Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Rừng Đến Dòng Chảy Tại Lưu Vực Năm Măng

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu đề xuất giải pháp bảo tồn rừng cho lưu vực năm măng tại huyện thu la khôm tỉnh viêng, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất

• Tác giả: Sinakhone Labounthan
• Người hướng dẫn: PGS. Phùng Văn Khoa
• Trường học: Đại học Lâm nghiệp
• Chuyên ngành: Khoa học Lâm nghiệp
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Rừng Đến Dòng Chảy Tại Lưu Vực Năm Măng
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Trên thế giới
• 1.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của rừng tới dòng chảy
• 1.1.1.1. Quan điểm về khả năng giữ nước của rừng
• 1.1.1.2. Phương pháp nghiên cứu
• 1.1.1.3. Những kết quả nghiên cứu điển hình
• 1.1.1.3.1. Lượng nước mưa giữ lại trên tán rừng
• 1.1.1.3.2. Lượng nước hút giữ bởi vật rơi rụng trong rừng
• 1.1.1.3.3. Lượng nước chảy trên bề mặt đất và nước ngầm
• 1.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của đặc điểm lưu vực đến dòng chảy
• 1.1.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước lưu vực đến quá trình thủy văn
• 1.1.2.2. Ảnh hưởng của rừng đối với dòng chảy trên các lưu vực
• 1.1.2.3. Ảnh hưởng của chế độ mưa đến dòng chảy
• 1.1.3. Nghiên cứu vai trò giữ nước của rừng
• 1.1.3.1. Vai trò giữ nước của rừng trên lưu vực
• 2. CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu
• 2.3.2. Phương pháp xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ – XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 3.1. Điều kiện tự nhiên, tài nguyên khu vực nghiên cứu
• 3.1.1. Vị trí địa lý, hành chính
• 3.1.2. Khí hậu, thuỷ văn
• 3.1.3. Các nguồn tài nguyên
• 3.2. Đặc điểm xã hội
• 3.2.1. Dân số, lao động
• 3.2.2. Đặc điểm kinh tế
• 3.2.3. Thực trạng phát triển cơ sở hạ tầng
• 3.2.4. Thực trạng phát triển của hệ thống hạ tầng xã hội
• 3.2.5. Nhận xét chung về điều kiện tự nhiên, xã hội khu vực nghiên cứu
• 3.2.6. Những khó khăn, hạn chế
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Kết quả nghiên cứu về đặc điểm cơ bản lưu vực Năm Măng
• 4.1.1. Đặc điểm lưu vực nghiên cứu
• 4.1.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội vùng hồ Năm Măng
• 4.1.3. Đặc điểm rừng và sự thay đổi diện tích rừng ở lưu vực Năm Măng
• 4.1.3.1. Đặc điểm cấu trúc các thảm thực vật trong khu vực nghiên cứu
• 4.1.3.2. Đặc điểm cấu trúc tầng cây cao
• 4.1.3.3. Phân bố của các trạng thái rừng
• 4.1.3.4. Sự thay đổi diện tích rừng tại lưu vực Năm Măng
• 4.1.4. Kết quả nghiên cứu đặc điểm thủy văn ở lưu vực Năm Măng
• 4.1.4.1. Đặc điểm mực nước trong hồ thủy điện Năm Măng
• 4.1.4.2. Chế độ mưa và đặc điểm dòng chảy của lưu vực
• 4.1.4.3. Biến động và đặc điểm dòng chảy của các lưu vực nghiên cứu
• 4.1.5. Đề xuất giải pháp bảo tồn rừng phù hợp với đặc điểm lưu vực Năm Măng
• 4.1.5.1. Giải pháp về kinh tế
• 4.1.5.2. Giải pháp về xã hội
• 4.1.5.3. Giải pháp kỹ thuật
• 5. KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KHUYẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Rừng Đến Dòng Chảy Năm Măng

Lũ lụt và hạn hán là những thiên tai gây thiệt hại lớn đến kinh tế - xã hội. Bản chất của chúng là sự dâng lên hoặc suy giảm bất thường của dòng nước. Các chỉ số dòng chảy như hệ số biến động, tốc độ tăng lũ, thời gian trễ lũ liên quan mật thiết đến đặc điểm lưu vực. Các yếu tố như hiện trạng lớp phủ, độ dốc, độ chênh cao, diện tích, chu vi, hình dạng và chế độ mưa đều ảnh hưởng. Tuy nhiên, mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố là khác nhau. Nghiên cứu này tập trung vào ảnh hưởng của rừng đến dòng chảy tại lưu vực Năm Măng.

1.1. Quan Điểm Về Khả Năng Giữ Nước Của Rừng

Khả năng giữ nước của rừng là khả năng lưu giữ và tích lũy nước, tăng lượng nước trong đất, giảm bốc thoát hơi nước, tăng mực nước ngầm, giảm dòng chảy bề mặt, hạn chế xói mòn đất. Điều này giúp tăng và ổn định dòng chảy sông suối, cũng như làm sạch nước (Mon-tra-nop, 1960, 1973). Các tiêu chí đánh giá bao gồm giảm tỷ lệ dòng chảy mặt, tăng lượng nước ngầm, giảm cường độ lũ, và ổn định dòng chảy giữa các mùa. Tuy nhiên, khả năng này có giới hạn, phụ thuộc vào cấu trúc rừng và đặc điểm đất rừng như độ xốp, cấu tượng đất, tốc độ thấm nước, hàm lượng mùn, và độ dày tầng đất.

1.2. Phương Pháp Nghiên Cứu Thủy Văn Rừng

Có hai phương pháp chính để nghiên cứu khả năng giữ nước của rừng: nghiên cứu lưu vực và nghiên cứu quá trình thủy văn trên sườn dốc. Nghiên cứu lưu vực theo dõi sự thay đổi lưu lượng nước hoặc tốc độ dòng chảy của sông suối trước và sau mưa, hoặc giữa mùa mưa và mùa khô, và lượng vật chất xói mòn. Nghiên cứu quá trình thủy văn trên sườn dốc bố trí các ô mẫu và đo đạc chi tiết. Phương pháp này chính xác hơn, đặc biệt là ảnh hưởng của từng kiểu rừng đến quá trình thủy văn rừng như lượng nước giữ lại trên tán, tỷ lệ dòng chảy mặt, tỷ lệ dòng chảy ngầm, sói mòn đất. Quá trình tuần hoàn thủy văn rừng bắt đầu từ khi nước mưa đi vào hệ sinh thái rừng, thấm xuống đất, hình thành dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm, bốc hơi nước vật lý và sinh lý và trở về khí quyển.

II. Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Đặc Điểm Lưu Vực Đến Dòng Chảy

Đặc điểm lưu vực như kích thước, độ dốc, hình dạng, lớp thảm thực vật và chế độ khí hậu ảnh hưởng đến đặc điểm dòng chảy. Các yếu tố này tác động đến sản lượng nước, đỉnh lũ, và độ muộn lũ. Nghiên cứu này đã được tiến hành rộng rãi trên thế giới để phát hiện ra mối liên hệ giữa đặc điểm dòng chảy với đặc điểm của lưu vực (Hewlett và cộng sự, 1984, 1977). Có rất nhiều yếu tố của lưu vực mà khi thay đổi sẽ làm thay đổi đặc điểm dòng chảy.

2.1. Ảnh Hưởng Kích Thước Lưu Vực Đến Thủy Văn

Pilgrim và cộng sự (1982) kết luận rằng kích thước lưu vực ảnh hưởng rõ rệt đến đặc điểm dòng chảy trung bình và biến động dòng chảy. Khi kích thước lưu vực nhỏ, mức độ thay đổi của dòng chảy sông suối phụ thuộc rõ rệt vào lượng mưa và sự biến thiên của dòng lũ có xu hướng tăng lên khi lượng mưa tăng và ngược lại. Lajoie và cộng sự (2007) phân tích đặc điểm dòng chảy theo từng tháng giữa các dòng sông tự nhiên, các dòng sông có kiểm soát và kết luận rằng kích thước của lưu vực có mức độ ảnh hưởng toàn bộ đến sự thay đổi của quá trình thủy văn và mức độ thay đổi theo mùa của dòng chảy.

2.2. Tác Động Hình Dạng Lưu Vực Đến Biến Đổi Dòng Chảy

Tabios và cộng sự (1988) phát hiện ra rằng ở những lưu vực có hình dạng dài ảnh hưởng rõ rệt đến sự biến đổi của dòng chảy hơn là các lưu vực hình tròn. Sự trì hoãn dòng chảy ở những lưu vực tập trung (hình tròn) có hiệu quả hơn các lưu vực có hình dạng dài (Goff và cộng sự, 2006). Điều này cho thấy hình dạng lưu vực có vai trò quan trọng trong việc điều tiết dòng chảy và giảm thiểu nguy cơ lũ lụt.

2.3. Rừng và Dòng Chảy Mối Liên Hệ Quan Trọng

Sun và cộng sự (2007) chỉ ra rằng tăng diện tích rừng có khả năng làm giảm sản lượng nước và tốc độ dòng lũ. Andreassian (2004) kết luận rằng sự mất rừng thường làm tăng tần xuất lũ và đỉnh lũ. Điều này nhấn mạnh vai trò của rừng trong việc điều hòa dòng chảy và bảo vệ nguồn nước. Việc quản lý và bảo vệ rừng là yếu tố then chốt để đảm bảo an ninh nguồn nước và giảm thiểu tác động của thiên tai.

III. Vai Trò Giữ Nước Của Rừng Tại Việt Nam Nghiên Cứu Điển Hình

Ở Việt Nam, nghiên cứu về khả năng giữ nước của lớp phủ thực vật được thực hiện chủ yếu theo 2 hướng tiếp cận chính chính là nghiên cứu trên quy mô lưu vực và nghiên cứu trên quy mô khu rừng. Vai trò giữ nước của rừng trên lưu vực. Những nghiên cứu về vai trò của rừng tới việc thay đổi chế độ dòng chảy mặt tại các lưu vực nước và ảnh hưởng đến lượng nước của sông ngòi đã được thực hiện bởi Nguyễn Viết Phổ (1992); Vũ Văn Tuấn (1977, 1981, 1982).

3.1. Nghiên Cứu Vai Trò Của Rừng Trên Lưu Vực

Những nghiên cứu này đã cho thấy vai trò điều tiết nước hữu hiệu của thảm thực vật rừng, đặc biệt là việc cung cấp nước cho sông, suối vào mùa khô. Nghiên cứu của Phạm Ngọc Dũng (1993) cho thấy ở nước ta, cây rừng có khả năng tiêu thụ một lượng nước đáng kể, góp phần điều hòa dòng chảy và giảm thiểu nguy cơ hạn hán.

3.2. Tiếp Cận Nghiên Cứu Trên Quy Mô Khu Rừng

Các nghiên cứu trên quy mô khu rừng tập trung vào việc đánh giá khả năng giữ nước của các loại rừng khác nhau, cũng như tác động của các hoạt động lâm sinh đến quá trình thủy văn. Kết quả của các nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học cho việc quản lý và sử dụng rừng bền vững, đảm bảo chức năng phòng hộ và điều tiết nước.

IV. Thủy Điện Năm Măng Tác Động Đến Kinh Tế Xã Hội

Năm 1992, chính phủ CHDCND Lào đã thực hiện dự án xây dựng đập thủy điện Năm Măng tại huyện Thu La Khôm, tỉnh Viêng Chăn. Công trình thủy điện này là một trong những tổ hợp nhà máy thủy điện Năm Mang. Việc xây dựng đập thủy điện Năm Măng còn được kỳ vọng sẽ giúp điều tiết và cung cấp nước tưới cho các vùng canh tác nông nghiệp xung quanh, thúc đẩy sự phát triển kinh tế nông nghiệp trong vùng.

4.1. Lợi Ích Kinh Tế Từ Thủy Điện Năm Măng

Việc xây dựng đập thủy điện Năm Măng còn được kỳ vọng sẽ giúp điều tiết và cung cấp nước tưới cho các vùng canh tác nông nghiệp xung quanh, thúc đẩy sự phát triển kinh tế nông nghiệp trong vùng. Điều này góp phần cải thiện đời sống của người dân địa phương và thúc đẩy sự phát triển kinh tế - xã hội của khu vực.

4.2. Ảnh Hưởng Đến Kinh Tế Xã Hội Và Môi Trường

Mặc dù có lợi ích to lớn, song việc xây dựng đập thủy điện này cũng ảnh hưởng tới sự thay đổi về đặc điểm kinh tế, xã hội và diện tích vùng tại khu vực xây hồ thủy điện. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của lưu vực đối với các chỉ số phản ánh đặc điểm dòng chảy có ý nghĩa to lớn và là cơ sở khoa học cho các giải pháp quản lý, sử dụng lưu vực, đặc biệt là việc quy hoạch hệ thống dân sinh, kinh tế-xã hội, dự báo và xây dựng các biện pháp phòng tránh thiên tai, quản lý nguồn nước.

V. Giải Pháp Bảo Tồn Rừng Cho Lưu Vực Năm Măng Đề Xuất

Để góp phần xây dựng cơ sở lý luận cho các giải pháp quản lý và sử dụng lưu vực, đặc biệt là phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai, tôi chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu đề xuất giải pháp bảo tồn rừng cho lưu vực Năm Măng, tại huyện Thu La Khôm, tỉnh Viêng Chăn, nước CHDCND Lào”.

5.1. Quản Lý Và Sử Dụng Lưu Vực Hiệu Quả

Ở nước CHDCND Lào, những nội dung nghiên cứu này còn khá mới mẻ, những kết quả thu được còn hạn chế, các biện pháp quản lý và sử dụng lưu vực còn thiếu cơ sở khoa học nên chưa hiệu quả. Cần có những nghiên cứu sâu rộng hơn để đưa ra các giải pháp quản lý và sử dụng lưu vực một cách bền vững.

5.2. Phòng Tránh Và Giảm Nhẹ Thiên Tai

Việc bảo tồn và phát triển rừng có vai trò quan trọng trong việc phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai như lũ lụt và hạn hán. Cần có các biện pháp cụ thể để bảo vệ rừng, đồng thời khuyến khích người dân tham gia vào công tác trồng và chăm sóc rừng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Năm Măng thuộc huyện Thu La Khôm, tỉnh Viêng Chăn, đóng vai trò sống còn trong việc cung cấp nguồn nước, điều tiết thủy văn và vận hành công trình hồ thủy điện Năm Măng tại Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào. Toàn bộ lưu vực có quy mô diện tích tự nhiên đạt 53.385 ha với mạng lưới sông suối dài khoảng 200 km, đạt mật độ 1,7 km/km2 đến 3,0 km/km2. Khí hậu khu vực mang tính chất nhiệt đới gió mùa vùng núi với lượng mưa bình quân hàng năm dao động từ 1.900 mm đến 2.200 mm, trong đó mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 11 chiếm tới 85% tổng lượng mưa cả năm.

Việc xây dựng đập thủy điện Năm Măng từ năm 1992 đã tạo nên hồ chứa nước có cao trình tích nước từ 50 m đến 80 m, hình thành dải đất bán ngập rộng xấp xỉ 13.000 ha ở độ cao 90 m đến 120 m. Tuy nhiên, quá trình tích nước đã làm ngập toàn bộ diện tích đất canh tác lúa nước màu mỡ ở thung lũng, buộc khoảng 4.500 cư dân bản địa (trong đó 91,5% là đồng bào dân tộc thiểu số) phải chuyển dịch phương thức sản xuất sang canh tác nương rẫy du canh trên các sườn dốc hiểm trở. Hiện trạng này khiến độ che phủ rừng của lưu vực suy giảm xuống mức 45,96%, trong đó rừng giàu chỉ còn lại 8,5% và rừng trung bình chiếm 16%, dẫn đến nguy cơ gia tăng dòng chảy mặt, xói mòn đất và bồi lắng lòng hồ chứa.

Đề tài nghiên cứu được thực hiện nhằm lượng hóa mối quan hệ tương hỗ giữa cấu trúc thảm thực vật rừng với các đặc trưng thủy văn dòng chảy, từ đó đề xuất hệ thống giải pháp bảo tồn rừng bền vững cho giai đoạn 2015 đến 2025. Kết quả nghiên cứu mang lại ý nghĩa học thuật và thực tiễn cao, cung cấp cơ sở dữ liệu giúp giảm thiểu nguy cơ lũ quét, ổn định 100% dung tích phòng lũ của hồ chứa và bảo vệ sinh kế cho toàn bộ cộng đồng dân cư trong lưu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết chu trình tuần hoàn thủy văn rừng và mô hình cân bằng nước lưu vực, kế thừa các công trình thực nghiệm của Bruijnzeel, mô hình chặn giữ nước mưa tán rừng Gash và mô hình phân tích Rutter. Về mặt lý thuyết, tán rừng tự nhiên có khả năng giữ lại từ 10% đến 20% tổng lượng nước mưa, trong khi lớp vật rơi rụng và thảm mục có sức chứa ẩm tối đa gấp 2 đến 4 lần khối lượng khô của bản thân nó, tương đương tỷ lệ giữ ẩm đạt trên 300%.

Nghiên cứu cũng tích hợp lý thuyết xói mòn đất nhiệt đới và mối quan hệ giữa các chỉ tiêu hình học lưu vực với động lực dòng chảy theo các phương trình thực nghiệm của các nhà khoa học lâm nghiệp hàng đầu. Tiêu chuẩn bảo vệ đất và kiểm soát bồi lắng được xác định theo ngưỡng cường độ xói mòn giới hạn cho phép nhỏ hơn 0,8 mm/năm. Các khái niệm then chốt được chuẩn hóa trong luận văn bao gồm: hệ số biến động dòng chảy theo giờ, hệ số tăng lũ, hệ số giảm lũ, thời gian trễ lũ và chỉ số hình dạng lưu vực. Bên cạnh đó, khung pháp lý của nước Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào được áp dụng xuyên suốt gồm Luật Lâm nghiệp số 01/96/QH3, Luật Đất đai số 01/97/QH3, Luật Bảo vệ Môi trường số 48/2001/TTg và Nghị định số 117/CT về giao đất khoán rừng.

Phương pháp nghiên cứu

Dữ liệu thứ cấp được kế thừa từ chuỗi số liệu quan trắc khí tượng thủy văn giai đoạn 2005 đến 2013 tại 17 trạm thủy văn đại diện cho các tiểu lưu vực, kết hợp hệ thống bản đồ địa hình tỷ lệ 1:50.000 và ảnh vệ tinh đa thời kỳ. Dữ liệu sơ cấp được thu thập thông qua điều tra thực địa trên hệ thống ô tiêu chuẩn định vị có kích thước 100 m2 (10 m x 10 m) phân bố tại các sườn dốc từ 12 độ đến 25 độ thuộc các trạng thái rừng trồng thông, rừng trồng trẩu, rừng phục hồi và rừng tự nhiên nghèo kiệt. Tại mỗi ô tiêu chuẩn, tiến hành đo đạc độ tàn che tầng cây cao, chiều cao vút ngọn, đường kính tán, khối lượng thảm khô và độ xốp tầng đất mặt từ 0 cm đến 10 cm.

Về phương pháp điều tra xã hội học, nghiên cứu thực hiện chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng với cỡ mẫu gồm 50 hộ gia đình sinh sống tại các bản ven lòng hồ thủy điện nhằm đánh giá biến động sinh kế và tập quán canh tác đất dốc. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích không gian là bởi địa hình lưu vực Năm Măng có độ phân cắt sâu và độ chênh cao trung bình lên tới 458,1 m. Tác giả đã số hóa đường đồng mức 20 m thành mô hình độ cao số raster độ phân giải 30 m x 30 m trên nền tảng phần mềm ArcGIS 10.0 kết hợp ngôn ngữ lập trình FoxPro và MapInfo, cho phép mô phỏng chính xác mạng lưới thủy văn và tính toán tự động các chỉ số hình học của 17 tiểu lưu vực.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, cấu trúc thảm thực vật rừng tại lưu vực Năm Măng đang trong tình trạng suy thoái nghiêm trọng về chất lượng. Toàn bộ 53.385 ha diện tích lưu vực hiện chỉ đạt độ che phủ rừng 45,96% đến 49%, trong đó diện tích rừng giàu chỉ chiếm tỷ lệ khiêm tốn 8,5%, rừng trung bình chiếm 16%, phần lớn còn lại là rừng tự nhiên nghèo kiệt, rừng hỗn giao tre nứa và trảng cây bụi phục hồi sau nương rẫy. Đáng chú ý, địa hình mặt dốc trên 25 độ chiếm tới 45% tổng diện tích lưu vực, nhưng lại là nơi tập trung phần lớn diện tích rừng bị phân mảnh.

Thứ hai, chế độ mưa và lưu lượng dòng chảy có sự phân hóa cực đoan theo mùa. Lượng mưa trung bình năm đạt khoảng 2.000 mm nhưng 85% tổng lượng mưa tập trung dồn dập vào các tháng mùa mưa, với lượng mưa đỉnh điểm đạt 279 mm vào tháng 8, trong khi tháng 11 chỉ đạt 13 mm. Sự tập trung dòng chảy mùa lũ khiến mực nước hồ thủy điện dâng cao đột biến từ cao trình bình quân 50 m lên mức báo động từ 80 m đến 90 m, buộc nhà máy phải xả lũ lưu lượng lớn để bảo vệ chân đập, gây xói lở hạ lưu.

Thứ ba, nghiên cứu chứng minh mối tương quan thuận giữa độ che phủ rừng với khả năng điều tiết nước mặt. Lượng nước chảy bề mặt tại các khu vực nương rẫy canh tác nông nghiệp cao hơn từ 2,5 đến 27 lần so với các diện tích có rừng tự nhiên che phủ. Hệ số dòng chảy mặt tại đất trống và trảng cỏ dao động ở mức cao, trong khi tại rừng tự nhiên hệ số này giảm xuống dưới 5%. Lượng mùn hữu cơ tầng mặt 0 cm đến 10 cm dưới tán rừng tự nhiên đạt từ 3% đến 5%, giúp duy trì dung tích giữ nước đạt khoảng 640 tấn/ha/năm, vượt trội hoàn toàn so với đất nương rẫy đã bị thoái hóa và bạc màu.

Thứ tư, nghiên cứu phát hiện sự dịch chuyển tiêu cực trong hệ sinh thái nhân văn vùng hồ. Sau khi dự án thủy điện tích nước, 100% diện tích đất lúa nước bị ngập hoàn toàn, khiến 91,5% người dân địa phương phải mở rộng diện tích nương rẫy lên các sườn núi có độ dốc từ 30 độ đến 50 độ, tạo nên áp lực tàn phá rừng đầu nguồn với tốc độ mất rừng bình quân hàng chục hecta mỗi năm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi của tình trạng gia tăng dòng chảy lũ và xói mòn lưu vực bắt nguồn từ sự kết hợp bất lợi giữa yếu tố tự nhiên và nhân sinh: lượng mưa tập trung cường độ lớn trên nền địa hình có độ chênh cao 458,1 m, cùng với sự mất mát lớp phủ thực vật nhiều tầng tán. Kết quả này hoàn toàn nhất quán với các nghiên cứu thủy văn rừng nhiệt đới của Andréassian và các nghiên cứu lâm nghiệp tại Việt Nam, khẳng định rằng rừng tự nhiên đa tầng có hiệu quả giảm đỉnh lũ và duy trì dòng chảy kiệt vào mùa khô cao hơn đáng kể so với rừng trồng thuần loài đơn tầng.

Về phương thức trực quan hóa dữ liệu, các biến động này được tổng hợp tối ưu qua biểu đồ phân bố diện tích các trạng thái rừng theo 5 cấp độ dốc từ dưới 15 độ đến trên 35 độ, kết hợp bản đồ phân vùng lưu vực raster 30 m x 30 m. Bảng ma trận tương quan giữa độ tàn che tầng cây cao, khối lượng thảm khô và hệ số biến động dòng chảy đã phản ánh rõ rệt quy luật: khi độ tàn che tầng cây cao đạt từ 0,6 đến 0,8 kết hợp độ che phủ thảm tươi trên 70%, tốc độ hình thành dòng chảy mặt giảm tới 65%, qua đó bảo vệ an toàn cho công trình thủy điện.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các phân tích định lượng về đặc điểm lưu vực và động lực dòng chảy, luận văn đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp kỹ thuật, kinh tế và xã hội đồng bộ nhằm phục hồi và bảo tồn bền vững lưu vực Năm Măng:

Thứ nhất, hoàn thiện công tác giao đất khoán rừng gắn liền với quyền lợi sinh kế lâu dài. Đẩy mạnh thực hiện Nghị định số 117/CT của Chính phủ Lào, tiến hành giao quyền sử dụng đất lâm nghiệp ổn định từ 2 ha đến 5 ha cho từng hộ gia đình và từ 100 ha đến 500 ha cho cộng đồng thôn bản quản lý. Mục tiêu đến năm 2017 hoàn thành cấp chứng nhận quyền sử dụng đất cho 100% hộ dân ven hồ. Chủ thể chịu trách nhiệm thực thi là Ủy ban Chính quyền huyện Thu La Khôm phối hợp cùng Phòng Nông Lâm nghiệp huyện.

Thứ hai, triển khai quy hoạch phục hồi rừng phòng hộ đầu nguồn xung yếu bằng các biện pháp lâm sinh phù hợp. Tập trung khoanh nuôi xúc tiến tái sinh tự nhiên kết hợp trồng bổ sung các loài cây bản địa đa mục đích trên 1.600 ha rừng nghèo và đất sau nương rẫy, nâng tỷ lệ che phủ rừng toàn lưu vực từ 45,96% lên mức trên 60% vào năm 2020. Ban Quản lý Lưu vực Thủy điện Năm Măng và Chi cục Kiểm lâm tỉnh Viêng Chăn là các đơn vị chủ trì giám sát kỹ thuật.

Thứ ba, chuyển đổi phương thức canh tác nông nghiệp bền vững trên đất dốc nhằm hạn chế xói mòn. Xây dựng các mô hình nông lâm kết hợp, ruộng bậc thang và băng cây xanh chắn sóng ven hồ chứa tại dải đất bán ngập 13.000 ha; thay thế cây lương thực ngắn ngày trên các sườn dốc trên 25 độ bằng các loại cây ăn quả và cây công nghiệp có tán rộng. Mục tiêu giảm 50% khối lượng đất xói mòn trôi vào lòng hồ giai đoạn 2016 đến 2022 dưới sự hướng dẫn của Trạm Khuyến nông tỉnh.

Thứ tư, thiết lập cơ chế chi trả dịch vụ môi trường rừng từ nguồn thu thủy điện. Ban hành chính sách trích từ 1% đến 2% tổng doanh thu bán điện hàng năm của Nhà máy Thủy điện Năm Măng để tái đầu tư trực tiếp cho quỹ bảo vệ rừng cộng đồng, chi trả thù lao tuần tra bảo vệ rừng cho 4.500 cư dân địa phương với mức hỗ trợ bình quân ổn định. Chủ thể điều phối gồm Bộ Năng lượng và Mỏ phối hợp cùng Bộ Nông Lâm nghiệp Lào.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang giá trị ứng dụng đa chiều cho 4 nhóm đối tượng chính:

1. Cơ quan quản lý nhà nước và nhà hoạch định chính sách lâm nghiệp: Cán bộ thuộc Bộ Nông Lâm nghiệp Lào, Sở Nông Lâm tỉnh Viêng Chăn và chính quyền huyện Thu La Khôm có thể sử dụng bộ số liệu về 53.385 ha lưu vực làm cơ sở pháp lý và kỹ thuật để xây dựng quy hoạch sử dụng đất lâm nghiệp, lập kế hoạch phân bổ hạn ngạch rừng phòng hộ và ban hành chính sách an sinh cho vùng tái định cư thủy điện.

2. Doanh nghiệp và kỹ sư quản lý vận hành công trình thủy điện: Đội ngũ quản lý Nhà máy Thủy điện Năm Măng có thể áp dụng các thông số tính toán về hệ số biến động dòng chảy, vùng bán ngập 13.000 ha và độ trễ lũ để tối ưu hóa quy trình điều tiết hồ chứa, dự báo lưu lượng bùn cát bồi lắng, kéo dài tuổi thọ công trình và lập quỹ chi trả dịch vụ môi trường rừng.

3. Nhà khoa học, giảng viên và học viên sau đại học ngành Lâm nghiệp: Luận văn là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp luận kết hợp mô hình số hóa độ cao DEM raster 30 m x 30 m với phần mềm ArcGIS 10.0 và FoxPro trong việc tính toán thủy văn lưu vực, phân tích động lực lớp thảm mục và đánh giá thảm thực vật nhiệt đới.

4. Các tổ chức phi chính phủ và dự án phát triển nông thôn: Các chuyên gia phát triển cộng đồng có thể kế thừa các phân tích sinh kế của 50 hộ gia đình bản địa và 91,5% đồng bào dân tộc thiểu số để thiết kế các mô hình sinh kế nông lâm kết hợp, xóa đói giảm nghèo bền vững và thích ứng biến đổi khí hậu tại vùng cao Lào.

Câu hỏi thường gặp

Công trình thủy điện Năm Măng tác động như thế nào đến chế độ thủy văn lưu vực?
Sau khi ngăn đập, mực nước dòng chảy tự nhiên từ dưới 20 m đã dâng lên mức bình quân 50 m và đạt từ 80 m đến 90 m trong mùa lũ. Biến động mực nước theo chu kỳ đã tạo ra vùng đất bán ngập rộng xấp xỉ 13.000 ha ở độ cao 90 m đến 120 m, làm thay đổi căn bản dòng chảy kiệt và phân bố phù sa lòng hồ.

Tại sao luận văn đề xuất mục tiêu nâng độ che phủ rừng lên trên 60%?
Địa hình lưu vực Năm Măng có tới 45% diện tích là sườn dốc trên 25 độ và lượng mưa tập trung tới 85% vào mùa mưa. Độ che phủ rừng hiện tại ở mức 45,96% không đủ khả năng cản dòng chảy mặt. Mức che phủ trên 60% là ngưỡng sinh thái tối thiểu để giảm lưu lượng đỉnh lũ và hạn chế xói mòn đất xuống dưới 0,8 mm/năm.

Đặc điểm cấu trúc thảm thực vật nào quyết định lớn nhất đến khả năng giữ nước của rừng?
Khả năng giữ nước phụ thuộc vào sự kết hợp giữa độ tàn che tầng cây cao trên 0,6 và lớp thảm khô mục dưới tán. Thảm mục có khả năng ngậm lượng nước gấp 2 đến 4 lần khối lượng khô, đồng thời duy trì độ xốp tầng đất mặt từ 0 cm đến 10 cm, giúp đất rừng đạt dung tích trữ ẩm lên tới 640 tấn/ha.

Nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng phá rừng đầu nguồn của người dân địa phương là gì?
Quá trình xây dựng hồ thủy điện đã làm ngập toàn bộ diện tích thung lũng trồng lúa nước truyền thống. Do 91,5% dân số là đồng bào thiểu số nghèo thiếu đất canh tác thay thế, người dân buộc phải phá rừng làm nương rẫy trên các sườn núi dốc từ 30 độ đến 50 độ để tự túc lương thực.

Cơ chế chi trả dịch vụ môi trường rừng (PES) được đề xuất vận hành ra sao?
Nghiên cứu đề xuất trích từ 1% đến 2% doanh thu bán điện hàng năm của Nhà máy Thủy điện Năm Măng để đưa vào quỹ chi trả cho khoảng 4.500 người dân tham gia nhận khoán bảo vệ 53.385 ha rừng lưu vực, tạo động lực kinh tế trực tiếp thay thế tập quán phá rừng làm nương rẫy.

Kết luận

• Lưu vực hồ thủy điện Năm Măng có diện tích 53.385 ha, giữ vị trí xung yếu đối với an ninh nguồn nước và năng lượng của tỉnh Viêng Chăn, nhưng đang đối mặt với nguy cơ suy thoái môi trường nghiêm trọng khi độ che phủ rừng chỉ còn 45,96%.
• Lượng mưa lớn tập trung dồn dập 85% vào mùa mưa kết hợp với 45% diện tích có độ dốc trên 25 độ làm gia tăng lưu lượng dòng chảy mặt tại đất nương rẫy gấp 2,5 đến 27 lần so với rừng tự nhiên.
• Việc tích nước hồ chứa đã làm thay đổi sinh kế của 4.500 người dân bản địa, biến nương rẫy dốc 30 độ đến 50 độ thành nguồn phát sinh bồi lắng chính cho lòng hồ.
• Luận văn đã xây dựng thành công cơ sở dữ liệu số hóa GIS raster 30 m x 30 m cho 17 tiểu lưu vực, định lượng chính xác các chỉ tiêu hình học và động lực dòng chảy.
• Hệ thống 4 giải pháp toàn diện về giao đất khoán rừng theo Nghị định số 117/CT, phục hồi 1.600 ha rừng, chuyển đổi nông lâm kết hợp và áp dụng cơ chế chi trả dịch vụ môi trường rừng là định hướng phát triển tối ưu.

Đóng góp lớn nhất của công trình nghiên cứu là đã cung cấp luận cứ khoa học thực nghiệm đầu tiên về thủy văn lưu vực tại CHDCND Lào, giải quyết bài toán mâu thuẫn giữa khai thác năng lượng và bảo tồn sinh thái. Lộ trình triển khai các giải pháp cần được cụ thể hóa trong giai đoạn 2015 đến 2025. Các nhà quản lý, kỹ sư thủy điện và chuyên gia lâm nghiệp hãy nghiên cứu, ứng dụng ngay các khuyến nghị từ luận văn này nhằm quản lý bền vững tài nguyên lưu vực Năm Măng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới 1. Nghiên cứu ảnh hưởng của rừng tới dòng chảy 1. Quan điểm về khả năng giữ nước của rừng Vai trò giữ nước của rừng được hiểu là khả năng lưu giữ và tích luỹ nước ở bất kỳ dạng nào - làm tăng lượng nước trong đất, giảm bốc thoát hơi nước, tăng mực nước ngầm, giảm dòng chảy bề mặt, hạn chế xói mòn đất, qua đó làm tăng và ổn định dòng chảy sông suối, cũng như làm sạch nước (Mon-tra- nop, 1960, 1973 - dẫn theo Vương Văn Quỳnh, 1999 [29]).

Khả năng giữ nước của rừng có thể được phản ánh thông qua các tiêu chí như giảm tỷ lệ dòng chảy mặt, tăng lượng nước ngầm, giảm cường độ và tần xuất xuất hiện lũ trên các sông suối, ổn định dòng chảy giữa các mùa trong năm. Tuy nhiên khả năng giữ nước của rừng có giới hạn, nó phụ thuộc nhiều vào đặc điểm cấu trúc rừng và đặc điểm của đất rừng như (độ xốp, cấu tượng đất, tốc độ thấm nước, hàm lượng mùn, độ dày tầng đất). Những đặc điểm về cấu trúc lớp phủ thực vật, đất và địa hình quyết định dung tích chứa nước của rừng và đất rừng (Vu Chí Dân và Vương Lễ Tiên, 2001 [2]). Phương pháp nghiên cứu Theo Thomas Dunne (1992), Menachem Agassi (1996), C.Agus và cộng sự (1998) [51], có hai phương pháp cơ bản để nghiên cứu khả năng giữ nước của rừng: Một là, nghiên cứu lưu vực: Khả năng giữ nước của rừng được đánh giá thông qua theo dõi sự thay đổi lưu lượng nước hoặc biến đổi tốc độ dòng chảy của sông suối trước và sau khi mưa, hoặc giữa mùa mưa và mùa khô, và lượng vật chất xói mòn được vận chuyển tại đầu ra của lưu vực.

Với phương pháp này người ta chỉ có thể thấy được tác động tổng hợp của các c 4 trạng thái rừng mà không định lượng được khẳ năng giữ nước của từng trại thái riêng biệt. Hai là, nghiên cứu quá trình thuỷ văn trên sườn dốc: Nghiên cứu này được thực hiện bằng cách bố trí các ô mẫu nghiên cứu và tiến hành đo đạc chi tiết trên các ô đó nhiều lần. Phương pháp này cho kết quả nghiên cứu chính xác hơn, đặc biệt là ảnh hưởng của từng kiểu rừng đến quá trình thủy văn rừng như: lượng nước được giữ lại trên tán, tỷ lệ dòng chảy mặt, tỷ lệ dòng chảy ngầm, sói mòn đất…. Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi phải có sự đầu tư lớn và phức tạp hơn phương pháp đầu.

Đặc điểm thuỷ văn rừng được biểu hiện thông qua vòng tuần hoàn nước hay tuần hoàn thuỷ văn. Quá trình tuần hoàn thuỷ văn rừng là một quá trình bắt đầu từ khi nước mưa đi vào hệ sinh thái rừng, đến quá trình nước thấm xuống đất, hình thành dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm, hình thành dòng chảy sông suối, bốc hơi nước vật lý và sinh lý và trở về khí quyển. Nghiên cứu thủy văn rừng cần xem xét một cách tổng hợp của nhiều yếu tố như: Chế độ khí hậu, thời tiết, độ dốc, độ cao của lưu vực, hình dạng của lưu vực, đặc điểm đất và đặc điểm lớp thảm thực vật của lưu vực đó (Phạm Văn Điển, 2006 [10]). Những kết quả nghiên cứu điển hình Nghiên cứu về thủy văn rừng trên thế giới đã thu được những thành quả quan trọng, các nghiên cứu đi từ định tính đến định lượng đặc biệt là đã một phần định lượng được các thành phần cân bằng nước trong hệ sinh thái rừng và xác định, dự báo xói mòn đất.

Có thể kể ra một vài công trình nghiên cứu điển hình sau: a. Lượng nước mưa giữ lại trên tán rừng Lượng nước mưa giữ lại trên tán là một trong những chỉ tiêu quan trọng phản ánh khả năng giữ nước của rừng. Lượng nước mưa được giữ lại trên tán càng nhiều có thể tạo điều kiện để cho nước ngấm vào đất càng lớn, do đó c 5 làm giảm tỷ lệ dòng chảy mặt, giảm nguy cơ sói mòn đất, đặc biệt là trên các vùng đất dốc. Theo Bruijnzeel (1990b) [46], nhiều công trình nghiên cứu về lượng nước chảy men thân trên thế giới đều cho kết quả từ 1 - 3% so với tổng lượng mưa.

Các công trình nghiên cứu khả năng giữ nước của tán rừng lá kim ôn đới cho kết quả lượng nước mưa được giữ lại trên tán giao động từ 20 - 40% tổng lượng nước mưa (Gash và cộng sự, 1980; Rutter và cộng sự, 1971; Teklehaimanot, 1991 - dẫn theo Vương Lễ Tiên và cộng sự, 1991 [34]). Tại Trung Quốc nghiên cứu khả năng ngăn giữu nước mưa của tán rừng ở các đới khí hậu khác nhau cho kết quả tán rừng có thể ngăn giữ 11,4 - 34,3% tổng lượng nước mưa, hệ số biến động 6,68 - 55,05%. Trong đó tỷ lệ nước mưa đươ ̣c giữ lại trên tán của rừng lá kim thường xanh á nhiệt đới, trên núi cao ở miền Tây là lớn nhất, rừng hỗn giao cây lá rộng thường xanh với cây lá rộng rụng lá á nhiệt đới, miền núi là nhỏ nhất (Vu Chí Dân - Christoph Peisert - Dư Tân Hiểu (2001) [1]. Các kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, lượng nước được giữ lại trên tán rừng tùy thuộc vào lượng mưa, cường độ mưa, đặc điểm cấu trúc rừng.

Hiện nay việc mô phỏng lượng nước mưa bị giữ lại trên tán rừng, người ta thường sử dụng mô hình Rutter và mô hình giải tích Gash. Tỷ lệ phần trăm của lượng nước mưa lọt tán so với tổng lượng mưa của các loại rừng thường đạt từ 75% trở lên và tỷ lê ̣ này phụ thuộc vào cấu trúc tán lá, chỉ số diện tích lá, đặc điểm mưa và nhân tố gió; Năng lượng của lượng nước mưa lọt tán ở rừng cây gỗ một tầng thường lớn hơn năng lượng của mưa ngoài nơi trống. Lượng nước hút giữ bởi vật rơi rụng trong rừng Lớp thảm mục có một ý nghĩa to lớn đối với đời sống của các sinh vật rừng và quá trình thủy văn rừng. Lớp thảm mục không chỉ có tác dụng thấm nước, là lớp ma sát ngăn cản dòng chảy, mà khi chúng phân hủy sẽ tạo cho đất rừng tơi xốp hơn, do vậy làm tăng dung tích chứa nước của đất.

Kết quả nghiên cứu ở vùng hồ Mật Vân - Trung Quốc ghi nhận rằng, khối lượng nước lưu giữ trong lớp thảm mục có thể đạt tới 2 - 4 lần khối lượng khô của bản thân nó, tỷ lệ khối lượng nước được giữ lại trong lớp thảm mục tối đa bình quân là 309,54% (Vu Chí Dân & Vương Lễ Tiên, 2001) [2]. Những nghiên cứu về lượng nước hút giữ của lớp thảm mục trong rừng trồng phòng hộ trên cao nguyên Hoàng Thổ của Trương Hồng Giang (1989) [11], cho thấy rằng, tỷ lệ này hơn 191%. Lượng nước chảy trên bề mặt đất và nước ngầm Nhìn chung, đất rừng tự nhiên có khả năng thấm nước rất cao và ít khi xuất hiện dòng chảy bề mặt (Douglass, 1977 [49]). Tuy nhiên, khi rừng bị chặt hạ và trở nên thưa thớt và độ dốc mặt đất lớn, có thể tạo ra dòng chảy mặt.

Nói chung, đất rừng có tốc độ thấm nước lớn hơn so với các loại hình sử dụng đất khác, tốc độ thấm nước ổn định của đất rừng có thể đạt 80 mm/giờ trở lên (Dunne, 1978) [50]. Kết quả nghiên cứu của Trần Huệ Tuyền (1994) [41] cho thấy, đất rừng có độ hổng ngoài mao quản lớn, thì tốc độ thấm nước và lượng nước thấm của đất rừng sẽ tăng lên. Theo kết quả nghiên cứu, mỗi hecta đất rừng có thể tích giữ được lượng nước 641 - 679 tấn/năm (Vu Chí Dân và Vương Lễ Tiên, 2001) [2]. Những kết quả nghiên cứu thủy văn và nghiên cứu môi trường sử dụng chất đồng vị phóng xạ cho thấy, trong một số trường hợp, dòng chảy mạch nước ngầm chính là nguồn gốc chủ yếu của lũ lưu vực; Quá trình lũ chủ yếu c 7 là do “nước cũ” (Old water) bị "nước mới" thay thế đẩy ra ngoài tạo nên (Skash và cộng sự, 1986, dẫn theo Phạm Văn Điển, 2006 [10]).

Nghiên cứu ảnh hưởng của đặc điểm lưu vực đến dòng chảy Đặc điểm của lưu vực như kích thước, độ dốc, hình dạng, lớp thảm thực vật và chế độ khí hậu (lượng mưa, thời gian mưa và mùa mưa) là những nhân tố rất quan trọng ảnh hưởng đến đặc điểm của dòng chảy trên mỗi lưu vực như sản lượng nước của lưu vực, đỉnh lũ, độ muộn lũ. Lĩnh vực nghiên cứu này đã được tiến hành rộng dãi trên thế giới để phát hiện ra mối liên hệ giữa đặc điểm dòng chảy với đặc điểm của lưu vực (Hewlett và cộng sự, 1984, 1977 [55] và [54]). Có rất nhiều yếu tố của lưu vực mà khi thay đổi sẽ làm thay đổi đặc điểm dòng chảy. Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước lưu vực đến quá trình thủy văn đã được thực hiện bởi Pilgrim và cộng sự (1982) [64].

Nhóm tác giả này đã kết luận rằng “kích thước của lưu vực có thể ảnh hưởng rõ rệt không chỉ đến đặc điểm của dòng chảy trung bình mà còn ảnh hưởng đến biến động dòng chảy. Khi kích thước lưu vực nhỏ, mức độ thay đổi của dòng chảy sông suối phụ thuộc rõ rệt vào lượng mưa và sự biến thiên của dòng lũ có xu hướng tăng lên khi lượng mưa tăng và ngược lại”. Tại Quebec, Lajoie và cộng sự (2007) [59] đã phân tích đặc điểm dòng chảy theo từng tháng giữa các dòng sông tự nhiên, các dòng sông có kiểm soát và kết luận rằng kích thước của lưu vực có mức độ ảnh hưởng toàn bộ đến sự thay đổi của quá trình thủy văn và mức độ thay đổi theo mùa của dòng chảy. Với hình dạng lưu vực, Tabios và cộng sự (1988) [60] đã phát hiện ra rằng ở những lưu vực có hình dạng dài ảnh hưởng rõ rệt đến sự biến đổi của dòng chảy hơn là các lưu vực hình tròn.

Sự trì hoãn dòng chảy ở những lưu vực tập trung (hình tròn) có hiệu quả hơn các lưu vực có hình dạng dài (Goff và cộng sự, 2006 [53]). c 8 Ảnh hưởng của rừng đối với dòng chảy trên các lưu vực: Sau khi xem sét các tài liệu trên thế giới về rừng và mối quan hệ dòng chảy, Sun và cộng sự (2007) [68] đã chỉ ra rằng tăng diện tích rừng có khả năng làm giảm sản lượng nước và tốc độ dòng lũ. Bằng cách tổng kết kết quả nghiên cứu của một số tác giả khác (Trendle and King, 1985; Fritsch, 1990; Robinson và cộng sụ, 1991; Hornbeck và cộng sự,1997 – dẫn theo Trần Quang Bảo, 2006 [43]), Andreassian (2004) [42] kết luận rằng sự mất rừng thường làm tăng tần xuất lũ và đỉnh lũ.