Luận án tiến sĩ lâm nghiệp nghiên cứu cơ sở khoa học của giải pháp quản lý thủy văn phục vụ phòng cháy chữa cháy rừng ở vườn quốc gia u minh thượng tỉnh kiên giang

Luận án tiến sĩ lâm nghiệp nghiên cứu cơ sở khoa học quản lý thủy văn phòng cháy chữa cháy rừng tại Vườn quốc gia U Minh Thượng, Kiên Giang.

• Tác giả: Trần Văn Thắng
• Người hướng dẫn: PGS. Thái Thành Lượm
• Trường học: Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Lâm nghiệp
• Đề tài: Nghiên cứu cơ sở khoa học của giải pháp quản lý thủy văn phục vụ phòng cháy chữa cháy rừng ở Vườn Quốc gia U Minh Thượng, tỉnh Kiên Giang
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• PHẦN MỞ ĐẦU
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Sự cần thiết của luận án
• 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
• 1.2.1. Ý nghĩa khoa học của luận án
• 1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn của luận án
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
• 1.3.1. Về lý luận
• 1.3.2. Về thực tiễn
• 1.4. Những điểm mới của luận án
• 1.4.1. Về lý luận
• 1.4.2. Về thực tiễn
• 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.5.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.5.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.6. Cấu trúc của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Một số khái niệm
• 1.1.1. Phòng cháy rừng
• 1.1.2. Chữa cháy rừng
• 1.2. Tổng quan nghiên cứu về phòng cháy chữa cháy rừng
• 1.2.1. Nghiên cứu về PCCC rừng trên Thế giới
• 1.2.2. Nghiên cứu về PCCC rừng ở Việt Nam
• 1.2.3. Nghiên cứu về PCCC rừng tràm
• 1.2.4. Nghiên cứu về thủy văn rừng
• 1.2.5. Nhận xét chung
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nội dung nghiên cứu
• 2.1.1. Nghiên cứu hiện trạng và cơ chế quản lý nước ở VQG U Minh Thượng
• 2.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mực nước đến thảm thực vật và sinh trưởng rừng tràm ở VQG U Minh Thượng
• 2.1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mực nước đến ĐDSH thực vật rừng tràm
• 2.1.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mực nước đến phát thải CO2 từ than bùn
• 2.1.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ quản lý nước đến khả năng cháy rừng tràm ở VQG U Minh Thượng
• 2.1.6. Nghiên cứu đề xuất chế độ quản lý nước thích hợp nhằm đảm bảo sinh trưởng rừng tràm và phòng cháy rừng ở VQG U Minh Thượng
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Quan điểm và cách tiếp cận của đề tài
• 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu cụ thể
• 3. CHƯƠNG 3: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 3.1. Điều kiện tự nhiên
• 3.1.1. Vị trí địa lý, quy mô diện tích
• 3.1.2. Địa hình, địa thế
• 3.1.3. Địa chất, đất đai
• 3.1.4. Đặc điểm thời tiết, khí hậu
• 3.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội
• 3.2.1. Dân số, dân tộc
• 3.2.2. Trình độ dân trí
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Hiện trạng và cơ chế quản lý nước ở VQG U Minh Thượng
• 4.1.1. Hiện trạng công trình quản lý nước
• 4.1.2. Cơ chế quản lý nước
• 4.2. Ảnh hưởng của chế độ mực nước đến thảm thực vật và sinh trưởng rừng tràm
• 4.2.1. Đa dạng thảm thực vật
• 4.2.2. Sự thay đổi thảm thực vật
• 4.2.3. Đặc điểm cấu trúc của rừng tràm ở VQG U Minh Thượng
• 4.2.4. Đặc điểm sinh trưởng đường kính
• 4.2.5. Đặc điểm sinh trưởng chiều cao
• 4.2.6. Ảnh hưởng của chế độ mực nước đến sinh trưởng rừng tràm
• 4.2.7. Ảnh hưởng của chế độ mực nước đến đa dạng thực vật
• 4.2.8. Ảnh hưởng của chế độ mực nước đến cấu trúc tổ thành
• 4.2.9. Đa dạng loài thực vật
• 4.2.10. Ảnh hưởng của chế độ mực nước đến đa dạng loài thực vật
• 4.2.11. Ảnh hưởng của chế độ ngập đến đất than bùn
• 4.2.12. Mực nước ngầm và độ ẩm than bùn
• 4.2.13. Ảnh hưởng của mực nước ngầm đến phóng thích CO2 từ đất than bùn
• 4.2.14. Ảnh hưởng của chế độ ngập nước đến nguy cơ cháy rừng
• 4.2.15. Ảnh hưởng của chế độ ngập nước đến khối lượng VLC
• 4.2.16. Ảnh hưởng của chế độ ngập nước đến độ ẩm của VLC
• 4.2.17. Ảnh hưởng mực nước ngầm đến nguy cơ cháy rừng
• 4.3. Giải pháp quản lý thủy văn đảm bảo chức năng phòng cháy
• 4.3.1. Giữ ẩm đất rừng để phòng cháy trong mùa khô
• 4.3.2. Thiết lập hệ thống công trình quản lý và giám sát quy trình điều tiết nước
• 4.4. Giải pháp chữa cháy rừng
• 5. KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Quản lý thủy văn và phòng cháy chữa cháy rừng

Nghiên cứu tập trung vào quản lý thủy văn và phòng cháy chữa cháy rừng tại Vườn Quốc Gia U Minh Thượng, tỉnh Kiên Giang. Đây là khu vực có hệ sinh thái rừng ngập mặn độc đáo, đặc biệt là rừng tràm trên đất than bùn. Quản lý thủy văn được xem là giải pháp then chốt để kiểm soát nguy cơ cháy rừng, đồng thời duy trì sự phát triển của hệ sinh thái. Nghiên cứu chỉ ra rằng việc duy trì mực nước thích hợp không chỉ giảm thiểu nguy cơ cháy mà còn bảo vệ đa dạng sinh học và sinh trưởng của rừng tràm.

1.1. Hệ thống thủy văn và tác động đến rừng

Hệ thống thủy văn tại Vườn Quốc Gia U Minh Thượng đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết mực nước, ảnh hưởng trực tiếp đến sinh trưởng của rừng tràm và nguy cơ cháy rừng. Nghiên cứu cho thấy, mực nước ngầm và độ ẩm của đất than bùn là yếu tố quyết định đến khả năng bắt lửa của vật liệu cháy. Việc duy trì mực nước cao trong mùa khô giúp giảm thiểu nguy cơ cháy rừng, nhưng cũng cần cân nhắc để không ảnh hưởng tiêu cực đến sinh trưởng của rừng.

1.2. Chiến lược phòng cháy rừng

Chiến lược phòng cháy rừng được đề xuất dựa trên việc quản lý mực nước hợp lý. Nghiên cứu chỉ ra rằng, việc giữ ẩm đất rừng và thiết lập hệ thống công trình quản lý nước là giải pháp hiệu quả để phòng cháy. Đồng thời, nghiên cứu cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc giám sát thủy văn để đảm bảo mực nước luôn ở mức tối ưu, vừa phòng cháy vừa bảo vệ hệ sinh thái rừng.

II. Bảo tồn rừng và đa dạng sinh học

Nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của bảo tồn rừng và đa dạng sinh học tại Vườn Quốc Gia U Minh Thượng. Khu vực này là nơi bảo tồn nhiều loài động thực vật quý hiếm, đặc biệt là các loài thủy sinh và thực vật ngập mặn. Bảo tồn rừng không chỉ là bảo vệ diện tích rừng mà còn duy trì sự đa dạng của hệ sinh thái, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu và áp lực từ con người.

2.1. Đa dạng sinh học và hệ sinh thái rừng ngập mặn

Đa dạng sinh học tại Vườn Quốc Gia U Minh Thượng được thể hiện qua sự phong phú của các loài thực vật và động vật. Nghiên cứu chỉ ra rằng, chế độ mực nước ảnh hưởng lớn đến sự phân bố và phát triển của các loài thực vật, đặc biệt là rừng tràm. Việc duy trì mực nước thích hợp giúp bảo tồn các loài thủy sinh và thực vật ngập mặn, đồng thời duy trì sự cân bằng của hệ sinh thái.

2.2. Tác động của cháy rừng đến đa dạng sinh học

Cháy rừng không chỉ gây thiệt hại về diện tích rừng mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến đa dạng sinh học. Nghiên cứu cho thấy, cháy rừng làm mất nơi cư trú của nhiều loài động vật, đồng thời làm suy giảm sự đa dạng của thảm thực vật. Do đó, việc phòng cháy chữa cháy rừng không chỉ là bảo vệ rừng mà còn là bảo vệ sự đa dạng sinh học của khu vực.

III. Phương pháp quản lý rừng và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đề xuất các phương pháp quản lý rừng hiệu quả, đặc biệt là trong việc kiểm soát cháy rừng và bảo tồn hệ sinh thái. Các giải pháp được đề xuất dựa trên cơ sở khoa học, bao gồm việc quản lý mực nước, xây dựng hệ thống công trình thủy lợi, và giám sát thường xuyên. Những phương pháp này không chỉ áp dụng cho Vườn Quốc Gia U Minh Thượng mà còn có thể nhân rộng cho các khu vực tương tự.

3.1. Giải pháp quản lý mực nước

Giải pháp quản lý mực nước được đề xuất dựa trên việc duy trì mực nước thích hợp trong mùa khô và mùa mưa. Nghiên cứu chỉ ra rằng, việc điều tiết mực nước giúp giảm thiểu nguy cơ cháy rừng, đồng thời đảm bảo sinh trưởng của rừng tràm. Các công trình thủy lợi như đập, cống, và kênh rạch được xây dựng để hỗ trợ quản lý mực nước một cách hiệu quả.

3.2. Ứng dụng thực tiễn và nhân rộng mô hình

Các phương pháp quản lý rừng được đề xuất trong nghiên cứu có thể áp dụng rộng rãi cho các khu vực có hệ sinh thái tương tự. Nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc giám sát thường xuyên và điều chỉnh kịp thời các biện pháp quản lý để đảm bảo hiệu quả lâu dài. Đồng thời, nghiên cứu cũng đề xuất việc hợp tác giữa các cơ quan quản lý và cộng đồng địa phương để thực hiện các giải pháp một cách hiệu quả.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Vườn Quốc gia (VQG) U Minh Thượng, tỉnh Kiên Giang là một trong hai khu rừng đầm lầy than bùn quan trọng còn lại ở Việt Nam (bên cạnh VQG U Minh Hạ), được công nhận là Vườn Di sản ASEAN và khu đất ngập nước có tầm quan trọng quốc tế (khu Ramsar), nơi lưu trữ và bảo tồn 45 loài động thực vật quý hiếm bị đe dọa trên quy mô toàn cầu (theo số liệu Ramsar, Bộ Tài nguyên và Môi trường năm 2015). Đây cũng là một trong những khu vực cháy rừng trọng điểm của Việt Nam (Cục Kiểm lâm, 2015). Tác động của hiện tượng El Niño cùng các hoạt động dân sinh dưới sức ép gia tăng dân số đã làm gia tăng tần suất và quy mô cháy đất than bùn.

Sau vụ cháy rừng năm 2002, do cao trình địa hình trong VQG không đồng nhất, biện pháp giữ nước để phòng cháy chữa cháy (PCCC) đã được áp dụng gần như suốt năm. Ngay trong thời kỳ khô hạn nhất, mực nước vẫn được duy trì cao hơn mặt than bùn hàng chục centimet. Việc giữ nước ngập kéo dài trong nhiều năm đã dẫn đến hệ quả tiêu cực: cây tràm bị đổ gãy hàng loạt, suy giảm sinh trưởng, thảm thực vật mất sức sống, nơi trú ngụ của chim thú bị suy thoái và hoàn cảnh sinh thái biến đổi nghiêm trọng. Khoảng trống nghiên cứu đặt ra là thiếu cơ sở khoa học để thiết lập một giải pháp quản lý thủy văn vừa kiểm soát hiệu quả nguy cơ cháy rừng, vừa đảm bảo điều kiện sinh thái để phục hồi và phát triển bền vững rừng tràm trên đất than bùn. Luận án “Nghiên cứu cơ sở khoa học của giải pháp quản lý thủy văn phục vụ phòng cháy chữa cháy rừng ở Vườn Quốc gia U Minh Thượng, tỉnh Kiên Giang” được thực hiện nhằm giải quyết mâu thuẫn này.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định cụ thể theo văn bản:

1. Về lý luận: Góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho quản lý thuỷ văn và phòng cháy rừng tràm ở Việt Nam.
2. Về thực tiễn:
   • Mục tiêu 1: Xác định ảnh hưởng của chế độ mực nước đến sinh trưởng cây tràm và đa dạng sinh học (ĐDSH) thực vật rừng tràm.
   • Mục tiêu 2: Xác định ảnh hưởng của chế độ mực nước đến phát thải cacbonic ($CO_2$) trong đất than bùn.
   • Mục tiêu 3: Xác định ảnh hưởng của chế độ mực nước đến nguy cơ cháy rừng ở VQG U Minh Thượng.
   • Mục tiêu 4: Đề xuất chế độ quản lý mực nước đảm bảo sinh trưởng rừng tràm và PCCC rừng ở VQG U Minh Thượng.

Đối tượng nghiên cứu của công trình là thủy văn và công tác PCCC rừng tràm. Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian tập trung tại vùng lõi VQG U Minh Thượng, tỉnh Kiên Giang. Về mặt thời gian, luận án thực hiện các nghiên cứu thực địa từ năm 2010 đến năm 2016, kế thừa chuỗi số liệu quan trắc thủy văn giai đoạn 1998 - 2009 và số liệu điều tra theo dõi liên tục giai đoạn 2010 - 2014. Về mặt chuyên môn, luận án không nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ mực nước đến đa dạng động vật, thủy sinh vật, môi trường nước và không đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến nguy cơ cháy rừng tràm.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu liên quan đến đề tài được tác giả tổng thuật trên các khía cạnh chính:

• Bản chất cháy rừng và tam giác lửa: Các nghiên cứu của Brown (1979), Belop (1982), Chandler (1983), Johann G. và Cẩm nang ngành lâm nghiệp (FAO, 2004) xác định cháy rừng là phản ứng oxy hóa vật liệu hữu cơ xảy ra khi hội tụ đủ ba thành tố: nguồn nhiệt, oxy và vật liệu cháy (VLC). Mc Arthur (1986) và Johnson Edward A. (1996) phân loại cháy rừng thành 3 dạng: cháy dưới tán (mặt đất), cháy tán và cháy ngầm trong tầng than bùn/thảm mục dày. Yếu tố ảnh hưởng được Belop (1982), Peter Moore và Nina Haase (2009) tổng kết gồm thời tiết, trạng thái rừng và hoạt động kinh tế - xã hội.
• Phương pháp dự báo nguy cơ cháy rừng: Trên thế giới ghi nhận công thức tính khả năng bén lửa Yangmei (Trung Quốc), chỉ số nguy cơ cháy rừng FFDI của McArthur (Australia) dựa trên hàm số: $FFDI = 2\exp(0{,}987\log D - 0{,}45 + 0{,}0338T + 0{,}0234V - 0{,}2)$, hệ thống thông tin EFFIS (Châu Âu), hệ thống đánh giá WFAS (Mỹ, 2007), mô hình viễn thám NOAA/MODIS của Chowdhury và Hassan (2011, 2013 tại Canada, Nga). Tại Việt Nam, phương pháp Nesterop được Phạm Ngọc Hưng (1988, 1994, 2001) điều chỉnh theo lượng mưa ngày lớn hơn 5 mm và phát triển phương pháp số ngày khô hạn liên tục (H); Bế Minh Châu (2001, 2010) đánh giá giới hạn của chỉ số P, H và tích hợp trạng thái rừng vào phần mềm cảnh báo; Cooper (1991) trong dự án UNDP bổ sung yếu tố gió; Vương Văn Quỳnh, Trần Quang Bảo và Bế Minh Châu (2011) ứng dụng GIS và WebGIS trong cảnh báo cháy rừng trực tuyến.
• Công trình và biện pháp kỹ thuật PCCC: Giải pháp đốt trước có kiểm soát được Phó Đức Đỉnh (1993), Phan Thanh Ngọ (1996) thử nghiệm trên rừng thông non và rừng khộp; Đặng Vũ Cẩn (1992) nghiên cứu quy phạm công trình cản lửa; Dương Văn Tài và cs (2012) chế tạo xuồng gắn bơm tiếp sức đưa nước sâu 4 - 5 km chữa cháy rừng tràm; Ngô Quang Đê, Lê Đăng Giảng, Phạm Ngọc Hưng (1983) và Mai Văn Nam (2002) phân tích giải pháp đê bao, cống đập giữ nước và giải pháp xã hội.
• Thủy văn đất than bùn nhiệt đới và tác động của ngập nước: Wösten et al. (2006 tại Sumatra, Indonesia) chỉ ra khi mực nước ngầm hạ sâu hơn 1 m thì nguy cơ cháy đất than bùn là tất yếu, nhưng khi ngập nước sâu trên 1 m tạo thành hồ chứa thì không loài cây gỗ nào có thể phục hồi; từ đó đề xuất duy trì mực nước ngầm từ -40 cm đến +100 cm trên mặt đất. Gernot (2008), Furukawa et al. (2005), Hooijer et al. (2006), Jauhiainen et al. (2008), Couwenberg et al. (2009) chứng minh hạ thấp mực nước ngầm làm than bùn bị oxy hóa, sụt lún và gia tăng phát thải $CO_2$. Tại Việt Nam, nghiên cứu của Thompson (2000), Phạm Trọng Thịnh (2005), đề tài KC08.24 do Vương Văn Quỳnh (2005) chủ trì đã xác định mực nước ngập tích trữ cuối mùa mưa là 318 mm để giữ ẩm vật rụng không dưới 20%. Dương Văn Ni và Lê Anh Tuấn (2013 tại Tràm Chim), Phạm Ngọc Hưng (2012 tại Trà Sư), Viện Sinh thái học Miền Nam (2014 tại Láng Sen) đều chỉ rõ giữ nước liên tục làm thối rễ, đổ ngã cây tràm và suy thoái sinh cảnh đồng cỏ năng. Đề tài cấp Nhà nước do Trần Quang Bảo chủ trì (2009 - 2011) đã thử nghiệm quản lý nước theo bậc trên 6 phân khu tại U Minh Thượng và U Minh Hạ.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án lựa chọn giải quyết: Các giải pháp giữ nước trước đây tại vùng U Minh chủ yếu mang tính kinh nghiệm, áp dụng việc giữ nước ngập kín quanh năm để chống cháy mà chưa định lượng được mối quan hệ tác động qua lại giữa chế độ thủy văn với sinh trưởng rừng tràm, cấu trúc thảm thực vật, sự phóng thích $CO_2$ từ đất than bùn và nguy cơ cháy rừng. Luận án giải quyết khoảng trống này bằng việc xác lập cơ sở khoa học định lượng để xây dựng phương án quản lý mực nước theo mùa và theo phân khu địa hình.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên các khái niệm và nguyên lý sinh thái học:

• Khái niệm cháy rừng và tam giác lửa: Cháy rừng chỉ diễn ra khi kết hợp đồng thời 3 yếu tố: oxy tự nhiên trong không khí (~21%), nguồn nhiệt đạt điểm bén lửa của vật liệu rừng (220 - 250°C) và VLC có độ ẩm $\le 25%$.
• Phương trình cân bằng nước trong hệ sinh thái rừng (A. Hooijer et al., 2005): Dựa trên nguyên lý bảo toàn, tổng lượng nước đi vào hệ thống (giáng thủy) cân bằng với tổng lượng nước tiêu hao (bốc hơi tán rừng, thoát hơi cây bụi, dòng chảy mặt, thấm sâu) và lượng nước tích trữ trong đất than bùn.
• Cách tiếp cận hệ thống và tiếp cận hệ sinh thái: Quản lý thủy văn bao gồm hệ thống công trình (đê, đập, cống, kênh dẫn, trạm bơm) và quy trình điều tiết mực nước. Quản lý nước không triệt tiêu hoàn toàn yếu tố lửa mà duy trì ở mức độ kiểm soát được nhằm thúc đẩy tái sinh rừng tràm và tạo tiểu sinh cảnh; tái lập chu kỳ khô - ướt luân phiên tự nhiên theo mùa để bảo vệ tầng than bùn không bị ngập úng phân hủy yếm khí cũng như không bị khô kiệt oxy hóa hiếu khí.

Phương pháp nghiên cứu thực tế:

• Phương pháp điều tra thảm thực vật: Giải đoán ảnh vệ tinh SPOT 5 (tháng 4 năm 2014) kết hợp điều vẽ nội nghiệp và khảo sát ngoại nghiệp. Thiết lập 100 điểm kiểm chứng thực địa diện tích $100\text{ m}^2$ ($10\times 10\text{ m}$) theo phương pháp ngẫu nhiên phân tầng và khảo sát trên 20 tuyến điều tra đại diện qua các kiểu thảm thực vật. Kế thừa và đối chiếu số liệu hiện trạng thảm thực vật các năm 2006, 2009 và 2014 theo quy trình của Nguyễn Nghĩa Thìn (2006).
• Phương pháp điều tra cấu trúc và sinh trưởng tầng cây cao: Thiết lập 20 ô tiêu chuẩn (OTC) kích thước $20\times 25\text{ m}$ (diện tích $500\text{ m}^2$) phân bố theo gradient độ cao địa hình và độ dày tầng đất than bùn: 02 OTC rừng không cháy năm 2002 (địa hình cao nhất), 03 OTC than bùn dày, 05 OTC than bùn trung bình, 05 OTC than bùn mỏng, 05 OTC đất sét và 01 OTC đối chứng ở vùng đệm có chế độ ngập tự nhiên. Tiến hành đo đếm đường kính ngang ngực ($D_{1.3}$), chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$), đường kính tán ($D_t$) của toàn bộ cây gỗ trong OTC.
• Phương pháp giải tích thân cây và phân tích vòng năm: Tại mỗi OTC, chọn 01 cây tiêu chuẩn có $D_{1.3}$ và $H_{vn}$ tương đương giá trị trung bình mẫu, sinh trưởng bình thường để giải tích (tổng cộng 21 cây giải tích). Cưa các thớt gỗ dày 5 cm tại các vị trí gốc (00), 1,3 m và các đoạn 1 m, 2 m... lên ngọn. Tính toán các chỉ tiêu tăng trưởng:
  • Tăng trưởng thường xuyên hàng năm: $Z_t = t_a - t_{a-1}$
  • Tăng trưởng bình quân chung: $\Delta t = \frac{t_a}{a}$
  • Suất tăng trưởng: $P_t% = \frac{Z_t}{t_a} \times 100$
  • Áp dụng phương pháp trung bình trượt với chu kỳ $m = 3$ và $m = 5$ năm: $$A_i = \frac{1}{m} \sum_{t=i-\frac{m-1}{2}}^{i+\frac{m-1}{2}} a_t$$
  • Áp dụng phương pháp trị số tương đối để triệt tiêu ảnh hưởng của tuổi cây và điều kiện lập địa, phản ánh tác động của chế độ nước: $$H_i = \frac{a_i}{A_i} \times 100\text{ (%{} )}$$
• Phương pháp nghiên cứu phát thải $CO_2$, đất than bùn và vật liệu cháy: Thu mẫu và đo tốc độ phóng thích $CO_2$ tại thực địa và phòng thí nghiệm tương ứng với các mức độ ẩm than bùn và độ sâu mực nước ngầm. Thu thập mẫu thảm tươi, thảm khô trên các ô dạng bản để xác định khối lượng khô kiệt và đo mối tương quan giữa độ ẩm VLC với độ sâu mực nước ngầm cũng như tốc độ bén lửa $V_c$ (m/phút).
• Phương pháp quan trắc thủy văn: Kế thừa dữ liệu thủy văn 1998 - 2009; theo dõi mực nước mặt hàng tuần từ tháng 01/2010 đến tháng 12/2014 tại 3 phân khu thử nghiệm thông qua hệ thống thước đo nước bằng bê tông gắn thước thép khắc vạch milimet (dẫn mốc cao độ bằng thủy bình); thiết lập các tuyến đo mực nước ngầm định kỳ.

Nguồn tư liệu và dữ liệu: Số liệu sơ cấp thu thập từ 20 OTC ($10.000\text{ m}^2$) vùng lõi, 01 OTC vùng đệm, 21 cây giải tích, 100 điểm kiểm chứng ảnh vệ tinh, 20 tuyến điều tra thực địa, dữ liệu quan trắc mực nước mặt và nước ngầm 2010 - 2014, dữ liệu đo khí $CO_2$ và thí nghiệm bén lửa. Số liệu thứ cấp kế thừa từ Đề tài khoa học cấp Nhà nước (2009 - 2011), 02 báo cáo tư vấn thuộc dự án AusAID (2012, 2013), số liệu khí tượng thủy văn trạm Rạch Giá và VQG U Minh Thượng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa các cơ sở lý luận về phòng cháy, chữa cháy rừng, bản chất tam giác lửa và các điều kiện hình thành ba hình thái cháy (cháy dưới tán, cháy tán, cháy ngầm). Tác giả tổng thuật các nghiên cứu dự báo cháy rừng trên thế giới (mô hình Yangmei, chỉ số McArthur FFDI, hệ thống viễn thám WFAS, EFFIS) và ở Việt Nam (phương pháp Nesterop cải tiến, chỉ số khô hạn H của Phạm Ngọc Hưng, nghiên cứu của Bế Minh Châu, ứng dụng GIS/MODIS của Vương Văn Quỳnh, Trần Quang Bảo). Điểm luận các nghiên cứu về thủy văn rừng đầm lầy than bùn nhiệt đới của Wösten et al. (2006), Gernot (2008), Page et al. (2009) khẳng định vai trò của mực nước ngầm trong việc kiềm chế sụt lún đất và ngăn chặn phát thải khí nhà kính. Đánh giá thực trạng các giải pháp PCCC rừng tràm tại Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), chương 1 chỉ rõ việc giữ nước liên tục làm suy thoái nghiêm trọng hệ sinh thái rừng tràm U Minh Thượng và khẳng định luận án cần tập trung xác lập cơ sở khoa học để điều hòa mối quan hệ giữa chế độ nước, sinh trưởng cây rừng, đa dạng sinh học và phòng chống cháy.

Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết khung nghiên cứu gồm 6 nội dung: hiện trạng và cơ chế quản lý nước; ảnh hưởng của chế độ mực nước đến thảm thực vật và sinh trưởng rừng tràm; ảnh hưởng đến ĐDSH thực vật; ảnh hưởng đến phát thải $CO_2$ từ đất than bùn; ảnh hưởng đến khả năng cháy rừng tràm; đề xuất chế độ quản lý nước thích hợp. Tác giả luận giải việc áp dụng quan điểm hệ sinh thái, xem việc quản lý thủy văn là công cụ điều tiết để duy trì trạng thái cân bằng động. Chương này mô tả tường minh phương pháp giải đoán ảnh SPOT 5 kết hợp 100 điểm kiểm chứng và 20 tuyến điều tra; phương pháp chọn 20 OTC điển hình theo các cấp độ dày than bùn (dày, trung bình, mỏng, đất sét) và 01 OTC đối chứng; phương pháp cưa giải tích 21 thớt thân cây tràm để tính toán các đại lượng $Z_t, \Delta t, P_t%$, kết hợp phương pháp trung bình trượt và chỉ số tương đối $H_i$; thiết kế mạng lưới thước đo nước mặt bê tông và tuyến đo nước ngầm tại 3 phân khu thử nghiệm giai đoạn 2010 - 2014.

Chương 3: Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của khu vực nghiên cứu

Chương 3 khái quát các đặc điểm nền tảng của vùng lõi VQG U Minh Thượng. Địa hình khu vực có dạng lòng chảo trũng thấp không đồng đều, nền địa chất hình thành lớp đất than bùn có độ dày phân hóa phức tạp trên nền đất sét biển cổ. Điều kiện thời tiết, khí hậu phản ánh qua trạm khí tượng Rạch Giá với mùa mưa tập trung từ tháng 5 đến tháng 11 và mùa khô sâu sắc từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau. Mùa khô có lượng bốc hơi vượt xa lượng mưa, tạo ra sự thiếu hụt độ ẩm lớn trên bề mặt than bùn. Tác giả phân tích đặc điểm kinh tế - xã hội vùng đệm gồm cơ cấu dân số, dân tộc và trình độ dân trí; các hoạt động sinh kế như xâm nhập bắt cá, lấy mật ong làm gia tăng nguồn lửa tiềm tàng vào mùa khô.

Nhóm chỉ tiêu	Dữ liệu và bảng tổng hợp trong chương	Nội dung kỹ thuật và giá trị ghi nhận
Địa hình	Bảng 3.1: Phân bố diện tích theo độ cao của VQG	Xác định các cấp cao trình mặt đất không đồng nhất, tạo cơ sở cho việc phân chia vùng ngập úng và vùng gò cao
Khí tượng	Bảng 3.2: Các chỉ tiêu khí tượng cơ bản tại Rạch Giá	Tổng hợp nhiệt độ, độ ẩm không khí, lượng mưa và lượng bốc hơi tháng; thể hiện qua Biểu đồ Gaussen - Walter (Hình 3.3)

Chương 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 4 là chương nội dung chính, trình bày chi tiết các phát hiện thực nghiệm của luận án:

1. Hiện trạng công trình và cơ chế quản lý nước: Thống kê toàn bộ hệ thống kênh (Bảng 4.1), đê bao khép kín (Bảng 4.2), hệ thống cống (Bảng 4.3) và trạm bơm hồ Hoa Mai (Hình 4.4). Cơ chế quản lý nước sau năm 2002 giữ nước liên tục làm mực nước kênh trung tâm và mực nước trong rừng luôn cao hơn mặt đất ngay cả đỉnh điểm mùa khô, gây úng ngập kéo dài.
2. Thảm thực vật và sinh trưởng rừng tràm: Phân loại thảm thực vật VQG U Minh Thượng (Bảng 4.4) và phân tích biến động giai đoạn 2006 - 2014 (Bảng 4.5). Mực nước ngập sâu liên tục (>100 cm) làm tràm tái sinh phát triển rễ chống bất thường (Hình 4.15), thân cây yếu, đổ gãy hàng loạt. Phân tích cấu trúc đường kính và chiều cao (Bảng 4.8, 4.9; Hình 4.16, 4.17) và giải tích 21 cây mẫu (Bảng 4.10, 4.11; Hình 4.18 - 4.23) chứng minh chế độ ngập nước quá mức làm giảm rõ rệt tăng trưởng thường xuyên ($Z_D, Z_H$) và tăng trưởng bình quân ($\Delta D, \Delta H$) của rừng tràm giai đoạn 2002 - 2013 so với điều kiện ngập tự nhiên.
3. Đa dạng thực vật: Đánh giá biến động tổ thành rừng trước và sau thay đổi phương án nước (Bảng 4.6, 4.12) và giữa các vùng ngập nước khác nhau (Bảng 4.7, 4.13, 4.14). Sự ngập úng kéo dài làm suy giảm các loài cây bụi bản địa, gia tăng tần xuất thực vật thủy sinh chịu nước như Bồn bồn, Bèo cái (Bảng 4.15). Xác định các chỉ số đa dạng loài ($H, d, Cd, J$) theo kiểu rừng và theo độ sâu ngập tối đa (Bảng 4.16, 4.17; Bảng 4.18 thiết lập phương trình tương quan giữa các chỉ số).
4. Đất than bùn và phát thải $CO_2$: Đo đạc biến động mực nước ngầm và độ ẩm than bùn. Kết quả đo tốc độ phóng thích $CO_2$ trong rừng tràm (Bảng 4.19) và trong thí nghiệm (Bảng 4.20) cho thấy khi mực nước ngầm hạ sâu, độ ẩm than bùn giảm làm gia tăng đột biến lượng $CO_2$ phát thải do quá trình phân giải hiếu khí (Hình 4.28 - 4.30).
5. Nguy cơ cháy rừng: Xác định khối lượng thảm tươi, thảm khô ở các kiểu thực vật (Bảng 4.21; lớp thảm khô dưới rừng hỗn giao dày tới 60 cm). Thiết lập tương quan giữa độ ẩm VLC với độ sâu mực nước ngầm (Hình 4.34, 4.35) và đường cong tốc độ bén lửa $V_c$ theo độ ẩm VLC (Hình 4.36). Xây dựng bảng phân chia mức nguy hiểm cháy rừng theo mực nước ngầm (Bảng 4.22) và nguy cơ cháy theo chế độ mực nước (Bảng 4.23).
6. Giải pháp quản lý thủy văn: Quy hoạch phân vùng quản lý nước theo cao trình mặt đất tại các phân khu (Bảng 4.24; Hình 4.37, 4.38). Tính toán cân bằng nước (Bảng 4.25) và lượng nước thiếu hụt trong mùa cháy rừng (Bảng 4.26). Từ đó xác định chính xác mực nước tích trữ tối ưu tại từng phân khu vào cuối mùa mưa (Bảng 4.27; Hình 4.39, 4.40) kết hợp bố trí hệ thống cống, đập ngăn, trạm quan trắc mực nước mặt và tuyến đo nước ngầm (Hình 4.40 - 4.43).

Nhóm kết quả nghiên cứu	Bảng số liệu trong văn bản	Nội dung chỉ tiêu định lượng
Hiện trạng công trình	Bảng 4.1, 4.2, 4.3	Thống kê chiều dài, kích thước hệ thống kênh, đê bao và cống điều tiết vùng lõi
Diễn thế thảm thực vật	Bảng 4.4, 4.5	Phân loại và biến động diện tích các kiểu thảm thực vật giai đoạn 2006 - 2014
Cấu trúc & Sinh trưởng	Bảng 4.8, 4.9, 4.10, 4.11	Đặc trưng mẫu $D_{1.3}, H_{vn}$; tăng trưởng $Z_D, Z_H, \Delta D, \Delta H$ của 4 trạng thái rừng giai đoạn 2002 - 2013
Đa dạng thực vật	Bảng 4.16, 4.17, 4.18	Chỉ số đa dạng ($H$), độ phong phú ($d$), độ ưu thế ($Cd$), độ tương đồng ($J$) và phương trình tương quan
Phát thải $CO_2$	Bảng 4.19, 4.20	Lượng $CO_2$ phóng thích thực tế ngoài rừng và trong phòng thí nghiệm theo độ ẩm than bùn
Vật liệu cháy & Nguy cơ cháy	Bảng 4.21, 4.22, 4.23	Khối lượng thảm tươi, thảm khô; phân cấp nguy hiểm cháy theo độ sâu mực nước ngầm
Quy hoạch điều tiết nước	Bảng 4.24, 4.25, 4.26, 4.27	Cao trình mặt đất, cân bằng nước, lượng nước thiếu hụt mùa khô và mực nước tích trữ cuối mùa mưa

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận:

• Xác định được các cơ sở khoa học quan trọng phục vụ quản lý thủy văn nhằm bảo đảm cho rừng tràm sinh trưởng bình thường kết hợp yêu cầu an toàn phòng chống cháy rừng đầm lầy than bùn.
• Lượng hóa được mối quan hệ tác động tương hỗ giữa chế độ mực nước với các chỉ số đa dạng sinh học thực vật, các chỉ tiêu sinh trưởng đường kính và chiều cao của cây tràm, cường độ phát thải khí $CO_2$ từ đất than bùn và cấp nguy cơ xuất hiện cháy rừng.
• Làm rõ quy luật diễn thế và xu thế phát triển của thảm thực vật rừng VQG U Minh Thượng dưới các tác động thủy văn khác nhau.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn:

• Xác định được ngưỡng chế độ nước thích hợp cho từng khu vực, chuyển đổi từ phương thức giữ nước ngập sâu liên tục quanh năm sang phương thức điều tiết theo nhịp điệu sinh thái (giữ ẩm bề mặt than bùn trong mùa khô nhưng không ngập úng trong mùa sinh trưởng).
• Đề xuất phương án phân vùng quản lý nước cụ thể cho vùng lõi VQG U Minh Thượng dựa trên chênh lệch cao trình mặt đất; xác định định lượng mực nước cần tích trữ vào cuối mùa mưa tại từng phân khu.
• Đề xuất hệ thống giải pháp công trình và phi công trình: thiết kế bổ sung hệ thống cống, đập ngăn điều tiết độc lập giữa các phân khu, nâng cấp trạm bơm hồ Hoa Mai, thiết lập mạng lưới thước đo nước mặt và các tuyến giếng quan trắc mực nước ngầm phục vụ dự báo và phát hiện sớm nguy cơ cháy.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của công trình (theo phạm vi tác giả đã xác định):

• Nghiên cứu chưa đánh giá tác động của chế độ mực nước điều tiết đến khu hệ động vật rừng, các loài thủy sinh vật và các thông số chất lượng môi trường nước trong vùng đất ngập nước than bùn.
• Đề tài chưa lồng ghép các kịch bản biến đổi khí hậu toàn cầu trong tương lai dài hạn vào tính toán diễn biến mực nước ngầm và nguy cơ cháy rừng tràm.

Hướng nghiên cứu tiếp:

• Mở rộng quan trắc đánh giá phản ứng của các quần thể chim nước, động vật đáy và vi sinh vật đối với phương án phân khu điều tiết nước mới.
• Ứng dụng kịch bản biến đổi khí hậu để hiệu chỉnh mô hình cân bằng nước và xây dựng các phương án phòng chống cháy rừng trong điều kiện hạn hán cực đoan.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn đối với các nhóm đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học, giảng viên chuyên ngành Lâm học, Quản lý tài nguyên rừng, Sinh thái học đất ngập nước: Cung cấp phương pháp luận kết hợp giữa giải đoán ảnh vệ tinh SPOT 5, phương pháp giải tích thân cây tràm ứng dụng giải thuật trung bình trượt và chỉ số tương đối để bóc tách ảnh hưởng của môi trường nước lên vòng năm sinh trưởng.
• Các Ban Quản lý Vườn Quốc gia, Khu Bảo tồn thiên nhiên vùng đất ngập nước than bùn (như VQG U Minh Hạ, Khu BTTN Láng Sen, VQG Tràm Chim): Cung cấp phương pháp tính toán cân bằng nước thực tế và giải pháp quản lý nước theo bậc cao trình nhằm giải quyết mâu thuẫn giữa phòng cháy và bảo tồn sinh thái.
• Cơ quan quản lý lâm nghiệp, Cục Kiểm lâm và Sở Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn các tỉnh vùng ĐBSCL: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng quy trình kỹ thuật điều tiết nước, phân cấp nguy cơ cháy theo mực nước ngầm và lập quy hoạch hệ sinh thái rừng tràm bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao giải pháp giữ nước liên tục sau năm 2002 tại VQG U Minh Thượng lại làm suy thoái rừng tràm? Trả lời: Việc giữ nước liên tục quanh năm khiến mực nước ngay trong mùa khô vẫn cao hơn mặt than bùn hàng chục centimet, triệt tiêu chu kỳ khô - ướt luân phiên tự nhiên. Trạng thái ngập úng yếm khí kéo dài làm hệ thống rễ tràm bị thối hỏng, cây phải phát triển rễ chống bất thường ở phần thân trên, khả năng bám giữ cơ học kém dẫn đến hiện tượng đổ gãy hàng loạt và kìm hãm tăng trưởng đường kính cũng như chiều cao.

2. Điều kiện cần và đủ để xuất hiện đám cháy rừng theo luận án là gì? Trả lời: Theo luận án, cháy rừng chỉ xảy ra khi hội tụ đủ 3 yếu tố của tam giác lửa: oxy tự nhiên trong không khí (~21%), nguồn nhiệt đạt điểm bén lửa của vật liệu cháy (từ 220°C đến 250°C, chủ yếu do con người đưa vào) và vật liệu cháy (thảm tươi, thảm khô, than bùn) có độ ẩm giảm xuống mức $\le 25%$.

3. Luận án đã sử dụng phương pháp toán học nào để loại bỏ tác động của tuổi cây khi nghiên cứu sinh trưởng vòng năm của cây tràm? Trả lời: Tác giả áp dụng phương pháp trung bình trượt (với độ dài thời kỳ $m = 3$ và $m = 5$ năm) để san phẳng các biến động ngẫu nhiên, sau đó tính toán chỉ số tương đối $H_i = (a_i / A_i) \times 100\text{ (%)}$. Do cả bề rộng vòng năm thực tế ($a_i$) và giá trị trung bình trượt ($A_i$) đều chịu tác động ổn định của tuổi cây, loài cây và lập địa, nên tỷ số này triệt tiêu ảnh hưởng của tuổi, chỉ phản ánh tác động của biến động chế độ nước.

4. Mối quan hệ giữa mực nước ngầm và lượng phát thải khí $CO_2$ từ đất than bùn được ghi nhận như thế nào? Trả lời: Khi mực nước ngầm hạ sâu dưới bề mặt đất than bùn, tầng than bùn chuyển sang môi trường hiếu khí, làm tăng tốc độ phân hủy và oxy hóa chất hữu cơ, dẫn đến lượng khí $CO_2$ phóng thích vào khí quyển tăng mạnh. Ngược lại, khi mực nước ngầm dâng cao làm bão hòa nước lớp than bùn, quá trình oxy hóa bị ức chế, lượng phát thải $CO_2$ giảm xuống mức thấp.

5. Nguyên tắc cốt lõi của giải pháp điều tiết thủy văn do luận án đề xuất là gì? Trả lời: Nguyên tắc cốt lõi là phân chia vùng lõi thành các phân khu quản lý nước dựa trên độ cao mặt đất thực tế; thay thế cơ chế đóng kín giữ nước ngập sâu liên tục bằng việc điều tiết lượng nước tích trữ cuối mùa mưa vừa đủ để giữ ẩm lớp than bùn không bị khô cháy trong mùa khô, đồng thời rút cạn nước mặt vào mùa mưa để đảm bảo đất rừng thông khí cho cây tràm sinh trưởng.

Kết luận

Luận án Tiến sĩ Lâm nghiệp của NCS. Trần Văn Thắng đã giải quyết thành công mâu thuẫn giữa yêu cầu PCCC rừng và mục tiêu bảo tồn hệ sinh thái rừng tràm trên đất than bùn tại Vườn Quốc gia U Minh Thượng. Bằng phương pháp tiếp cận hệ sinh thái kết hợp các công cụ điều tra thực địa, giải tích thân cây và quan trắc thủy văn giai đoạn 2010 - 2016, tác giả đã lượng hóa được tác động tiêu cực của việc giữ nước ngập sâu liên tục đối với sinh trưởng cây tràm, đa dạng thực vật và sự oxy hóa phát thải $CO_2$ của đất than bùn. Công trình đã đề xuất được phương án phân khu quản lý nước theo cao trình mặt đất, xác định định ngạch nước tích trữ tối ưu cuối mùa mưa và quy hoạch hệ thống công trình điều tiết nước phù hợp. Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học trực tiếp phục vụ công tác quy hoạch, điều tiết thủy văn và PCCC rừng tràm bền vững tại tỉnh Kiên Giang và vùng Đồng bằng sông Cửu Long.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Phần mở đầu. - Chƣơng 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu. - Chƣơng 2: Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu. - Chƣơng 3: Điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu.

- Chƣơng 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận. - Kết luận, tồn tại và kiến nghị. 5 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Một số khái niệm 1.

Cháy rừng Cháy rừng là đám cháy đƣợc phát sinh trong rừng, tác động và làm tiêu huỷ hệ sinh vật ở trong rừng. Hay nói theo cách khác, cháy rừng là quá trình cháy làm tiêu huỷ những vật liệu của rừng mà sự hình thành và phát triển diễn ra không theo sự kiểm soát của chủ rừng [4]. Theo tài liệu Cẩm nang ngành lâm nghiệp, chƣơng Phòng cháy và chữa cháy rừng, 2004 [4] FAO đƣa ra khái niệm về cháy rừng và thƣờng đƣợc sử dụng là: “Cháy rừng là sự xuất hiện và lan truyền của những đám cháy trong rừng mà không nằm trong sự kiểm soát của con ngƣời, gây nên những tổn thất nhiều mặt về tài nguyên, của cải và môi trƣờng” [4]. Cháy rừng chỉ xảy ra khi có sự kết hợp đồng thời của 3 yếu tố: - Ô xy: chất duy trì sự cháy, sẵn có trong không khí (chiếm khoảng 21% bầu không khí tự nhiên).

Dƣới tán rừng tỷ lệ này có thể thấp hơn do quá trính phân giải một số hợp chất hữu cơ làm cho lƣợng CO2 tăng lên [13]. - Vật liệu cháy (VLC): chất bị cháy, có sẵn trong rừng. VLC là tất cả những chất có khả năng bén lửa và bốc cháy trong điều kiện có đủ nguồn nhiệt và ô xy [13]. - Nguồn nhiệt: là yếu tố duy nhất không sẵn có trong rừng.

Nhiệt độ cần để đốt cháy VLC ở thời điểm ban đầu gọi là điểm bén lửa. Các VLC trong rừng thƣờng có điểm bén lửa trong khoảng từ 220 - 2500C. Hầu hết nguồn nhiệt gây cháy rừng đƣợc xuất phát từ các hoạt động của con ngƣời [13]. Nếu đã có đủ 3 điều kiện gây cháy là Ô xy, VLC và nguồn nhiệt, thì đám cháy có xuất hiện hay không lại phụ thuộc vào yếu tố độ ẩm của VLC.

Tổng hợp các kết quả nghiên cứu cho thấy: nguồn VLC có độ ẩm ≤ 25% thì khả năng bắt lửa là dễ dàng. Vậy điều kiện cần và đủ cho đám cháy rừng xảy ra là phải đảm bảo đủ 3 yếu tố: ô xy, VLC có độ ẩm ≤ 25% và nguồn nhiệt đủ lớn. Phòng cháy rừng Phòng cháy rừng là việc thực hiện đầy đủ các biện pháp tổ chức, kinh tế, xã hội, pháp chế, khoa học công nghệ, tuyên truyền, giáo dục, cảnh báo, dự báo,… và điều tiết các hoạt động của con ngƣời trong và gần rừng; xây dựng các công trình phòng lửa nhằm ngăn chặn không để xảy ra cháy rừng [4]. Trong phòng cháy rừng phải thực hiện triệt để những yêu cầu mang tính nguyên tắc: không để xảy ra sự kết hợp đồng thời của 3 yếu tố Ô xy, VLC và nguồn nhiệt gây cháy [4],[13].

- Quản lý tốt nguồn lửa rừng, kiểm tra điều tiết các hoạt động của ngƣời dân trong mùa cháy rừng. - Hạn chế đến mức thấp nhất khả năng bắt lửa của VLC bằng việc xây dựng và áp dụng các biện pháp phòng cháy có hiệu quả. Đây chính là những nguyên tắc xây dựng những biện pháp phòng cháy rừng có hiệu quả. Chữa cháy rừng Chữa cháy rừng là phải khẩn trƣơng huy động nhanh chóng lực lƣợng, phƣơng tiện dập tắt kịp thời không để lửa lan tràn, hạn chế và chấm dứt thiệt hại do cháy rừng gây ra [4].

Chữa cháy rừng đƣợc phân làm hai loại: chữa cháy rừng trực tiếp và chữa cháy rừng gián tiếp. - Chữa cháy rừng trực tiếp là sử dụng lực lƣợng và phƣơng tiện tác động trực tiếp vào đám cháy để dập tắt đám cháy. Chữa cháy rừng trực tiếp áp dụng cho đám cháy nhỏ (<1 ha), cháy dƣới tán, cháy dƣới mặt đất [4],[21]. - Chữa cháy rừng gián tiếp là sử dụng lực lƣợng và phƣơng tiện tạo chƣớng ngại ngăn cản cháy lan; để giới hạn đám cháy.

Biện pháp này áp dụng cho những đám cháy lớn và diện tích rừng còn lại nhiều [4],[21]. Tổng quan nghiên cứu về phòng cháy chữa cháy rừng Cháy rừng là một hiện tƣợng phổ biến, thƣờng xuyên xảy ra ở các loại rừng dễ cháy đã gây nên những tổn thất to lớn về tài nguyên, của cải vật chất và cả tính 7 mạng con ngƣời. Vì vậy, nghiên cứu các biện pháp PCCC rừng và hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại do cháy rừng đã đƣợc đặt ra nhƣ một yêu cầu cấp bách của thực tiễn. Những nghiên cứu đều hƣớng vào tìm hiểu bản chất của hiện tƣợng cháy rừng và mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hƣởng tới cháy rừng, từ đó đề xuất các giải pháp PCCC rừng phù hợp.

Tuy nhiên, do có sự khác nhau về điều kiện tự nhiên và kinh tế, xã hội mà quy luật ảnh hƣởng của các nhân tố đến cháy rừng cũng nhƣ những giải pháp PCCC rừng không hoàn toàn giống nhau ở các địa phƣơng. Vì vậy, tùy vào điều kiện cụ thể của từng quốc gia, từng địa phƣơng mà tiến hành nghiên cứu nhằm xây dựng đƣợc những giải pháp PCCC rừng có hiệu quả nhất [34]. Nghiên cứu về PCCC rừng trên Thế giới Nghiên cứu về PCCC rừng trên thế giới đƣợc bắt đầu vào thế kỷ XX, thời kỳ đầu chủ yếu tập trung ở các nƣớc có nền kinh tế phát triển nhƣ Mỹ, Nga, Đức, Thụy Điển, Canada, Pháp, Úc v. Sau đó là ở hầu hết các nƣớc có hoạt động lâm nghiệp.

Ngƣời ta phân chia sáu lĩnh vực chính của nghiên cứu PCCC rừng: bản chất của cháy rừng, phƣơng pháp dự báo nguy cơ cháy rừng, các công trình PCCC rừng, phƣơng pháp chữa cháy rừng và phƣơng tiện chữa cháy rừng, tác động của biến đổi khí hậu (BĐKH) đến nguy cơ cháy rừng. - Nghiên cứu bản chất của cháy rừng: Kết quả nghiên cứu đã khẳng định rằng cháy rừng là hiện tƣợng ôxy hoá các vật liệu hữu cơ do rừng tạo ra ở nhiệt độ cao thích hợp đối với từng loại VLC rừng. Nó xảy ra khi có mặt đồng thời của ba thành tố còn gọi là tam giác lửa: nguồn lửa, ôxy và VLC. Tuỳ thuộc vào đặc điểm của ba yếu tố trên mà cháy rừng có thể đƣợc hình thành, phát triển hay ngăn chặn hoặc suy yếu đi (Brown, 1979; Belop,1982; Chandler, 1983; Johann G.

Vì vậy, về bản chất, những biện pháp PCCC rừng đều nhằm tác động vào một trong ba yếu tố trên theo chiều hƣớng ngăn chặn và giảm thiểu quá trình cháy [57],[58],[60],[69]. Các nhà khoa học phân biệt 3 loại cháy rừng: (1) - Cháy dƣới tán cây hay cháy mặt đất rừng là trƣờng hợp chỉ cháy một phần hay toàn bộ lớp cây bụi, cỏ khô và cành rơi lá rụng trên mặt đất. (2) - Cháy tán rừng (ngọn cây) là trƣờng hợp 8 lửa lan tràn nhanh từ tán cây này sang tán cây khác; (3)- Cháy ngầm là trƣờng hợp xảy ra khi lửa lan tràn chậm, âm ỉ dƣới mặt đất, trong lớp thảm mục dày hoặc than bùn. Trong một đám cháy rừng có thể xảy ra một hoặc đồng thời hai, ba loại cháy trên.

Tuỳ theo loại cháy rừng mà ngƣời ta đƣa ra những biện pháp phòng và chữa cháy khác nhau (Mc Arthur, 1986; Johnson Edward A, 1996) [75],[70]. Ba yếu tố quan trọng nhất ảnh hƣởng đến sự hình thành và phát triển cháy rừng là: thời tiết, trạng thái rừng và hoạt động kinh tế xã hội của con ngƣời (Belop,1982) [58]. Thời tiết, đặc biệt là chế độ mƣa, nhiệt độ và độ ẩm không khí ảnh hƣởng quyết định đến tốc độ bốc hơi và độ ẩm VLC dƣới rừng, qua đó ảnh hƣởng đến khả năng bén lửa và lan tràn đám cháy. Loại rừng ảnh hƣởng đến tính chất vật lý, hoá học, khối lƣợng và phân bố của VLC, làm ảnh hƣởng đến loại cháy, khả năng hình thành và tốc độ lan tràn của đám cháy.

Hoạt động sống của con ngƣời nhƣ nƣơng rẫy, săn bắn, du lịch v. ảnh hƣởng đến mật độ và phân bố nguồn lửa khởi đầu của các đám cháy. Các biện pháp phòng cháy chữa cháy rừng đều đƣợc xây dựng trên cơ sở phân tích đặc điểm của của 3 yếu tố trên trong hoàn cảnh cụ thể của địa phƣơng (Peter Moore and Nina Haase, 2009) [80]. - Nghiên cứu phương pháp dự báo nguy cơ cháy rừng: Các kết quả nghiên cứu đều khẳng định mối liên hệ chặt giữa điều kiện thời tiết, mà quan trọng nhất là lƣợng mƣa, nhiệt độ và độ ẩm không khí với độ ẩm VLC và khả năng xuất hiện cháy rừng.

Vì vậy, hầu hết các phƣơng pháp dự báo nguy cơ cháy rừng đều tính đến đặc điểm diễn biến hàng ngày của lƣợng mƣa, nhiệt độ và độ ẩm không khí (MiBbach,1972; Belop, 1982; Gromovist R, 1993) [58],[60],[66]. Ở một số nƣớc, khi dự báo nguy cơ cháy rừng ngoài căn cứ vào yếu tố khí tƣợng còn căn cứ vào một số yếu tố khác, chẳng hạn ở Đức và Mỹ sử dụng thêm độ ẩm của vật liệu cháy (Brown,1979) [57], ở Pháp ngƣời ta tính thêm lƣợng nƣớc hữu hiệu trong đất và độ ẩm VLC, ở Trung Quốc có bổ sung thêm cả tốc độ gió, số ngày không mƣa và lƣợng bốc hơi v.v… Cũng có sự khác biệt nhất định khi sử dụng các yếu tố khí tƣợng để dự báo nguy cơ cháy rừng, chẳng hạn ở Thụy Điển và một số nƣớc ở bán đảo Scandinavia sử dụng độ ẩm không khí thấp nhất và 9 nhiệt độ không khí cao nhất trong ngày, trong khi đó ở Nga và một số nƣớc khác lại dùng nhiệt độ và độ ẩm không khí lúc 13 giờ. Những năm gần đây, ở Trung Quốc sử dụng phƣơng pháp chỉ tiêu khả năng bén lửa của Yangmei (I) theo công thức (1.1) Trong đó: T: nhiệt độ không khí lúc 14 giờ (oC); R: độ ẩm không khí lúc 14 giờ (%); M: lƣợng bốc hơi ngày (mm); M: số giờ nắng; a1, a2 , a3, a4: các hệ số trong phƣơng trình tƣơng quan giữa các chỉ tiêu khí tƣợng trên với khả năng bén lửa đã đƣợc xác lập. Ở Australia, hiện thƣờng sử dụng chỉ số nguy cơ cháy rừng (FFDI) của Mc.Arthur theo công thức (1.2) [71]: FFDI = 2exp(0,987logD-0,45+0,0338T+0,0234V-0.2) Trong đó: H: độ ẩm không khí tƣơng đối (%); T : nhiệt độ không khí (oC); V: tốc độ gió trung bình ở độ cao 10 m (m/s); D: nhân tố khô hạn, có giá trị từ 0 đến 10.

Mặc dù có những nét giống nhau nhƣng cho đến nay vẫn không có phƣơng pháp dự báo cháy rừng chung cho cả thế giới, mà ở mỗi quốc gia, thậm chí mỗi địa phƣơng ngƣời ta vẫn nghiên cứu xây dựng phƣơng pháp riêng.