Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về cháy rừng và quản lý lửa rừng Về mặt kỹ thuật, lửa là sự kết hợp nhanh chóng của các yếu tố: vật liệu cháy (VLC), nhiệt và oxy. Nói chung cần có nguồn nhiệt bên ngoài để bắt lửa. Nhiệt là năng lượng và được đo bằng nhiệt độ.
Vật liệu cháy được coi là bất kỳ vật chất nào có thể cháy được. Trong rừng, VLC bao gồm thảm thực vật sống, thảm thực vật chết, cành cây, lá cây, cây chết đứng và các công trình bằng gỗ do con người xây dựng [Anon và cộng sự, 1999]. Trong tài liệu Thuật ngữ lâm nghiệp của Bộ NN&PTNT, cháy rừng là sự kiện lửa phát sinh trong một khu rừng, tác động hoặc làm tiêu hủy một số hoặc toàn bộ các thành phần của khu rừng đó. Đám cháy rừng có thể là đám cháy được kiểm soát trong kỹ thuật lâm sinh hoặc đám cháy không thể kiểm soát [Vụ KHCN, Bộ NN&PTNT, 1996].
Ngoài ra, trong tài liệu về quản lý lửa rừng, FAO đưa ra khái niệm về cháy rừng và đến nay thường được sử dụng: “Cháy rừng là sự xuất hiện và lan truyền của những đám cháy trong rừng mà không nằm trong sự kiểm soát của con người; gây nên những tổn thất nhiều mặt về tài nguyên, của cải và môi trường” [Bế Minh Châu, 2012]. Để đảm bảo công tác PCCCR, chúng ta cần quản lý lửa rừng. Theo quan điểm của tổ chức FAO thì Quản lý lửa rừng là mọi hoạt động cần thiết để bảo vệ rừng không bị cháy cùng với việc sử dụng lửa nhằm đáp ứng những mục tiêu trong quản lý đất đai. Những hoạt động này bao gồm các nội dung chính: phòng cháy, chữa cháy, sử dụng lửa và phục hồi rừng sau cháy [Craig và cộng sự, 1983], [Timo và cộng sự, 2007].
Muốn nâng cao hiệu quả công tác quản lý lửa rừng, chúng ta cần phải hiểu được các yếu tố gây ra cháy rừng và yếu tố ảnh hưởng. Yếu tố gây cháy (nguồn lửa): Nguồn lửa gây cháy rừng có thể do tự nhiên hoặc do các hoạt động dùng lửa ở trong rừng và ven rừng của con người gây ra. Các yếu tố tự nhiên 7 như tia sét, núi lửa phun, v. Những yếu tố ảnh hưởng chủ yếu tới sự phát sinh và phát triển của cháy rừng: (1) Đặc điểm lâm phần (kiểu rừng, cấu trúc lâm phần) và VLC với các đặc trưng như: loại, kích thước, sự sắp xếp và phân bố, độ ẩm, khối lượng.
(2) Địa hình là một thông số quan trọng, trong đó độ dốc, hướng dốc và độ cao đóng vai trò chính trong sự phát triển của đám cháy rừng. Thảm thực vật và vật liệu cháy (VLC): Có mối quan hệ chặt chẽ giữa kiểu thảm thực vật với cường độ và tần suất cháy rừng do mỗi kiểu thảm thực vật có mức độ dễ cháy khác nhau. VLC là một thông số quan trọng vì nó ảnh hưởng đến khả năng bắt lửa cũng như cường độ cháy rừng [Pyne và cộng sự, 1996]. Các đặc điểm địa hình như độ dốc, độ cao có thể ảnh hưởng đến sự lan tràn và cường độ của đám cháy rừng.
Nói chung, lửa di chuyển lên dốc nhanh hơn so với xuống dốc [Kushla & Ripple, 1997; Butler và cộng sự, 2007]. Lượng bức xạ mặt trời và kiểu thảm thực vật cũng là các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ cháy và khả năng lan truyền đám cháy. Độ cao ảnh hưởng đến lượng mưa cũng như tốc độ gió và do đó ảnh hưởng đến khả năng bắt lửa của VLC. Thời tiết là một yếu tố động trong môi trường cháy và thay đổi thường xuyên.
“Nhiệt độ”, “độ ẩm tương đối”, “tốc độ gió” và “lượng mưa” là các yếu tố thời tiết chính ảnh hưởng tới cháy rừng. Chúng ảnh hưởng đến thời gian và mức độ khô của thảm thực vật trong mùa hè. Sự thay đổi nhiệt độ và độ ẩm tương đối ảnh hưởng đến cường độ và tốc độ lan truyền của đám cháy trong một tập hợp các điều kiện khí tượng nhất định. Nhiệt độ không khí là một biến số thiết yếu, nó ảnh hưởng trực tiếp đến nhiệt độ của vật liệu cháy và ảnh hưởng gián tiếp đến độ ẩm tương đối và mất độ ẩm trong thảm thực vật.
Nhiệt độ không khí có tác động đáng kể đến sự lan rộng và cường độ của đám cháy ở các đồng cỏ ở Nam Phi [Mapiye và cộng sự, 8 2008; N’Dri và cộng sự, 2018]. Độ ẩm tương đối có ảnh hưởng đến độ ẩm của thảm thực vật và có tương quan thuận với độ ẩm VLC. Tốc độ gió ảnh hưởng đến hành vi cháy vì nó cung cấp oxy cho đám cháy lan rộng và cũng ép góc của ngọn lửa vào khu vực rừng chưa cháy và làm tăng tốc độ lan truyền của đám cháy [Kennedy và cộng sự, 1994]. Một trong những hoạt động quan trọng của quản lý lửa rừng là công tác dự báo cháy rừng.
Dự báo cháy rừng hay còn được gọi là dự báo khả năng xuất hiện cháy rừng. Đó là quá trình dựa vào mối quan hệ đa chiều giữa các yếu tố thời tiết, khí hậu, thuỷ văn với vật liệu cháy để dự tính, dự báo khả năng có thể xảy ra cháy rừng, kịp thời thông tin các biện pháp phòng cháy chữa cháy rừng đến cộng đồng dân cư nhằm đạt hiệu quả cao nhất trong công tác quản lý lửa rừng [Phạm Ngọc Hưng, 2001]. Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ hiện đại, công tác dự báo cháy rừng đã bổ sung thêm nhiều yếu tố trong các mô hình phân tích dữ liệu như loại hình thực vật, điều kiện địa hình và lịch sử cháy rừng của khu vực. Dự báo cháy rừng ở Việt Nam thông thường bao gồm 3 bước: Bước 1- Xác định mùa cháy rừng; Bước 2-Dự báo cấp cháy rừng; Bước 3-Thông tin cấp dự báo cháy rừng.
Phạm Ngọc Hưng, 1983, mùa cháy rừng là khoảng thời gian bao gồm các tháng khô hạn trong năm làm cho nguồn vật liệu cháy ở trong rừng và ven rừng thường ở trạng thái khô và dễ bắt lửa. Tương tự, ở Mỹ từ những năm 1959, U.Krum cũng đưa ra khái niệm mùa cháy rừng là những khoảng thời gian trong năm có điều kiện thích hợp cho lửa rừng xảy ra và lan tràn [Bế Minh Châu, 2012]. Dù theo cách hiểu nào, thì các yếu tố khí tượng là cơ sở quan trọng để xác định mùa cháy rừng cho một địa phương. Các vấn đề liên quan đến công nghệ địa không gian Theo tổ chức AMERICAN ASSOCIATION FOR THE ADVANCEMENT OF SCIENCE (AAAS), Công nghệ địa không gian là một thuật ngữ được sử dụng để mô tả một loạt các công cụ hiện đại góp phần vào 9 việc lập bản đồ và phân tích địa lý của Trái đất và xã hội loài người.
Một khía cạnh quan trọng của công nghệ này là khả năng tập hợp phạm vi dữ liệu địa không gian thành một tập hợp các bản đồ nhiều lớp cho phép phân tích các chủ đề phức tạp và sau đó truyền đạt cho nhiều đối tượng hơn. Tính năng "phân lớp" này được kích hoạt bởi thực tế là tất cả dữ liệu đó bao gồm thông tin về vị trí chính xác của nó trên bề mặt Trái đất, do đó có thuật ngữ "địa không gian". Công nghệ này còn được gọi là công nghệ 3S (GPS, GIS, RS). Trong những năm qua, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vũ trụ, công nghệ thông tin và các công nghệ kỹ thuật khác.
Công nghệ định vị toàn cầu (Global Possition System - GPS), Hệ thống thông tin địa lý (Geographycal Information System - GIS) và Công nghệ viễn thám (Remote Sensing) đã và đang được nghiên cứu ứng dụng vào hầu hết các lĩnh vực khoa học kỹ thuật, các ngành kinh tế quốc dân và các hoạt động xã hội. Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System - GPS) GPS là một hệ thống công nghệ định vị và đo đạc dựa trên vệ tinh. Nó cho phép xác định vị trí và thời gian chính xác trên mặt đất. Hệ thống GPS bao gồm một mạng lưới các vệ tinh nằm trên quỹ đạo Trái Đất.
Hiện tại, có khoảng 30 vệ tinh GPS hoạt động xung quanh Trái Đất, được đặt trên các quỹ đạo có kích thước và hình dạng xác định. Các vệ tinh này phát ra tín hiệu chứa thông tin về thời gian và vị trí của chúng. Để sử dụng GPS, người dùng cần có một thiết bị GPS như điện thoại thông minh, thiết bị định vị hoặc đồng hồ định vị. Thiết bị này thu nhận tín hiệu từ ít nhất ba vệ tinh GPS và sử dụng thông tin trong tín hiệu đó để tính toán vị trí của người dùng.
Bằng cách kết hợp thông tin từ nhiều vệ tinh, thiết bị GPS có thể xác định vị trí với độ chính xác cao.1 Thành phần cơ bản của hệ thống định vị toàn cầu (Huỳnh Văn Chương, 2011) Hệ thống GPS cung cấp nhiều lợi ích đáng kể và đã trở thành một phần quan trọng của các hệ thống định vị trong nhiều lĩnh vực khoa học, công nghệ và ngành công nghiệp. Trong quản lý tài nguyên rừng, GPS giúp xác định chính xác các lô rừng, vị trí các loại cây di sản, vị trí các đám cháy. Hệ thống thông tin địa lý: Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) là một công nghệ và phần mềm được sử dụng để thu thập, quản lý, phân tích và hiển thị thông tin địa lý và không gian. GIS kết hợp dữ liệu địa lý (bao gồm bản đồ, hình ảnh vệ tinh, dữ liệu địa lý từ cảm biến) với thông tin phi địa lý (như dữ liệu dân số, kinh tế, môi trường) để tạo ra các bản đồ và phân tích không gian.
Một hệ thống GIS bao gồm các thành phần sau: 11 - Dữ liệu địa lý: GIS sử dụng các dạng dữ liệu địa lý như bản đồ, hình ảnh vệ tinh, dữ liệu điểm, đường, vùng và mô hình 3D. Các dữ liệu này có thể được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau và được tổ chức trong một cơ sở dữ liệu địa lý. - Phần mềm GIS: Các phần mềm GIS cung cấp các công cụ và chức năng để quản lý, phân tích và hiển thị thông tin địa lý. Các phần mềm phổ biến bao gồm ArcGIS, QGIS, MapInfo và Google Earth.
- Phân tích không gian: GIS cho phép người dùng thực hiện các phân tích không gian trên dữ liệu địa lý. Điều này bao gồm việc tạo ra các lớp đặc trưng, tìm kiếm, tương tác và phân tích mối quan hệ không gian giữa các yếu tố địa lý. - Hiển thị và trực quan hóa: GIS cung cấp khả năng hiển thị thông tin địa lý trên các bản đồ và biểu đồ.