Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ cháy rừng bằng công nghệ viễn thám và GIS tại huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:78

Thêm vào BST

Báo xấu

47
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu chung của đề tài là nghiên cứu, ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS, nghiên cứu vật liệu cháy trong các kiểu rừng phục vụ công tác phòng chống cháy rừng, góp phần ứng phó với biến đổi khí hậu. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ cháy rừng bằng công nghệ viễn thám và GIS tại huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------------- Trần Hoàng Minh NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG NGUY CƠ CHÁY RỪNG BẰNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TẠI HUYỆN SƠN ĐỘNG, TỈNH BẮC GIANG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội - 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------------- Trần Hoàng Minh NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG NGUY CƠ CHÁY RỪNG BẰNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TẠI HUYỆN SƠN ĐỘNG, TỈNH BẮC GIANG Chuyên nghành: Bản đồ, viễn thám hệ thông tin địa lý Mã số: 8440211.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM MINH HẢI
Hà Nội - 2019
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn với đề tài: “Nghiên cứu xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ cháy rừng bằng công nghệ viễn thám và GIS tại huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang” hoàn toàn là kết quả nghiên cứu của chính bản thân tôi và chưa được công bố trong bất cứ một công trình nghiên cứu nào của người khác. Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã thực hiện nghiêm tức các quy tắc đạo đức nghiên cứu các kết quả trình bày trong luận văn là sản phẩm nghiên, khảo sát của riêng cá nhân tôi. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính trung thực của số liệu và các nội dung khác trong luận văn của mình. Hà Nội, ngày……tháng……năm 2020 Tác giả luận văn Trần Hoàng Minh
LỜI CẢM ƠN Trong quá trình điều tra, nghiên cứu để hoàn thiện luận văn, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình, quý báu của các nhà khoa học, các cơ quan, tổ chức và nhân dân địa phương. Tôi xin được bày tỏ sự cảm ơn trân trọng nhất tới giáo viên hướng dẫn khoa học – TS. Phạm Minh Hải đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn nhóm thực hiện đề tài cấp Quốc gia – Chương trình Khoa học Công nghệ Vũ trụ giai đoạn 2016 -2020 mã số VT- UD.08/18-20 đã hộ trợ tôi trong công tác tiền xử lý ảnh và phân loại ảnh viễn thám. Tôi xin trân trọng cảm ơn sự góp ý chân thành của các cán bộ của Khoa Địa lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn tới gia đình, những người thân, cán bộ, đồng nghiệp và bạn bè đã tạo điều kiện tốt nhất về mọi mặt cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày……tháng……năm 2020 Tác giả luận văn Trần Hoàng Minh
MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU......................................................................................iii DANH MỤC HÌNH VẼ...........................................................................................iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.................................................................................v MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU CHÁY RỪNG TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC.........................................................................................................5 1.1. Khái niệm về cháy rừng.................................................................................5 1.1.1. Một số khái niệm.............................................................................................5 1.1.2. Phân loại cháy rừng.........................................................................................7 1.1.3. Xác định mùa cháy..........................................................................................9 1.1.4. Phân vùng trọng điểm dễ cháy rừng..............................................................10 1.2. Nghiên cứu tổng quan về ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu cháy rừng ở nước ngoài...................................................................11 1.2.1. Nghiên cứu bản chất của cháy rừng...............................................................12 1.2.2. Nghiên cứu phương pháp dự báo nguy cơ cháy rừng:...................................13 1.3. Nghiên cứu tổng quan về ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu cháy rừng ở trong nước....................................................................15 1.3.1. Nghiên cứu về dự báo nguy cơ cháy rừng.....................................................15 1.3.2. Nghiên cứu về các công trình phòng cháy, chữa cháy rừng...........................17 1.3.3. Nghiên cứu biện pháp phòng cháy, chữa cháy rừng.......................................17 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG NGUY CƠ CHÁY RỪNG BẰNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS.......................................................................................................................... 23 2.1. Vai trò của công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu cháy rừng và phân vùng nguy cơ cháy rừng.............................................................................23 2.1.1. Vai trò của công nghệ viễn thám và GIS trong quản lý bảo vệ rừng..............23 2.1.2. Sử dụng công nghệ viễn thám và GIS nhằm phát hiện nguy cơ cháy rừng....26 2.2. Xây dựng quy trình thành lập bản đồ bản đồ phân vùng nguy cơ cháy rừng........................................................................................................................ 31 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG NGUY CƠ CHÁY RỪNG BẰNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TẠI KHU VỰC THỰC NGHIỆM HUYỆN SƠN ĐỘNG, TỈNH BẮC GIANG...............................34 3.1. Giới thiệu chung về khu vực thực nghiệm.................................................34 3.1.1. Vị trí địa lý.....................................................................................................34 3.1.2. Đặc điểm địa hình..........................................................................................34 3.1.3. Đặc điểm khí hậu...........................................................................................34 3.1.4. Thủy văn........................................................................................................35 3.1.5. Thổ nhưỡng và tình hình sử dụng đất, đánh giá hiện trạng rừng trên địa bàn huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang............................................................................36 3.2. Dữ liệu sử dụng và lựa chọn phương pháp nghiên cứu............................36 3.2.1. Dữ liệu sử dụng.............................................................................................36 1
3.2.2. Phương pháp thành lập bản đồ phân vùng nguy cơ cháy rừng huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang bằng công nghệ viễn thám và GIS.......................................36 3.3. Thử nghiệm thành lập bản đồ phân vùng nguy cơ cháy rừng huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang tỷ lệ 1:25.000 bằng công nghệ viễn thám và GIS ......41 3.3.1. Quy trình........................................................................................................41 3.3.2. Đánh giá độ chính xác của bản đồ phân vùng nguy cơ cháy rừng được thành lập trong nghiên cứu................................................................................................63 KẾT LUẬN.............................................................................................................67 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................68 2
DANH MỤC BẢNG BI Bảng 1.1. Bảng thống kê mùa cháy rừng ở Việt nam...............................................10 Bảng 1.2. Phân cấp khả năng cháy của các loại thảm thực vật rừng khác nhau. .18Y Bảng 3.1. Phân cấp dự báo nguy cơ cháy rừng và các biện pháp thực hiện phòng cháy chữa cháy rừng...............................................................................................37 Bảng 3.2. Đề xuất phân cấp thảm thực vật rừng dễ cháy theo nguy cơ cháy huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang......................................................................................39 Bảng 3.3: Bảng thống kê nhiệt độ (độ C) tính được trên ảnh Landsat qua các năm ................................................................................................................................ 46 Bảng 3.4. Trọng số và thang điểm cho phân cấp nguy cơ cháy rừng theo các chỉ tiêu đầu vào được lựa chọn.....................................................................................52 Bảng 3.5. Tổng hợp kết quả phân loại rừng theo nguy cơ cháy..............................58 3
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Tam giác cháy............................................................................................5 YHình 2. 1.Sơ đồ thu nhận và xử lý dự Modis tại trạm thu Cục Kiểm lâm..............28 Hình 2. 2. Sơ đồ thu nhận, xử lý và thông tin điểm cháy từ dữ liệu MODIS............29 Hình 2. 3. Các điểm cháy ngày 3 tháng 6 năm 2017...............................................30 Hình 2. 4. Quy trình thành lập bản đồ phân vùng nguy cơ cháy rừng huyện Sơn Động, Bắc Giang.....................................................................................................32 Hình 3. 1. Vị trí địa lý khu vực Sơn Động, Bắc Giang............................................34 Hình 3. 2. Dữ liệu các bản đồ thành phần phục vụ cho thành lập bản đồ phân cấp nguy cơ cháy rừng huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang..............................................42 Hình 3. 3. Tính nhiệt độ trên ảnh Landsat bằng phần mềm Envi............................45 Hình 3. 4. Bản đồ nhiệt độ chiết tách từ ảnh Landsat huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang ................................................................................................................................ 47 Hình 3. 5. Bản đồ độ dốc huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang...................................48 Hình 3. 6. Bản đồ phân cấp nguy cơ cháy rừng của hướng sườn Huyện Sơn Động, Tỉnh Bắc Giang.......................................................................................................49 Hình 3. 7. Bản đồ vị trí dân cư và nương rẫy..........................................................51 Hình 3. 8. Hàm hồi quy tuyến tính..........................................................................55 Hình 3. 9. Biểu đồ diện tích rừng theo các cấp nguy cơ cháy huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang...............................................................................................................60 Hình 3. 10. Biểu đồ diện tích nguy cơ cháy rừng cao theo ranh giới xã.................60 Hình 3. 11. Biểu đồ diện tích cấp độ nguy cơ cháy rừng theo xã............................60 Hình 3. 12. Bản đồ nguy cơ cháy rừng huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang tỷ lệ 1:25.000.................................................................................................................. 62 Hình 3. 13. Sơ đồ tuyến kiểm chứng thực địa..........................................................63 Hình 3. 14. Khu vực có nguy cơ cháy rừng rất cao trên thực địa............................64 Hình 3. 15. Khu vực có nguy cơ cháy rừng cao trên thực địa.................................65 Hình 3. 16. Khu vực có nguy cơ cháy rừng trung bình............................................65 Hình 3. 17. Khu vực có nguy cơ cháy rừng thấp.....................................................66 4
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Advanced Very High Resolution Hệ thống vệ tinh đo bức xạ độ AVHRR Radiometer phân giải cao cải tiến CSDL Cơ sở dữ liệu DEM Digital Elevation Model Mô hình số độ cao The European Forest Fire Hệ thống thông tin cháy rừng EFFIS Information System Châu Âu Food and Agriculture Tổ chức Lương thực và Nông FAO Organization of the United nghiệp Liên Hiệp Quốc Nations Thông tin về lửa phục vụ hệ Fire Information for Resource FIRMS thống quản lý tài nguyên thiên Management System nhiên Trung tâm giám sát cháy toàn GFMC Global Fire Monitoring Center cầu GIS Geographic Information System Hệ thông tin địa lý GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu National Oceanic & Cơ quan hành chính về biển và NOAA Atmospheric Administration khí quyển quốc gia NIR Near Infrared Kênh cận hồng ngoại Nông nghiệp và Phát triển Nông NN&PTNT thôn PCCC Phòng cháy chữa cháy Systeme Pour Observation de la SPOT Vệ tinh quan sát mặt đất Terre SWIR Short Wave Infrared Hồng ngoại sóng ngắn United States Department of USDA Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ Agriculture 5
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Cháy rừng hay lửa rừng là hiện tượng lửa phát sinh trong một khu rừng tác động, tiêu hủy một vài hoặc tất cả những thành phần của khu rừng đó. Đám cháy có thể được kiểm soát hoặc không thể kiểm soát. Cháy rừng thường xuất phát từ hai nguyên nhân: Do phát sinh từ tác động của con người hoặc do điều kiện thời tiết tự nhiên. Cháy rừng gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng: Cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên; Gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu, lũ lụt, xói mòn, sạt lở đất, lũ quét (nếu cháy rừng đầu nguồn, rừng phòng hộ); Sinh vật, động thực vật bị thiêu hủy, dẫn đến mất cân bằng sinh thái; Ô nhiễm không khí, khói bụi bay vào không khí khiến cho vùng trời xung quanh bao trùm trong khối không khí bụi bẩn, người dân sống trong khu vực đó sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe, gây bệnh tật; Thiệt hại về kinh tế, cuộc sống con người, xã hội bị ảnh hưởng trầm trọng. Những hệ lụy này hàng chục năm sau con người cũng không dễ dàng khắc phục. Vì thế, việc chủ động phòng chống cháy rừng đã và đang được đặt lên hàng đầu cho cả xã hội. Ở Việt Nam, nghiên cứu về dự báo cháy rừng được bắt đầu tiến hành từ năm 1981 và chủ yếu theo hướng nghiên cứu áp dụng phương pháp dự báo theo chỉ tiêu tổng hợp của V.G Nesterov. Qua nghiên cứu các công trình nghiên cứu về công tác phòng chống cháy rừng tại Việt Nam có thể đưa ra một số kết luận sau: 1) Công tác dự báo phòng chống cháy rừng hiện nay chủ yếu sử dụng dữ liệu khí tượng mặt đất; 2) Việc sử dụng ảnh viễn thám trong dự báo cấp cháy rừng chỉ đến cấp tỉnh; 3) Chưa có nghiên cứu nào đi sâu vào nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu cháy cũng như hệ số cháy của chúng đến các hiện tượng cháy rừng. Do vậy, việc phát triển một giải pháp mới ứng dụng viễn thám nghiên cứu về vật liệu cháy phục vụ công tác dự báo nguy cơ cháy rừng với tỷ lệ dưới cấp tỉnh (1:25.000) đóng vai trò cấp thiết cao, trợ giúp hiệu quả cho công tác phòng chống cháy rừng của cơ quan chuyên trách tại địa phương. 1
Từ những vấn đề trên, học viên đề xuất thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp thạc sỹ với tiêu đề: “Nghiên cứu xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ cháy rừng bằng công nghệ viễn thám và GIS tại huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang”. 2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu: a. Mục tiêu chung: Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS, nghiên cứu vật liệu cháy trong các kiểu rừng phục vụ công tác phòng chống cháy rừng, góp phần ứng phó với biến đổi khí hậu. b. Nhiệm vụ nghiên cứu: Xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ cháy rừng tỷ lệ 1:25.000. 3. Giới hạn phạm vi nghiên cứu: a. Đối tượng nghiên cứu: Các loại thảm thực vật trong hệ sinh thái rừng tại khu vực thử nghiệm. b. Phạm vi nghiên cứu: huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang. Giai đoạn 2015 đến nay. 4. Ý nghĩ của đề tài a. Ý nghĩa khoa học: - Nghiên cứu thực hiện nhằm vạch rõ sự biến đổi rõ nét của các yếu tố địa hình, khí hậu, vật liệu cháy... ảnh hưởng đến công tác dự báo cháy rừng theo không gian và thời gian theo đơn vị hành chính cấp huyện (cụ thể là huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang) ở khu vực Bắc Bộ, từ đó có hướng tiếp cận trong công tác phòng chống cháy rừng nói riêng và quản lý cháy rừng nói chung và quan điểm về sự thay đổi chính sách trong quản lý, bảo vệ rừng hợp lý, phù hợp quy định của nhà nước về bảo tồn và phục hồi rừng. - Nghiên cứu đánh giá toàn diện công tác quản lý cháy rừng của huyện Sơn Động, cung cấp dữ liệu xây dựng chính sách để thực thi pháp luật trong bảo vệ rừng, đưa ra giải pháp làm tiền đề cho xây dụng chiến lược quản lý cháy rừng hợp lý. - Nghiên cứu cũng nêu bật vai trò tích cực của công nghệ viễn thám và GIS trong công tác dự báo cháy rưng của một huyện cụ thể. Đây là công nghệ hiện đại tiên tiến giúp các nhà quản lý, quy hoạch đưa ra chính sách quản lý, bảo tồn rừng hợp lý. 2
b. Ý nghĩa thực tiễn: - Kết quả nghiên cứu góp phần tăng cường công tác quản lý, dự báo cháy rừng và nâng cao chất lượng công tác phòng chống cháy rừng nhằm hạn chế thiệt hại do cháy rừng gây ra, có những khuyến cáo cụ thể đối với công tác dự báo cháy rừng của khu vực nghiên cứu. - Xác định được các yếu tố ảnh hưởng bởi điều kiện địa hình, khí hậu, thời tiết đến nguy cơ cháy rừng. - Xác định được khu vực trọng điểm có nguy cơ cháy rừng cao, để đưa ra giải pháp phòng chống cháy rừng phù hợp tại huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang. 5. Cơ sở tài liệu: - Ảnh vệ tinh Landsat 7 ETM+ (kênh 6), ảnh Landsat 8-OLI (kênh 10, 11) và Sentinel 2 được chụp tháng 8 năm 2017. - Dữ liệu đô cao địa hình được chiết tách từ 9 mảnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 được cung cấp bởi Cục Đo đạc, Bản đồ và Thông tin địa lý Việt Nam – Bộ Tài nguyên và Môi trường. - Dữ liệu kiểm kê rừng nhận được từ Chi cục kiểm lâm Bắc Giang. - Dữ liệu khảo sát thực địa tại khu vực nghiên cứu (huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang) 6. Phương pháp nghiên cứu: Các phương pháp và kỹ thuật chính đã được sử dụng để giải quyết nhiệm vụ của luận văn gồm: * Phương pháp kế thừa và thống kê số liệu: luận văn đã kế thừa các số liệu, tài liệu về điều kiện tự nhiên, số liệu nhiệt độ và mưa, dân số, kinh tế- xã hội, các vụ cháy rừng giai đoạn từ 2000-2018 tỉnh Bắc Giang, hiện trạng rừng, bản đồ nền địa hình, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ quy hoạch 3 loại rừng, bản đồ địa hình, ảnh vệ tinh Landsat.v.v. và các kết quả nghiên cứu liên quan đến phân loại rừng theo nguy cơ cháy từ các cơ quan ở Trung ương và địa phương (Chi cục Kiểm lâm tỉnh Bắc Giang, Cục kiểm lâm), cũng như các công trình nghiên cứu về vật liệu cháy và các giải pháp phòng chống nguy cơ cháy rừng trên thế giới. * Phương pháp khảo sát thực địa: Khảo sát thực địa vào mùa khô để thu thập bổ sung các số liệu có liên quan. Điều tra các ô tiêu chuẩn để đo đếm và xác định 3
khối lượng vật liệu cháy dưới các kiểu rừng. Xác định các kiểu thảm thực vật rừng chính trên thực địa làm chìa khóa giải đoán ảnh vệ tinh. Điều tra thực địa cũng nhằm kiểm chứng kết quả nghiên cứu. * Phương pháp bản đồ và GIS: Đây là phương pháp sử dụng xuyên suốt luận văn, từ giải đoán ảnh vệ tinh, chồng ghép lớp dữ liệu, xây dựng phần mềm thành lập bản đồ phân cấp nguy cơ cháy rừng. * Phương pháp chuyên gia: Các kiến thức và kinh nghiệm của các chuyên gia, của nhà quản lý được vận dụng để bổ trợ cho các phương pháp nêu trên. Phương pháp này được thực hiện thông qua phỏng vấn, trao đổi trực tiếp. 7. Cấu trúc luận văn: Luận văn được trình bày theo bố cục như sau:  Mở đầu;  Chương I: Nghiên cứu tổng quan về ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu cháy rừng trong và ngoài nước;  Chương II: Cơ sở khoa học của phương pháp thành lập bản đồ phân vùng nguy cơ cháy rừng bằng công nghệ viễn thám và GIS;  Chương III: Thực nghiệm thành lập bản đồ phân vùng nguy cơ cháy rừng bằng công nghệ viễn thám và GIS khu vực thử nghiệm huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang;  Kết luận và kiến nghị. 4
CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU CHÁY RỪNG TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.1. Khái niệm về cháy rừng 1.1.1. Một số khái niệm a/ Khái niệm cháy rừng: Theo tài liệu quản lý lửa rừng của Tổ chức nông lương thế giới (FAO), 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 về nhiều mặt tài nguyên, của cải và môi trường.Cháy rừng xảy ra khi hội tụ đủ ba yếu tố: - Vật liệu cháy: là tất cả những chất có khả năng bén lửa và bốc cháy trong điều kiện có đủ nguồn nhiệt và oxy. - Oxy: Oxy tự do luôn sẵn có trong không khí (nồng độ khoảng 21 – 23%) và lấp đầy các khoảng trống giữa vật liệu cháy. Khi nồng độ oxy giảm xuống dưới 15% thì không còn khả năng duy trì sự cháy. - Nhiệt (nguồn lửa): nguồn nhiệt có thể phát sinh do thiên nhiên như sấm sét, núi lửa phun,…nhưng ở nước ta chủ yếu là do con người gây ra. Mỗi yếu tố trên đây được xem là một cạnh của tam giác, ghép chúng lại với nhau tạo thành “ tam giác cháy”, như hình 1.1. Nếu thay đổi (giảm hoặc phá hủy) 1, 2 hoặc 3 cạnh thì “tam giác cháy” sẽ thay đổi hoặc bị phá vỡ, có nghĩa là đám cháy suy yếu hoặc bị dập tắt. Đây cũng chính là một trong những cơ sở khoa học của công tác phòng cháy, chữa cháy rừng. Vật liệu cháy Hình 1.1. Tam giác cháy 5
- Về bản chất, cháy rừng gồm hai mặt của quá trình vật lý và hóa học. Phản ứng cháy xảy ra như sau: C6 H 12 O6 +6 O2 +nhiệt gây cháy ⇒6 CO 2+ 6 H 2 O+nhiệt lư ợng Phản ứng cháy rừng có thể xem là ngược lại với phản ứng quang hợp. Khi cháy, lửa nhanh chóng phá hủy các chất của thực vật (vật liệu cháy) và thành phần hóa học bên trong của chúng, kèm theo giải phóng nhiệt. Tốc độ tỏa nhiệt trong quá trình cháy rừng rất nhanh, ngược lại với quá trình tích lũy năng lượng qua quang hợp của cây rừng rất chậm. Nhiệt lượng sinh ra truyền vào môi trường xung quanh theo ba phương thức: (a) bức xạ, (b) đối lưu và (c) dẫn nhiệt. Cả ba phương thức truyền nhiệt này luôn cùng tác động trong quá trình cháy: - Bức xạ là phương thức truyền nhiệt (dưới dạng sóng với tốc độ của ánh sáng) không có sự tiếp xúc trực tiếp giữa nguồn bức xạ với vật thể nó tác động. Bức xạ là một phương thức truyền nhiệt chính là cho vật liệu ở phía trước đám cháy càng khô nhanh và dễ bốc cháy. Bức xạ có vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy một đám cháy mặt đất lan tràn và có thể làm đám cháy lan sang các vật liệu khác. - Đối lưu là phương thức truyền nhiệt bởi các dòng khí hoặc hơi nước. Trong quá trình cháy rừng, không khí bên trên đám cháy bị đốt nóng và di chuyển lên trên, không khí lạnh bổ sung vào và hình thành đối lưu nhiệt. Do có đối lưu nhiệt nên tầng tán phía trên bị sấy khô, cháy dưới tán thường phát triển thành cháy tán và đẩy nhanh tốc độ của đám cháy, đặc biệt ở nơi sườn dốc hoặc ở những khu rừng hỗn giao nhiều tầng tán. Khi cháy mạnh, cột đối lưu có thể cuốn theo cả những sản vật cháy dở, rất dễ gây ra hiện tượng “lửa bay” gây cháy “nhảy cóc”. - Dẫn nhiệt là phương thức truyền nhiệt diễn ra bên trong vật liệu cháy hoặc từ vật liệu này đến vật liệu khác nhờ tiếp xúc trực tiếp. Dẫn nhiệt có vai trò chủ yếu trong quá trình cháy của các vật liệu cháy có kích thước lớn, ví dụ: gỗ lóng. Các loại vật liệu cháy: Theo phân bố không gian thẳng đứng trong rừng, vật liệu cháy được chia thành ba tầng: 6
- Vật liệu cháy trong không khí hay vật liệu cháy trên cao: bao gồm toàn thể thân cây rừng (cả cây đứng hoặc chết) và hệ tán rừng. Trong đó, thân cây chết khô, cành khô còn vướng trên cây và đặc điểm của tán lá cây có nhựa, có dầu,…góp phần quan trọng trong quá trình bén lửa. - Vật liệu cháy mặt đất: bao gồm tất cả những thể hữu cơ ở trên mặt đất rừng như cành cây, lá rơi khô mục, gốc cây, thân cây đổ, thảm cỏ và cây bụi. Chiều cao của lớp vật liệu cháy này có thể đến 1 – 2m. Ngoài ra còn có thể kể cả phần thảm mục đang phân hủy và hệ thống rễ cây khô phân bố gần mặt đất. - Vật liệu cháy dưới mặt đất: bao gồm các chất hữu cơ, tầng rễ cây, than bùn, …tích tụ dưới mặt đất rừng. b/ Dự báo cháy rừng: Dự báo khả năng xuất hiện cháy rừng gọi tắt là dự báo cháy rừng. Dự báo cháy rừng bao gồm các bước công việc:  Xác định mùa cháy rừng và phân vùng trọng điểm cháy rừng.  Dự báo nguy cơ cháy rừng.  Thông tin về dự báo cháy rừng. 1.1.2. Phân loại cháy rừng Các loại cháy rừng: Liên quan đến ba tầng vật liệu cháy trên đây, có ba loại cháy rừng là:  Cháy tán (cháy trên ngọn);  Cháy mặt đất (cháy dưới tán rừng);  Cháy ngầm (cháy than bùn). a/ Cháy tán (cháy trên ngọn): Là kiểu cháy trên tán cây, tán rừng và thường phát triển từ cháy dưới tán, chỉ hay xảy ra trong điều kiện khô hanh kéo dài, tốc độ gió trên tán rừng từ trung bình đến mạnh. Loại cháy này rất nguy hiểm, lại thường đi kèm với gió mạnh hoặc lốc nên tốc độ lan truyền nhanh, dễ tạo ra các đám cháy “nhảy cóc”, diện tích cháy rộng và thiệt hại nghiêm trọng. Căn cứ vào tốc độ di chuyển của đám cháy, có thể chia thành hai loại: 7
- Cháy tán lướt nhanh: khi tốc độ gió trên rừng rất mạnh (> 15m/s), vận tốc di chuyển của đám cháy thường đạt 1.800 – 2.400 m/h. Ngọn lửa trên tán có thể đi trước ngọn lửa cháy dưới tán khoảng 50 – 200m. - Cháy tán chậm (ổn định): khi tốc độ gió trên tán từ trung bình đến mạnh (5 – 15m/s), vận tốc di chuyển của đám cháy thường ở mức 300 – 900m/h. b/ Cháy mặt đất (cháy dưới tán rừng): Là kiểu cháy mà lửa chỉ cháy ở các phần cành khô, thảm mục, cây bụi, cỏ khô, gỗ mục,…nằm trên mặt đất rừng. Loại cháy này khá nguy hiểm, tuy ngọn lửa nhỏ, không cao hơn tán cây nhưng cháy nhanh, tiêu hủy hết các loại cây tái sinh. Thân và gốc cây bị trụi hết, cành lá trên tán bị khô và vàng hết. Do sức chống chịu kém nên những cây này dễ bị sâu bệnh tấn công và ngã đổ khi gặp gió lớn hoặc bão. Căn cứ vào tốc độ di chuyển của đám cháy, có thể chia thành hai loại: - Cháy dưới tán lướt nhanh: có tốc độ di chuyển đạt trên 180km/h. Sức cháy yếu, ngọn lửa thấp nên tác hại nhẹ hơn cháy dưới tán chậm. Tuy nhiên loại cháy này rất dễ chuyển thành cháy tán, nhất là khi đám cháy xảy ra ở khu vực rừng non, nhiều thảm tươi và có cành nhánh phân bố gần mặt đất. Dạng cháy này ở rừng tràm U Minh, lửa thường bén nhanh vào lớp “bổi” (lá và cành khô rơi rụng trên mặt đất và lá cây non), chỉ cháy trên mặt đất, ăn “luồn” theo các đường ngoằn nghèo giữa các đám cây rừng. Lửa phát triển nhanh lan rộng và hủy diệt tầng thảm mục, cây thân thảo trên mặt đất. Nếu có gió, lửa sẽ bắt đầu cháy trên cành non, làm cho lá cây, cành cây giống như bị “luộc” nước sôi. Vì vậy, nhân dân thường gọi cháy “luồn” là cháy “luộc”. - Cháy dưới tán chậm (ổn định): có tốc độ di chuyển nhỏ hơn 180m/h, thường xảy ra ở những nơi tích tụ nhiều vật liệu cháy với độ ẩm nhỏ và mức độ chất đống cao, ngọn lửa ít khi cao quá 2m. c/ Cháy ngầm (cháy than bùn): Là loại cháy mà ngọn lửa cháy ở lớp mùn và than bùn, phá hủy chất hữu cơ đã được tích lũy dưới mặt đất rừng. Đặc trưng của hình thức cháy này là cháy chậm, âm ỉ, mép cháy không có ngọn lửa hoặc bùng cháy khi có gió thổi rồi lại tiếp tục âm 8
ỉ, ít khói và thường khó nhận thấy. Vì vậy, cũng khó đánh giá khi nào là hoàn toàn dập tắt được đám cháy ngầm. Cháy ngầm lan tràn theo mọi hướng do sự phân bố của chất hữu cơ dưới mặt đất rừng chứ không phát triển theo hướng nhất định là theo chiều gió và theo sườn dốc hướng từ dưới lên như đối với cháy mặt đất và cháy tán. Nói chung, việc phân loại cháy trên chỉ có nghĩa tương đối. Trong thực tế có thể đồng thời xảy ra ba loại cháy trên. Mỗi loại cháy có thể phát sinh độc lập nhưng cũng có thể chuyển hóa lẫn nhau. 1.1.3. Xác định mùa cháy Mùa cháy rừng là những khoảng thời gian thích hợp cho lửa rừng xảy ra và lan tràn, có thể xác định mùa cháy rừng theo: - Theo số liệu thống kê cháy rừng nhiều năm: Mùa cháy rừng gồm những tháng xảy ra cháy rừng với tổng tần suất xuất hiện vượt quá 90% cả năm. - Theo lượng mưa trung bình tuần của tháng trong nhiều năm liên tục: Tổng hợp số liệu lượng mưa trung bình tuần (tuần khí tượng) của các tháng trong nhiều năm liên tục (từ 10 – 15 năm) của địa phương và xây dựng thành biểu đồ. Theo đó xác định mùa cháy rừng với những tháng với ít nhất 2 tuần có lượng mưa trung bình < 15 mm. - Theo chỉ số khô hạn: Dựa vào số liệu về nhiệt độ và lượng mưa trung bình tháng của nhiều năm (từ 10 – 15 năm), mùa cháy rừng được xác định theo chỉ số khô hạn của Gaussel – Walter – Thái Văn Trừng như sau: X = S x Ax D (1.1) Trong đó: S – số tháng khô trong năm, với lượng mưa tháng khô Ps ≤ 2t t – nhiệt độ bình quân của tháng khô A – số tháng hạn trong năm, với lượng mưa tháng hạn Pa ≤ t’ t’ – nhiệt độ bình quân tháng hạn D – số tháng kiệt trong năm, với lượng mưa tháng kiệt P ≤ 5mm Chỉ số khô hạn X cho biết thời gian và mức độ khô hạn ở từng địa phương; nói lên đặc điểm khí hậu, đồng thời cũng nói lên mùa có khả năng phát sinh cháy 9
rừng ở địa phương đó. Ở mỗi địa phương khác nhau thì chỉ số khô hạn cũng khác nhau. Nếu thời gian khô hạn càng dài, đặc biệt thời gian hạn và kiệt càng dài, thì nguy cơ cháy lớn là rất cao. Dựa vào phương pháp này, mùa cháy rừng ở các vùng sinh thái của nước ta được xác định như sau: Bảng 1.1. Bảng thống kê mùa cháy rừng ở Việt nam Các tháng trong năm T Vùng sinh thái 1 1 T 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 0 2 1 Tây Bắc 2 Đông Bắc 3 Đồng bằng sông Hồng 4 Bắc Trung Bô ô 5 Duyên hải miền Trung 6 Tây Nguyên 7 Đông Nam Bô ô Đồng bằng sông Cửu 8 Long Nguồn: Cục Kiểm lâm, 2017 Tháng hạn kiê ôt Tháng khô 1.1.4. Phân vùng trọng điểm dễ cháy rừng Từ những nghiên cứu về tiểu khí hậu ở các loại rừng và thống kê tần suất xuất hiện các vụ cháy rừng, có thể chia ra 4 nhóm rừng có khả năng bị cháy rừng như sau: - Nhóm 1: Rừng rất khó cháy hoặc không bị cháy (rừng ngập mặn và rừng ngập nước thường xuyên…). - Nhóm 2: Rừng khó bị cháy (rừng tự nhiên nhiệt đới ẩm thường xuyên,…) - Nhóm 3: Rừng ít bị cháy (rừng phi lao chắn cát ven biển, rừng trồng thâm canh cao, rừng hỗn giao cây bản địa,…). - Nhóm 4: Rừng dễ cháy (rừng khộp, rừng thông, keo, bạch đàn,…). 10