Nghiên cứu thủy văn rừng trồng tại Bạch Thông, Bắc Kạn

I. Khám phá vai trò thủy văn của rừng trồng tại Bạch Thông

Nghiên cứu thủy văn rừng là một lĩnh vực khoa học có ý nghĩa chiến lược, đặc biệt tại các khu vực đồi núi như huyện Bạch Thông, tỉnh Bắc Kạn. Việc hiểu rõ các quy luật vận động của nước trong hệ sinh thái rừng trồng Bạch Thông không chỉ mang lại giá trị học thuật mà còn là cơ sở khoa học vững chắc cho công tác quy hoạch lâm nghiệp và quản lý tài nguyên bền vững. Rừng trồng, đang dần thay thế rừng tự nhiên, đóng một vai trò quan trọng trong việc điều tiết nguồn nước, ảnh hưởng trực tiếp đến chế độ dòng chảy lưu vực và đời sống của cộng đồng địa phương. Các nghiên cứu trước đây tại Việt Nam chủ yếu tập trung vào rừng tự nhiên, để lại một khoảng trống lớn về kiến thức đối với rừng trồng. Đề tài “Nghiên cứu một số đặc điểm thủy văn rừng trồng tại huyện Bạch Thông, tỉnh Bắc Kạn” ra đời nhằm giải quyết bài toán này. Nghiên cứu tập trung vào việc định lượng các thành phần trong chu trình thủy văn, từ đó làm sáng tỏ mối quan hệ giữa cấu trúc rừng và khả năng điều tiết nước. Kết quả của nghiên cứu này cung cấp những luận cứ khoa học quan trọng, giúp các nhà quản lý đưa ra các giải pháp canh tác, trồng rừng và kinh doanh rừng hiệu quả, hướng tới mục tiêu kép là phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường sinh thái, đặc biệt là bảo vệ nguồn nước cho các lưu vực sông lớn như sông Cầu.

1.1. Tầm quan trọng của việc quản lý tài nguyên nước Bắc Kạn

Bắc Kạn là một tỉnh miền núi, nơi khởi nguồn của nhiều hệ thống sông suối quan trọng, trong đó có sông Cầu. Do đó, việc quản lý và bảo vệ tài nguyên nước Bắc Kạn có ý nghĩa sống còn không chỉ đối với địa phương mà còn cho cả vùng hạ lưu. Chế độ thủy văn của tỉnh phụ thuộc lớn vào lượng mưa và khả năng điều tiết của thảm thực vật rừng. Với địa hình dốc và phức tạp, nếu rừng đầu nguồn bị suy thoái, nguy cơ lũ lụt, xói mòn và hạn hán sẽ gia tăng. Do đó, việc nghiên cứu thủy văn rừng trồng, vốn chiếm diện tích ngày càng lớn, là nhiệm vụ cấp bách để đảm bảo an ninh nguồn nước và phát triển kinh tế - xã hội bền vững.

1.2. Ý nghĩa của việc tìm hiểu vai trò điều tiết nước của rừng

Rừng đóng vai trò như một “hồ chứa xanh”, thực hiện chức năng điều tiết nước tự nhiên. Vai trò điều tiết nước của rừng thể hiện qua việc tán lá ngăn cản và làm giảm động năng của hạt mưa, lớp thảm mục và hệ rễ cây làm tăng khả năng thấm của đất, chuyển hóa dòng chảy mặt thành dòng chảy ngầm. Quá trình này giúp giảm đỉnh lũ trong mùa mưa và duy trì dòng chảy trong mùa khô. Việc định lượng được các thành phần như lượng nước giữ lại trên tán, lượng nước thấm, và dòng chảy mặt dưới các loại rừng trồng khác nhau sẽ cung cấp bằng chứng khoa học cụ thể để lựa chọn loài cây và phương thức trồng rừng phòng hộ đầu nguồn tối ưu.

II. Phân tích thách thức quản lý lưu vực và xói mòn đất dốc

Khu vực miền núi phía Bắc, bao gồm Bạch Thông, đang đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng liên quan đến thủy văn và môi trường đất. Tác động của con người đến thủy văn, thông qua các hoạt động như khai thác rừng, canh tác nông nghiệp không hợp lý, đã làm thay đổi đáng kể chế độ dòng chảy lưu vực sông Cầu. Việc chuyển đổi mục đích sử dụng đất, đặc biệt là phá rừng tự nhiên để trồng các loại cây công nghiệp hoặc cây lâm nghiệp ngắn ngày, đã làm suy giảm khả năng giữ nước của đất. Hậu quả trực tiếp là sự gia tăng của dòng chảy mặt, gây ra các trận lũ quét đột ngột vào mùa mưa và tình trạng thiếu nước vào mùa khô. Bên cạnh đó, vấn đề xói mòn và rửa trôi đất dốc cũng trở nên ngày càng trầm trọng. Khi lớp phủ thực vật bị mất đi, đất đai không còn được bảo vệ, dễ dàng bị cuốn trôi theo dòng nước mưa, làm mất đi lớp đất mặt màu mỡ, gây thoái hóa đất và bồi lắng lòng sông, hồ chứa. Những thách thức này đòi hỏi phải có những nghiên cứu sâu sắc về thủy văn rừng trồng để xây dựng các mô hình canh tác bền vững, góp phần bảo vệ đất, nước và ổn định sinh kế cho người dân.

2.1. Hiện trạng suy giảm độ che phủ và ảnh hưởng đến dòng chảy

Hoạt động tỉa thưa và khai thác gỗ phục vụ sinh hoạt đã làm giảm mật độ của các khu rừng trồng tại Bạch Thông. Tài liệu nghiên cứu cho thấy, mật độ hiện tại của rừng Keo tai tượng chỉ còn 78%, Mỡ còn 61% và Quế còn 70% so với mật độ trồng ban đầu. Sự suy giảm này trực tiếp làm giảm ảnh hưởng của độ che phủ tán lá. Khi tán rừng thưa, lượng mưa rơi thẳng xuống mặt đất tăng lên, động năng của hạt mưa không được triệt tiêu, dẫn đến phá vỡ kết cấu đất và làm tăng tốc độ hình thành dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm. Đây là nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng xói mòn và gia tăng nguy cơ lũ lụt cục bộ.

2.2. Áp lực từ hoạt động kinh tế lên hệ sinh thái rừng trồng

Nền kinh tế của Bạch Thông vẫn phụ thuộc nhiều vào nông lâm nghiệp. Áp lực dân số và nhu cầu phát triển kinh tế đã thúc đẩy các hoạt động khai thác tài nguyên rừng. Việc trồng các loại cây như Keo, Mỡ, Quế mang lại hiệu quả kinh tế nhưng nếu không được quản lý đúng cách sẽ gây ra những tác động tiêu cực. Chẳng hạn, việc trồng rừng thuần loài, mật độ không hợp lý có thể ảnh hưởng đến đa dạng sinh học và làm giảm khả năng giữ nước của đất rừng. Do đó, việc cân bằng giữa mục tiêu kinh tế và bảo vệ chức năng phòng hộ của rừng là một bài toán khó, cần có sự hỗ trợ từ các kết quả nghiên cứu khoa học thực tiễn.

III. Hướng dẫn phương pháp nghiên cứu thủy văn rừng tại thực địa

Để định lượng chính xác các đặc điểm thủy văn rừng trồng, nghiên cứu đã áp dụng một phương pháp luận khoa học chặt chẽ, kết hợp giữa khảo sát thực địa và phân tích trong phòng thí nghiệm. Phương pháp cốt lõi là sử dụng hệ thống các ô thí nghiệm (ÔTN) và ô tiêu chuẩn (ÔTC) được thiết lập định vị tại ba loại rừng trồng phổ biến: Quế, Keo tai tượng và Mỡ. Việc lựa chọn các vị trí này đảm bảo tính đại diện cho các điều kiện địa hình và thổ nhưỡng khác nhau của khu vực Bạch Thông. Tại các ô nghiên cứu, hàng loạt chỉ tiêu đã được thu thập một cách có hệ thống, bao gồm cấu trúc lâm phần (đường kính, chiều cao, độ tàn che), đặc điểm mưa, lượng nước lọt tán, lượng nước chảy men thân, và đặc biệt là dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm. Phương pháp này cho phép theo dõi và ghi nhận sự biến động của các yếu tố thủy văn theo từng trận mưa và trong suốt mùa mưa. Các số liệu thu thập được sau đó được xử lý bằng các phần mềm thống kê chuyên dụng như EXCEL và SPSS để phân tích mối tương quan và xây dựng các phương trình hồi quy, mô tả mối liên hệ giữa các yếu tố cấu trúc rừng và các thành phần trong cân bằng nước hệ sinh thái rừng.

3.1. Kỹ thuật bố trí ô thí nghiệm để đo lường dòng chảy mặt

Nghiên cứu đã thiết lập tổng cộng 9 ô thí nghiệm (ÔTN) đo dòng chảy, mỗi loại rừng trồng (Quế, Keo, Mỡ) có 3 ô. Các ô này có diện tích 100m² (10m x 10m) và được bố trí trên các cấp độ dốc điển hình (15-30 độ). Để đảm bảo thu gom toàn bộ lượng nước chảy bề mặt, xung quanh các ô được đắp gờ đất phủ nilon. Cạnh dưới của ô được thiết kế một rãnh thu nước dẫn vào một hố chứa, nơi lắp đặt đồng hồ đo nước có độ chính xác cao. Phương pháp này giúp định lượng chính xác dòng chảy mặt phát sinh sau mỗi trận mưa, tạo cơ sở so sánh hiệu quả ngăn cản dòng chảy giữa các loại hình rừng trồng.

3.2. Phương pháp thu thập và phân tích các chỉ tiêu thủy văn

Việc thu thập số liệu được tiến hành một cách toàn diện. Lượng mưa được đo bằng hệ thống ống đo đặt tại nơi trống và dưới tán rừng. Lượng nước chảy men thân được thu bằng máng quấn quanh gốc cây tiêu chuẩn. Khả năng giữ nước của đất rừng và các đặc tính như độ ẩm, độ xốp được xác định qua các mẫu đất lấy định kỳ. Lượng nước bốc thoát hơi được tính toán dựa trên phương pháp cân nhanh Ivanov và diện tích lá. Các công thức toán học chuyên ngành được áp dụng để tính toán các thành phần cân bằng nước, chẳng hạn như lượng nước giữ lại trên tán (TT = P - (MT + LT)), từ đó cung cấp một bức tranh chi tiết về chu trình thủy văn trong từng hệ sinh thái.

IV. Top kết quả về đặc điểm thủy văn của 3 loại rừng trồng

Kết quả nghiên cứu đã lượng hóa và so sánh một số đặc điểm thủy văn rừng trồng quan trọng giữa ba mô hình rừng Quế, Keo tai tượng và Mỡ tại Bạch Thông. Các phát hiện cho thấy sự khác biệt rõ rệt về khả năng điều tiết nước giữa các loại rừng, phụ thuộc vào đặc điểm cấu trúc lâm phần như mật độ, độ tàn che và khối lượng vật rơi rụng. Ví dụ, độ tàn che của rừng Keo tai tượng (0,73) cao hơn so với hai loại rừng còn lại, điều này có liên quan trực tiếp đến ảnh hưởng của độ che phủ tán lá trong việc ngăn cản nước mưa. Lượng nước giữ lại trên tán và khả năng giữ nước của lớp thảm mục cũng cho thấy sự khác biệt, phản ánh vai trò điều tiết nước của rừng ở mỗi trạng thái. Đặc biệt, phân tích về dòng chảy mặt cho thấy hệ số dòng chảy ở các trạng thái rừng đều thấp hơn nhiều so với đất trống, khẳng định vai trò tích cực của việc trồng rừng trong việc giảm thiểu xói mòn và lũ lụt. Những kết quả này là bằng chứng khoa học cụ thể, giúp đánh giá hiệu quả phòng hộ của từng loài cây, làm cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp kỹ thuật lâm sinh phù hợp nhằm nâng cao chức năng bảo vệ nguồn nước của rừng trồng.

4.1. So sánh chế độ dòng chảy mặt giữa các mô hình rừng

Một trong những kết quả nổi bật nhất là sự khác biệt về lượng nước chảy bề mặt. Bảng 4.11 trong tài liệu gốc cho thấy có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê về dòng chảy mặt giữa ba trạng thái rừng. Rừng Keo tai tượng và Mỡ thể hiện khả năng hạn chế dòng chảy tốt hơn so với rừng Quế. Cụ thể, hệ số dòng chảy mặt (tỷ lệ giữa dòng chảy mặt và lượng mưa) ở các trạng thái rừng biến động, nhưng đều thấp hơn đáng kể so với đất trống. Điều này chứng minh rằng việc duy trì một lớp phủ rừng, dù là rừng trồng, cũng có tác dụng to lớn trong việc làm chậm và giảm tổng lượng dòng chảy mặt, góp phần quan trọng vào việc chống xói mòn và rửa trôi đất dốc.

4.2. Phân tích mối quan hệ giữa cấu trúc rừng và cân bằng nước

Nghiên cứu đã xây dựng các phương trình tương quan, làm rõ mối liên hệ giữa các yếu tố cấu trúc rừng (độ dốc, độ xốp, độ che phủ) và lượng dòng chảy mặt. Kết quả cho thấy lượng dòng chảy bề mặt có mối tương quan chặt chẽ với một chỉ tiêu tổng hợp của các yếu tố trên. Điều này có nghĩa là một lâm phần có độ tàn che cao, lớp thảm tươi dày và đất có độ xốp tốt sẽ có khả năng điều tiết nước hiệu quả hơn. Việc phân tích cân bằng nước hệ sinh thái rừng (Bảng 4.20) cho thấy các thành phần như lượng nước thấm, lượng nước giữ lại trong đất và lượng bốc thoát hơi có sự khác biệt giữa các mô hình, cung cấp cái nhìn toàn diện về sự phân bổ nguồn nước dưới các loại rừng trồng.

V. Bí quyết trồng rừng và bảo vệ nguồn nước bền vững ở Bắc Kạn

Từ những kết quả phân tích sâu sắc, nghiên cứu đề xuất các giải pháp mang tính ứng dụng cao nhằm nâng cao hiệu quả phòng hộ của rừng trồng, hướng tới mục tiêu trồng rừng và bảo vệ nguồn nước một cách bền vững. Trọng tâm của các giải pháp là tác động vào cấu trúc rừng để tối ưu hóa chức năng thủy văn. Thay vì trồng rừng thuần loài, việc áp dụng các mô hình lâm nghiệp và biến đổi khí hậu thích ứng như trồng hỗn giao nhiều loài cây, nhiều tầng tán được khuyến khích. Điều này không chỉ làm tăng độ tàn che, đa dạng hóa lớp thảm mục mà còn cải thiện các đặc tính lý hóa của đất, từ đó nâng cao khả năng giữ nước của đất rừng. Bên cạnh các giải pháp kỹ thuật, việc nâng cao nhận thức cộng đồng và xây dựng các chính sách hỗ trợ người dân tham gia bảo vệ rừng là yếu tố then chốt. Cần có cơ chế chia sẻ lợi ích rõ ràng để người dân vừa có thể phát triển kinh tế từ rừng, vừa tích cực tham gia vào công tác quản lý và bảo vệ, đảm bảo sự hài hòa giữa con người và thiên nhiên trong bối cảnh quản lý lưu vực sông Cầu ngày càng phức tạp.

5.1. Đề xuất mô hình lâm nghiệp nâng cao khả năng điều tiết nước

Để tối ưu hóa vai trò điều tiết nước của rừng, cần ưu tiên các biện pháp kỹ thuật lâm sinh như duy trì mật độ cây hợp lý, không khai thác trắng mà áp dụng phương thức chặt chọn để luôn duy trì độ che phủ. Đặc biệt, cần chú trọng bảo vệ và phát triển lớp thảm thực vật dưới tán, bao gồm cây bụi và thảm cỏ, vì đây là yếu tố quan trọng bậc nhất trong việc ngăn cản dòng chảy mặt và chống xói mòn. Lựa chọn các loài cây có hệ rễ sâu, tán lá rộng và có khả năng tạo ra nhiều vật rơi rụng cũng là một giải pháp hiệu quả.

5.2. Hướng đi tương lai cho quản lý lưu vực sông Cầu bền vững

Trong tương lai, các nghiên cứu cần được mở rộng về quy mô và thời gian để có được bộ dữ liệu đầy đủ hơn. Việc ứng dụng các mô hình thủy văn hiện đại như mô hình thủy văn SWAT để mô phỏng và dự báo các kịch bản thay đổi sử dụng đất và biến đổi khí hậu lên tài nguyên nước là rất cần thiết. Công tác quản lý lưu vực sông Cầu cần được tiếp cận theo hướng tổng hợp, liên ngành, kết nối chặt chẽ giữa các địa phương từ thượng nguồn đến hạ nguồn, đảm bảo việc sử dụng và bảo vệ nguồn nước được thực hiện một cách công bằng và hiệu quả, vì sự phát triển chung của toàn khu vực.

Nghiên cứu đặc điểm thủy văn của rừng trồng tại huyện Bạch Thông, tỉnh Bắc Kạn

ĐẶT VẤN ĐỀ

1. Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Trên thế giới

1.2. Lượng nước mưa giữ lại trên tán

1.3. Lượng nước chảy men thân

1.4. Lượng nước mưa lọt tán

1.5. Lượng nước giữ bởi vật rơi rụng trong rừng

1.6. Lượng nước chảy bề mặt

1.7. Bốc hơi và thoát hơi nước

1.8. Lượng nước mưa giữ lại trên tán

1.9. Lượng nước chảy men thân

1.10. Lượng nước mưa lọt tán

1.11. Lượng nước hút giữ bởi vật rơi rụng

1.12. Lượng nước chảy bề mặt

1.13. Bốc và thoát hơi nước

2. Chương 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, GIỚI HẠN, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Mục tiêu nghiên cứu

2.1.1. Mục tiêu chung

2.1.2. Mục tiêu cụ thể

2.2. Đối tượng nghiên cứu

2.3. Phạm vi và giới hạn của đề tài

2.4. Nội dung nghiên cứu

2.4.1. Nghiên cứu đặc điểm hiện trạng rừng của một số loại rừng trồng:

2.4.2. Đặc điểm chế độ mưa của khu vực nghiên cứu

2.4.3. Nghiên cứu một số đặc điểm thủy văn cơ bản của rừng trồng và phân tích mối quan hệ giữa các nhân tốc với đặc điểm thủy văn cơ bản của rừng trồng trong khu vực

2.4.4. Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả phòng hộ của rừng trồng trong khu vực nghiên cứu

2.5. Phương pháp nghiên cứu

2.5.1. Phương pháp luận

2.5.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm

2.5.3. Phương pháp thu thập số liệu

2.5.4. Phương pháp xử lý số liệu

3. Chương 3: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU

3.1. Điều kiện tự nhiên

3.1.1. Vị trí địa lý, địa hình

3.1.2. Điều kiện khí hậu

3.2. Đặc điểm văn hóa xã hội

3.2.1. Nguồn nhân lực

3.3. Đặc điểm kinh tế

4. Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

4.1. Đặc điểm hiện trạng của một số trạng thái rừng trồng

4.1.1. Cấu trúc tầng cây cao

4.1.2. Độ che phủ của lớp cây bụi thảm tươi

4.1.3. Thảm khô, thảm mục

4.2. Đặc điểm địa hình, độ dốc, độ cao, loại đất, bề dày tầng đất và một số tính chất của đất rừng

4.3. Đặc điểm của chế độ mưa

4.4. Một số đặc điểm thủy văn cơ bản của rừng trồng và phân tích mối quan hệ giữa các nhân tốc với đặc điểm thủy văn cơ bản của rừng trồng trong khu vực

4.4.1. Lượng nước giữ lại trên tán

4.4.2. Lượng nước chảy men thân

4.4.3. Khả năng giữ nước của vật rơi rụng

4.4.4. Lượng nước chảy bề mặt

4.4.4.1. Các đặc trưng dòng chảy mặt

4.4.4.2. Biến thiên dòng chảy mặt theo lượng mưa

4.4.4.3. Mối liên hệ giữa dòng chảy mặt với lượng mưa và các nhân tố cấu trúc rừng

4.4.5. Khả năng bốc thoát hơi và khả năng giữ nước của các trạng thái rừng

4.4.5.1. Lượng nước bốc hơi và thoát hơi

4.4.5.2. Lượng nước thấm xuống đất

4.4.5.3. Lượng nước giữ lại trong đất

4.5. Một số giải pháp nâng cao hiệu quả phòng hộ của rừng trồng trong khu vực nghiên cứu

KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC