Luận án Nghiên cứu cơ sở khoa học của giải pháp quản lý thủy văn phục vụ phòng cháy chữa cháy rừng ở vườn quốc gia U Minh Thượng tỉnh Kiên Giang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP TRẦN VĂN THẮNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA GIẢI PHÁP QUẢN LÝ THỦY VĂN PHỤC VỤ PHÒNG CHÁY CHỮA CHÁY RỪNG Ở VƢỜN QUỐC GIA U MINH THƢỢNG TỈNH KIÊN GIANG LUẬN ÁN TIẾN SỸ LÂM NGHIỆP HÀ NỘI, 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP TRẦN VĂN THẮNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA GIẢI PHÁP QUẢN LÝ THỦY VĂN PHỤC VỤ PHÒNG CHÁY CHỮA CHÁY RỪNG Ở VƢỜN QUỐC GIA U MINH THƢỢNG TỈNH KIÊN GIANG Chuyên ngành: Lâm sinh Mã số: 62.62.02.05 LUẬN ÁN TIẾN SỸ LÂM NGHIỆP NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. THÁI THÀNH LƢỢM HÀ NỘI, 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận án Tiến sĩ Lâm nghiệp mang tên “Nghiên cứu cơ sở khoa học của giải pháp quản lý thủy văn phục vụ phòng cháy chữa cháy rừng ở Vƣờn Quốc gia U Minh Thƣợng tỉnh Kiên Giang” mã số 62.62.02.05 là công trình nghiên cứu khoa học của bản thân tôi, công trình đƣợc thực hiện từ năm 2010 đến năm 2016. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trình bày trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất cứ công trình nào khác. Luận án có sử dụng một số kết quả nghiên cứu của Đề tài khoa học cấp Nhà nƣớc “Nghiên cứu chế độ mực nước thích hợp đảm bảo phòng chống cháy và duy trì sự phát triển rừng tràm ở hai Vườn Quốc gia U Minh Thượng và U Minh Hạ” đƣợc thực hiện từ năm 2009 đến năm 2011 do tác giả cùng tham gia thực hiện; một phần kết quả của báo cáo tƣ vấn do tác giả thực hiện “Đánh giá ảnh hưởng của chế độ mực nước đến đất than bùn ở Vườn Quốc gia U Minh Thượng” đƣợc thực hiện vào năm 2012 và một phần kết quả của báo cáo tƣ vấn “Đánh giá sự phục hồi của thảm thực vật rừng Vườn Quốc gia U Minh Thượng sau khi thay đổi phương án quản lý nước” đƣợc thực hiện vào năm 2013 thuộc dự án “Bảo tồn và phát triển khu dự trữ sinh quyển Kiên Giang” do AuRaid tài trợ. Phần kết quả nghiên cứu này đã đƣợc nhà tài trợ cho phép sử dụng và công bố trong luận án. Tôi xin chịu trách nhiệm trƣớc Hội đồng Bảo vệ Luận án Tiến sĩ về lời cam đoan của mình. Hà Nội, tháng 8 năm 2017 Ngƣời viết cam đoan NCS. Trần Văn Thắng ii LỜI CẢM ƠN Luận án này đƣợc hoàn thành tại Trƣờng Đại học Lâm nghiệp Việt Nam theo chƣơng trình đào tạo nghiên cứu sinh, hệ tập trung, giai đoạn 2011 - 2014. Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận án, tác giả đã nhận đƣợc sự quan tâm giúp đỡ của phòng Đào tạo Sau đại học, khoa Quản lý tài nguyên rừng và Môi trƣờng, trƣờng Đại học lâm nghiệp Việt Nam; Ban Giám đốc, viên chức phòng Khoa học và Hợp tác Quốc tế, Vƣờn Quốc gia U Minh Thƣợng. Tác giả xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Thái Thành Lƣợm - Ngƣời hƣớng dẫn khoa học đã dành nhiều thời gian và công sức giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án này. Xin chân thành cảm ơn GS.TS. Vƣơng Văn Quỳnh, PGS.TS. Trần Quang Bảo, PGS.TS Bế Minh Châu, PGS.TS. Phùng Văn Khoa, PGS.TS. Đỗ Anh Tuân, TS. Phạm Ngọc Hƣng, TS. Trần Ngọc Hải, TS. Phạm Xuân Dũng, đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho luận án. Xin chân thành cảm ơn Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Kiên Giang, Sở Tài nguyên và Môi trƣờng tỉnh Kiên Giang, dự án Bảo tồn và phát triển Khu dự trữ sinh quyển Kiên Giang đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi thu thập tài liệu phục vụ cho luận án. Hoàn thành luận án này không thể không nói đến sự động viên, giúp đỡ nhiều mặt của các đồng nghiệp, bạn bè và ngƣời thân trong gia đình. Tác giả xin chân thành cảm ơn vì sự giúp đỡ quý báu đó. Tác giả NCS. Trần Văn Thắng iii MỤC LỤC Trang TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................... ii MỤC LỤC ........................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ..................................................... vii DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................. ix DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................................. xi PHẦN MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1 1. Sự cần thiết của luận án........................................................................................... 1 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ............................................................. 2 2.1. Ý nghĩa khoa học của luận án .............................................................................. 2 2.2. Ý nghĩa thực tiễn của luận án ............................................................................... 2 3. Mục tiêu nghiên cứu của luận án ............................................................................ 2 3.1. Về lý luận ............................................................................................................. 2 3.2. Về thực tiễn .......................................................................................................... 2 4. Những điểm mới của luận án .................................................................................. 3 4.1. Về lý luận ............................................................................................................. 3 4.2. Về thực tiễn .......................................................................................................... 3 5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 3 5.1. Đối tƣợng nghiên cứu........................................................................................... 3 5.2. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 3 6. Cấu trúc của luận án ................................................................................................ 4 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................................... 5 1.1. Một số khái niệm .................................................................................................. 5 1.1.1. Cháy rừng .......................................................................................................... 5 1.1.2. Phòng cháy rừng ............................................................................................... 6 1.1.3. Chữa cháy rừng ................................................................................................. 6 iv 1.2. Tổng quan nghiên cứu về phòng cháy chữa cháy rừng ....................................... 6 1.2.1. Nghiên cứu về PCCC rừng trên Thế giới .......................................................... 7 1.2.2. Nghiên cứu về PCCC rừng ở Việt Nam .......................................................... 14 1.2.3. Nghiên cứu về PCCC rừng tràm ..................................................................... 19 1.2.4. Nghiên cứu về thủy văn rừng .......................................................................... 21 1.2.5. Nhận xét chung ............................................................................................... 27 Chƣơng 2: NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................... 29 2.1. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 29 2.1.1. Nghiên cứu hiện trạng và cơ chế quản lý nƣớc ở VQG U Minh Thƣợng ...... 29 2.1.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ mực nƣớc đến thảm thực vật và sinh trƣởng rừng tràm ở VQG U Minh Thƣợng. .............................................................. 29 2.1.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ mực nƣớc đến ĐDSH thực vật rừng tràm.29 2.1.4. Nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ mực nƣớc đến phát thải CO2 từ than bùn. 29 2.1.5. Nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ quản lý nƣớc đến khả năng cháy rừng tràm ở VQG U Minh Thƣợng. ........................................................................................... 29 2.1.6. Nghiên cứu đề xuất chế độ quản lý nƣớc thích hợp nhằm đảm bảo sinh trƣởng rừng tràm và phòng cháy rừng ở VQG U Minh Thƣợng. ......................................... 29 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................... 30 2.2.1. Quan điểm và cách tiếp cận của đề tài ............................................................ 30 2.2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể ...................................................................... 31 Chƣơng 3: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU .................................................................................................................................... 47 3.1. Điều kiện tự nhiên .............................................................................................. 47 3.1.1. Vị trí địa lý, quy mô diện tích ......................................................................... 47 3.1.2. Địa hình, địa thế .............................................................................................. 47 3.1.3. Địa chất, đất đai ............................................................................................... 48 3.1.4. Đặc điểm thời tiết, khí hậu ............................................................................. 49 3.1.5. Chế độ thuỷ văn .............................................................................................. 53 3.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội ................................................................................... 54 v 3.2.1. Dân số, dân tộc ................................................................................................ 54 3.2.2. Trình độ dân trí ................................................................................................ 55 Chƣơng 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................................ 56 4.1. Hiện trạng và cơ chế quản lý nƣớc ở VQG U Minh Thƣợng ............................ 56 4.1.1. Hiện trạng công trình quản lý nƣớc ................................................................ 56 4.1.2. Cơ chế quản lý nƣớc ....................................................................................... 60 4.2. Ảnh hƣởng của chế độ mực nƣớc đến thảm thực vật và sinh trƣởng rừng tràm 65 4.2.1. Đa dạng thảm thực vật .................................................................................... 65 4.2.2. Sự thay đổi thảm thực vật ............................................................................... 71 4.2.3. Đặc điểm cấu trúc của rừng tràm ở VQG U Minh Thƣợng ............................ 72 4.2.4. Đặc điểm sinh trƣởng đƣờng kính .................................................................. 76 4.2.5. Đặc điểm sinh trƣởng chiều cao ...................................................................... 78 4.2.6. Ảnh hƣởng của chế độ mực nƣớc đến sinh trƣởng rừng tràm ........................ 79 4.3. Ảnh hƣởng của chế độ mực nƣớc đến đa dạng thực vật .................................... 85 4.3.1. Ảnh hƣởng của chế độ mực nƣớc đến cấu trúc tổ thành ................................. 85 4.3.2. Đa dạng loài thực vật ...................................................................................... 90 4.3.3. Ảnh hƣởng của chế độ mực nƣớc đến đa dạng loài thực vật .......................... 93 4.4. Ảnh hƣởng của chế độ ngập đến đất than bùn ................................................... 96 4.4.1. Mực nƣớc ngầm và độ ẩm than bùn ................................................................ 96 4.4.2. Ảnh hƣởng của mực nƣớc ngầm đến phóng thích CO2 từ đất than bùn ......... 96 4.5. Ảnh hƣởng của chế độ ngập nƣớc đến nguy cơ cháy rừng ............................. 100 4.5.1. Ảnh hƣởng của chế độ ngập nƣớc đến khối lƣợng VLC .............................. 100 4.5.2. Ảnh hƣởng của chế độ ngập nƣớc đến độ ẩm của VLC ............................... 102 4.4.3. Ảnh hƣởng mực nƣớc ngầm đến nguy cơ cháy rừng .................................... 105 4.6. Giải pháp quản lý thủy văn đảm bảo chức năng phòng cháy .......................... 108 4.6.1. Giữ ẩm đất rừng để phòng cháy trong mùa khô............................................ 108 4.6.2. Thiết lập hệ thống công trình quản lý và giám sát quy trình điều tiết nƣớc . 119 4.6.3. Giải pháp chữa cháy rừng ............................................................................. 123 KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ ............................................................................ 125 vi 1. Kết luận ............................................................................................................... 125 2. Tồn tại ................................................................................................................. 128 3. Kiến nghị ............................................................................................................. 128 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN......................................................................................................................... 130 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Nghĩa đầy đủ BĐKH Biến đổi khí hậu Cd Chỉ số mức độ ƣu thế cm Cen ti mét CO2 Cacbonic CP Độ che phủ cây bụi thảm tƣơi d Độ phong phú về loài thực vật D1.3 Đƣờng kính thân cây 1,3 m ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long ĐDSH Đa dạng sinh học EFFIS Hệ thống thông tin cháy rừng châu Âu ENVISAT Vệ tinh môi trƣờng FAO Tổ chức nông lƣơng thế giới FFDI Chỉ số nguy cơ cháy rừng G Tiết diện ngang GIS Hệ thống thông tin địa lý GPS Hệ thống định vị toàn cầu H Chỉ số đa dạng ha Hecta HST Hệ sinh thái Hvn Chiều cao vút ngọn IPCC Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu IVI Chỉ số quan trọng J Chỉ số tƣơng đồng KBTTN Khu Bảo tồn thiên nhiên km Ki lô mét M Trữ lƣợng viii Viết tắt Nghĩa đầy đủ m mét mm mi li mét NN-PTNT Nông nghiệp và Phát triển nông thôn OTC Ô tiêu chuẩn PCCC Phòng cháy chữa cháy R Hệ số tƣơng quan Snc45 Số ngày có nguy cơ cháy rừng cao và rất cao TB Trung bình TC Độ tàn che UBND Ủy ban nhân dân UNDP Chƣơng trình phát triển Liên hợp quốc V Thể tích VLC Vật liệu cháy VQG Vƣờn Quốc gia WFAS Hệ thống đánh giá cháy rừng ix DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Trang 3.1 Phân bố diện tích theo độ cao của VQG 48 3.2 Các chỉ tiêu khí tƣợng cơ bản tại Rạch Giá 49 4.1 Tổng hợp hệ thống kênh trong vùng lõi VQG 56 4.2 Tổng hợp đê bao trong vùng lõi VQG 58 4.3 Tổng hợp cống trong vùng lõi VQG 59 4.4 Phân loại thảm thực vật ở VQG U Minh Thƣợng 65 4.5 Sự thay đổi thảm thực vật ở VQG U Minh Thƣợng từ năm 2006 - 2014 70 4.6 Tổ thành rừng trƣớc và sau khi thay đổi phƣơng án quản lý nƣớc 72 4.7 Tổ thành rừng ở những vùng ngập nƣớc khác nhau 73 4.8 Đặc trƣng mẫu về đƣờng kính ở các trạng thái rừng 72 4.9 Bảng tính các đặc trƣng mẫu về chiều cao 78 4.10 Sinh trƣởng, tăng trƣởng, xuất tăng trƣởng trung bình về đƣờng kính cây tràm giai đoạn 2002 - 2013 80 4.11 Bảng các chỉ tiêu sinh trƣởng và tăng trƣởng trung bình về chiều cao giai đoạn 2002 - 2013 của 4 trạng thái rừng tràm 82 4.12 Tổ thành rừng trƣớc và sau khi thay đổi phƣơng án quản lý nƣớc 85 4.13 Tổ thành rừng ở những vùng ngập nƣớc khác nhau 87 4.14 Tổ thành các loài thực vật ở rừng tái sinh sau cháy với các mực nƣớc ngập khác nhau 88 4.15 Tần xuất gặp đƣợc các loài thực vật thủy sinh 90 4.16 Chỉ số đánh giá đa dạng thực vật theo các kiểu rừng 90 4.17 Chỉ số đánh giá đa dạng thực vật theo độ sâu mực nƣớc ngập tối đa 93 4.18 Phƣơng trình tƣơng quan giữ các chỉ số đánh giá 94 4.19 Kết quả đo CO2 phóng thích trong rừng tràm 98 4.20 Kết quả đo CO2 phóng thích trong thí nghiệm 99 x STT Tên bảng Trang 4.21 Khối lƣợng thảm tƣơi, thảm khô ở các kiểu thực vật 101 4.22 Phân chia mức nguy hiểm của cháy rừng theo mực nƣớc ngầm 104 4.23 Nguy cơ cháy rừng xảy ra theo chế độ mực nƣớc 105 4.24 Độ cao mặt tại các phân khu quản lý nƣớc ở VQG 109 4.25 Cân bằng nƣớc tại các phân khu 115 4.26 Lƣợng nƣớc thiếu hụt trong mùa cháy rừng tại các phân khu 116 4.27 Mực nƣớc tích trữ tại các phân khu vào thời điểm cuối mùa mƣa 117 xi DANH MỤC CÁC HÌNH STT Tên hình Trang 2.1 Sơ đồ vị trí các điểm kiểm chứng ảnh vệ tinh 33 2.2 Sơ đồ vị trí OTC và tuyến điều tra 35 2.3 Sơ đồ vị trí các điểm thu mẫu và đo phóng thích CO2 41 2.4 Sơ đồ vị trí các thƣớc đo nƣớc mặt 43 2.5 Sơ đồ vị trí đặt tuyến đo nƣớc ngầm 43 3.1 Biểu đồ phân bố mƣa theo các tháng trong năm ở Rạch Giá 51 3.2 Biểu đồ cân bằng lƣợng mƣa và lƣợng bốc hơi các tháng ở Rạch Giá 52 3.3 Biểu đồ khí hậu Gaussen Walter tỉnh Kiên Giang 52 4.1 Sơ đồ hiện trạng công trình quản lý nƣớc 57 4.2 Cống số 1 59 4.3 Trạm bơm số 1 60 4.4 Trạm bơm hồ Hoa Mai 60 4.5 Rừng tràm cuối mùa khô năm 2001 62 4.6 Biểu đồ độ cao mực nƣớc kênh trung tâm VQG U Minh Thƣợng 62 4.7 Sơ đồ phân khu quản lý nƣớc thử nghiệm 63 4.8 Biểu đồ mực nƣớc trung bình tại các phân khu giai đoạn 2010 - 2014 64 4.9 Rừng tràm trên đất than bùn 66 4.10 Thảm thực vật Bồn bồn, Bèo cái 68 4.11 Súng ma 69 4.12 Bản đồ thảm thực vật VQG U Minh Thƣợng 71 4.13 Biểu đồ liên hệ giữa đƣờng kính trung bình với độ sâu mực nƣớc ngập tối đa 74 4.14 Biểu đồ liên hệ giữa chiều cao trung bình với độ sâu mực nƣớc ngập tối đa 74 xii 4.15 Rễ Tràm tái sinh trên than bùn ở mực nƣớc ngập > 100 cm 75 4.16 Biểu đồ phân bố N/D ở các trạng thái rừng 77 4.17 Biểu đồ phân bố N/H ở các trạng thái rừng 79 4.18 Biểu đồ đƣờng cong tăng trƣởng ZD của 4 trạng thái rừng 81 4.19 Biểu đồ đƣờng cong tăng trƣởng ΔD của 4 trạng thái rừng 81 4.20 Biểu đồ đƣờng cong tăng trƣởng ZH của 4 trạng thái rừng 83 4.21 Biểu đồ đƣờng cong tăng trƣởng ΔH của 4 trạng thái rừng 83 4.22 Biểu đồ biến động vòng năm trung bình của 20 cây tràm giải tích 84 4.23 Giải tích cây tràm 85 4.24 Biểu đồ tần xuất trung bình gặp đƣợc các loài thủy sinh 90 4.25 Rừng tràm hỗn giao trên đất than bùn 91 4.26 Đồng cỏ ngập nƣớc theo mùa 92 4.27 Đầm lầy thực vật thủy sinh 93 4.28 Biểu đồ biến động mực nƣớc ngầm tại điểm đo phóng thích CO2 96 4.29 Biểu đồ quan hệ giữa tốc độ phóng thích CO2 và độ ẩm 97 4.30 Biểu đồ quan hệ giữa tốc độ phóng thích CO2 và mực nƣớc ngầm 98 4.31 Thảm tƣơi dƣới rừng tràm tái sinh trên đất than bùn 100 4.32 Lớp thảm khô dƣới rừng tràm hỗn giao có nơi dày đến 60 cm 100 4.33 Biểu đồ khối lƣợng thảm tƣơi, thảm khô ở các trạng thái rừng 101 4.34 Biểu đồ tƣơng quan giữa độ ẩm VLC với độ sâu mực nƣớc ngầm ở rừng hỗn giao trên đất than bùn 103 4.35 Biểu đồ tƣơng quan giữa độ ẩm VLC với độ sâu mực nƣớc ngầm ở rừng tràm tái sinh trên đất than bùn 103 4.36 Biểu đồ sự phụ thuộc của tốc độ bén lửa (Vc, m/phút) của vật liệu dƣới tán rừng tràm vào độ ẩm (r, %). 104 4.37 Sơ đồ quy hoạch phân khu quản lý nƣớc 109 4.38 Biểu đồ độ cao trung bình mặt đất các phân khu quản lý nƣớc 110 xiii 4.39 Biểu đồ mực nƣớc tích trữ cuối mùa mƣa ở các phân khu so với cao độ 117 4.40 Sơ đồ hệ thống cống cần thiết 120 4.41 Sơ đồ hệ thống đập ngăn cần thiết 120 4.42 Sơ đồ vị trí các thƣớc đo nƣớc ở các phân khu 122 4.43 Sơ đồ vị trí các tuyến đo nƣớc ngầm tại 2 khu C và D 122 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Sự cần thiết của luận án Vƣờn Quốc gia (VQG) U Minh Thƣợng, tỉnh Kiên Giang là một trong hai khu rừng đầm lầy than bùn quan trọng còn lại ở Việt Nam (khu vực khác là VQG U Minh Hạ) và đƣợc công nhận là Vƣờn di sản ASEAN và khu đất ngập nƣớc có tầm qua