Tổng quan luận án
Công tác phòng cháy và chữa cháy rừng (PCCCR) là một trong những nhiệm vụ trọng tâm nhằm bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường sinh thái. Dưới tác động của biến đổi khí hậu (BĐKH), tần suất và cường độ của các hiện tượng thời tiết cực đoan ngày càng gia tăng, tạo áp lực lớn lên công tác quản lý bảo vệ rừng. BĐKH thúc đẩy nguy cơ cháy rừng thông qua bốn cơ chế chính: (1) Nhiệt độ không khí tăng, các đợt nắng nóng kéo dài; (2) Độ ẩm không khí và lượng mưa giảm, mùa khô hạn kéo dài; (3) Vận tốc gió, hướng gió và mùa thịnh hành của gió có sự dịch chuyển; (4) Thiên tai gia tăng làm biến đổi đặc trưng vật liệu cháy.
Tỉnh Quảng Bình có diện tích tự nhiên là 806.527 ha, diện tích đất lâm nghiệp theo quy hoạch 3 loại rừng đạt 641.574,79 ha, trong đó diện tích có rừng là 535.399,44 ha (rừng tự nhiên chiếm 476.897,29 ha; rừng trồng chiếm 58.502,15 ha). Rừng trồng, trảng cỏ cây bụi và rừng phi lao ven biển tại đây có nguy cơ cháy rất lớn. Trong giai đoạn 2003–2018, trên toàn tỉnh đã xảy ra 163 vụ cháy rừng với tổng diện tích rừng bị cháy hơn 700 ha. Riêng năm 2018, thời tiết nắng nóng gay gắt đã làm bùng phát 17 vụ cháy, gây thiệt hại 152 ha rừng (tăng 9 vụ và 100 ha so với năm 2017), đối tượng bị cháy chủ yếu là rừng keo, rừng thông nhựa và rừng phi lao.
Thực tiễn quản lý cháy rừng tại Quảng Bình đối mặt với 8 nhóm khó khăn và khoảng trống nghiên cứu:
- Mùa cháy kéo dài và biến động mạnh theo từng tiểu vùng, các phương pháp xác định mùa cháy hiện hành không còn phù hợp.
- Vùng trọng điểm cháy thường xuyên thay đổi, các phương pháp phân vùng truyền thống bộc lộ nhiều sai số.
- Phương pháp dự báo cháy rừng đang áp dụng chưa sát với thực tế do các thông số khí tượng đầu vào đã biến đổi dưới tác động của BĐKH.
- Diện tích các loại rừng dễ cháy tăng lên và phân bố liên tục hơn.
- Khối lượng vật liệu cháy tích lũy gia tăng mạnh sau các đợt thiên tai và sự cố môi trường.
- Khả năng lan tràn của các đám cháy tăng cao, trong khi các công trình phòng cháy hiện hữu chưa đáp ứng yêu cầu.
- Nguồn nước phục vụ chữa cháy trong mùa khô bị thiếu hụt nghiêm trọng.
- Trang thiết bị và phương tiện chữa cháy chuyên dụng chưa đáp ứng được yêu cầu thực tế.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định như sau:
- Mục tiêu chung: Xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn cho công tác quản lý cháy rừng theo hướng thích ứng với biến đổi khí hậu trên địa bàn tỉnh Quảng Bình, góp phần giảm thiểu thiệt hại do cháy rừng gây ra.
- Mục tiêu cụ thể:
- Đánh giá được thực trạng công tác quản lý cháy rừng ở tỉnh Quảng Bình;
- Xây dựng các chỉ số dự báo nguy cơ cháy rừng các tiểu vùng sinh thái của địa phương trong bối cảnh biến đổi khí hậu, trên cơ sở hiệu chỉnh các chỉ số dự báo trên phạm vi quốc gia;
- Xác định được các vùng trọng điểm cháy rừng cho từng tiểu vùng sinh thái của tỉnh Quảng Bình;
- Đề xuất được các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả công tác quản lý cháy rừng theo hướng thích ứng với biến đổi khí hậu và giảm thiểu thiệt hại do cháy rừng.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Phạm vi không gian: Thực hiện trên phạm vi tỉnh Quảng Bình, tập trung nghiên cứu sâu tại các địa bàn đại diện cho 3 tiểu vùng sinh thái: huyện Tuyên Hóa (đại diện tiểu vùng núi cao), huyện Quảng Trạch (đại diện tiểu vùng gò đồi) và thành phố Đồng Hới (đại diện tiểu vùng đồng bằng và cát ven biển).
- Phạm vi thời gian: Luận án triển khai từ tháng 10 năm 2014 đến tháng 9 năm 2018; chuỗi số liệu quan trắc khí tượng và thống kê cháy rừng được thu thập trong 15 năm (giai đoạn 2003–2018).
- Đối tượng nghiên cứu: Bao gồm 5 nhóm chính: (1) Trạng thái rừng trồng keo (Acacia spp.) 4–5 tuổi thuần loài và rừng trồng thông nhựa (Pinus merkusii) 10–20 tuổi thuần loài; (2) Các yếu tố khí hậu, khí tượng (nhiệt độ trung bình, nhiệt độ tối cao, nhiệt độ tối thấp, độ ẩm không khí, lượng bốc hơi, lượng mưa, số giờ nắng); (3) Dữ liệu các vụ cháy rừng lịch sử; (4) Hệ thống tổ chức và cơ chế quản lý cháy rừng của tỉnh trước và sau khi có Quyết định số 42/QĐ-UBND ngày 10/01/2017 của UBND tỉnh Quảng Bình; (5) Dữ liệu không gian, ảnh viễn thám và mô hình số độ cao.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Các công trình nghiên cứu về dự báo và quản lý cháy rừng trên thế giới đã hình thành từ đầu thế kỷ 20. Beal và Show (1914) tại Mỹ đã khởi xướng việc xác định khả năng cháy thông qua lớp thảm mục rừng. Weitmann (1918) xác lập tương quan giữa hàm lượng nước trong vật liệu cháy (thảm khô, thảm mục, cỏ dại) và khả năng phát sinh cháy rừng, chia mức độ nguy hiểm thành 5 cấp. Năm 1939, V. Nesterov (Liên Xô) đề xuất chỉ số tổng hợp $P$ dựa trên nhiệt độ và độ hụt bão hòa không khí lúc 13 giờ, được xem là nền tảng cho nhiều hệ thống dự báo tại Đức, Ba Lan, Tiệp Khắc. Năm 1973, Stoliaruk hoàn thiện việc tính chỉ số $P$ bằng cách bổ sung hệ số điều chỉnh $K$ theo lượng mưa ngày. Tại Australia, McArthur (1966, 1979) xây dựng chỉ số nguy cơ cháy rừng (FFDI) tích hợp nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc gió và hệ số khô hạn. Tại Trung Quốc, phương pháp Yangmei xác định chỉ tiêu bén lửa $I$ dựa trên nhiệt độ, độ ẩm lúc 14 giờ, lượng bốc hơi và số giờ nắng.
Về tác động của BĐKH, các công trình của Viện Scripps, Hennessy, Lucas và Nicholls (2005) tại Australia, Logan (2009) tại Mỹ, Johann Goldammer tại Đức và Trung tâm GCM tại Canada đều khẳng định nền nhiệt gia tăng làm cạn kiệt độ ẩm thực vật và đất, khiến số ngày có nguy cơ cháy cao tăng từ 25% đến 75% trong thế kỷ 21. Về công nghệ không gian, hệ thống EFFIS (Châu Âu), iForestFire (Croatia), mô hình GIS-CA của Yassemi và cs. (Canada), các nghiên cứu của Wimberly và Reilly (Appalachia), Akulak và Ozdemir (2008, Thổ Nhĩ Kỳ), Hussin và cs. (2008, Mông Cổ), Chowdhury và Quazi (2011, 2013, Canada) đã ứng dụng dữ liệu vệ tinh MODIS, NOAA-AVHRR, Landsat TM cùng phần mềm Arc-GIS để phát hiện điểm cháy sớm và thành lập bản đồ nguy cơ.
Tại Việt Nam, Thái Văn Trừng đã xây dựng bảng phân loại chế độ khô ẩm và chỉ số hạn ($S, A, D$). Phạm Ngọc Hưng (1988) đã cải tiến phương pháp Nesterov bằng việc xác lập hệ số $k$ theo lượng mưa ngày $a$ ($k=0$ khi $a \ge 5\text{ mm}$, $k=1$ khi $a < 5\text{ mm}$) và phân cấp nguy cơ cháy cho rừng thông Quảng Ninh, đồng thời đề xuất phương pháp dự báo theo số ngày khô hạn liên tục ($H$). Cooper (UNDP/FAO, 1989–1991) đã đưa thêm hệ số vận tốc gió vào chỉ số tổng hợp $P_m$, chia cấp cháy thành 4 bậc. Võ Đình Tiến (1995) xây dựng chỉ tiêu dự báo cháy theo 6 yếu tố khí tượng và kinh tế – xã hội tại Bình Thuận. Bế Minh Châu phân tích xu thế BĐKH tác động đến cháy rừng tại Sơn La, đồng thời chỉ ra hạn chế của chỉ tiêu $P$ và $H$ trong các giai đoạn chuyển mùa hoặc chịu tác động luân phiên của các khối khí quyển. Lê Sỹ Doanh (2014) phát triển chỉ số khí hậu $Q_i$ phản ánh nguy cơ cháy rừng theo BĐKH.
Về ứng dụng công nghệ không gian tại Việt Nam, đề tài cấp nhà nước tại U Minh và Tây Nguyên (2002–2005), nghiên cứu của Phạm Văn Cự và cs. (2004) sử dụng ảnh NOAA-AVHRR và MODIS, hệ thống FireWatch Việt Nam (2008) của Cục Kiểm lâm và Công ty GeoViệt, nghiên cứu của Thái Thành Lượm và cs. (2012) tại Kiên Giang, Vương Văn Quỳnh (2012) tại Hà Nội đã từng bước số hóa và tự động hóa công tác cảnh báo cháy.
| Tác giả / Tổ chức |
Năm |
Công trình / Đóng góp chính |
Phương pháp / Chỉ số sử dụng |
| Weitmann |
1918 |
Phân cấp nguy cơ cháy theo hàm lượng nước vật liệu cháy |
Độ ẩm vật liệu cháy: $<10%$ (Cực kỳ nguy hiểm) đến $\ge 25%$ (Không phát sinh) |
| V. Nesterov |
1939 |
Phương pháp chỉ tiêu khí tượng tổng hợp |
Chỉ số $P = \sum (t_i \times d_i)$ lúc 13 giờ |
| McArthur |
1966, 1979 |
Hệ thống đánh giá nguy hiểm cháy rừng Australia |
Chỉ số FFDI kết hợp nhiệt độ, độ ẩm, gió và khô hạn |
| Stoliaruk |
1973 |
Bổ sung hệ số điều chỉnh theo lượng mưa ngày cho chỉ số $P$ |
Hệ số $K$ từ 0 (mưa $>20\text{ mm}$) đến 1 (mưa $0\text{ mm}$) |
| Thái Văn Trừng |
— |
Phân loại chế độ ẩm và các chỉ số khô hạn tại Việt Nam |
Chỉ số $S, A, D$, lượng mưa và độ ẩm tương đối |
| Phạm Ngọc Hưng |
1988 |
Hiệu chỉnh chỉ số $P$ với lượng mưa $\ge 5\text{ mm}$ tại Quảng Ninh |
Chỉ số $P$ hiệu chỉnh và số ngày khô hạn liên tục $H$ |
| Cooper (FAO/UNDP) |
1989–1991 |
Bổ sung yếu tố vận tốc gió vào dự báo cháy rừng tại Việt Nam |
Chỉ số $P_m = P \times \text{hệ số gió}$ (chia 4 cấp nguy hiểm) |
| Võ Đình Tiến |
1995 |
Dự báo nguy cơ cháy rừng theo tháng tại Bình Thuận |
6 yếu tố khí tượng và tần suất người vào rừng |
| Bế Minh Châu |
2012 |
Đánh giá BĐKH tại Sơn La; phát triển phần mềm cảnh báo |
Phân loại nguy cơ theo trạng thái rừng và BĐKH |
| Cục Kiểm lâm / GeoViệt |
2008 |
Xây dựng hệ thống FireWatch Việt Nam |
Thu nhận ảnh MODIS/AVHRR, phát hiện điểm cháy tự động |
Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết: Mặc dù các phương pháp dự báo đã được nghiên cứu ở cấp quốc gia, nhưng tại tỉnh Quảng Bình – địa bàn có địa hình hẹp, phân hóa phức tạp thành 3 tiểu vùng sinh thái rõ rệt và chịu tác động gay gắt của gió Tây Nam – chưa từng có công trình nào đánh giá toàn diện tác động của BĐKH đến cháy rừng; chưa có nghiên cứu hiệu chỉnh chỉ tiêu $P$ và lượng mưa ý nghĩa riêng cho từng tiểu vùng; chưa ứng dụng phương pháp phân tích đa chiều (MDAS) trong xác định mùa cháy; và chưa tích hợp viễn thám, GIS với mô hình phân tích thứ bậc mờ (FAHP) theo các kịch bản BĐKH (RCP4.5) để phân vùng trọng điểm cháy rừng cấp tỉnh.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết và khung phân tích
Luận án vận dụng hệ thống lý thuyết quản lý lửa rừng của FAO, lý thuyết phân loại 3 tầng phân bố vật liệu cháy (cháy dưới tán, cháy tán rừng, cháy ngầm), lý thuyết biến đổi khí hậu của IPCC và khung kịch bản phát thải khí nhà kính RCP4.5 do Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành năm 2016. Khung phân tích dự báo cháy dựa trên mối quan hệ tương tác giữa các yếu tố khí hậu – thời tiết (nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, gió), đặc tính vật liệu cháy (khối lượng, độ ẩm $W_{vlc13}$) và các nhân tố địa hình, con người.
Phương pháp nghiên cứu thực tế
Luận án kết hợp đồng bộ các phương pháp định tính và định lượng:
- Phương pháp định tính và phân tích thể chế:
- Thu thập, rà soát hệ thống văn bản chỉ đạo quản lý cháy rừng tại địa phương.
- Đánh giá cơ cấu tổ chức, chức năng, nhiệm vụ của Ban chỉ đạo và Tổ đội PCCCR cấp tỉnh, huyện, xã theo Quyết định số 889/QĐ-UBND (14/04/2014) và Quyết định số 42/QĐ-UBND (10/01/2017) của UBND tỉnh Quảng Bình.
- Phương pháp điều tra thực nghiệm hiện trường:
- Thiết lập hệ thống ô tiêu chuẩn (OTC) định vị bằng GPS tại 3 tiểu vùng sinh thái: vùng đồng bằng (ĐBTh: rừng thông, ĐBk: rừng keo), vùng gò đồi (GĐTh: rừng thông, GĐk: rừng keo), vùng cao (VCTh: rừng thông, VCk: rừng keo).
- Đo đếm các chỉ tiêu lâm học: chiều cao cây bụi ($H_{cb}$), thu mẫu xác định khối lượng thảm tươi ($M_{tt}$), khối lượng thảm khô ($M_{tk}$), và xác định độ ẩm vật liệu cháy lúc 13 giờ ($W_{vlc13}$) bằng phương pháp sấy khô kiệt ở nhiệt độ 105 °C.
- Phương pháp toán thống kê và phân tích đa biến:
- Sử dụng biểu đồ sinh thái Gaussen-Walter để đối sánh diễn biến nhiệt độ, lượng mưa và độ ẩm.
- Ứng dụng phương pháp phân tích tỷ lệ đa chiều (Multidimensional Scaling - MDAS) với mô hình khoảng cách Euclid (Euclidean distance model) để phân tích tập hợp các biến khí tượng ($P, H, TdT, S$), từ đó phân nhóm và xác định ranh giới mùa cháy cho từng tiểu vùng sinh thái.
- Thiết lập các phương trình tương quan hồi quy phi tuyến giữa độ ẩm vật liệu cháy ($W_{vlc}$) và chỉ số tổng hợp $P$ cho từng loài cây và tiểu vùng sinh thái.
- Phương pháp phân tích thứ bậc mờ (FAHP) và công nghệ địa không gian (GIS - Viễn thám):
- Sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 các năm 2013 và 2016 để giải đoán biến động lớp phủ thực vật và xử lý kênh nhiệt nhằm chiết xuất nhiệt độ bề mặt đất (LST).
- Sử dụng mô hình số độ cao (DEM) trích xuất dữ liệu độ cao, độ dốc, hướng phơi sườn đồi.
- Ứng dụng ma trận so sánh cặp đôi FAHP và chỉ số ngẫu nhiên RI của Saaty để tính toán trọng số của 7 nhân tố ảnh hưởng đến nguy cơ cháy: (1) Lớp phủ thực vật, (2) Nhiệt độ bề mặt, (3) Khoảng cách đến đường giao thông và khu dân cư, (4) Độ cao địa hình, (5) Độ dốc, (6) Hướng phơi sườn dốc, (7) Mạng lưới thủy văn.
- Chồng xếp không gian trên phần mềm Arc-GIS để thành lập bản đồ phân vùng nguy cơ cháy rừng hiện trạng và bản đồ dự báo nguy cơ cháy theo kịch bản gia tăng nhiệt độ RCP4.5 giai đoạn 2046–2065.
Nguồn tư liệu và dữ liệu
- Dữ liệu khí tượng 15 năm (2003–2018) từ 7 trạm khí tượng thủy văn trên địa bàn tỉnh: Tuyên Hóa, Đồng Tâm, Mai Hóa, Ba Đồn, Đồng Hới, Kiến Giang, Lệ Thủy.
- Số liệu thống kê 163 vụ cháy rừng, hồ sơ quản lý và phương tiện PCCCR từ Chi cục Kiểm lâm tỉnh Quảng Bình.
- Ảnh vệ tinh Landsat 8 (năm 2013, 2016), bản đồ địa hình tỷ lệ 1/25.000, bản đồ quy hoạch 3 loại rừng từ Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và PTNT Quảng Bình.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan tài liệu
Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận và thực tiễn về cháy rừng, BĐKH và các phương pháp dự báo trên thế giới và tại Việt Nam:
- Phân tích bản chất của 3 loại cháy rừng: Cháy dưới tán (cháy lướt mặt đất vận tốc 180–300 m/h và cháy chậm ổn định phá hủy hoàn toàn lớp tái sinh); Cháy tán rừng (phát triển từ cháy mặt đất khi có gió mạnh); Cháy ngầm (cháy âm ỉ ở tầng mùn, than bùn sâu 0,8–1 m với tốc độ 0,5–5,0 m/ngày, điển hình như cháy rừng tràm U Minh Thượng và U Minh Hạ năm 2001–2002 làm thiệt hại trên 5.400 ha).
- Khái quát nguyên nhân BĐKH toàn cầu do phát thải khí nhà kính: Nồng độ $\text{CO}_2$ tăng từ mức tiền công nghiệp (260–300 ppm) lên 379 ppm năm 2005 (tăng 31%) và dự báo đạt 500 ppm năm 2050. Tổng hợp các kịch bản nhiệt độ toàn cầu của IPCC đến năm 2080 (mức tăng từ 1,8 °C ở kịch bản B1 đến 4,0 °C ở kịch bản A1F1).
- Đánh giá các kịch bản BĐKH tại Việt Nam và tỉnh Quảng Bình: Nhiệt độ trung bình năm tại Quảng Bình trong 50 năm (1964–2014) tăng 0,82 °C (khoảng 0,044 °C/năm); nhiệt độ tối cao giai đoạn 1991–2014 tăng 0,25 °C/năm; theo kịch bản RCP4.5, nhiệt độ mùa hè tại Quảng Bình dự kiến tăng 0,8 °C (giai đoạn 2016–2035), 1,8 °C (giai đoạn 2046–2065) và 2,5 °C (giai đoạn 2080–2099).
- Tổng kết các thang phân cấp nguy cơ cháy rừng theo chỉ tiêu $P$ của Nesterov, hệ số $K$ theo lượng mưa ngày của Stoliaruk (1973), thang phân cấp theo độ ẩm vật liệu cháy của Weitmann (1918), công thức bổ sung gió của Cooper (1989–1991) và phân cấp theo Quyết định số 127/2000/QĐ-BNN-KL.
- Điểm luận các ứng dụng GIS, viễn thám trong giám sát cháy rừng (MODIS, NOAA-AVHRR, hệ thống FireWatch Việt Nam).
| Cấp cháy |
Chỉ số tổng hợp $P$ (Nesterov) |
Hàm lượng nước trong VLC (Weitmann) |
Cấp nguy hiểm (QĐ 127/2000/QĐ-BNN-KL) |
| Cấp I |
$\le 300$ |
$\ge 25%$ |
Thấp (Ít có khả năng cháy rừng) |
| Cấp II |
$301 - 500$ |
$15 - 25%$ |
Trung bình (Có khả năng xảy ra cháy) |
| Cấp III |
$501 - 1.000$ |
$13 - 15%$ |
Cao (Thời tiết khô hanh, dễ cháy) |
| Cấp IV |
$1.001 - 4.000$ |
$10 - 13%$ |
Nguy hiểm (Nắng hạn dài ngày, cháy lan nhanh) |
| Cấp V |
$> 4.000$ |
$< 10%$ |
Cực kỳ nguy hiểm (Khô kiệt, cháy lớn trên diện rộng) |
Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Chương 2 trình bày chi tiết thiết kế nghiên cứu, hệ phương pháp thu thập và xử lý số liệu:
- Mô tả đặc điểm 3 tiểu vùng sinh thái đại diện tại Quảng Bình và lý do lựa chọn chuỗi thời gian 15 năm (2003–2018).
- Quy trình lập 6 ô tiêu chuẩn nghiên cứu (ĐBTh, ĐBk, GĐTh, GĐk, VCTh, VCk), phương pháp lấy mẫu đo đếm thảm tươi ($M_{tt}$), thảm mục ($M_{tk}$), chiều cao tầng cây bụi ($H_{cb}$) và đo độ ẩm vật liệu cháy ($W_{vlc13}$).
- Thuật toán phân tích đa chiều MDAS từ ma trận khoảng cách Euclid của các biến khí tượng nhằm phân lập ranh giới các tháng thuộc mùa cháy tại từng tiểu vùng.
- Phương pháp tính toán chỉ số tổng hợp $P$ hiệu chỉnh theo công thức:
$$P = \sum_{i=1}^n (t_i \times d_i) \times k$$
Trong đó $t_i$ là nhiệt độ không khí lúc 13 giờ (°C), $d_i$ là độ thiếu hụt bão hòa độ ẩm lúc 13 giờ (mb), $n$ là số ngày không mưa hoặc mưa dưới ngưỡng lượng mưa ý nghĩa, $k$ là hệ số điều chỉnh lượng mưa.
- Quy trình phân tích thứ bậc mờ FAHP: Xác lập ma trận so sánh cặp đôi, kiểm tra tỷ số nhất quán $CR$ thông qua chỉ số ngẫu nhiên $RI$ của Saaty để chuẩn hóa trọng số các nhân tố.
- Quy trình xử lý ảnh vệ tinh Landsat 8 (năm 2013 và 2016): Hiệu chỉnh bức xạ, chuyển đổi giá trị số (DN) sang nhiệt độ bức xạ bề mặt đất (kênh nhiệt TIRS), giải đoán lớp phủ và phân hạng nguy cơ cháy trên nền tảng Arc-GIS.
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm và thảo luận học thuật:
- Đặc điểm tự nhiên và kinh tế – xã hội: Khí hậu Quảng Bình mang tính chất nhiệt đới gió mùa nhưng chịu ảnh hưởng sâu sắc của hiệu ứng phơn (gió Tây Nam khô nóng). Diện tích nương rẫy phân bố tập trung tại các huyện miền núi (Tuyên Hóa, Minh Hóa, Bố Trạch) với tập quán canh tác đốt nương rẫy của đồng bào dân tộc thiểu số là một trong những nguồn lửa tiềm tàng gây cháy rừng.
- Thực trạng cháy rừng giai đoạn 2003–2018: Toàn tỉnh xảy ra 163 vụ cháy, diện tích thiệt hại hơn 700 ha. Mùa cháy tập trung chủ yếu từ tháng 3 đến tháng 8 hàng năm, đỉnh điểm là các tháng 5, 6, 7 (chiếm trên 70% tổng số vụ). Rừng keo và thông nhựa có cấu trúc thảm tươi cây bụi dày, khối lượng vật liệu cháy khô ($M_{tk}$) tích lũy dưới tán rất cao, làm tăng tính bắt lửa.
- Đánh giá công tác quản lý: Hệ thống tổ chức PCCCR chuyển biến rõ rệt sau khi thực hiện kiện toàn lực lượng từ Quyết định 889/QĐ-UBND (2014) sang Quyết định số 42/QĐ-UBND (2017) của UBND tỉnh Quảng Bình, phân định rõ trách nhiệm của chính quyền các cấp, Ban chỉ huy PCCCR và lực lượng Kiểm lâm.
- Xác định mùa cháy bằng phân tích đa chiều MDAS: Kết quả phân tích đồ hình đa chiều MDAS cho thấy đặc trưng khí tượng giữa các tiểu vùng có sự phân hóa mạnh:
- Tiểu vùng núi cao (Tuyên Hóa): Mùa cháy kéo dài từ tháng 4 đến tháng 8.
- Tiểu vùng gò đồi (Quảng Trạch): Mùa cháy diễn ra từ tháng 3 đến tháng 8.
- Tiểu vùng đồng bằng và cát ven biển (Đồng Hới): Mùa cháy tập trung từ tháng 4 đến tháng 8.
- Hiệu chỉnh chỉ số dự báo cháy rừng:
- Xác định ngưỡng lượng mưa ý nghĩa làm triệt tiêu nguy cơ cháy rừng tại Quảng Bình là $\ge 5\text{ mm}$ (thay vì ngưỡng $3\text{ mm}$ theo quy chuẩn cũ năm 1992 của Cục Kiểm lâm).
- Thiết lập các phương trình tương quan giữa hàm lượng nước trong vật liệu cháy ($W_{vlc}$) và chỉ số tổng hợp $P$ cho trạng thái rừng keo và thông nhựa tại 3 tiểu vùng, chỉ ra mối quan hệ nghịch chặt chẽ ($R^2$ đạt từ 0,75 đến 0,89).
- Xây dựng bảng phân cấp dự báo nguy cơ cháy rừng hiệu chỉnh theo chỉ số $P$ cho tỉnh Quảng Bình, nâng ngưỡng cấp IV và cấp V để phản ánh đúng thực tế các đợt nắng nóng gay gắt kéo dài.
- Phân vùng trọng điểm cháy rừng bằng GIS và FAHP:
- Giải đoán biến động lớp phủ giai đoạn 2013–2016 từ ảnh Landsat 8 ghi nhận diện tích rừng trồng tăng nhưng phân bố manh mún, xen kẽ nương rẫy.
- Xác lập trọng số 7 nhân tố ảnh hưởng qua FAHP: Lớp phủ thực vật (trọng số cao nhất), Nhiệt độ bề mặt đất, Khoảng cách giao thông/dân cư, Độ dốc, Độ cao, Hướng dốc và Thủy văn.
- Thành lập bản đồ phân vùng nguy cơ cháy tỉnh Quảng Bình: Xác định diện tích thuộc cấp IV (Nguy hiểm) và cấp V (Cực kỳ nguy hiểm) tập trung lớn tại các dải rừng thông, rừng keo thuộc vùng gò đồi và cát ven biển.
- Mô phỏng dự báo theo kịch bản RCP4.5 giai đoạn 2046–2065: Khi nhiệt độ trung bình mùa hè tăng thêm 1,8 °C, diện tích có nguy cơ cháy ở cấp IV và cấp V mở rộng đáng kể sang các sườn dốc phía Tây thuộc tiểu vùng núi cao.
- Đề xuất 6 nhóm giải pháp quản lý:
- Nâng cao năng lực tổ chức và trang thiết bị: Kiện toàn ban chỉ đạo các cấp theo Quyết định 42/QĐ-UBND; đầu tư máy bơm nước công suất cao, thiết bị định vị GPS, camera quan sát lửa rừng.
- Giải pháp công nghệ: Ứng dụng GIS, ảnh viễn thám và hệ thống FireWatch trong cập nhật tự động bản đồ nguy cơ và phát hiện sớm điểm cháy.
- Giải pháp quy hoạch: Bố trí hệ thống đường băng cản lửa (băng trắng và băng cây xanh chịu lửa), xây dựng các hồ, bể trữ nước phục vụ chữa cháy trong mùa khô.
- Giải pháp chính sách: Hoàn thiện cơ chế giao khoán bảo vệ rừng; hỗ trợ sinh kế và hướng dẫn kỹ thuật đốt nương rẫy an toàn cho đồng bào dân tộc thiểu số.
- Giải pháp công tác dự báo: Ban hành quy trình tra cứu cấp cháy dựa trên bảng chỉ số $P$ đã hiệu chỉnh và phân vùng mùa cháy riêng cho 3 tiểu vùng sinh thái.
- Giải pháp chỉ đạo thực hiện: Tăng cường cơ chế phối hợp tác chiến liên ngành giữa Kiểm lâm, Công an, Quân đội và chính quyền cơ sở theo phương châm 4 tại chỗ.
Kết quả và những đóng góp mới
Đóng góp mới về lý luận và khoa học
- Ứng dụng phân tích đa biến trong phân chia mùa cháy: Lần đầu tiên phương pháp phân tích tỷ lệ đa chiều (MDAS) được áp dụng để phân tích tổng hợp các yếu tố khí tượng ($P, H, TdT, S$), làm rõ ranh giới mùa cháy đặc thù cho từng tiểu vùng sinh thái (núi cao, gò đồi, đồng bằng ven biển) tại một tỉnh thuộc vùng Bắc Trung Bộ.
- Hiệu chỉnh hệ thống chỉ số dự báo cháy rừng: Đã xác định chính xác lượng mưa ý nghĩa ($\ge 5\text{ mm}$) và hiệu chỉnh các ngưỡng phân cấp chỉ tiêu tổng hợp $P$ của V. Nesterov phù hợp với điều kiện vi khí hậu khắc nghiệt của Quảng Bình; xác lập hệ thống phương trình tương quan giữa độ ẩm vật liệu cháy ($W_{vlc13}$) và chỉ số $P$ cho hai loài cây trồng chủ lực (keo và thông nhựa).
- Tích hợp FAHP, GIS và kịch bản BĐKH: Xây dựng quy trình tích hợp mô hình phân tích thứ bậc mờ (FAHP) với công nghệ viễn thám (Landsat 8) và GIS để thành lập bản đồ phân vùng trọng điểm cháy rừng đa tiêu chí; mô phỏng không gian nguy cơ cháy theo kịch bản gia tăng nhiệt độ RCP4.5 của IPCC và Bộ Tài nguyên và Môi trường.
Đóng góp mới về thực tiễn và giải pháp
- Cung cấp bộ bản đồ số hóa tỷ lệ chi tiết về hiện trạng lớp phủ, nhiệt độ bề mặt đất và phân vùng nguy cơ cháy rừng cho Chi cục Kiểm lâm tỉnh Quảng Bình và các đơn vị chủ rừng.
- Đề xuất hệ thống 6 nhóm giải pháp quản lý cháy rừng đồng bộ (tổ chức, công nghệ, quy hoạch, chính sách, dự báo và chỉ đạo điều hành), làm căn cứ thực tiễn để địa phương xây dựng đề án thích ứng BĐKH trong lâm nghiệp giai đoạn mới.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Luận án tập trung khảo sát thực nghiệm chuyên sâu trên hai loài rừng trồng chủ yếu là Keo (Acacia spp.) và Thông nhựa (Pinus merkusii); các kiểu rừng tự nhiên phục hồi, rừng tre nứa và dải rừng phi lao phòng hộ ven biển chưa được bố trí hệ thống ô tiêu chuẩn dày đặc để đo đếm động thái vật liệu cháy. Bên cạnh đó, mô hình dự đoán tương lai mới chỉ mô phỏng theo kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình thấp (RCP4.5) dựa trên biến nhiệt độ, chưa tích hợp đồng thời kịch bản cực đoan về biến động gió và bốc hơi theo thời gian thực.
- Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu thực nghiệm xác định đặc tính vật liệu cháy và chỉ số bén lửa cho các trạng thái rừng tự nhiên nghèo kiệt và rừng phòng hộ ven biển; nghiên cứu tích hợp ảnh viễn thám độ phân giải không gian và thời gian cao hơn (như Sentinel, VIIRS) kết hợp mạng lưới trạm cảm biến vi khí hậu tự động (IoT) để tự động hóa công tác cảnh báo cháy rừng theo thời gian thực.
Giá trị tham khảo
- Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên ngành Lâm học, Quản lý tài nguyên rừng, Biến đổi khí hậu: Luận án là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp luận kết hợp giữa toán thống kê đa biến (MDAS), phân tích đa tiêu chí (FAHP) và công nghệ địa không gian (GIS/Viễn thám) trong nghiên cứu quản lý lửa rừng.
- Đối với Chi cục Kiểm lâm tỉnh Quảng Bình, Ban Chỉ huy PCCCR các cấp và các chủ rừng (Công ty MTV LCN Long Đại, các Ban quản lý rừng phòng hộ): Luận án cung cấp trực tiếp bảng tra cấp dự báo cháy rừng hiệu chỉnh theo 3 tiểu vùng, bản đồ phân vùng trọng điểm nguy cơ cháy và quy trình bố trí công trình phòng cháy (đường băng cản lửa, nguồn nước) sát với thực địa.
- Đối với cơ quan quản lý nhà nước (Sở Nông nghiệp và PTNT, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Bình): Kết quả phân vùng nguy cơ cháy theo kịch bản RCP4.5 cung cấp luận cứ khoa học để lồng ghép vào quy hoạch lâm nghiệp bền vững và kế hoạch hành động ứng phó BĐKH cấp tỉnh.
Câu hỏi thường gặp
1. Chỉ tiêu tổng hợp $P$ của V. Nesterov được hiệu chỉnh như thế nào trong luận án?
Luận án đã hiệu chỉnh ngưỡng lượng mưa ý nghĩa làm triệt tiêu nguy cơ cháy từ $3\text{ mm}$ (theo quy chuẩn cũ của Cục Kiểm lâm năm 1992) lên $\ge 5\text{ mm}$, đồng thời nâng ngưỡng giá trị $P$ ở các cấp nguy hiểm cao (cấp IV và V) dựa trên hệ thống phương trình tương quan giữa chỉ số $P$ và hàm lượng nước thực tế trong vật liệu cháy ($W_{vlc13}$) của rừng keo và rừng thông nhựa tại 3 tiểu vùng sinh thái.
2. Tình hình cháy rừng tại tỉnh Quảng Bình giai đoạn 2003–2018 có đặc điểm gì nổi bật?
Trong 15 năm (2003–2018), toàn tỉnh xảy ra 163 vụ cháy với hơn 700 ha rừng bị thiêu rụi. Các vụ cháy tập trung cao điểm từ tháng 3 đến tháng 8 hàng năm (chiếm trên 70% số vụ). Riêng năm 2018, nắng nóng gay gắt đã gây ra 17 vụ cháy, thiệt hại 152 ha rừng, chủ yếu xảy ra trên các diện tích rừng trồng keo, thông nhựa và phi lao ven biển.
3. Phương pháp phân tích đa chiều (MDAS) đóng vai trò gì trong luận án?
Phương pháp MDAS sử dụng mô hình khoảng cách Euclid để phân tích đồng thời tập hợp các biến khí tượng ($P, H, TdT, S$) tại 7 trạm quan trắc. Kết quả phân tích đồ hình đa chiều đã chỉ ra sự khác biệt rõ rệt về thời gian bắt đầu và kết thúc mùa cháy giữa 3 tiểu vùng sinh thái (núi cao, gò đồi, đồng bằng ven biển), khắc phục nhược điểm của việc áp dụng mùa cháy chung cho toàn tỉnh.
4. Bản đồ phân vùng nguy cơ cháy rừng của tỉnh được xây dựng dựa trên những nhân tố nào?
Bản đồ được xây dựng bằng cách tích hợp công nghệ GIS và ma trận so sánh cặp đôi FAHP trên 7 lớp nhân tố chuyên đề: Hiện trạng lớp phủ thực vật (giải đoán từ ảnh Landsat 8), Nhiệt độ bề mặt đất (tính từ kênh nhiệt), Khoảng cách đến đường giao thông và khu dân cư, Độ cao địa hình (DEM), Độ dốc, Hướng phơi sườn dốc và Mạng lưới thủy văn.
5. Kịch bản biến đổi khí hậu nào được lựa chọn để mô phỏng nguy cơ cháy rừng trong tương lai?
Luận án sử dụng kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình thấp RCP4.5 (theo kịch bản BĐKH năm 2016 của Bộ Tài nguyên và Môi trường). Kết quả mô phỏng cho thấy vào giai đoạn 2046–2065, khi nhiệt độ mùa hè tại Quảng Bình tăng trung bình 1,8 °C (biên độ 1,2–2,9 °C), diện tích rừng thuộc cấp nguy hiểm (cấp IV) và cực kỳ nguy hiểm (cấp V) sẽ gia tăng và mở rộng đáng kể về phía các huyện miền núi.
Kết luận
Luận án đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn cho công tác quản lý cháy rừng thích ứng với biến đổi khí hậu tại tỉnh Quảng Bình. Công trình đã làm rõ quy luật biến động khí hậu 15 năm (2003–2018), đặc điểm phân bố vật liệu cháy dưới tán rừng keo, rừng thông và phân lập chính xác mùa cháy cho 3 tiểu vùng sinh thái bằng phương pháp phân tích đa chiều MDAS. Việc hiệu chỉnh chỉ tiêu dự báo tổng hợp $P$ cùng quy trình tích hợp FAHP và GIS trên nền ảnh Landsat 8 theo kịch bản RCP4.5 đã nâng cao độ chính xác trong phân vùng trọng điểm nguy cơ cháy rừng cấp tỉnh. Hệ thống 6 nhóm giải pháp quản lý được đề xuất là cơ sở thực tiễn quan trọng phục vụ quy hoạch lâm nghiệp bền vững và giảm thiểu thiệt hại do cháy rừng tại địa phương.
