rất cao do lực mao quản lớn, nhưng tốc độ này giảm nhanh khi đất dần bão hòa. Hiểu rõ các yếu tố này giúp đưa ra các biện pháp cải tạo đất trồng hiệu quả.

4.2. So sánh khả năng thấm giữa các mô hình sử dụng đất

Nghiên cứu đã so sánh ba mô hình sử dụng đất điển hình: rừng Keo lai, rừng Bạch đàn và đất nương rẫy. Kết quả cho thấy đất dưới tán rừng Keo lai và Bạch đàn có hệ số thấm của đất cao hơn hẳn so với đất nương rẫy. Cụ thể, đất nương rẫy có độ xốp trung bình là 52,58%, trong khi đất rừng bạch đàn là 52,84% và rừng keo là 49,66%. Mặc dù độ xốp không chênh lệch quá lớn, nhưng sự khác biệt về lớp thảm mục và hoạt động của hệ rễ đã tạo ra sự khác biệt rõ rệt về tốc độ thấm. Điều này chứng tỏ việc duy trì che phủ rừng là biện pháp hữu hiệu nhất để tăng cường khả năng giữ nước của đất và giảm thiểu rủi ro thiên tai.

V. Ứng dụng kết quả nghiên cứu khả năng thấm nước của đất

Những phát hiện từ báo cáo khảo sát địa chất Lương Sơn về khả năng thấm nước của đất mang lại giá trị ứng dụng thực tiễn to lớn trong nhiều lĩnh vực. Đối với ngành nông lâm nghiệp, các dữ liệu này là cơ sở để quy hoạch sử dụng đất hợp lý, lựa chọn cây trồng phù hợp và áp dụng các biện pháp canh tác bền vững nhằm bảo vệ tài nguyên đất và nước. Đối với ngành xây dựng và giao thông, thông tin về hệ số thấm của đất là một thông số đầu vào quan trọng trong công tác tư vấn địa chất công trình. Nó giúp các kỹ sư đánh giá sự ổn định của mái dốc, tính toán hệ thống thoát nước và thiết kế các giải pháp xử lý nền móng yếu một cách hiệu quả. Việc lượng hóa được mối quan hệ giữa các đặc tính đất và khả năng thấm cho phép xây dựng các mô hình dự báo chính xác hơn về nguy cơ ngập úng tại Lương Sơn và xói mòn, hỗ trợ công tác phòng chống thiên tai và ứng phó với biến đổi khí hậu. Cuối cùng, kết quả nghiên cứu cung cấp luận cứ khoa học cho các cơ quan quản lý nhà nước trong việc ban hành chính sách khuyến khích bảo vệ rừng và phục hồi hệ sinh thái.

5.1. Đề xuất giải pháp cải tạo đất trồng và canh tác bền vững

Dựa trên kết quả nghiên cứu, các giải pháp cải tạo đất trồng cần tập trung vào việc tăng cường hàm lượng chất hữu cơ, cải thiện cấu trúc đất và tăng độ xốp. Các biện pháp cụ thể bao gồm: bón phân hữu cơ, trồng cây phân xanh, luân canh cây trồng họ đậu, và áp dụng kỹ thuật canh tác tối thiểu (không làm đất). Đối với đất dốc, cần áp dụng các mô hình nông lâm kết hợp, trồng cây theo đường đồng mức và duy trì thảm thực vật che phủ quanh năm để hạn chế xói mòn đất. Những biện pháp này không chỉ nâng cao khả năng thấm mà còn cải thiện độ phì nhiêu của đất một cách lâu dài.

5.2. Gợi ý cho xử lý nền móng yếu và công trình xây dựng

Trong lĩnh vực xây dựng, đặc biệt là tại các khu vực có nền đất là đất sét pha Lương Sơn, hiểu biết về khả năng thấm là cực kỳ quan trọng. Đất có hệ số thấm thấp thường đi kèm với độ ổn định kém khi bão hòa nước. Dữ liệu về thấm nước giúp các kỹ sư lựa chọn phương pháp xử lý nền móng yếu phù hợp, như sử dụng cọc cát, bấc thấm để tăng cường khả năng thoát nước, hoặc các biện pháp gia cố nền móng khác. Việc này đảm bảo an toàn và tuổi thọ cho các công trình, từ nhà ở dân dụng đến các dự án hạ tầng lớn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Ngoài nước Tuần hoàn thuỷ văn rừng được mô tả theo một trình tự nhất định, bắt đầu từ khi nước mưa đi vào hệ sinh thái, đến quá trình nước mưa bị giữ lại trên tán rừng, nước mưa lọt qua tán, nước mưa chảy men thân cây, nước mưa chảy tràn trên bề mặt đất, đến quá trình nước thấm xuống đất, bốc hơi nước vật lý từ đất, từ thảm mục, thoát hơi nước của thực vật để trở về khí quyển (Douglas, 1977). Nhìn chung, các quá trình trên chịu ảnh hưởng rõ nét của cấu trúc lớp thảm thực vật rừng, chế độ mưa, địa hình, đất. Quá trình thấm nước của đất là một trong những vấn đề được nghiên cứu sâu rộng trong lĩnh vực thủy văn học.

Theo lý luận phát sinh dòng chảy mặt, sự thấm nước của đất là chỉ thị cho khả năng của tầng điều tiết quan trọng trong tuần hoàn thủy văn rừng, sau khi nước mưa đi qua bầu khí quyển và lớp thảm thực vật che phủ. Sự thấm nước của đất có tác dụng rất quan trọng trong việc hình thành cơ chế phát sinh dòng chảy. Trên thế giới, công trình đầu tiên nghiên cứu về đặc trưng thấm nước của đất là của nhà bác học Darcy vào năm 1856 (Micheal Kasenov, 2001), ông đã đưa ra định luật có tên Định luật Darcy để tính lượng nước thấm vào đất theo phương trình: Q = K.h/l Trong đó: Q là lượng nước thấm (cm3), K là hệ số thấm (cm3), T là thời gian thấm (phút), h là độ chênh lệch áp lực cột nước ở đầu trên và đầu dưới của cột thấm, l là chiều dài đoạn đường thấm (cm). Đồng thời định luật còn được biểu thị bằng phương trình tốc độ thấm: -4- V = K.I Trong đó: v là tốc độ thấm (mm/giây, cm/phút, hoặc m/ngày đêm); I = h/l Trong định luật này ông đã khẳng định hệ số thấm phụ thuộc vào tính chất đất đồng thời phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng (nước) – tức độ nhớt của chúng.

Mặt khác, độ nhớt nước lại phụ thuộc nhiệt độ và mức độ khoáng hóa. Như vậy, khi nhiệt độ giảm thì độ nhớt sẽ tăng dẫn đến giảm tốc độ thấm và ngược lại. Sau này, người ta nhận thấy rằng khi xác định tính thấm của đất trong những điều kiện nhiệt độ thay đổi thì không thể so sánh được. Do vậy, người ta quy về điều kiện chuẩn ở 100C bằng cách sử dụng “hệ số điều chỉnh nhiệt độ” của Hazen là (0,7 + 0,03 t) khi tính hệ số thấm.

Hệ số thấm theo nhiệt độ điều chỉnh được tính theo công thức sau: K10 = Kt / (0,7+0,03t) Trong đó: K10 là hệ số thấm ở điều kiện 100C, Kt là hệ số thấm thời điểm t, t là nhiệt độ nước sử dụng khi xác định. Đến năm 1937, Vusoski (Nguyễn Thị Bích Ngọc, 2005) nhà bác học Nga đã xây dựng công thức tính lượng nước thấm xuống mặt đất: W = P0 – (E0 + T + S) Trong đó: W là lượng nước thấm xuống, P0 là nước mưa trung bình năm tại khu vực nghiên cứu, E0 là lượng nước bốc hơi lấy từ trạm khí tượng, T là lượng nước thoát hơi của thực vật, S là lượng nước chảy trên mặt đất. -5- Có rất nhiều mô hình thấm nước của đất dựa vào việc đơn giản hóa quá trình vật lý và mô hình kinh nghiệm, có thể liệt kê các mô hình thấm nước đã được xây dựng như: STT Mô hình Năm STT Mô hình Năm 1 Green and Ampt 1911 11 Smith 1972 2 Kostiakov 1932 12 Dooge 1973 3 Horton 1933 13 Morel – Seytoux and Khanji 1975 4 Philip 1957 14 Partange 1971 5 Holtan 1961 15 Collis – George 1977 6 Overton 1964 16 Smith and Parlange 1978 Hydrograph model (Dunin, 7 1969 17 Zhao 1981 1969) 8 Modified Kostiakov - 18 HEC 1981 9 Mein and Larson 1971 19 Simgh and Yu 1990 10 Snyder 1971 20 Mishra and Singh 2002 (American Society of Engineers, 1996) Đáng chú ý là mô hình thấm của Green – Ampt, Horton, Philip, Smith, Smith and Parlange. Mô hình Green – Ampt (William A.

Jury and Robert Horton, 2004) được xây dựng trên cơ sở của định luật Darcy. Tác giả xây dựng công thức tính tỷ lệ thấm: f= K (change in potential)/ (distance) hoặc f = f = K(d + Lf + Ψ)/Lf Trong đó: f là tốc độ thấm, f biến đổi theo thời gian khi mà front nước thấm tiến sâu dần vào trong đất. K là độ dẫn thủy của phần đất đã được thấm nước trong phẫu diện đất Lf là độ sâu của front nước thấm -6- Ψ là áp suất thủy đầu (áp suất làm ướt khả năng làm ướt, sức làm ướt) tại đầu của front nước thấm d là độ sâu lớp nước trên bề mặt Horton (1933) (Surendra Kumar Mishra and Vijay P.Singh, 2003) lại dựa vào tốc độ thấm khởi đầu, ổn định xây dựng mô hình thấm nước. Công thức: f = fc + (f0 – fc)e-kt Trong đó: f là tốc độ thấm tại thời điểm t, fc là tốc độ thấm ổn định, f0 là tốc độ thấm ban đầu, k là hằng số, t là thời gian (phút).

Philip (1957) (American Society of Engineers, 1996) lại sử dụng tỷ lệ hút nước và tốc độ thấm nước ổn định rồi thiết lập mô hình thấm nước: i = 0,5.t-1/2 + A hoặc i = St1/2 + At Trong đó: i là tốc độ thấm tại thời điểm t (m/s), t (giây), S là tỷ lệ hút nước, A hệ số dẫn thủy bão hòa (m/s) – thường là ước tính. Smith (1972) (American Society of Engineers, 1996) đã xây dựng công thức tính tốc độ thấm: f = fc + A (t – to)- α f là tốc độ thấm nước tại thời điểm t; fc là tốc độ thấm nước ổn định; A, t0 và α là những chỉ số kinh nghiệm, nó phụ thuộc vào từng loại đất và lượng mưa. Năm 1978, Smith và Parlange (American Society of Engineers, 1996) thiết lập mô hình thấm cải tiến: f = K [C0/KF] Trong đó: f là tốc độ thấm tại thời điểm t (cm/h); F là tổng lượng thấm (cm); K là hệ số dẫn thủy (cm/h). Những mô hình này đã đạt được những thành công khá lớn.

Đã mô phỏng -7- được sự vận động của nước trong đất nông nghiệp và thủy văn lưu vực đất nông nghiệp (American Society of Engineers, 1996). Tuy nhiên, khi ứng dụng trong lưu vực rừng lại gây ra những thách thức nghiêm trọng. Vì rằng, khi nước thấm vào trong đất, vận động của nước chịu sự khống chế của trọng lực do lực hấp dẫn địa cầu sinh ra và lực mao quản do sự tiếp xúc giữa nước và hạt đất (Baver, 1937), do sự biến đổi của kết cấu đất và thành phần cơ giới đất, dẫn đến sự rối loạn đan chéo vào nhau trong con đường vận động của nước trong đất. Như vậy, việc ứng dụng định luật Darcy cho sự vận động của nước trong đất rừng để nghiên cứu định lượng và dự báo, sẽ dẫn đến những sai lệch tương đối lớn so với tình hình thực tế, bởi phạm vi sử dụng của định luật Darcy chỉ cho sự vận động của dòng chảy trong một tầng đất.

Từ góc độ ảnh hưởng của rừng đối với tuần hoàn thủy văn mà xét, do trong hoàn cảnh của rừng có sự phân giải liên tục của thảm mục, hoạt động của rễ cây, hoạt động phong phú của động vật, dẫn đến vận động của dòng chảy theo đường ống trong các lỗ hổng tương đối lớn (Zakharop, 1981). Theo Dunne (1978a), đất rừng có tốc độ thấm nước lớn hơn nhiều lần so với đất dưới các dạng thảm thực vật khác, tốc độ thấm nước ổn định của rừng có thể đạt 80mm/giờ trở lên. Tốc độ thấm ổn định của một số loại đất (Thomas Dunne, Luna B Leopold, 1978b) Loại đất Đất trống Đất hoa màu Đất trồng cỏ nghèo Đất trồng cỏ tốt Đất rừng Kết cấu thô 8 13 15 25 76 vừa, cát, sỏi Kết cấu mịn 1 2 2 5 6 tới rất mịn Kết quả nghiên cứu của Diêu Hoa Hạ (1989), Thẩm Băng và Nông Tấn (1992) và Trần Huệ Tuyền (1994) cho thấy đất rừng có độ hổng mao quản lớn thì tốc độ thấm nước sẽ tăng lên và có thể mô phỏng quá trình thấm nước xuống -8- đất rừng theo mô hình Phillip. Cũng theo quan điểm này, nghiên cứu của Douglass (1977), Pritchett (1979) cũng khẳng định đất rừng tự nhiên có khả năng thấm nước cao và ít khi xuất hiện dòng chảy mặt.

Ở Trung Quốc, các nhà khoa học thường dùng lượng nước bão hòa các lỗ hổng ngoài mao quản trong đất rừng để tính toán lượng nước thấm xuống đất. Vu Chí Dân và Vương Lễ Tiên (2001) cho rằng tốc độ thấm cùng với hàm lượng mùn, độ dày tầng đất, độ xốp, cấu tượng đất quyết định tới lượng giữ nước của đất rừng. Theo kết quả nghiên cứu này, mỗi hecta đất rừng có thể tích giữ được lượng nước 641 - 679 tấn/năm. Hisskink (1990) nghiên cứu tính thấm của đất có chứa nhiều nguyên tố Natri, cho rằng, có thể do sự trao đổi Bazơ đã làm thay đổi tính thấm nước và sự có mặt trong đất các loại muối dễ tan với số lượng lớn đã làm cho tính thấm đất bị ảnh hưởng.

Hiskink còn cho rằng sự trao đổi Bazơ và sự thay đổi tính thấm có quan hệ với nhau, vì Natri đã thay thế các Bazơ trao đổi vốn có trong đất (chủ yếu là Ca++) (Nguyễn Thị Bích Ngọc, 2005). Nghiên cứu của Derness (1976) (Nguyễn Thị Bích Ngọc, 2005) cho rằng khả năng thấm nước của đất rừng luôn chịu ảnh hưởng lớn của lửa rừng. Lửa đốt trụi lớp thảm thực vật trên bề mặt đất, tạo ra một lớp tro lớn gây vít các khe hở, lỗ hổng, tạo ra lớp đất khó thấm nước. Theo kết quả nghiên cứu này, đốt lửa làm cho lớp đất mặt từ 2,5 – 30 cm giảm rõ rệt độ thấm nước và làm tăng sự bay hơi bề mặt, lớp đất mặt trở nên khô, độ xốp của đất giảm còn kết cấu của đất bị phá vỡ.

-9- Nhà khoa học Đức Volni tiến hành nghiên cứu những nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất đã khẳng định: đặc điểm thấm, lượng mưa, đặc điểm cấu trúc của lớp phủ thực vật, đặc điểm giữ nước cùng với đặc điểm địa hình quyết định tới sự hình thành dòng chảy bề mặt. Tuy nhiên, những kết luận phần lớn là định tính, chưa khái quát thành quy luật (Hudson, 1981). Williams (1998) đã chỉ ra rằng tỷ lệ nước thấm vào đất phụ thuộc vào các yếu tố lượng mưa, thời gian mưa, tính chất vật lý đất, độ dốc, trạng thái bề mặt (thảm thực vật, mức độ ghồ ghề của bề mặt. Tuy nhiên, tác giả chưa xây dựng phương trình tương quan thể hiện mối liên hệ giữa các yếu tố này tới lượng nước thấm.