Tổng quan luận án
Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu
Lưu vực sông (LVS) là một thể tổng hợp tự nhiên hoàn chỉnh, nơi các quá trình tự nhiên và hoạt động nhân tác tương tác chặt chẽ theo cả cấu trúc đứng và cấu trúc ngang từ thượng lưu đến hạ lưu. Nghiên cứu quản lý tổng hợp và sử dụng hợp lý (SDHL) tài nguyên thiên nhiên (TNTN), bảo vệ môi trường (BVMT) theo lưu vực sông là xu hướng tất yếu trong khoa học địa lý và quản lý môi trường hiện đại nhằm hướng tới phát triển bền vững (PTBV).
Sông Gâm là phụ lưu cấp 1 lớn nhất của hệ thống sông Lô - Gâm, có tổng diện tích lưu vực là 14.972 km², trong đó phần lưu vực thuộc lãnh thổ Việt Nam là 9.168 km². Lãnh thổ lưu vực có địa hình đồi núi hiểm trở, chia cắt mạnh, độ dốc lớn, lượng mưa tập trung theo mùa, tiềm ẩn nguy cơ xói mòn, rửa trôi đất và suy thoái môi trường nghiêm trọng. Việc xây dựng và đưa vào vận hành công trình thủy điện Tuyên Quang đa mục tiêu tại khu vực trung lưu sông Gâm (thuộc địa phận hai huyện Lâm Bình và Na Hang, tỉnh Tuyên Quang) đã mang lại nhiều lợi ích kinh tế - xã hội (KT-XH) như điều tiết nguồn nước, cắt lũ cho hạ du, phát điện và phục vụ tưới tiêu. Tuy nhiên, việc hình thành hồ chứa nước cũng gây ra nhiều biến động môi trường sinh thái (MTST): làm ngập chìm diện tích đất canh tác và đất lâm nghiệp, thu hẹp sinh cảnh các khu bảo tồn thiên nhiên (BTTN), làm thay đổi chế độ thủy văn dòng chảy hạ lưu và gây sức ép di dân tái định cư (TĐC).
Trước khi luận án được thực hiện, các nghiên cứu trên LVS Gâm chủ yếu mang tính đơn ngành, phân tán theo ranh giới hành chính hoặc chỉ đánh giá riêng lẻ từng yếu tố tài nguyên mà chưa tiếp cận theo quan điểm hệ thống lưu vực sông kết hợp phân tích không gian. Khoảng trống nghiên cứu đặt ra là cần một công trình khoa học đánh giá tổng hợp, có hệ thống hiện trạng và sự biến đổi của ba hợp phần tài nguyên cốt lõi (đất, rừng, nước mặt) dưới tác động của công trình thủy điện Tuyên Quang, từ đó xác lập cơ sở khoa học đề xuất định hướng khai thác, sử dụng hợp lý tài nguyên và BVMT lưu vực.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục tiêu tổng quát của luận án là xác định yêu cầu và đề xuất sử dụng 3 loại tài nguyên đất, rừng, nước mặt nhằm góp phần nghiên cứu, sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường lưu vực sông Gâm và sự bền vững của công trình thủy điện Tuyên Quang.
Để hiện thực hóa mục tiêu trên, luận án thực hiện 6 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được đánh số như sau:
- Tổng quan các hướng nghiên cứu sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường lưu vực trên thế giới và ở Việt Nam.
- Từ kết quả tổng quan, xác lập cơ sở lý luận, hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu đề xuất sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường LVS Gâm trong điều kiện có công trình thủy điện Tuyên Quang.
- Phân tích đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội liên quan đến tài nguyên, môi trường và vấn đề khai thác, sử dụng lãnh thổ LVS Gâm.
- Phân tích hiện trạng và biến đổi tài nguyên, môi trường do tác động của đập thủy điện Tuyên Quang.
- Xác định yêu cầu, đề xuất sử dụng hợp lý tài nguyên đất, tài nguyên rừng, tài nguyên nước mặt và bảo vệ môi trường LVS Gâm.
- Đề xuất định hướng khai thác vùng hồ Tuyên Quang trên cơ sở phân tích tiềm năng tự nhiên vùng lòng hồ.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Các điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên (trọng tâm là tài nguyên đất, tài nguyên rừng, tài nguyên nước mặt), môi trường và các hoạt động kinh tế - xã hội liên quan đến khai thác, sử dụng lãnh thổ LVS Gâm; tác động của hồ chứa thủy điện Tuyên Quang đến tài nguyên và môi trường lưu vực.
- Phạm vi không gian: Phần lưu vực sông Gâm thuộc lãnh thổ Việt Nam có tổng diện tích 9.168 km² (chiếm 61,23% tổng diện tích toàn bộ lưu vực sông Gâm tính đến vị trí nhập lưu với sông Lô tại thành phố Tuyên Quang). Về mặt hành chính, phạm vi này trải rộng trên địa bàn 17 huyện, thị thuộc 4 tỉnh: Hà Giang, Tuyên Quang, Cao Bằng và Bắc Kạn.
- Phạm vi nội dung: Tập trung phân tích đặc điểm tự nhiên, KT-XH; đánh giá hiện trạng và biến đổi tài nguyên đất, rừng, nước mặt; xác định yêu cầu bảo vệ đất, phân cấp phòng hộ đầu nguồn, cân bằng che phủ rừng, cân bằng nước mặt; đề xuất định hướng khai thác tiềm năng thủy sản và du lịch sinh thái vùng lòng hồ Tuyên Quang.
- Phạm vi thời gian: Số liệu hiện trạng sử dụng đất, hiện trạng rừng và điều tra khảo sát thực địa được cập nhật, xử lý chủ yếu vào các mốc thời gian năm 2006, 2010 và 2011 cùng các chuỗi số liệu khí tượng - thủy văn quan trắc nhiều năm trước và sau khi hồ thủy điện Tuyên Quang tích nước.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Các hướng nghiên cứu trên thế giới
Tác giả đã điểm luận chi tiết 5 hướng nghiên cứu lớn trên thế giới liên quan đến đề tài:
- Hướng nghiên cứu cảnh quan phục vụ sử dụng hợp lý TNTN và BVMT: Khởi đầu từ cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20 với trường phái địa lý tổng hợp của Liên Xô (cũ), Hoa Kỳ và Anh. Từ giữa thế kỷ 20, bản đồ cảnh quan và phân vùng địa lý tự nhiên được ứng dụng rộng rãi. Giai đoạn từ thập niên 1960 đến nay chuyển mạnh từ định tính sang định lượng, bán định lượng, hình thành hướng nghiên cứu cảnh quan sinh thái liên ngành để đánh giá chức năng và động lực cảnh quan.
- Hướng nghiên cứu đánh giá xói mòn và bảo vệ đất: Khảo sát thực nghiệm xói mòn được M. Lômônôxốp nghiên cứu từ 1751–1763 tại Nga, tiếp đó là N.C Kozxenco lập trạm nghiên cứu khe rãnh; Middleton H. và cộng sự (1930, 1932) nghiên cứu tính kháng xói của đất; Zingg (1940) thiết lập tương quan giữa lượng mất đất với độ dốc và chiều dài sườn dốc; Browing (1947) giới thiệu hệ số kháng xói; F.Schumm (1989) nghiên cứu dòng chảy cát bùn; Wischmeier và Smith (1954, 1962, 1965, 1978) hoàn thiện Phương trình mất đất phổ dụng (USLE); Williams (1975) phát triển phương trình cải biên MUSLE. Các mô hình hàm mũ của A. Kornev (1937), A.M. Grin (1965) cũng được ứng dụng rộng rãi.
- Hướng nghiên cứu phân tích lưu vực sông: Bao gồm quản lý tổng hợp tài nguyên nước theo lưu vực sau Hội nghị Dublin (1992), Hội nghị Rio de Janeiro (1992); phân cấp phòng hộ đầu nguồn (WSC) của David - Woolridge (Thụy Điển, thập niên 1980) sử dụng mô hình hồi quy $Y = a + bX_1 + cX_2 + dX_3 + eX_4 + fX_5$; nghiên cứu phân cấp xói mòn tiềm năng và xói mòn thực tế.
- Hướng nghiên cứu quản lý tổng hợp tài nguyên và môi trường lưu vực: Các mô hình tổ chức quản lý lưu vực điển hình như 6 Cục lưu vực tại Pháp (từ 1966), Ủy ban bảo tồn sông Hoàng Hà tại Trung Quốc (lưu vực 795.000 km²), Hội đồng liên bộ LVS Murray - Darling tại Úc (1986), Ủy hội sông Mekong (1995).
- Hướng nghiên cứu đánh giá tác động môi trường (ĐTM) của các dự án thủy điện: Xuất phát từ Đạo luật NEPA (Hoa Kỳ, 1969), sau đó áp dụng tại Canada (1973), Úc (1974), Đức (1975), Pháp (1976), Trung Quốc (1979), Nhật Bản (1992), tập trung vào các tác động ngập chìm, tái định cư, bồi lắng và biến đổi chế độ thủy văn hạ du.
Các hướng nghiên cứu tại Việt Nam
Tại Việt Nam, các hướng nghiên cứu được tác giả tổng thuật bao gồm:
- Hướng nghiên cứu cảnh quan và phân vùng địa lý: Các công trình của Nguyễn Đình Kỳ và nnk (1984–1987) về phân vùng địa lý thổ nhưỡng và thoái hóa đất bazan Tây Nguyên; Phạm Hoàng Hải và Nguyễn Thượng Hùng (1993) đánh giá tổng hợp điều kiện tự nhiên Tây Nguyên; Phạm Hoàng Hải và nnk (1997) công bố công trình "Cơ sở cảnh quan học của việc sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường lãnh thổ Việt Nam".
- Hướng nghiên cứu xói mòn đất: Các nghiên cứu về nhân tố xói mòn của Bùi Quang Toản (1976), Phạm Ngọc Dũng (1978, 1983), Nguyễn Quang Mỹ (1982), Đỗ Hưng Thành (1981, 1983), Ngô Trọng Thuận (1983), Vi Văn Vị (1985), Đào Đình Bắc (1985); phương pháp chống xói mòn của Lê Kha (1970), Nguyễn Ban Đạt (1977); mô hình toán xói mòn của Chu Đức, Mai Đình Yên, Hoàng Xuân Cơ, Cao Đăng Dư (1998); phân loại xói mòn tiềm năng theo lưu vực của Đỗ Hưng Thành (1982), Nguyễn Thị Kim Chương (1985); dự báo xói mòn đất dốc của Nguyễn Trọng Hà (1996); ứng dụng USLE và GIS của Phạm Văn Cự (1995), Nguyễn Tứ Dần, Nguyễn Ngọc Thạch (1993), Lại Vĩnh Cẩm (1999), Trần Văn Ý (2000).
- Hướng phân tích lưu vực và phân cấp phòng hộ: Đề tài cấp Nhà nước KN-03 của Nguyễn Ngọc Lung (1991–1995); nghiên cứu của Nguyễn Hải Tuất và Vương Văn Quỳnh (1998); phân cấp phòng hộ LVS Đà và hồ Sơn La của Phạm Xuân Hoàn (2004–2005); hướng tiếp cận liên kết lưu vực và cảnh quan của Nguyễn Cao Huần và nnk (2008), Nguyễn Kim Chương (2008); phân cấp xói mòn tiềm năng tỉnh Bình Định của Lương Thị Vân (2001).
- Hướng đánh giá tác động của thủy điện: Đánh giá biến động tự nhiên dưới ảnh hưởng hồ chứa sông Đà của Nguyễn Thượng Hùng (1991); định hướng sử dụng hợp lý lãnh thổ khi có thủy điện Sơn La của Lê Mỹ Phong (2002).
Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết
Mặc dù các nghiên cứu về cảnh quan, xói mòn đất và quản lý lưu vực ở Việt Nam đã đạt nhiều thành tựu, nhưng chưa có công trình nào nghiên cứu toàn diện trên LVS Gâm theo cách tiếp cận phân tích hệ thống lưu vực gắn liền với sự hiện diện của công trình thủy điện Tuyên Quang. Luận án giải quyết khoảng trống này bằng cách:
- Tích hợp mô hình USLE rút gọn ($A = R \times K \times L \times S$) với công nghệ GIS để định lượng và thành lập bản đồ xói mòn tiềm năng (XMTN) toàn lưu vực và theo các lưu vực cấp 2.
- Xây dựng ma trận đánh giá yêu cầu bảo vệ đất, phân cấp phòng hộ đầu nguồn và xác định mức độ mất cân bằng che phủ rừng (CBCP) ở cấp xã.
- Sử dụng khung phân tích DPSIR để đánh giá toàn diện các áp lực, hiện trạng, biến đổi và giải pháp quản lý tài nguyên nước mặt lưu vực trong bối cảnh điều tiết thủy điện.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết và khái niệm sử dụng
Luận án xây dựng nội dung dựa trên các khái niệm và khung lý thuyết chuẩn tắc:
- Phát triển bền vững (PTBV): Vận dụng định nghĩa của Ủy ban Brundtland (1987) và Tuyên bố Rio de Janeiro (1992), Johannesburg (2002), nhấn mạnh sự kết hợp hài hòa giữa tăng trưởng kinh tế, công bằng xã hội và bảo vệ môi trường, duy trì tính bền vững của các hệ sinh thái.
- Lưu vực sông: Tiếp cận LVS như một thể địa lý thống nhất, một hệ thống động lực hở tự điều chỉnh, giới hạn bởi đường phân thủy, cấu thành từ thượng lưu, trung lưu đến hạ lưu, liên kết thông qua dòng chảy vật chất và năng lượng.
- Quản lý tổng hợp lưu vực sông: Khái niệm theo Tổ chức Đối tác Nước Toàn cầu (GWP), coi quản lý lưu vực là một triết lý, một quá trình và một sản phẩm nhằm tối ưu hóa lợi ích kinh tế - xã hội mà không làm suy thoái các hệ sinh thái then chốt.
- Phân cấp đầu nguồn (Watershed Classification): Khái niệm theo H. Brooks và cs (1987), phân biệt rõ cấp xung yếu tự nhiên (xung yếu khách quan, dựa trên các yếu tố tự nhiên tương đối ổn định) và cấp xung yếu hiện tại (xung yếu thực tế, phụ thuộc lớp phủ thực vật và tác động nhân sinh).
- Đánh giá tác động môi trường (ĐTM): Theo Luật BVMT Việt Nam và quan điểm của Lê Thạc Cán (1994), phân tích dự báo tác động tích cực và tiêu cực của dự án thủy điện tới môi trường tự nhiên và kinh tế - xã hội.
Quan điểm nghiên cứu
Luận án quán triệt 4 quan điểm nghiên cứu chủ đạo:
- Quan điểm tổng hợp: Xem xét môi trường tự nhiên là một chỉnh thể thống nhất; tác động vào một hợp phần sẽ kéo theo sự biến đổi dây chuyền của các hợp phần khác.
- Quan điểm hệ thống: Xem xét LVS Gâm là hệ thống hoàn chỉnh về tự nhiên gồm cấu trúc đứng (địa chất, địa hình, khí hậu, thủy văn, thổ nhưỡng, sinh vật) và cấu trúc ngang (thượng lưu, trung lưu, hạ lưu và hệ thống các lưu vực cấp 2). Năng lượng dòng chảy là động lực liên kết hệ thống.
- Quan điểm lịch sử - phát sinh: Nghiên cứu hiện trạng cảnh quan và tài nguyên như một hệ quả của quá trình phát triển tự nhiên kết hợp với lịch sử khai thác kinh tế - xã hội.
- Quan điểm kinh tế - sinh thái: Kết hợp hài hòa giữa mục tiêu ổn định môi trường sinh thái (thông qua phòng hộ đầu nguồn, duy trì lớp phủ rừng, chống xói mòn đất) với mục tiêu phát triển kinh tế (kéo dài tuổi thọ hồ chứa thủy điện, phát triển du lịch và nuôi trồng thủy sản lòng hồ).
Phương pháp nghiên cứu thực tế
Luận án kết hợp đồng bộ các phương pháp định tính, bán định lượng và định lượng:
- Phương pháp thu thập, thống kê, xử lý số liệu: Thu thập, chuẩn hóa chuỗi dữ liệu khí tượng thủy văn, hiện trạng sử dụng đất (2010), hiện trạng rừng (2010–2011), kinh tế - xã hội 17 huyện thị.
- Phương pháp phân tích - tổng hợp: Hệ thống hóa các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước, xây dựng khung logic triển khai luận án.
- Phương pháp bản đồ và Hệ thông tin địa lý (GIS): Sử dụng các phần mềm MapInfo, ArcView, ArcGIS kết hợp với Excel để quản lý dữ liệu không gian, tính toán các lớp thông tin chuyên đề và biên tập hệ thống bản đồ lưu vực sông Gâm.
- Phương pháp khảo sát, thực địa: Nghiên cứu sinh tiến hành 2 đợt thực địa trọng điểm vào năm 2006 và năm 2011 dọc theo các tuyến và điểm chìa khóa nhằm kiểm chứng các kết quả giải đoán ảnh, xác định loại hình sử dụng đất và khảo sát tác động thực tế của hồ thủy điện Tuyên Quang.
- Phương pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến các nhà khoa học tại Khoa Địa lý - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Viện Địa lý (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam), Viện Khí tượng Thủy văn và các cán bộ quản lý địa phương.
- Phương pháp đánh giá tiềm năng xói mòn đất (USLE rút gọn): Sử dụng phương trình mất đất phổ dụng sau khi loại bỏ hệ số che phủ cây trồng ($C$) và hệ số biện pháp bảo vệ đất ($P$):
$$A = R \times K \times L \times S$$
Trong đó: $A$ là lượng mất đất tiềm năng (tấn/ha/năm hoặc kg/m²); $R$ là chỉ số xói mòn do mưa; $K$ là hệ số kháng xói của đất; $L$ là hệ số chiều dài sườn dốc; $S$ là hệ số độ dốc.
- Phương pháp phân tích DPSIR: Phân tích tài nguyên nước theo mô hình chuỗi nguyên nhân - kết quả: Động lực phát triển (D) $\rightarrow$ Sức ép (P) $\rightarrow$ Hiện trạng (S) $\rightarrow$ Tác động (I) $\rightarrow$ Giải pháp ứng phó (R).
- Phương pháp phân tích hệ thống (4 bước):
- Bước 1: Phân tích điều kiện tự nhiên, KT-XH và hiện trạng tài nguyên môi trường.
- Bước 2: Thành lập bản đồ phân cấp XMTN; phân cấp phòng hộ đầu nguồn; đánh giá mức độ mất cân bằng che phủ rừng; phân cấp yêu cầu bảo vệ đất và đánh giá khả năng đất đai.
- Bước 3: Đánh giá yêu cầu và đề xuất sử dụng hợp lý tài nguyên nước mặt (áp dụng DPSIR).
- Bước 4: Phân tích tiềm năng tự nhiên để định hướng phát triển thủy sản và du lịch lòng hồ Tuyên Quang.
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| QUY TRÌNH PHÂN TÍCH HỆ THỐNG |
| Bước 1: Phân tích ĐKTN, KT-XH, Hiện trạng TN-MT & Tác động thủy điện Tuyên Quang |
| ↓ |
| Bước 2: Tích hợp GIS & USLE (A=R*K*L*S) -> Bản đồ XMTN -> Yêu cầu bảo vệ đất, |
| Phân cấp phòng hộ đầu nguồn & Cân bằng che phủ rừng |
| ↓ |
| Bước 3: Đánh giá tài nguyên nước mặt (Mô hình DPSIR) -> Đề xuất SDHL nguồn nước |
| ↓ |
| Bước 4: Đánh giá tiềm năng tự nhiên lòng hồ -> Định hướng Thủy sản & Du lịch |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường lưu vực sông Gâm (phần lãnh thổ Việt Nam)
Chương 1 thiết lập nền tảng lý luận khoa học và phương pháp luận cho toàn bộ luận án:
- Tổng quan lịch sử nghiên cứu cảnh quan, xói mòn đất, phân cấp phòng hộ đầu nguồn, quản lý tổng hợp lưu vực sông và đánh giá tác động môi trường thủy điện trên thế giới và tại Việt Nam.
- Khái quát hóa các khái niệm cốt lõi: lưu vực sông, phân cấp lưu vực (chính, nhánh cấp 1, cấp 2), quản lý tổng hợp LVS, phát triển bền vững, cấp xung yếu phòng hộ đầu nguồn (xung yếu tự nhiên và thực tế), ĐTM thủy điện.
- Xác lập hướng tiếp cận phân tích lưu vực kết hợp phân tích hệ thống tự nhiên - kỹ thuật - kinh tế - xã hội, trong đó công trình thủy điện Tuyên Quang được xác định là tác nhân trung tâm làm tái cấu trúc cảnh quan và phân phối lại nguồn nước, đất đai và rừng.
- Chi tiết hóa quy trình công nghệ GIS trong tính toán mô hình USLE rút gọn ($A = R \times K \times L \times S$) từ các lớp dữ liệu đầu vào: mô hình số độ cao (DEM), bản đồ lượng mưa trung bình năm (tính $R$), bản đồ thổ nhưỡng (tính $K$), bản đồ độ dốc (tính $S$), bản đồ chiều dài sườn dốc (tính $L$).
- Xây dựng khung phương pháp phân tích DPSIR ứng dụng cho tài nguyên nước mặt lưu vực.
Chương 2: Đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội và hiện trạng tài nguyên, môi trường lưu vực sông Gâm (phần lãnh thổ Việt Nam)
Chương 2 cung cấp bức tranh toàn diện, chi tiết về thực trạng tự nhiên, kinh tế - xã hội và tài nguyên môi trường của lưu vực:
- Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên: Phạm vi 9.168 km² thuộc 17 huyện, thị của 4 tỉnh (Hà Giang, Tuyên Quang, Cao Bằng, Bắc Kạn). Địa hình chia cắt mạnh, độ dốc lớn; khí hậu nhiệt đới gió mùa vùng núi có mùa đông lạnh; mạng lưới sông suối mật độ cao.
- Điều kiện kinh tế - xã hội: Phân tích dân số thành thị - nông thôn năm 2010; đời sống dân cư vùng cao còn nhiều khó khăn, tập quán canh tác đất dốc, áp lực di dân TĐC thủy điện Tuyên Quang.
- Hiện trạng và biến đổi tài nguyên đất: Đất tự nhiên phân theo các huyện thị; hiện trạng sử dụng đất năm 2010; phân tích diện tích các loại đất bị ngập chìm khi hồ Tuyên Quang tích nước; hiện trạng thoái hóa đất do rửa trôi, xói mòn.
- Hiện trạng và biến đổi tài nguyên rừng: Diện tích và tỷ lệ che phủ rừng năm 2010–2011; phân bố 3 loại rừng (đặc dụng, phòng hộ, sản xuất); tác động của việc tích nước hồ làm ngập diện tích rừng tự nhiên, chia cắt sinh cảnh tại các khu BTTN (như Na Hang, Chợ Đồn, Lâm Bình), ảnh hưởng đến các lớp thú, chim, bò sát và lưỡng cư.
- Hiện trạng và biến đổi tài nguyên nước mặt: Phân phối dòng chảy trung bình nhiều năm; các đặc trưng dòng chảy mùa lũ ($Q_{max}$) và mùa kiệt ($Q_{min}$); đánh giá chất lượng nguồn nước (chất dinh dưỡng, chỉ tiêu lý hóa sinh theo QCVN) trước và sau khi có hồ chứa; biến động mực nước và dòng chảy hạ lưu sau khi hồ Tuyên Quang vận hành; đánh giá hiệu quả và khả năng cắt lũ của hồ Tuyên Quang cho thành phố Tuyên Quang và đồng bằng sông Hồng, cũng như chế độ xả dòng chảy hạ du trong mùa kiệt.
Chương 3: Đề xuất định hướng sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường lưu vực sông Gâm (phần lãnh thổ Việt Nam)
Chương 3 là phần đóng góp thực tiễn trọng tâm của luận án, đưa ra các định hướng giải pháp cụ thể:
- Sử dụng hợp lý và bảo vệ tài nguyên đất:
- Thành lập bản đồ các cấp tiềm năng xói mòn (XMTN) toàn lưu vực và theo các lưu vực cấp 2 thông qua mô hình tích hợp USLE - GIS.
- Xây dựng ma trận xác định mức độ yêu cầu bảo vệ đất (kết hợp cấp XMTN với hiện trạng thoái hóa đất); phân bổ mức độ yêu cầu bảo vệ đất theo từng huyện.
- Đánh giá khả năng đất đai và đề xuất định hướng sử dụng cho các loại hình quản lý sử dụng đất chính (đất rừng phòng hộ, đất rừng sản xuất, đất nông nghiệp).
- Sử dụng hợp lý và phục hồi tài nguyên rừng:
- Đánh giá tỷ lệ che phủ rừng và xác định mức độ mất cân bằng che phủ (CBCP) chi tiết đến cấp xã trên toàn lưu vực.
- Phân cấp diện tích rừng phòng hộ theo lưu vực cấp 2 và xác định diện tích rừng sản xuất.
- Đề xuất các giải pháp khoanh nuôi tái sinh, trồng mới rừng phòng hộ đầu nguồn tại các xã mất CBCP rất xung yếu và xung yếu nhằm hạn chế bồi lắng lòng hồ thủy điện Tuyên Quang.
- Sử dụng hợp lý và bảo vệ tài nguyên nước mặt:
- Đánh giá số lượng, năng lực tưới của hệ thống công trình thủy lợi; dự báo nhu cầu sử dụng nước qua các mốc thời gian; tính toán ngưỡng khai thác tài nguyên nước mặt và lượng nước tổn thất do tưới trong nông nghiệp.
- Áp dụng kết quả phân tích DPSIR để làm rõ các thách thức, mâu thuẫn giữa phát điện, cấp nước hạ du và BVMT; đề xuất quy trình vận hành liên hồ chứa, bảo vệ chất lượng nước sông Gâm.
- Định hướng khai thác vùng lòng hồ Tuyên Quang:
- Đánh giá tiềm năng và định hướng phát triển nuôi trồng, khai thác thủy sản trong lòng hồ nhằm tạo sinh kế bền vững cho các hộ dân tái định cư.
- Đánh giá tiềm năng cảnh quan, sinh thái để quy hoạch phát triển du lịch tự nhiên, du lịch sinh thái vùng hồ Tuyên Quang.
Danh mục hệ thống số liệu, bản đồ và sơ đồ trích xuất từ văn bản
| Loại tư liệu |
Danh mục các hạng mục chính trong văn bản |
| Bảng số liệu |
• Bảng diện tích đất tự nhiên phân theo huyện, thị LVS Gâm. • Bảng giá trị $Q_{max}$, $Q_{min}$ và thời gian xuất hiện trên LVS Gâm. • Bảng các lớp thú, chim, bò sát và lưỡng cư lưu vực hồ Tuyên Quang. • Bảng dân số thành thị - nông thôn các địa phương LVS Gâm năm 2010. • Bảng tổng số hộ, số nhân khẩu bị ảnh hưởng, bị ngập do thủy điện. • Bảng diện tích các loại đất và diện tích các loại đất bị ngập sau khi hồ tích nước. • Bảng hiện trạng sử dụng đất năm 2010; diện tích và tỷ lệ che phủ rừng. • Bảng đặc trưng chất dinh dưỡng và chất lượng nước trước/sau khi có hồ. • Bảng biến động mực nước, biến đổi dòng chảy và hiệu quả cắt lũ của hồ Tuyên Quang. • Bảng hệ số kháng xói mòn ($K$), các cấp XMTN toàn lưu vực và theo lưu vực cấp 2. • Bảng ma trận yêu cầu bảo vệ đất; đề xuất phân bổ diện tích 3 loại rừng. • Bảng tỷ lệ che phủ rừng theo xã, số xã theo mức độ mất cân bằng che phủ. • Bảng nhu cầu dùng nước, ngưỡng khai thác nước mặt và kết quả phân tích DPSIR. |
| Bản đồ chuyên đề |
• Bản đồ 2.1: Hành chính LVS Gâm (tr. 45). • Bản đồ 2.2 & 2.3: Địa hình và Độ dốc LVS Gâm (tr. 51). • Bản đồ 2.4: Thổ nhưỡng LVS Gâm (tr. 72). • Bản đồ 2.5: Hiện trạng sử dụng đất năm 2010 LVS Gâm (tr. 77). • Bản đồ 3.1 & 3.2: Lưu vực cấp 2 và Các cấp tiềm năng xói mòn LVS Gâm (tr. 98). • Bản đồ 3.3: Phân cấp yêu cầu bảo vệ đất LVS Gâm (tr. 101). • Bản đồ 3.4: Phân cấp phòng hộ LVS Gâm (tr. 110). • Bản đồ 3.5 & 3.6: Khả năng đất đai và Đề xuất hướng sử dụng đất chính (tr. 113, 118). • Bản đồ 3.7, 3.8 & 3.9: Hiện trạng rừng 2011, Tỷ lệ che phủ rừng theo xã và Mất cân bằng che phủ theo xã LVS Gâm (tr. 121, 124, 126). |
| Sơ đồ, mô hình |
• Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát tổ chức quản lý theo LVS ở Việt Nam (tr. 24). • Hình 1.2: Sơ đồ khái quát các tác động môi trường của dự án thủy điện (tr. 37). • Hình 1.3: Sử dụng mô hình USLE trong tính toán xói mòn bằng GIS (tr. 40). • Hình 1.4: Sơ đồ khái quát phương pháp phân tích DPSIR (tr. 42). • Hình 1.5: Sơ đồ các bước nghiên cứu SDHL tài nguyên BVMT LVS Gâm (tr. 43). • Hình 3.1 - 3.6: Các mô hình thành phần USLE (Hệ số $R$, Hệ số $K$, DEM, Chiều dài sườn dốc, Hệ số độ dốc $S$, Tiềm năng xói mòn $A$) (tr. 92–94). • Hình 3.7: Sơ đồ các bước đánh giá khả năng đất đai cho loại hình sử dụng chính (tr. 111). |
Kết quả và những đóng góp mới
Những đóng góp mới của đề tài
Theo công bố chính thức trong văn bản luận án, đề tài đạt được 2 nhóm đóng góp mới nổi bật:
- Luận án đã phân tích làm rõ: đặc điểm các điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội liên quan đến tài nguyên, môi trường và vấn đề khai thác, sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường lưu vực sông Gâm; hiện trạng và sự biến đổi của tài nguyên đất, tài nguyên rừng, tài nguyên nước mặt LVS Gâm do tác động của hồ thủy điện Tuyên Quang.
- Lần đầu tiên, luận án đề xuất sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường LVS Gâm theo hướng tiếp cận phân tích lưu vực, với các kết quả cụ thể:
- Đề xuất phân cấp phòng hộ đầu nguồn, hướng sử dụng cho các loại hình sử dụng đất chính và bảo vệ đất trên cơ sở phân cấp xói mòn tiềm năng lưu vực; đánh giá khả năng đất đai và phân cấp yêu cầu bảo vệ đất.
- Đề xuất sử dụng hợp lý và phục hồi rừng LVS Gâm trên cơ sở đánh giá mức độ mất cân bằng che phủ (chi tiết theo cấp xã) và phân loại tài nguyên rừng lưu vực.
- Đề xuất khai thác, sử dụng hợp lý tài nguyên nước mặt LVS Gâm trên cơ sở phân tích tiềm năng nguồn nước, biến đổi dòng chảy thủy văn do tác động của hồ Tuyên Quang; đánh giá hiện trạng, nhu cầu và giới hạn khai thác tài nguyên nước mặt; xác định các nguy cơ, nguyên nhân suy thoái tài nguyên nước mặt và những tồn tại trong quản lý tài nguyên nước của lưu vực.
- Phân tích các điều kiện tự nhiên vùng hồ Tuyên Quang cho mục đích phát triển du lịch và thủy sản nhằm tạo việc làm, tăng thu nhập cho người lao động.
Luận điểm bảo vệ
- Luận điểm 1: Phần lớn diện tích LVS Gâm trên địa phận Việt Nam là địa hình đồi núi. Trong đó, sự phân hóa đa dạng, phức tạp về các điều kiện tự nhiên, sự hạn chế về trình độ phát triển KT-XH, sự phong phú về các nguồn tài nguyên (thế mạnh về rừng, đất, nước, khoáng sản và thủy năng) đã tạo thuận lợi cho phát triển kinh tế, đồng thời tiềm ẩn những nguy cơ tai biến môi trường nếu khai thác, quản lý thiếu hợp lý. Việc hình thành hồ Tuyên Quang là tác nhân làm thay đổi ở mức hệ thống toàn bộ tài nguyên và môi trường lưu vực, đặc biệt là đất, rừng và nước mặt. Do vậy, phân tích đặc điểm tự nhiên, KT-XH và sự biến đổi này là điều kiện tiên quyết cho việc đề xuất SDHL 3 loại tài nguyên chủ yếu của lưu vực.
- Luận điểm 2: Nghiên cứu SDHL tài nguyên và BVMT LVS Gâm được tiếp cận theo hướng phân tích hệ thống lưu vực trong mối quan hệ giữa các hợp phần tự nhiên và nhân tác, giữa các bộ phận thượng lưu, trung lưu, hạ lưu và giữa các lưu vực cấp 2, nhằm xác định tỷ lệ che phủ rừng, cơ cấu sử dụng quỹ đất, khai thác hợp lý nguồn nước mặt và không gian vùng hồ Tuyên Quang.
Giải pháp và kiến nghị đề xuất
- Về tài nguyên đất: Quy hoạch các loại hình sử dụng đất theo khả năng thích nghi đất đai và mức độ yêu cầu bảo vệ; áp dụng các biện pháp công trình kết hợp nông lâm kết hợp trên đất dốc để chống xói mòn, rửa trôi.
- Về tài nguyên rừng: Ưu tiên phục hồi rừng phòng hộ đầu nguồn tại các xã bị mất cân bằng che phủ nghiêm trọng; tăng cường quản lý các khu rừng đặc dụng và bảo tồn đa dạng sinh học vùng đệm hồ chứa; chuyển dịch cơ cấu rừng sản xuất gắn với chế biến lâm sản.
- Về tài nguyên nước mặt: Thực hiện quản lý tổng hợp nguồn nước theo lưu vực; ban hành quy chế phối hợp chia sẻ nguồn nước giữa các địa phương và các ngành (thủy điện, nông nghiệp, cấp nước sinh hoạt); giám sát chặt chẽ chất lượng nước sông Gâm.
- Về vùng lòng hồ Tuyên Quang: Xây dựng quy hoạch vùng nuôi thủy sản lồng bè gắn với kiểm soát môi trường nước hồ; khai thác tuyến du lịch sinh thái lòng hồ gắn với bảo tồn văn hóa bản địa và các khu bảo tồn thiên nhiên lân cận.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của nghiên cứu
Căn cứ vào phạm vi và nội dung trình bày trong văn bản luận án:
- Giới hạn không gian lãnh thổ: Luận án chỉ tập trung nghiên cứu phần lưu vực sông Gâm thuộc lãnh thổ Việt Nam (diện tích 9.168 km², chiếm 61,23% diện tích toàn lưu vực), chưa có điều kiện thu thập đầy đủ số liệu thực địa và điều tra chi tiết phần thượng nguồn sông Gâm nằm ngoài lãnh thổ Việt Nam (thuộc Trung Quốc).
- Phương pháp mô hình xói mòn: Nghiên cứu ứng dụng mô hình USLE rút gọn ($A = R \times K \times L \times S$) nhằm mục đích phân cấp xói mòn tiềm năng (XMTN) trong điều kiện giả định không có thảm phủ và biện pháp bảo vệ, chưa tính toán lượng mất đất thực tế ngoài hiện trường theo thời gian thực có tích hợp đầy đủ hệ số $C$ và $P$.
- Thời gian chuỗi số liệu: Dữ liệu hiện trạng đất đai và rừng phản ánh chủ yếu tại các mốc thời gian 2010 và 2011, là giai đoạn đầu sau khi hồ thủy điện Tuyên Quang đi vào vận hành đầy đủ.
Hướng nghiên cứu tiếp
- Mở rộng hợp tác nghiên cứu xuyên biên giới để quản lý tổng hợp toàn bộ lưu vực sông Gâm từ phần thượng nguồn ngoài lãnh thổ Việt Nam.
- Thiết lập hệ thống trạm quan trắc thực nghiệm định lượng xói mòn đất thực tế và bồi lắng lòng hồ theo thời gian thực để hiệu chỉnh chính xác các hệ số trong mô hình USLE và MUSLE.
- Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế chi trả dịch vụ môi trường rừng (PES) và cơ chế chia sẻ lợi ích kinh tế từ thủy điện cho công tác bảo vệ rừng đầu nguồn tại 4 tỉnh thuộc lưu vực.
Giá trị tham khảo
Đối tượng thụ hưởng
Luận án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng:
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên: Thuộc các chuyên ngành Địa lý tự nhiên, Quản lý tài nguyên và Môi trường, Bản đồ và Hệ thông tin địa lý (GIS), Lâm nghiệp, Thủy văn học và Môi trường sinh thái.
- Giảng viên đại học và các nhà khoa học: Tham khảo khung lý thuyết phân tích hệ thống lưu vực sông, phương pháp luận tích hợp USLE - GIS trong đánh giá xói mòn đất và phương pháp phân tích DPSIR trong quản lý tài nguyên nước.
- Cơ quan quản lý nhà nước và hoạch định chính sách: Các Bộ (Tài nguyên và Môi trường, Nông nghiệp và Phát triển nông thôn), Ủy ban nhân dân và các Sở TN&MT, Sở NN&PTNT của 4 tỉnh Hà Giang, Tuyên Quang, Cao Bằng, Bắc Kạn; Ban Quản lý quy hoạch LVS Hồng - Thái Bình; Ban Quản lý Thủy điện Tuyên Quang trong việc xây dựng quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch 3 loại rừng và vận hành hồ chứa bền vững.
Nội dung có giá trị tham khảo cao
- Quy trình chuẩn hóa và tích hợp các lớp dữ liệu không gian (DEM, độ dốc, chiều dài sườn, lượng mưa, thổ nhưỡng) trên nền tảng phần mềm MapInfo, ArcGIS để thành lập bản đồ xói mòn tiềm năng.
- Phương pháp luận đánh giá mức độ mất cân bằng che phủ rừng (CBCP) chi tiết đến cấp xã.
- Ma trận phân tích DPSIR nhận diện các động lực, sức ép và tác động tới tài nguyên nước mặt lưu vực sông có công trình thủy điện lớn.
Câu hỏi thường gặp
1. Phạm vi lãnh thổ và đối tượng nghiên cứu trọng tâm của luận án là gì?
Luận án nghiên cứu phần lưu vực sông Gâm thuộc lãnh thổ Việt Nam với diện tích 9.168 km² (chiếm 61,23% diện tích toàn bộ LVS Gâm), trải dài trên địa bàn 17 huyện, thị thuộc 4 tỉnh: Hà Giang, Tuyên Quang, Cao Bằng và Bắc Kạn. Đối tượng nghiên cứu trọng tâm là 3 loại tài nguyên: đất, rừng, nước mặt và định hướng khai thác tiềm năng vùng lòng hồ thủy điện Tuyên Quang.
2. Luận án vận dụng mô hình USLE như thế nào trong đánh giá xói mòn đất?
Luận án sử dụng mô hình USLE rút gọn gồm 4 tham số: $A = R \times K \times L \times S$ (trong đó loại bỏ hệ số thảm phủ $C$ và hệ số biện pháp bảo vệ đất $P$). Mục đích là để tính toán và thành lập bản đồ xói mòn tiềm năng (XMTN) khách quan dựa trên các yếu tố tự nhiên tương đối ổn định (lượng mưa $R$, tính chất đất $K$, chiều dài sườn $L$, độ dốc $S$), làm cơ sở khoa học để phân cấp yêu cầu bảo vệ đất và phân cấp phòng hộ đầu nguồn.
3. Phương pháp phân tích DPSIR được áp dụng cho nội dung nào trong luận án?
Phương pháp DPSIR được áp dụng để phân tích tổng hợp các vấn đề của tài nguyên nước mặt lưu vực sông Gâm, bao gồm: Nguồn tác động (Driving forces - các hoạt động KT-XH), Áp lực (Pressures - sức ép khai thác và xả thải), Hiện trạng (State - chất lượng và chế độ dòng chảy), Tác động (Impacts - biến đổi thủy văn, bồi lắng, nguy cơ suy thoái), và Giải pháp ứng phó (Responses - đề xuất quy chế quản lý tổng hợp và sử dụng hợp lý nguồn nước mặt).
4. Tiêu chí nào được sử dụng để đề xuất sử dụng hợp lý và phục hồi tài nguyên rừng?
Luận án dựa trên 2 tiêu chí cốt lõi:
- Đánh giá mức độ xung yếu phòng hộ đầu nguồn theo các lưu vực cấp 2 (dựa trên bản đồ phân cấp xói mòn tiềm năng).
- Đánh giá tỷ lệ che phủ rừng thực tế và xác định mức độ mất cân bằng che phủ (CBCP) chi tiết đến từng đơn vị hành chính cấp xã, từ đó khoanh định các xã xung yếu và rất xung yếu để ưu tiên khoanh nuôi, tái sinh và trồng rừng phòng hộ.
5. Những định hướng kinh tế nào được đề xuất riêng cho vùng lòng hồ Tuyên Quang?
Luận án đề xuất 2 hướng khai thác kinh tế dựa trên tiềm năng tự nhiên vùng lòng hồ Tuyên Quang:
- Phát triển nuôi trồng và khai thác thủy sản nước ngọt (đặc biệt là nuôi cá lồng bè) nhằm giải quyết việc làm, tạo sinh kế ổn định cho người dân tái định cư.
- Phát triển du lịch tự nhiên, du lịch sinh thái và cảnh quan hồ gắn kết với các khu bảo tồn thiên nhiên (Na Hang, Lâm Bình) và bản sắc văn hóa các dân tộc vùng lòng hồ.
Kết luận
Luận án tiến sĩ "Nghiên cứu sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường lưu vực sông Gâm (phần lãnh thổ Việt Nam)" là một công trình nghiên cứu địa lý môi trường có phương pháp tiếp cận hệ thống và phương pháp luận chặt chẽ. Tác giả đã tích hợp thành công công nghệ GIS với mô hình USLE rút gọn và khung phân tích DPSIR để đánh giá định lượng xói mòn tiềm năng, hiện trạng tài nguyên đất, rừng và nước mặt trong bối cảnh chịu tác động từ công trình thủy điện Tuyên Quang. Các kết quả nghiên cứu về phân cấp phòng hộ đầu nguồn, bản đồ mất cân bằng che phủ rừng cấp xã và định hướng khai thác lòng hồ có giá trị khoa học thực tiễn cao, đóng góp cơ sở dữ liệu quan trọng cho công tác quản lý lưu vực và quy hoạch phát triển bền vững vùng Đông Bắc Việt Nam.