Tổng quan luận án
Vườn Quốc gia (VQG) U Minh Thượng là một trong những khu vực bảo tồn thiên nhiên đặc trưng của vùng đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), sở hữu hệ sinh thái rừng ngập nước trên nền đất than bùn với các ưu hợp rừng tràm hỗn giao và rừng tràm thuần loại (Melaleuca cajuputi). Đợt cháy rừng lịch sử diễn ra vào tháng 3 năm 2002 đã gây thiệt hại nghiêm trọng trên diện tích 3.212 ha rừng thuộc vùng lõi, làm suy giảm cấu trúc thảm thực vật và thay đổi tầng than bùn tự nhiên.
Sau sự cố cháy rừng, công tác quản lý tài nguyên nước tại VQG U Minh Thượng được triển khai theo hướng duy trì mực nước ở mức rất cao trong thời gian kéo dài liên tục để phòng chống nguy cơ tái phát cháy rừng. Tuy nhiên, chế độ giữ nước cao quanh năm này đã nảy sinh mâu thuẫn sinh thái học: việc ngập nước sâu kéo dài làm thay đổi sinh cảnh đặc trưng ngập theo mùa, cản trở sự hô hấp của hệ rễ, làm suy giảm khả năng tái sinh tự nhiên và làm chậm tốc độ sinh trưởng của cây tràm non, đồng thời làm suy thoái thảm thực vật dưới tán rừng.
Khoảng trống nghiên cứu then chốt được tác giả luận án xác định là: thiếu cơ sở khoa học định lượng về chế độ nước hợp lý (biên độ ngập, độ sâu và thời gian ngập) có khả năng đáp ứng đồng thời ba yêu cầu: (i) đảm bảo sinh trưởng của cây tràm tái sinh; (ii) bảo tồn đa dạng sinh học các sinh cảnh đất ngập nước; và (iii) đảm bảo an toàn phòng chống cháy rừng trong mùa khô; đồng thời chưa có giải pháp công trình thủy lợi và quy trình vận hành điều tiết nước tương thích với địa hình thực tế sau cháy. Do đó, luận án tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Môi trường đất và nước của tác giả Phạm Văn Tùng tập trung giải quyết bài toán điều tiết thủy lợi sinh thái này.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác lập cụ thể gồm 3 nội dung:
- Đánh giá tình hình sinh trưởng của rừng tràm tái sinh ở các mức độ ngập nước khác nhau từ sau khi cháy rừng đến nay ở VQG.
- Xác định chế độ nước hợp lý nhằm phát triển rừng tràm tái sinh và chống cháy rừng ở VQG.
- Đề xuất giải pháp quản lý nước phù hợp cho vùng lõi của VQG.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Chế độ nước phù hợp cho sự phát triển của rừng tràm tái sinh sau cháy rừng tại VQG U Minh Thượng.
- Phạm vi không gian: Khu vực rừng tràm tái sinh có diện tích bị cháy năm 2002 là 3.212 ha, nằm trong khu vực vùng lõi có tổng diện tích 8.003 ha thuộc VQG U Minh Thượng (tổng diện tích toàn vườn là 21.107 ha gồm 8.003 ha vùng lõi, 13.069 ha vùng đệm và 35 ha đê kẹp), trên địa bàn hai xã An Minh Bắc và Minh Thuận, huyện U Minh Thượng, tỉnh Kiên Giang.
- Phạm vi thời gian và tư liệu: Chuỗi dữ liệu điều tra lâm sinh thực địa qua 4 đợt khảo sát từ năm 2009 đến năm 2016; dữ liệu quan trắc mực nước mặt và mực nước ngầm qua các giai đoạn (1999–2000, 2003–2009, 2010–2016); chuỗi số liệu khí tượng thủy văn 31 năm (1985–2015) tại trạm Rạch Giá.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan đến chế độ nước, thổ nhưỡng và môi trường sinh thái rừng tràm ngập nước được tác giả hệ thống hóa qua các công trình trong nước và quốc tế:
Về phân loại đất ngập nước và sinh thái rừng tràm: Tác giả điểm lại nghiên cứu của Hoàng Văn Thắng và Lê Diên Dực (2005) trong công trình Hệ thống phân loại đất ngập nước Việt Nam, kế thừa các kết quả phân loại trước đó của Lê Diên Dực (1989), Phan Nguyên Hồng và cộng sự (1996), Nguyễn Chu Hồi (1999), Phan Liêu và Phân Viện Điều tra Quy hoạch Rừng Nam Bộ (1999), Vũ Trung Tạng (2004). Nghiên cứu xác định sinh cảnh chính tại U Minh Thượng là đồng cỏ và đầm lầy nội địa ngập nước theo mùa, tương ứng với các phân hạng của Liên minh Bảo tồn Thiên nhiên Quốc tế (IUCN) gồm: đất than bùn có rừng (Xp), đầm vũng nước ngọt thường xuyên (Ts), đầm nuôi thủy sản (mã 1), đất tưới tiêu (mã 3); và hệ thống phân loại Việt Nam tương ứng là A II 16, A II 11, B III 1, B IV 2.
Về biến đổi thổ nhưỡng và đặc điểm lâm sinh sau cháy: Tác giả kế thừa các kết quả nghiên cứu của Phạm Trọng Thịnh (2005), Viện Khoa học Lâm nghiệp Nam Bộ về phân tích phẫu diện đất, diễn biến suy thoái than bùn, đặc tính hóa học đất sau đợt cháy rừng năm 2002; các tài liệu đánh giá của tổ chức CARE, Quỹ Quốc tế Bảo tồn Thiên nhiên (WWF), và các báo cáo hiện trạng của Ban quản lý VQG U Minh Thượng.
Về thủy văn và công trình điều tiết: Luận án tham khảo các công trình nghiên cứu của Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam, Viện Kỹ thuật Biển và các tác giả chuyên ngành thủy lợi về xâm nhập mặn vùng Bán đảo Cà Mau, chế độ thủy văn nội đồng ngập lũ và các giải pháp công trình trữ - tiêu nước phục vụ bảo tồn tài nguyên thiên nhiên.
Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết: Các nghiên cứu lâm sinh trước đây chủ yếu dừng lại ở việc mô tả hình thái sinh trưởng của tràm hoặc đánh giá chất lượng đất sau cháy một cách đơn lẻ; trong khi các nghiên cứu thủy lợi truyền thống thường tập trung vào tiêu thoát nước và cấp nước cho sản xuất nông nghiệp. Chưa có công trình nào kết hợp phương pháp phân tích hệ thống giữa kỹ thuật tài nguyên nước và lâm sinh học thực nghiệm để định lượng chính xác ngưỡng ngập nước hợp lý theo từng tháng, xác định thời điểm bắt đầu đóng cống tích nước tối ưu theo tần suất mưa khí tượng, và thiết kế hệ thống công trình thủy lợi điều tiết nước đa bậc phù hợp với phân bố cao trình địa hình thực tế của VQG.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết và khung phân tích
Luận án tiếp cận dựa trên sự kết hợp giữa ba khung lý thuyết chính:
- Lý thuyết phân tích hệ thống: Phân tích mối quan hệ tương tác hữu cơ giữa các yếu tố thành phần trong hệ sinh thái đất ngập nước: chế độ ngập nước (độ sâu, thời gian ngập), đặc tính tầng than bùn, động thái sinh trưởng của lâm phần rừng tràm tái sinh, sự bảo tồn đa dạng sinh cảnh và yêu cầu kiểm soát vật liệu cháy trong mùa khô.
- Lý thuyết kỹ thuật tài nguyên nước và thủy lực - thủy văn công trình: Ứng dụng lý thuyết cân bằng nước nội đồng khép kín, phương pháp phân tích thống kê tần suất thủy văn và các phương trình thủy lực dòng chảy qua cống, đập tràn để tính toán điều tiết nước.
- Lý thuyết sinh thái học rừng ngập nước và lâm sinh học: Nghiên cứu động thái tăng trưởng cá thể và lâm phần (D1,3, Dtán, Hvn, Hđc, mật độ, trữ lượng, sinh khối tươi và sinh khối khô của các bộ phận cây tràm).
Phương pháp nghiên cứu thực tế
- Phương pháp điều tra lâm sinh thực địa: Thiết lập hệ thống ô tiêu chuẩn (OTC) cố định và tạm thời trên các khu vực rừng tràm tái sinh đại diện cho các mức độ ngập nước khác nhau (ngập sâu quanh năm, ngập theo mùa, gò không ngập). Tiến hành đo đạc các chỉ tiêu: đường kính ngang ngực ($D_{1,3}$), đường kính tán ($D_{tán}$), chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$), chiều cao dưới cành ($H_{đc}$), mật độ lâm phần ($N$), đánh giá tỷ lệ cây tốt. Sử dụng phương pháp giải tích cây tiêu chuẩn chặt hạ ngoài thực địa (16 cây tiêu chuẩn đại diện) để cân đo sinh khối tươi và sinh khối khô của gỗ không vỏ ($SKG_{kv}$), vỏ ($SKV$), cành ($SKC$), lá ($SKL$) và tổng sinh khối ($TSK$).
- Phương pháp xử lý thống kê sinh học: Sử dụng phân tích phương sai (ANOVA) để kiểm định sự khác biệt về sinh khối và tăng trưởng giữa các mức ngập nước; thiết lập các phương trình hàm hồi quy tương quan giữa đường kính $D_{1,3}$ và sinh khối các bộ phận cây tràm.
- Phương pháp tính toán thủy văn và cân bằng nước:
- Sử dụng hàm phân bố tần suất lý thuyết Pearson loại III để tính toán lượng mưa thiết kế các thời đoạn 1, 3, 5, 7 ngày lớn nhất và lượng mưa tháng theo chuỗi số liệu 31 năm (1985–2015) trạm Rạch Giá với các hệ số mô-đuyn $K_p$, hệ số phân tán $C_v$, hệ số thiên lệch $C_s$.
- Tính toán lượng nước hao hụt hàng ngày (bốc thoát hơi qua tầng tán cây cao, cây bụi thảm tươi, bốc hơi mặt nước tự do, mặt đất và lượng rò rỉ qua thân đê bao).
- Phương pháp tính toán thủy lực công trình: Tính toán kích thước cống tiêu/cấp nước ngập và không ngập theo công thức $Q_c = \mu \cdot \omega_d \cdot \sqrt{2g(H_0 - h_h)}$; tính toán bề rộng tràn và xác định cao trình ngưỡng tràn theo thời gian cho các kịch bản năm nước.
- Phương pháp viễn thám và GIS: Phân tích bản đồ số độ cao (DEM), xây dựng đường đặc tính diện tích theo cao độ địa hình ($Z$) và xây dựng bản đồ phân vùng sinh cảnh ngập nước.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan các kết quả nghiên cứu có liên quan đến đề tài luận án
Chương 1 tập trung phân tích điều kiện tự nhiên, cơ sở hạ tầng công trình và hiện trạng quản lý nước tại VQG U Minh Thượng qua các thời kỳ:
- Đặc điểm tự nhiên và địa hình: Vùng lõi có diện tích 8.003 ha, trước năm 2002 có địa hình dạng gò "mai rùa", cao nhất ở trung tâm phía Nam và thấp dần về phía Bắc, cao độ biến thiên từ +0,6 m đến +2,2 m (cao độ trung bình $Z_{tb} = 1,33\text{ m}$). Đợt cháy năm 2002 đã thiêu rụi lớp than bùn ở nhiều nơi xuống tận tầng sét ("da quy"), làm biến dạng địa hình và hạ cao độ trung bình toàn vùng lõi xuống còn $Z_{tb} = 1,05\text{ m}$. Diện tích có cao độ $\le 1,0\text{ m}$ chiếm tới 48%, trong khi diện tích cao trên 1,6 m chỉ còn khoảng 7%.
- Thổ nhưỡng: Trước cháy có khoảng 4.000 ha than bùn (~40 triệu $\text{m}^3$). Sau cháy còn 2.106 ha đất có than bùn (chia thành: mỏng $0\div <30\text{ cm}$: 646 ha; trung bình $30\div <60\text{ cm}$: 546 ha; dày $60\div <90\text{ cm}$: 657 ha; rất dày $\ge 90\text{ cm}$: 257 ha) và 1.106 ha đất không còn than bùn. Lớp tro sau cháy dày 5–10 cm có phản ứng kiềm (pH = 8,40), độ mặn $\text{EC} = 4,5\text{ mS/cm}$, hàm lượng $\text{Fe}^{3+}$ là 17,2 mg/100g, $\text{SO}_4^{2-}$ hòa tan 0,45%. Dung dịch nước than bùn có tính axit (than bùn đen pH = 4,20; than bùn nâu pH = 4,05; $\text{EC} = 1,16\text{ mS/cm}$). Tầng sét $C_g$ ở độ sâu 1,7–2,1 m chứa vỏ sò có phản ứng trung tính đến hơi kiềm (pH = 7,89).
- Khí tượng thủy văn: Nhiệt độ trung bình năm $26,0\div 26,5^\circ\text{C}$; độ ẩm trung bình năm 82,5%; bốc hơi ống Piche trung bình năm 1.230 mm. Lượng mưa trung bình năm đạt 2.068 mm tập trung 80–90% vào mùa mưa (tháng 5 đến tháng 11). Vùng lõi khép kín bởi hệ thống đê bao nên mang chế độ thủy văn nội đồng, không chịu ảnh hưởng triều trực tiếp từ biển Tây (biên độ triều ngoài 0,8–1,2 m).
- Hạ tầng thủy lợi hiện hữu: Tuyến đê bao vùng lõi dài ~38 km dạng hình thoi; hệ thống kênh bao kẹp sát đê và 2 kênh trung tâm; 1 cống hộp điện cổng chính ($4\times 5\text{ m}$), 2 cống hộp ($2\times 3\text{ m}$), 8 cống tròn ($D = 1,0\text{ m}$); 2 trạm bơm điện (Trạm 1 công suất $2.500\text{ m}^3/\text{h}$ ở cổng chính, Trạm 2 công suất $250\text{ m}^3/\text{h}$ gần hồ Hoa Mai).
| Thời kỳ quản lý |
Mực nước $H_{max}$ (cm) |
Mực nước $H_{min}$ (cm) |
Mực nước TB $H_{nam}$ (cm) |
Tỷ lệ không ngập ($S_{kh.ngap}$) |
Tỷ lệ ngập quanh năm ($S_{ngap}$) |
Tỷ lệ ngập theo mùa ($S_{ng.mua}$) |
Thời gian nước dưới $Z_{tb}$ |
| Trước năm 2002 (Thuận tự nhiên) |
154 (Tháng 6) |
87 (Tháng 2) |
132 |
22% (1.820 ha) |
30% (2.375 ha) |
48% (3.808 ha) |
6 tháng (Tháng 12 – 5) |
| 2003–2009 (Một bậc cao toàn vùng) |
140 (Tháng 12) |
103 (Tháng 5) |
117 |
21% (1.648 ha) |
50% (3.979 ha) |
29% (2.376 ha) |
~0 tháng |
| 2010–2014 (Khu A & B) |
111 (Tháng 12) |
63 (Tháng 5) |
92 |
7% (188 ha) |
0% (0 ha) |
93% (2.535 ha) |
3,5 tháng (Tháng 3,5 – 6) |
| 2010–2014 (Khu C) |
151 (Tháng 12) |
117 (Tháng 5) |
137 |
17% (880 ha) |
44% (2.337 ha) |
39% (2.063 ha) |
1 tháng (Tháng 5) |
- Tổn thất nước trong rừng tràm: Lượng bốc hơi bình quân mùa khô là 3,91 mm/ngày; mùa mưa là 3,07 mm/ngày. Tổng lượng nước hao hụt trung bình mùa mưa được tính toán xác định là 2,77 mm/ngày (trong đó lượng nước rò rỉ qua đê bao chiếm tỷ lệ ~11%).
Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 2 thiết lập quy trình tính toán khoa học và chi tiết cho từng nội dung nghiên cứu:
- Phương pháp nghiên cứu lâm sinh học: Quy định phương pháp điều tra tại các ô tiêu chuẩn OTC cố định theo lưới tọa độ xác định, phương pháp đo đếm cây rừng, kỹ thuật thu thập mẫu sinh khối tươi, sấy khô mẫu ở nhiệt độ $105^\circ\text{C}$ để tìm hệ số chuyển đổi sinh khối khô/tươi ($k = p/P$). Xây dựng hàm hồi quy biểu diễn mối quan hệ giữa $D_{1,3}$ với $SKG_{kvk}$, $SKV_k$, $SKC_k$, $SKL_k$ và $TSK_k$.
- Phương pháp phân khu quản lý nước: Cơ sở khoa học để phân chia vùng lõi thành các tiểu vùng thủy lực độc lập dựa trên cao độ tự nhiên, hiện trạng bờ bao, hệ thống kênh trục và các phân khu chức năng (bảo vệ nghiêm ngặt, phục hồi sinh thái, dịch vụ hành chính).
- Phương pháp xác định chế độ nước hợp lý: Xác lập mối tương quan giữa độ ẩm vật liệu cháy dưới tán rừng với độ sâu mực nước ngầm và mực nước mặt; xác định ngưỡng mực nước kiểm soát vào tháng 4 khô hạn nhất tương ứng với các kịch bản tỷ lệ diện tích có nguy cơ cháy cao ($0%$ và $20%$); phương pháp cân bằng nước để xác định mức nước cần tích trữ vào cuối mùa mưa (tháng 9, 10, 11).
- Phương pháp tính toán thủy văn và thủy lực công trình: Tính toán lượng mưa thiết kế theo phân bố Pearson III; xác định dòng chảy lũ nội vùng bằng phương pháp mô-đun dòng chảy cực đại; tính toán khẩu độ cống và chiều dài ngưỡng tràn tự do kết hợp phai nâng hạ để tự động hóa quá trình xả lũ thừa và ngăn thất thoát nước trữ.
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Chương 3 trình bày các phát hiện định lượng cốt lõi và các đề xuất giải pháp kỹ thuật của luận án:
- Các chỉ tiêu lâm sinh và sinh khối rừng tràm tái sinh: Kết quả điều tra thực nghiệm và phân tích ANOVA cho thấy ngập nước sâu kéo dài có tác động ức chế rõ rệt đến sinh trưởng của tràm. Cây tràm tái sinh tại các khu vực ngập nước theo mùa đạt đường kính $D_{1,3}$, chiều cao $H_{vn}$, tỷ lệ cây tốt, trữ lượng ($M$) và tổng sinh khối ($TSK$) cao hơn đáng kể so với khu vực ngập sâu quanh năm (nơi cây tràm sinh ra nhiều rễ thở, rễ tái sinh trôi nổi, thân cong queo và mật độ cây giảm mạnh).
- Kết quả điều chỉnh phân khu quản lý nước: Luận án phân tích đánh giá các phương án phân chia khu vực và lựa chọn phương án phân vùng quản lý nước tối ưu gồm các khu vực độc lập theo bậc cao trình mặt đất: Khu A và B ($Z_{tb} = +0,83\text{ m}$) quản lý ở bậc thấp; Khu C ($Z_{tb} = +1,22\text{ m}$) được phân chia lại thành các khu vực phụ để kiểm soát mực nước đa bậc, triệt tiêu tình trạng ngập úng diện rộng.
- Xác định chế độ nước hợp lý trong năm:
- Vào thời điểm khô hạn nhất (tháng 4): Đề xuất mực nước kiểm soát cho từng khu tương ứng với tỷ lệ diện tích có nguy cơ cháy cao chấp nhận được ở mức $\le 20%$, đảm bảo duy trì độ ẩm lớp than bùn nhưng cho phép bề mặt đất rừng có thời gian phơi thoáng 3–4 tháng để hệ sinh thái phục hồi.
- Mực nước trữ cuối mùa mưa: Căn cứ vào lượng nước hao hụt do bốc thoát hơi và rò rỉ (2,77 mm/ngày trong mùa mưa và 3,91 mm/ngày trong mùa khô), luận án tính toán chính xác cao trình mực nước cần tích trữ vào cuối mùa mưa cho từng khu nhằm đảm bảo đủ lượng nước chống cháy đến hết tháng 4 năm sau mà không cần bơm bổ sung tốn kém.
- Xác định thời điểm bắt đầu đóng cống tích nước: Dựa trên tính toán tài nguyên nước mưa nội vùng theo các tần suất thiết kế khí tượng:
- Năm ít nước (tần suất $P = 75%$): Bắt đầu tích nước từ ngày 11/9.
- Năm nước trung bình (tần suất $P = 50%$): Bắt đầu tích nước từ ngày 01/10.
- Năm nhiều nước (tần suất $P = 25%$): Bắt đầu tích nước từ ngày 21/10.
| Tần suất năm nước |
Tần suất thiết kế ($P$) |
Thời điểm bắt đầu đóng cống tích nước |
Mục tiêu kiểm soát thủy văn |
| Năm ít nước |
75% |
11 tháng 9 |
Tận dụng tối đa lượng mưa cuối mùa để tích đủ nước dự phòng khô hạn kéo dài. |
| Năm trung bình |
50% |
01 tháng 10 |
Cân bằng giữa thoát lũ muộn và tích nước đủ dung tích phục vụ mùa khô. |
| Năm nhiều nước |
25% |
21 tháng 10 |
Kéo dài thời gian xả nước, tránh ngập úng sớm cho lâm phần, tích lượng mưa muộn. |
- Đề xuất hệ thống công trình và quy trình vận hành:
- Thiết kế hệ thống cống tiêu kết hợp cống lấy nước phân bố trên tuyến đê bao và giữa các tiểu vùng; xác định khẩu độ và cao trình đáy cống;
- Thiết kế hệ thống đập tràn tự động có cửa van điều tiết để kiểm soát mực nước tràn tự do trong mùa lũ và giữ nước ổn định theo ngưỡng định sẵn;
- Xây dựng bản vẽ kỹ thuật 3D cho các hạng mục cống hộp và đập tràn đặc trưng;
- Thiết lập lịch trình đóng mở cống, ngưỡng tràn chi tiết theo 12 tháng trong năm cho từng khu vực tương ứng với 3 kịch bản năm nước ($P = 75%$, $50%$, $25%$).
Kết quả và những đóng góp mới
-
Đóng góp mới về mặt lý luận và phương pháp:
- Vận dụng lý thuyết phân tích hệ thống để giải quyết thỏa đáng bài toán xung đột môi trường sinh thái giữa phòng chống cháy rừng than bùn và duy trì điều kiện lập địa tối ưu cho sinh trưởng của rừng tràm tái sinh.
- Phát triển lý thuyết kỹ thuật tài nguyên nước trong ứng dụng điều tiết thủy lợi sinh thái đất ngập nước, khác biệt với các tính toán thủy lợi nông nghiệp truyền thống.
- Xây dựng bản đồ trực quan hóa "Phân bố diện tích theo sinh cảnh ngập nước phù hợp" cho vùng lõi VQG U Minh Thượng.
-
Đóng góp mới về mặt thực tiễn:
- Định lượng được chế độ nước hợp lý (ngưỡng mực nước tháng 4, mực nước trữ cuối mùa mưa, thời gian khô thoáng bề mặt) cho từng phân khu có cao trình khác nhau.
- Xác định thời điểm bắt đầu tích nước hàng năm theo các tần suất mưa thiết kế khí tượng: ngày 11/9 cho năm ít nước ($P = 75%$), ngày 01/10 cho năm trung bình ($P = 50%$) và ngày 21/10 cho năm nhiều nước ($P = 25%$).
- Đề xuất hệ thống công trình thủy lợi (kênh, cống, đập tràn kiểm soát ngưỡng, trạm bơm) và quy trình điều tiết nước đa bậc hoàn chỉnh, tạo công cụ kỹ thuật trực tiếp phục vụ công tác quản lý tài nguyên nước tại VQG U Minh Thượng.
-
Kiến nghị và giải pháp đề xuất:
- Ban quản lý VQG cần chuyển đổi phương thức quản lý giữ nước ngập sâu một bậc quanh năm sang vận hành điều tiết nước đa bậc theo địa hình và thời gian;
- Đầu tư nâng cấp hệ thống cống điều tiết giữa các phân khu và lắp đặt ngưỡng tràn tự động;
- Tận dụng quy trình dự báo thời điểm tích nước dựa trên tần suất mưa thực tế hàng năm để chủ động đóng cống đón nước.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế của luận án: Số liệu tính toán tổn thất nước mùa mưa (bốc thoát hơi tán lá, thảm tươi, bốc hơi mặt nước và rò rỉ thân đê) trong luận án được xác định chủ yếu dựa trên chuyển đổi tương quan từ số liệu thực nghiệm đo bốc hơi ống Piche mùa khô và số liệu khí tượng vùng, chưa có điều kiện bố trí trạm quan trắc lysimeter chuyên biệt đo trực tiếp lượng thấm và thoát hơi nước của hệ sinh thái rừng tràm trên đất than bùn ngập nước theo mùa. Luận án chủ yếu tập trung vào giải pháp công trình điều tiết thủy văn, chưa đi sâu phân tích toàn diện các biện pháp kỹ thuật lâm sinh và phòng cháy chữa cháy rừng phi công trình khác.
- Hướng nghiên cứu tiếp: Tiếp tục nghiên cứu thực nghiệm đo đạc chi tiết lượng nước thấm, bốc thoát hơi nước chuyên biệt dưới tán rừng tràm than bùn theo mùa; hoàn thiện mô hình toán thủy lực 2 chiều mô phỏng dòng chảy ngập tràn trong rừng; nghiên cứu tích hợp các giải pháp lâm sinh, dọn dẹp vật liệu cháy và công nghệ cảnh báo cháy sớm phi công trình nhằm tăng cường an toàn sinh thái cho VQG.
Giá trị tham khảo
- Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Luận án là tài liệu tham khảo cho các chuyên ngành Môi trường đất và nước, Kỹ thuật tài nguyên nước, Lâm nghiệp, Quản lý tài nguyên rừng và Đất ngập nước. Phần phương pháp luận điều tra sinh khối rừng tràm và kỹ thuật tính toán thủy văn - thủy lực điều tiết nước sinh thái là nội dung tham khảo giá trị.
- Đối với các nhà quản lý và cơ quan hoạch định chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học và bộ thông số thực nghiệm định lượng giúp Ban quản lý VQG U Minh Thượng, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Kiên Giang điều chỉnh quy trình vận hành hồ đập, bảo vệ than bùn và phục hồi rừng tràm sau cháy.
- Khả năng nhân rộng: Khung phương pháp phân vùng thủy lực và nguyên tắc điều tiết nước sinh thái trong luận án có thể áp dụng tham khảo cho các khu bảo tồn đất ngập nước tự nhiên và nhân tạo tương đồng tại ĐBSCL như VQG U Minh Hạ, VQG Tràm Chim, Khu bảo tồn loài - sinh cảnh Vồ Dơi và Sân chim Bạc Liêu.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao chế độ quản lý nước giai đoạn 2003–2009 tại VQG U Minh Thượng lại gây suy thoái rừng tràm tái sinh?
Trong giai đoạn 2003–2009, VQG áp dụng chế độ quản lý nước một bậc chung cho toàn bộ vùng lõi ở mức rất cao ($H_{max} = 140\text{ cm}$, $H_{min} = 103\text{ cm}$, mực nước trung bình năm $H_{nam} = 117\text{ cm}$, cao hơn cao độ đất trung bình $Z_{tb} = 105\text{ cm}$ tới 12 cm). Chế độ này làm cho 50% diện tích (3.979 ha) bị ngập sâu quanh năm và hầu như không có thời gian cạn phơi đất, dẫn đến rễ tràm bị ngạt, cây phát triển rễ thở bất thường, giảm tỷ lệ cây tốt và kìm hãm quá trình tái sinh tự nhiên.
2. Thời điểm bắt đầu tích nước hàng năm được xác định cụ thể theo các tần suất mưa như thế nào?
Dựa trên tính toán lượng mưa thiết kế trạm Rạch Giá và cân bằng nước hao hụt nội vùng, thời điểm bắt đầu đóng cống tích nước được xác định:
- Ngày 11 tháng 9 đối với năm ít nước (tần suất $P = 75%$).
- Ngày 01 tháng 10 đối với năm nước trung bình (tần suất $P = 50%$).
- Ngày 21 tháng 10 đối với năm nhiều nước (tần suất $P = 25%$).
3. Sự khác biệt về cao độ và chế độ ngập giữa Khu A, B và Khu C giai đoạn 2010–2014 là gì?
Khu A và B có cao độ trung bình thấp ($Z_{tb} = +0,83\text{ m}$), khi được tách riêng quản lý đã giảm tỷ lệ ngập quanh năm xuống 0%, diện tích ngập theo mùa đạt 93% (2.535 ha) và có thời gian phơi đất 3,5 tháng. Trong khi đó, Khu C có địa hình cao hơn ($Z_{tb} = +1,22\text{ m}$) nhưng do chưa có công trình điều tiết đa bậc nội vùng nên mực nước trung bình vẫn duy trì ở mức cao ($H_{nam} = 137\text{ cm}$), diện tích ngập quanh năm chiếm tới 44% (2.337 ha) và thời gian phơi đất chỉ đạt 1 tháng.
4. Đặc tính lý hóa của tầng than bùn và lớp tro sau cháy năm 2002 được ghi nhận như thế nào?
Lớp tro sau cháy dày 5–10 cm có tính kiềm (pH = 8,40), độ mặn $\text{EC} = 4,5\text{ mS/cm}$, $\text{Fe}^{3+} = 17,2\text{ mg/100g}$. Tầng than bùn có phản ứng axit (than bùn đen pH = 4,20; than bùn nâu pH = 4,05), độ dẫn điện $\text{EC} = 1,16\text{ mS/cm}$, nghèo lân dễ tiêu ($P_2O_5$ từ 3,2 đến 4,3 mg/100g). Dưới lớp than bùn là tầng sét chứa vật liệu sinh phèn ($C_p$ chứa khoáng pyrite $\text{FeS}_2$), và sâu hơn (1,7–2,1 m) là tầng sét glây $C_g$ có vỏ sò với phản ứng kiềm yếu (pH = 7,89).
5. Cơ cấu hệ thống công trình thủy lợi hiện trạng trong vùng lõi VQG gồm những hạng mục chính nào?
Hệ thống hiện trạng gồm: tuyến đê bao khép kín dài ~38 km và hệ thống kênh bao trong; 1 cống hộp điện cổng chính kích thước $4\times 5\text{ m}$; 2 cống hộp kích thước $2\times 3\text{ m}$; 8 cống tròn $D = 1,0\text{ m}$; 2 trạm bơm điện gồm Trạm bơm số 1 (công suất $2.500\text{ m}^3/\text{h}$ tại cổng chính) và Trạm bơm số 2 (công suất $250\text{ m}^3/\text{h}$ gần hồ Hoa Mai).
Kết luận
Luận án tiến sĩ kỹ thuật của tác giả Phạm Văn Tùng đã giải quyết bài toán mâu thuẫn giữa phòng chống cháy rừng than bùn và bảo tồn, phát triển rừng tràm tái sinh tại VQG U Minh Thượng sau thảm họa cháy rừng năm 2002. Bằng phương pháp phân tích hệ thống kết hợp điều tra lâm sinh thực nghiệm và tính toán thủy lực - thủy văn, luận án đã định lượng được chế độ nước hợp lý theo mùa, xác định chính xác lịch biểu tích nước hàng năm theo các tần suất mưa ($P = 75%$, $50%$, $25%$), và đề xuất hệ thống công trình điều tiết nước đa bậc đồng bộ. Công trình cung cấp cơ sở khoa học và giải pháp kỹ thuật trực tiếp phục vụ quản lý bền vững hệ sinh thái rừng tràm ngập nước trên đất than bùn tại VQG U Minh Thượng và các khu bảo tồn thiên nhiên tương tự ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long.
