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 ( Luận án tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

NGUYỄN TẤN LIÊM

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

LUẬN ÁN TIẾN SỸ LÂM NGHIỆP

Hà Nội, 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

NGUYỄN TẤN LIÊM

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

Chuyên ngành: lâm sinh
Mã số: 62.62.02.05

LUẬN ÁN TIẾN SỸ LÂM NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. PHÙNG VĂN KHOA
2. GS.TSKH. NGUYỄN NGỌC LUNG

Ơ

Hà Nội, 2014


i

LỜI CẢM ƠN
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 và hoàn thành theo chương trình đào tạo tiến sĩ tại Trường Đại
học Lâm nghiệp Việt nam.
Trong suốt hơn 3 năm thực hiện luận án này, tác giả đã được Ban giám
hiệu, Khoa Đào tạo sau đại học trường Đại học Lâm nghiệp, lãnh đạo UBND
tỉnh Kon tum, Sở Nông nghiệp và PTNT tỉnh Kon tum quan tâm giúp đỡ, chỉ
đạo và tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành luận án. Nhân dịp này
tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến sự giúp đỡ quý báu đó.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TSKH. Nguyễn Ngọc
Lung và PGS.TS. Phùng Văn Khoa là những người thầy hướng dẫn khoa học
đã nhiệt tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả từ những ngày đầu tiên lựa chọn đề tài
đến lúc hoàn thành luận án.
Tác giả xin cám ơn sự cộng tác giúp đỡ nhiệt tình của Trung tâm khí
tượng thủy văn tỉnh Kon tum, Công ty tư vấn lâm nghiệp Chinh Nguyên, Chi
cục Lâm nghiệp và Chi cục Kiểm lâm tỉnh Kon tum trong việc thu thập và xử
lý số liệu, chia xẻ những kiến thức có liên quan đến đề tài nghiên cứu.

Cuối cùng và rất quan trọng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến
tất cả những người thân trong gia đình và các bạn hữu gần xa đã tận tình giúp
đỡ tác giả cả tinh thần và vật chất để vượt qua những khó khăn trong cuộc
sống và công việc trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng do điều kiện nghiên cứu và năng
lực chủ quan có hạn, cho nên luận án không tránh khỏi những khiếm khuyết,
tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp các nhà khoa học để hoàn thiện
hơn. Xin trân trọng cám ơn!
Tác giả


ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: 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” là công trình nghiên cứu do tôi trực tiếp thực hiện và chịu trách
nhiệm trước pháp luật và nhà trường nếu như số liệu, kết quả nghiên cứu
không trung thực hoặc sao chép từ công trình nghiên cứu của người khác đã
công bố.
Kon tum, ngày 15/7/2014.
Người cam đoan.


iii
Ơ

MỤC LỤC
Lời cảm ơn ...................................................................................................... i

Lời cam đoan ................................................................................................. ii
Mục lục ......................................................................................................... iii
Danh mục chữ viết tắt và ký hiệu các đơn vị tính. ......................................... vi
Danh mục các bảng tính toán và hình ảnh ................................................... viii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
I. Đặt vấn đề. .............................................................................................. 1
II. Mục tiêu, đối tượng nghiên cứu của đề tài. ............................................ 2
III. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài............................................... 2
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................................... 4
I. Trên thế giới............................................................................................ 4
1. Phương pháp nghiên cứu thủy văn rừng. .............................................. 4
1.1. Nghiên cứu ở quy mô ô thí nghiệm.................................................. 5
1.2. Nghiên cứu ở quy mô khu rừng. ...................................................... 5
1.3. Nghiên cứu ở quy mô lưu vực. ........................................................ 6
1.4. Mô hình hóa trong nghiên cứu thủy văn rừng quy mô lưu vực....... 10
2. Những kết quả nghiên cứu chủ yếu về ảnh hưởng của rừng đối với dòng
chảy và chất lượng nước của lưu vực. .................................................... 12
2.1. Nghiên cứu về ảnh hưởng của rừng đối với sản lượng nước trong
dòng chảy của lưu vực. ........................................................................ 14
2.2. Nghiên cứu về ảnh hưởng của rừng đối với chất lượng nước trong
lưu vực. ................................................................................................ 22
II. Ở Việt nam. ......................................................................................... 25
1. Nghiên cứu ở quy mô khu rừng. ......................................................... 25
1.1. Xây dựng phương pháp nghiên cứu thủy văn rừng. ....................... 26


iv

1.2. Xác định khả năng giữ nước và điều tiết dòng chảy của rừng. ...... 27
1.3. Xác định khả năng giữ nước của đất rừng. ..................................... 28

1.4. Xác định lượng thoát hơi nước của thảm thực vật rừng và bốc hơi
nước của đất rừng. ................................................................................ 28
1.5. Nghiên cứu cấu trúc hợp lý cho rừng phòng hộ đầu nguồn. ........... 29
2. Nghiên cứu ở quy mô lưu vực. ........................................................... 30
2.1. Khả năng giữ nước của đất rừng và các thảm thực vật rừng.......... 30
2.2. Ảnh hưởng của độ che phủ rừng đến sản lượng nước trong dòng
chảy sông suối. ..................................................................................... 31
2.3. Ảnh hưởng của độ che phủ rừng đến chất lượng nước trong dòng
chảy sông, suối. .................................................................................... 33
2.4. Xác định diện tích rừng cần thiết trong lưu vực. ............................ 34
2.5. Xây dựng và ứng dụng các mô hình nhằm tính toán, mô phỏng các
quá trình dòng chảy trong lưu vực. ....................................................... 36
NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU. .................. 40
Chương 1. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. ................... 40
1.1. Nội dung nghiên cứu. ........................................................................ 40
1.1.1. Phân tích một số đặc trưng cơ bản của các lưu vực nghiên cứu... 40
1.1.2. Phân tích 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. ............ 40
1.1.3. 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 của lưu
vực sông Đăkbla. .................................................................................. 41
1.2. Phương pháp nghiên cứu. .................................................................. 41
1.2.1. Phương pháp luận. ...................................................................... 41
1.2.2. Phương pháp thu thập thông tin. ................................................. 42
1.2.3. Phương pháp xử lý thông tin. ...................................................... 49


v

Chương 2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................... 63

2.1. Phân tích các đặc trưng cơ bản của khu vực nghiên cứu. ................... 63
2.1.1. Xác định vị trí, ranh giới, diện tích, độ dốc, chỉ số hình dạng, thổ
nhưỡng, mật độ lưới sông, suối của các lưu vực nghiên cứu. ................ 63
2.1.2. Phân tích các đặc trưng về chế độ mưa, thảm thực vật rừng và chế
độ dòng chảy sông, suối trong các lưu vực nghiên cứu. ........................ 67
2.2. Phân tích 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. ...................... 82
2.2.1. Xác định mức độ liên hệ giữa các đại lượng. .............................. 82
2.2.2. Xác lập phương trình hồi quy biểu thị mối liên hệ giữa các biến
độc lập và biến phụ thuộc. .................................................................... 83
2.3. Bước đầu đề xuất quy mô diện tích và chất lượng rừng cần thiết nhằm
nâng cao giá trị sử dụng của sản lượng và chất lượng nước trong dòng chảy
của lưu vực sông Đăkbla. ....................................................................... 116
2.3.1. Đánh giá khả năng điều tiết nước trong dòng chảy sông suối và
hạn chế xói mòn đất của thảm thực vật rừng hiện có trong lưu vực sông
Đăkbla. ............................................................................................... 116
2.3.2. 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 của lưu
vực sông Đăkbla. ................................................................................ 119
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 126
I. Kết luận............................................................................................... 126
II. Kiến nghị ........................................................................................... 130
PHỤ LỤC

Ơ


vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CÁC ĐƠN VỊ TÍNH

Chữ viết tắt

Tên đầy đủ và giải nghĩa

và ký hiệu
ArcGIS.
CIFOR.
DEM.
ENVI.
FAO.

Phần mềm hệ thống thông tin địa lý xử lý và phân tích các
mô hình không gian.
Center for International Forestry Research – Trung tâm
nghiên cứu lâm nghiệp quốc tế.
Digital Elevation Model – Mô hình số hóa độ cao.
The Environment for Visualizing Images – Phần mềm xử lý
ảnh viễn thám.
Food and Agriculture Ornization of the United Nation – Tổ
chức nông nghiệp và lương thực của Liên hiệp quốc.

GIS.

Geography Information System – Hệ thống thông tin địa lý.

GPS.

Global Positioning System - Hệ thống định vị toàn cầu.

IUFRO.

MapInfor.
RQĐ.

International Union of Forest Research Orgnizations – Hiệp
hội các tổ chức nghiên cứu lâm nghiệp quốc tế.
Phần mềm hệ thống thông tin địa lý xử lý bản đồ.
Rừng quy đổi.
Statistical Package for the Social Sciences – Phần mềm máy

SPSS.

tính phục vụ phân tích thống kê dùng cho nghiên cứu điều
tra xã hội.

SSE.

Sum of Squares Residual - Tổng bình phương sai số.

SSR.

Sum of Squares Regression - Tổng bình phương hồi quy.

SST.

Sum of Squares Total - Tổng bình phương chung.

SWAT.
WMS .

Soil and Water Assesment Tools – Công cụ đánh giá đất và

nước.
Watershed Modeling System – Hệ thống mô hình lưu vực.


vii

Chữ viết tắt

Tên đầy đủ và giải nghĩa

và ký hiệu
B

Chiều rộng bình quân lưu vực.

CP

Độ che phủ rừng.

F

Hình số thon thân cây.

Flv

Diện tích lưu vực.

G

Tiết diện ngang thân cây tại vị trí cao 1,3m.

H

Chiều cao vút ngọn của cây theo cấp kính.

Kd

Chỉ số hình dạng lưu vực.

L

Chiều dài lưu vực.

M

Mô đuyn dòng chảy.

Mbclu
Pgtb
Q
Qnăm
S

Mô đuyn bùn cát lơ lửng mùa lũ.
Tỷ lệ diện tích rừng giàu và trung bình.
Lưu lượng dòng chảy.
Lưu lượng bình quân năm.
Độ dốc lưu vực .

Tnăm

Tổng lượng nước mưa năm trên lưu vực .

Xbq

Lượng mưa bình quân .

Y

Độ sâu dòng chảy.

ŋ

Hệ số dòng chảy.

COM

Compound - Hàm compound. Y = B0 + B1X

CUB.

Cubic - Hàm parabol bậc 3. Y = B0 + B1X + B2X 2+ B3X 3

INV.

Inverse - Hàm nghịch đảo. Y = B0 + B1/X

LIN.

Liner – Hàm tuyến tính. Y = B0 + B1.X

LOG.

Logarithmic – Hàm logarit. Y = B0 + B1.lnX

POW.

Power - Hàm Power. lnY = B0 + B1.lnX

QUA.

Quadratic - Hàm parabol bậc 2. Y = B0 + B1X + B2X2

S

Hàm chữ S. lnY = B0 + B1/X hoặc Y = exp (B0 + B1/X)


viii

DANH MỤC CÁC BẢNG TÍNH TOÁN VÀ HÌNH ẢNH
Số hiệu bảng,

Tên bảng, tên hình vẽ

hình vẽ

Trang

Bảng 2.1.

Diện tích, độ dốc, chỉ số hình dạng các lưu vực nghiên cứu

64

Bảng 2.2.

Diện tích các loại đất trong lưu vực sông Đăkbla.

65

Bảng 2.3.

Lượng mưa trên các lưu vực trong giai đoạn 2011-2013.

67

Bảng 2.4.

Diện tích các trạng thái rừng trong các lưu vực nghiên cứu.

73

Bảng 2.5.

Độ che phủ rừng và tỷ lệ diện tích rừng giàu và trung bình
74

trong các lưu vực nghiên cứu.

Bảng 2.8.

Lưu lượng dòng chảy bình quân (năm, mùa lũ, mùa cạn) và
lượng bùn cát lơ lửng trong dòng chảy mùa lũ ở các lưu vực
nghiên cứu.
Tổng lượng dòng chảy, mô đuyn dòng chảy và hệ số dòng
chảy trong các lưu vực nghiên cứu từ năm 2011-2013.
Bảng tính tỷ tương quan giữa các đại lượng

Bảng 2.9.

Bảng phân tích phương sai (CP - Qnăm).

84

Bảng 2.10.

Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (CP - Qnăm).

84

Bảng 2.11.

Bảng phân tích phương sai (Tnăm,CP,Sbq,Kd)- Qnăm.

85

Bảng 2.6.
Bảng 2.7.

Bảng 2.12.

76

79
81

Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (Tnăm,CP,Sbq,Kd)86

Qnăm.

Bảng 2.13.

Tóm tắt mô hình liên hệ (Tnăm,CP) - Q năm .

86

Bảng 2.14.

Bảng phân tích phương sai (Tnăm,CP) - Qnăm .

86

Bảng 2.15.

Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (Tnăm,CP,) - Qnăm .

87

Bảng 2.16.

Bảng phân tích phương sai (CP- Mnăm).

89

Bảng 2.17.

Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (CP- Mnăm).

89

Bảng 2.18.

Bảng phân tích phương sai (Xnăm,CP,) - Mnăm .

90

Bảng 2.19.

Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (Xnăm,CP,) - Mnăm.

91

Bảng 2.20.

Bảng phân tích phương sai (CP-Mlũ).

92

ix

Bảng 2.21.

Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (CP-Mlũ).

93

Bảng 2.22.

Bảng phân tích phương sai (Xlũ,CP,) - Mlũ

94

Bảng 2.23.

Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (Xlũ,CP,) - Mlũ .

94

Bảng 2.24.

Bảng phân tích phương sai (CP-ŋnăm).

96

Bảng 2.25.

Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (CP-ŋnăm).

97

Bảng 2.26.

Bảng phân tích phương sai (CP-Mbclu).

98

Bảng 2.27.

Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (CP-Mbclu).

99

Bảng 2.28.

Bảng phân tích phương sai (Xlũ,CP,) – Mbclu .

100

Bảng 2.29.

Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (Xlũ,CP,) – Mbclu.

100

Bảng 2.30.

Bảng phân tích phương sai (Pgtb - Q năm).

104

Bảng 2.31.

Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (Pgtb - Qnăm).

105

Bảng 2.32.

Bảng phân tích phương sai (Tnăm,Pgtb)- Q năm.

106

Bảng 2.33.

Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (Tnăm,Pgtb)- Q năm.

106

Bảng 2.34.

Bảng phân tích phương sai (Pgtb - Mnăm).

108

Bảng 2.35.

Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (Pgtb - Mnăm).

109

Bảng 2.36.

Bảng phân tích phương sai (Xnăm,Pgtb) - Mnăm .

110

Bảng 2.37.

Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (Xnăm,Pgtb) - Mnăm.

110

Bảng 2.38.

Bảng phân tích phương sai (Pgtb-Mlũ).

112

Bảng 2.39.

Bảng các hệ số của phương trình hồi quy (Pgtb-Mlũ).

113

Bảng 2.40.

Bảng 2.41.

Kết quả biến động mô đuyn dòng chảy năm theo sự biến đổi
119

của lượng mưa bình quân năm và độ che phủ rừng.
Kết quả biến động mô đuyn bùn cát lơ lửng mùa lũ theo sự
121

biến đổi của lượng mưa và độ che phủ rừng.
Kết quả biến động mô đuyn dòng chảy năm theo sự biến đổi

Bảng 2.42.

của lượng mưa và tỷ lệ diện tích rừng giàu và trung bình.

123


x

Hình 2.1.

Vị trí sông Đăkbla trong hệ thống sông tỉnh Kon tum

62

Hình 2.2.

Vị trí và ranh giới các lưu vực

63

Hình 2.3.

Ảnh Landsat giải đoán lưu vực nghiên cứu

69

Hình 2.4.

Bản đồ hiện trạng rừng lưu vực sông Đăkbla

70

Hình 2.5.

Biểu đồ thăm dò các dạng liên hệ giữa CP - Q năm

83

Hình 2.6.

Biểu đồ thăm dò các dạng liên hệ giữa CP - Mnăm

88

Hình 2.7.

Biểu đồ thăm dò các dạng liên hệ giữa CP- Mlu

92

Hình 2.8.

Biểu đồ thăm dò các dạng liên hệ giữa CP -

96

Hình 2.9.

Biểu đồ thăm dò các dạng liên hệ giữa CP – Mbclu

năm

98

Hình 2.10. Biểu đồ thăm dò các dạng liên hệ giữa Pgtb- Qnăm

104

Hình 2.11. Biểu đồ thăm dò các dạng liên hệ giữa Pgtb- Mnăm

108

Hình 2.12. Biểu đồ thăm dò các dạng liên hệ giữa Pgtb – Mlu

112


1

MỞ ĐẦU
I. Đặt vấn đề.
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.
II. Mục tiêu, đối tượng nghiên cứu của đề tài.
1. 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.
2. 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.
3. 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).
III. 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.
1. 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.
2. 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.G, Orlando.B và
Burton.I, 2003)[35]. Vì vậy, mối quan hệ giữa rừng và nước là một vấn đề
quan trọng phải được ưu tiên cao (I. Calder, T. Hofer, S. Vermont, P. Warren,
2011)[46]. 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.
I. Trên thế giới.
1. 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.
1.1. 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.Dye and D.Versfeld, 2007)[41].
1.2. 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. Hạn chế của phương pháp này là chi phí nhân lực và vật lực cao, kết
quả nghiên cứu chỉ đánh giá trên diện hẹp, không thể xác lập được liên hệ
trực tiếp giữa các đại lượng như diện tích, chất lượng và phân bố rừng ở một
khu vực rừng lớn với các đại lượng đặc trưng về số lượng, chất lượng và biến
động của dòng chảy sông suối.
1.3. Nghiên cứu ở quy mô lưu vực.
Lưu vực là toàn bộ diện tích mặt đất đón nhận giáng thủy và hội tụ
dòng chảy về một điểm chung nào đó (Debarry Paul A, 2004)[40]. Lưu vực
được xem là những đơn vị thích hợp cho việc bảo tồn tài nguyên nước và các
nguồn tài nguyên khác như tài nguyên đất, rừng, đa dạng sinh học và các hệ
sinh thái thuỷ sinh. Lưu vực là một hệ thống tự nhiên, có ranh giới về không
gian có kích thước và diện tích dao động rất lớn, bao gồm các thành phần đặc


7

thù. Thông thường, khi diện tích lưu vực nhỏ hơn 100 dặm vuông, tức là nhỏ
hơn khoảng 260 km2 , người ta gọi là tiểu lưu vực. Tiểu lưu vực có thể là lưu
vực phụ của một lưu vực lớn hơn nhưng cũng có thể là một lưu vực độc lập.
Các lưu vực được ngăn cách nhau bằng đường phân thuỷ mặt và đường phân
thuỷ ngầm. Tuy nhiên, trên thực tế đường phân thuỷ mặt và đường phân thuỷ
ngầm của lưu vực không phải bao giờ cũng trùng nhau. Căn cứ vào dòng chảy
vào và ra khỏi lưu vực người ta phân biệt: lưu vực kín là lưu vực không có
dòng chảy từ ngoài vào và lưu vực hoàn toàn kín là lưu vực không có dòng
chảy vào và ra khỏi lưu vực. Ngoài ra còn có khái niệm lưu vực tương tự, là

lưu vực có cùng điều kiện hình thành dòng chảy với lưu vực nghiên cứu.
Dòng chảy trong một lưu vực được hiểu là dòng nước di chuyển vào
hoặc ra khỏi lưu vực trong một khoảng thời gian nhất định. Theo đặc điểm
phân bố không gian người ta phân ra: dòng chảy mặt (Surface flow), dòng
chảy sát mặt đất (còn gọi dòng chảy dưới mặt đất – Subsurface flow) và dòng
chảy ngầm (Groundwater flow). Thông thường dùng phương pháp đo dòng
chảy sông suối tại điểm đầu ra của lưu vực sẽ được số liệu gộp tổng của 3 loại
dòng chảy trên. Theo thời gian, người ta phân chia thành dòng chảy năm,
dòng chảy lũ và dòng chảy kiệt. Theo lưu lượng người ta phân chia thành
dòng chảy bình quân năm, dòng chảy lớn nhất trong năm và dòng chảy bé
nhất trong năm. Mỗi một dòng chảy đều có các đặc trưng riêng biệt, qua đó có
thể đánh giá chế độ thủy văn của nó ( Mingteh Chang, 2006)[50]. Các đại
lượng đặc trưng chủ yếu của dòng chảy gồm có : mực nước, lưu lượng dòng
chảy, tổng lượng dòng chảy, mô đun dòng chảy, độ sâu dòng chảy, hệ số dòng
chảy và hệ số biến sai dòng chảy. Các đặc trưng này có mối liên hệ với nhau,
thông thường khi biết lưu lượng dòng chảy là có thể tính được các đặc trưng
còn lại trên cơ sở số liệu về lượng mưa, diện tích lưu vực và diện tích mặt cắt
ngang lòng dẫn của dòng chảy sông suối. Vận dụng các quy luật liên hệ này,


8

trên cơ sở số liệu đo và tính toán lưu lượng dòng chảy đo tại điểm đầu ra của
các lưu vực nghiên cứu, các đặc trưng khác của dòng chảy thuộc đối tượng
nghiên cứu của đề tài đã được xác định.
Theo Zhang và cộng sự (2007)[58], ngoài các đại lượng đặc trưng trên,
dòng chảy còn có hai đặc trưng cơ bản khác đó là: dòng chảy bùn cát (còn gọi
dòng chảy phù sa, dòng chảy rắn) và thành phần hóa nước sông. Dòng chảy
bùn cát gồm ba thành phần chính: phù sa lơ lửng, phù sa đáy và vật chất hòa
tan, trong đó thành phần chiếm tỷ lệ trên 80% là phù sa lơ lửng (Nguyễn

Thanh Sơn, 2003) [28]. Thành phần hóa nước sông rất đa dạng và gồm khá
nhiều chỉ tiêu khác nhau như độ mặn, đạm tổng số, lân tổng số và các chất
hóa học khác. Có thể nói rằng, hai đặc trưng cơ bản này thực chất là thành
phần và hàm lượng các chất trong nước của dòng chảy. Trong điều kiện giới
hạn của đề tài, lượng bùn cát lơ lửng (hay còn gọi là lượng phù sa lơ lửng)
trong dòng chảy là chỉ tiêu được xác định để đánh giá chất lượng nước trong
lưu vực nghiên cứu.
Dòng chảy ở sông, suối được hình thành không phải do nước của một
khu rừng mà là của tổng hợp nhiều khu rừng khác nhau trong lưu vực. Ngoài
ra, trong quá trình vận chuyển nước về sông suối, nước ở khu rừng này có thể
chảy sang những khu rừng và thảm thực vật khác xung quanh. Vì vậy, trong
nghiên cứu thủy văn rừng người ta còn nghiên cứu khả năng điều tiết nước
của rừng ở quy mô lưu vực. Bằng quan sát sự thay đổi của lưu lượng và chất
lượng nước của sông suối trước và sau khi mưa, hoặc trong mùa mưa và mùa
khô, qua một điểm tại đầu ra của lưu vực nước, người ta nghiên cứu mối liên
hệ của các đại lượng dòng chảy và chất lượng nước với diện tích, chất lượng,
phân bố và tỷ lệ che phủ rừng, trong mối quan hệ tương tác với các nhân tố
khác như lượng mưa, địa hình, thổ nhưỡng, hình dạng lưu vực. Theo Zhang
và cộng sự (2004) [57], có hai phương pháp nghiên cứu thủy văn lưu vực đó


9

là nghiên cứu lưu vực song song hay còn gọi là phương pháp lưu vực cặp đôi
(Paired watershed) và nghiên cứu từng lưu vực riêng rẽ (Single watershed).
Phương pháp lưu vực cặp đôi thường được thực hiện đối với những lưu vực
có diện tích nhỏ (<10 km2) với mục tiêu làm rõ biến động sản lượng nước
trước sự thay đổi của thảm thực vật và phương pháp lưu vực riêng rẽ thường
áp dụng đối với những lưu vực rộng lớn hơn và tập trung vào việc làm sáng tỏ
mối liên hệ giữa lượng mưa, độ che phủ của thực vật với sản lượng dòng chảy

và lượng bốc thoát hơi nước. Công cụ được sử dụng phổ biến của phương
pháp nghiên cứu ở quy mô lưu vực là phương trình cân bằng nước, phương
pháp phân tích thống kê đa biến và công nghệ viễn thám. Phương trình cân
bằng nước được sử dụng để xác định những đại lượng khó điều tra như lượng
bốc thoát hơi hay dòng chảy ngầm từ những đại lượng đã biết như lượng mưa,
lượng dòng chảy mặt và lượng nước còn lại trong lưu vực. Phương pháp phân
tích thống kê đa biến được sử dụng để phát hiện các mối quan hệ của rừng với
các nhân tố dòng chảy và chất lượng nước trong mối tương tác với những
nhân tố địa hình, khí hậu và thổ nhưỡng. Công nghệ viễn thám và GIS cùng
với các thế hệ máy tính có tốc độ xử lý cao giúp nâng cao khả năng thu thập,
xử lý và phân tích dữ liệu liên quan trong quá trình nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu ở quy mô lưu vực có ưu điểm là phản ánh đầy
đủ các yếu tố địa lý, tự nhiên, xã hội trong lưu vực, đánh giá được ảnh hưởng
tổng hợp các nhân tố đối với dòng chảy và chất lượng nước, xây dựng những
mô hình toán dự báo biến động của dòng chảy, tạo cơ sở để đưa ra các biện
pháp quy hoạch và chính sách quản lý diện tích rừng phòng hộ nguồn nước
cho từng lưu vực sông và các địa phương. Nhược điểm của phương pháp này
là không đánh giá được vai trò của từng nhân tố riêng rẽ của thảm thực vật
rừng hoặc từng trạng thái rừng đối với dòng chảy và chất lượng nước. Phương
pháp tiếp cận nghiên cứu ở quy mô lưu vực có ý nghĩa làm sáng tỏ ảnh hưởng


Luận án đầy đủ ở file: Luận án Full