MỞ ĐẦU I. Rừng và nước là hai yếu tố cấu thành cơ bản của cảnh quan địa lý, là những nguồn tài nguyên thiên nhiên có vai trò quan trọng và ảnh hưởng sâu sắc nhất đối với đời sống của con người và các loài sinh vật khác trên trái đất. Mối quan hệ giữa rừng và nước rất phức tạp, đan xen trong nhiều mối quan hệ với các thành phần khác của môi trường như khí hậu, địa hình, thổ nhưỡng và các hoạt động của con người. Trong giới hạn một lưu vực sông, sự biến đổi của thảm thực vật rừng ở mức độ nhất định có thể dẫn đến sự thay đổi nhiều yếu tố khác như xói mòn bề mặt đất, chế độ dòng chảy, chất lượng nước sông suối, từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến sinh hoạt và sản xuất của cư dân trong lưu vực.
Vì vậy, việc phát hiện quy luật tương tác giữa thảm thực vật rừng với dòng chảy và chất lượng nước trong lưu vực sông, để có giải pháp quản lý và sử dụng hiệu quả cả hai nguồn tài nguyên rừng và nước là nhiệm vụ quan trọng trong nghiên cứu thủy văn rừng, có ý nghĩa to lớn cả về mặt khoa học và thực tiễn. Sông Đăkbla là một trong hai nhánh chính của hệ thống sông Sê San nằm trên địa bàn hai tỉnh Kon tum và Gia lai, với diện tích lưu vực là 3.060 km 2, có vai trò rất quan trọng trong việc cung cấp nguồn nước cho sản xuất và sinh hoạt của cư dân sinh sống trong lưu vực. Sông Đăkba còn là nguồn cung cấp nước chủ yếu cho nhiều công trình thủy điện lớn của quốc gia như công trình thủy điện Yaly, Sê san 3, Sê san 3A và Sê san 4, đóng góp một sản lượng điện to lớn trong việc đảm bảo an ninh năng lượng của nước ta. Phần lớn lưu vực sông Đăkbla nằm trong vùng có địa hình cao, dốc, chia cắt mạnh, có lượng mưa lớn và phân bố không đều, cho nên bảo vệ và phát triển hệ thống rừng phòng hộ đầu nguồn nhằm điều tiết nguồn nước, giảm thiểu những hiểm họa như khô hạn hay lũ lụt, hạn chế xói mòn và sạt lở đất gây bồi lắng 2 các hồ chứa của các công trình thủy điện trong lưu vực, đồng thời nâng cao chất lượng nước phục vụ sản xuất và sinh hoạt của người dân địa phương là vấn đề có tầm quan trọng chiến lược.
Tuy nhiên, từ trước đến nay vẫn chưa có những công trình nghiên cứu khoa học một cách sâu rộng và có hệ thống, làm cơ sở lý luận cho công tác quản lý, sử dụng bền vững tài nguyên rừng và tài nguyên nước trong lưu vực sông Đăkbla. Đề tài luận án tiến sĩ “ Nghiên cứu mối liên hệ giữa thảm thực vật rừng với dòng chảy và chất lượng nước trong lưu vực sông Đăkbla, tỉnh Kon tum” được thực hiện nhằm góp phần đáp ứng yêu cầu khoa học và thực tiễn đó. Mục tiêu, đối tượng nghiên cứu của đề tài. Mục tiêu nghiên cứu chung.
Phân tích và đánh giá khả năng điều tiết nước trong dòng chảy sông suối và hạn chế xói mòn đất của thảm thực vật rừng, bước đầu đề xuất quy mô diện tích và chất lượng rừng cần thiết nhằm nâng cao sản lượng và chất lượng nước trong dòng chảy sông Đăkbla. Mục tiêu nghiên cứu cụ thể. Xây dựng các mô hình toán mô phỏng mối liên hệ giữa thảm thực vật rừng và các yếu tố lập địa với dòng chảy và chất lượng nước trong lưu vực sông Đăkbla làm cơ sở tính toán diện tích rừng cần thiết trong lưu vực. Đối tượng nghiên cứu.
Các mối liên hệ giữa đặc trưng của thảm thực vật rừng (gồm độ che phủ rừng và tỷ lệ diện tích rừng giàu và trung bình) và các nhân tố lập địa (lượng mưa, độ dốc, chỉ số hình dạng lưu vực, ) với các đặc trưng dòng chảy (lưu lượng dòng chảy, mô đuyn dòng chảy, hệ số dòng chảy) và chất lượng nước (mô đuyn bùn cát lơ lửng). Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Kết quả nghiên cứu của đề tài có những phát hiện mới, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Ý nghĩa khoa học.
Kết quả nghiên cứu góp phần làm sáng tỏ mối liên hệ và vai trò của rừng đối với sản lượng và chất lượng nước trong dòng 3 chảy sông suối của lưu vực sông Đăkbla, phục vụ nghiên cứu thủy văn rừng ở Tây nguyên nói riêng và ở nước ta nói chung. Ý nghĩa thực tiễn. Đã góp phần giúp cho các nhà quản lý đánh giá thực trạng công tác quản lý hệ thống rừng đầu nguồn trong lưu vực sông Đăkbla, từ đó hoạch định chính sách quản lý hài hòa và bền vững các nguồn tài nguyên rừng và nước trong lưu vực sông, phục vụ phát triển kinh tế - xã hội kết hợp bảo vệ môi trường sinh thái ở địa phương. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng do điều kiện nghiên cứu và năng lực chủ quan có hạn, cho nên trong luận án không tránh khỏi những khiếm khuyết nhất định, tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của Hội đồng chấm luận án để chỉnh sửa, bổ sung được hoàn thiện hơn.
Xin trân trọng cám ơn! Tác giả. 4 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Rừng và nước có mối quan hệ tương tác rất phức tạp, trong phức hệ tương tác đa chiều với các thành phần khác của môi trường. Vai trò của rừng đối với việc quản lý nước vẫn là vấn đề đang gây tranh cãi ở trên thế giới, cho dù hiểu biết khoa học đã có sự tiến bộ ( IUFRO, 2007)[47]. Đánh giá về ảnh hưởng của rừng đến chế độ dòng chảy sông suối và chất lượng nước trên thế giới hiện nay, các nhà khoa học đã nhận định rằng: Khả năng cung cấp và chất lượng nước ở nhiều khu vực trên thế giới ngày càng bị đe dọa nhiều hơn bởi sự lạm dụng, sử dụng quá mức và ô nhiễm, và điều đó ngày càng được nhận ra rằng cả hai đều bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi rừng.
Hơn nữa, biến đổi khí hậu đang làm thay đổi vai trò của rừng trong việc điều chỉnh dòng chảy và ảnh hưởng đến sự cung cấp tài nguyên nước (Bergkamp. Vì vậy, mối quan hệ giữa rừng và nước là một vấn đề quan trọng phải được ưu tiên cao (I. Nghiên cứu mối liên hệ của thảm thực vật rừng đối với dòng chảy và chất lượng nước trong lưu vực sông là một trong những cách tiếp cận khoa học của thủy văn rừng nhằm làm sáng tỏ cơ chế tương tác giữa rừng và nước, từ đó có giải pháp sử dụng hài hòa và hiệu quả cả tài nguyên rừng và tài nguyên nước, phục vụ tốt lợi ích của con người. Trên thế giới và ở Việt nam đã có nhiều công trình nghiên cứu có giá trị khoa học và thực tiễn cao, là những tiền đề cơ bản được kế thừa và bổ sung trong đề tài nghiên cứu này.
Sau đây là tổng quan một số công trình nghiên cứu chủ yếu. Trên thế giới. Phương pháp nghiên cứu thủy văn rừng. Cho đến nay, phương pháp tiếp cận trong nghiên cứu mối quan hệ rừng - nước, gồm có các quy mô tiếp cận cơ bản là: quy mô ô thí nghiệm, quy mô 5 khu rừng và quy mô lưu vực.
Mỗi cách tiếp cận có quan điểm, mục tiêu, nội dung, phương pháp nghiên cứu riêng và kết quả nghiên cứu có những ưu điểm và hạn chế nhất định. Thực tiễn cho thấy, các kết quả nghiên cứu không những chịu ảnh hưởng của điều kiện khách quan, mà còn phụ thuộc vào sự lựa chọn phương pháp tiếp cận, phương pháp thu thập, và sử dụng các công cụ xử lý thông tin. Tùy điều kiện cụ thể, người ta lựa chọn quy mô nghiên cứu phù hợp, đáp ứng được mục tiêu và nội dung nghiên cứu. Nghiên cứu ở quy mô ô thí nghiệm.
Nghiên cứu ở quy mô ô thí nghiệm được thực hiện trong phạm vi nhỏ, có tác dụng làm rõ bản chất của một số quá trình thủy văn cơ bản, từ đó làm cơ sở cho việc nhận dạng, phân loại, đánh giá và mô hình hóa các quá trình thủy văn đó ở quy mô lớn hơn, trong mối liên hệ biện chứng với các nhân tố khác (P. Nghiên cứu ở quy mô khu rừng. Nghiên cứu ở quy mô khu rừng được thực hiện các ô thí nghiệm hoặc còn gọi là các bãi đo dòng chảy có kích thước nhất định, thiết lập một cách hệ thống theo sườn dốc, lập các trạm quan trắc thu thập thông tin về ảnh hưởng và tác động của các nhân tố đến quá trình phát sinh dòng chảy và xói mòn đất, tập trung phân tích đặc điểm phân bố của lượng giáng thủy khi vào thảm thực vật rừng, dưới ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau, từ đó làm sáng tỏ quy luật tác động đến khả năng giữ nước, điều tiết dòng chảy và chống xói mòn đất của thảm thực vật rừng. Công cụ chủ yếu để nghiên cứu là phương trình cân bằng nước, dựa trên nguyên lý cân bằng nước.
Tuần hoàn nước ở quy mô khu rừng được nghiên cứu và mô tả như sau: Lượng giáng thủy khi vào thảm thực vật rừng được chia thành 3 phần: Một phần nước bị giữ lại trên tán và bốc hơi trở lại khí quyển; Một phần nước vào tán và chảy men theo thân cây xuống mặt đất; Phần nước còn lại lọt qua tán rừng xuống mặt đất rừng. Ở mặt 6 đất, nước lại phân chia thành nhiều phần: Một phần hấp thụ vào thảm khô vật rơi rụng, thảm mục rồi bốc hơi trở lại không khí; Một phần chảy tràn trên mặt đất dồn xuống các khe, suối, sông, hồ; Một phần ngấm xuống đất trở thành nước ngầm nông di chuyển trong lớp đất tơi xốp hoặc nước ngầm sâu trong khe nứt của các lớp đá không thấm nước phía dưới; Một phần nước trong đất cũng được cây hút và thoát hơi trở lại khí quyển; một phần nước trong đất có thể được thẩm ngấm lên mặt đất và bốc hơi vào không khí. Phương pháp nghiên cứu ở quy mô khu rừng có những ưu điểm là: cơ sở khoa học chắc chắn, kết quả nghiên cứu khá chính xác, cho phép xác định quy luật tác động của từng nhân tố cấu trúc rừng và từng trạng thái rừng đến khả năng giữ nước, điều tiết dòng chảy và chống xói mòn đất. Đây là những yếu tố quyết định đến khả năng bảo vệ nguồn nước và hạn chế xói mòn đất của rừng, làm cơ sở cho việc xây dựng tiêu chuẩn về cấu trúc của rừng phòng hộ nguồn nước và đề xuất những biện pháp kỹ thuật xây dựng những mô hình rừng phòng hộ có cấu trúc tối ưu, phát huy đầy đủ các giá trị phòng hộ và kinh tế.
