Luận văn Thạc sĩ Lâm nghiệp: Nghiên cứu phân cấp nguy cơ cháy rừng bằng hàm lập nhóm ở khu vực Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai

Chia sẻ: Tri Tâm | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:79

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn nghiên cứu nhằm xây dựng những hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng dựa trên những yếu tố khí tƣợng trung bình ngày để làm cơ sở cho việc dự báo cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày ở khu vực Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai. 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 Lâm nghiệp: Nghiên cứu phân cấp nguy cơ cháy rừng bằng hàm lập nhóm ở khu vực Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP TRẦN ĐĂNG KHOA NGHIÊN CỨU PHÂN CẤP NGUY CƠ CHÁY RỪNG BẰNG HÀM LẬP NHÓM Ở KHU VỰC VĨNH CỬU, TỈNH ĐỒNG NAI LUẬN VĂN THẠC SỸ LÂM NGHIỆP Đồng Nai, 2017
i LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Trần Đăng Khoa xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Trần Đăng Khoa
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tôi xin chân thành cảm ơn: - Ban giám hiệu, phòng Sau Đại học, Ban Giám đốc Phân hiệu, Phòng Khoa học công nghệ và Hợp tác quốc tế cùng quý thầy cô của trƣờng Đại học lâm nghiệp đã truyền đạt cho tôi những kiến thức cần thiết trong quá trình tôi học tập và thực hiện đề tài. - Tôi xin gửi những tình cảm tốt đẹp và lời cảm ơn chân thành đến PGS. TS. Nguyễn Văn Thêm đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. - Xin trân trọng cảm ơn lãnh đạo cùng toàn thể cán bộ, công chức ở cơ quan nơi công tác đã tạo mọi điều kiện cho tôi trong suốt thời gian học tập cũng nhƣ thời gian nghiên cứu thực hiện luận văn tốt nghiệp này. - Xin trân trọng cảm ơn Đài khí tƣợng thủy văn tỉnh Đồng Nai đã nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp số liệu cho tôi suốt thời gian thực hiện. - Gia đình, bạn bè, ngƣời thân đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập. Đồng Nai, tháng 4 năm 2017 Trần Đăng Khoa
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii MỤC LỤC .................................................................................................................. ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..............................................v DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................ vi DANH MỤC CÁC HÌNH, VẼ ĐỒ THỊ ................................................................... ix MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................................1 2. Ý nghĩa của đề tài ................................................................................................1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................2 1.1. Các kiểu và nguyên nhân cháy rừng ................................................................2 1.2. Những yếu tố ảnh hƣởng đến cháy rừng ..........................................................2 1.3. Phƣơng pháp dự báo cháy rừng ........................................................................4 1.3.1. Xác định mùa cháy rừng ............................................................................4 1.3.2. Phƣơng pháp dự báo cháy rừng .................................................................5 1.4. Thảo luận chung ...............................................................................................8 CHƢƠNG 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................................................................................9 2.1. Mục tiêu nghiên cứu .........................................................................................9 2.1.1. Mục tiêu chung ..........................................................................................9 2.1.2. Mục tiêu cụ thể ..........................................................................................9 2.2. Đối tƣợng nghiên cứu .......................................................................................9 2.3. Phạm vi nghiên cứu ..........................................................................................9 2.4. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................9 2.5. Phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................................9 2.5.1. Phƣơng pháp luận ......................................................................................9 2.5.2. Phƣơng pháp thu thập số liệu ..................................................................11 2.5.3. Phƣơng pháp xử lý số liệu .......................................................................11 2.5.4. Công cụ xử lý số liệu ...............................................................................14
iv CHƢƠNG 3: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU .......................15 3.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên ...........................................................................15 3.1.1. Vị trí địa lý ...............................................................................................15 3.1.2. Địa hình....................................................................................................15 3.1.3. Khí hậu, thủy văn .....................................................................................15 3.1.4. Đặc điểm tài nguyên rừng ........................................................................16 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................17 4.1. Đặc điểm khí hậu ở khu vực nghiên cứu ........................................................17 4.1.1. Đặc điểm nhiệt độ không khí ...................................................................17 4.1.2. Đặc điểm lƣợng mƣa ...............................................................................18 4.1.3. Đặc điểm độ ẩm không khí ......................................................................20 4.1.4. Đặc điểm lƣợng nƣớc bốc hơi .................................................................22 4.1.5. Đặc điểm số giờ nắng ..............................................................................24 4.1.6. Đặc điểm hệ số thủy nhiệt .......................................................................26 4.1.7. Nhận định chung về khí hậu ở khu vực nghiên cứu ................................28 4.2. Phân cấp nguy cơ cháy rừng theo phƣơng pháp của Nesterov ......................29 4.2.1. Chỉ số khí hậu tổng hợp của Nesterov .....................................................29 4.2.2. Phân bố số ngày theo 5 cấp nguy cơ cháy rừng.......................................30 4.2.3. So sánh những yếu tố thời tiết theo 5 cấp nguy cơ cháy rừng .................32 4.3. Xây dựng các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng bằng hàm lập nhóm ...........35 4.3.1. Xác định những biến phân cấp nguy cơ cháy rừng .................................35 4.3.2. Xây dựng những hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng ................................36 4.4. Dự đoán cấp nguy cơ cháy rừng bằng hàm lập nhóm ....................................50 4.4.1. Sự tƣơng đồng giữa các cấp nguy cơ cháy rừng đƣợc dự đoán theo những phƣơng pháp khác nhau .....................................................................................50 4.4.2. Dự báo cấp nguy cơ cháy rừng theo hàm lập nhóm ................................52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................56 5.1. Kết luận ..........................................................................................................56 5.2. Kiến nghị ........................................................................................................56 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................57 PHỤ LỤC ..................................................................................................................59
v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên gọi đầy đủ A (tháng) Số tháng hạn trong mùa khô. Bh (mm) Lƣợng nƣớc bốc hơi trong ngày. Bhmax - Bhmin (mm) Lƣợng nƣớc bốc hơi cao nhất và thấp nhất. CV% Hệ số biến động. Di0C Nhiệt độ điểm sƣơng lúc 13 giờ. G (m/s) Tốc độ gió. Hi Số ngày khô hạn liên tục. F(k) Hàm lập nhóm thứ k. K Hệ số thủy nhiệt. Kmax - Kmin Hệ số thủy nhiệt cao nhất và thấp nhất. P (mm) Lƣợng mƣa. Pmax (mm) Lƣợng mƣa cao nhất. Pmin (mm) Lƣợng mƣa thấp nhất. PNes Chỉ tiêu khí hậu tổng hợp của Nesterov. N (giờ) Số giờ nắng trong ngày. Nmax - Nmin Số giờ nắng cao nhất và thấp nhất PNes Chỉ tiêu khí tƣợng tổng hợp của Nesterov. Rh (%) Độ ẩm không khí. Rhmax (%) Độ ẩm không khí cao nhất. Rhmin (%) Độ ẩm không khí thấp nhất. r Hệ số tƣơng quan. S Số tháng khô. 2 S Phƣơng sai. Se Sai số chuẩn của số trung bình. T, 0C Nhiệt độ không không khí. Tmax, 0C Nhiệt độ không không khí cao nhất. 0 Tmin, C Nhiệt độ không không khí thấp nhất. X Chỉ số khô hạn.
vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Hệ số P hiệu chỉnh theo tốc độ gió .............................................................3 Bảng 1.2. Chế độ khô ẩm ở Việt Nam ........................................................................5 Bảng 1.3. Cấp nguy cơ cháy rừng Thông Nhựa ở Quảng Ninh theo chỉ số PNes. .......6 Bảng 4.1. Đặc trƣng thống kê nhiệt độ không khí 12 tháng trong năm ở khu vực nghiên cứu. Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007...............................................17 Bảng 4.2. Đặc trƣng thống kê nhiệt độ không khí cả năm ở khu vực nghiên cứu. Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007. .......................................................................17 Bảng 4.3. Đặc trƣng thống kê lƣợng mƣa ở khu vực nghiên cứu. Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007. ..................................................................................................19 Bảng 4.4. Đặc trƣng thống kê lƣợng mƣa cả năm ở khu vực nghiên cứu. Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007. ..............................................................................19 Bảng 4.5. Đặc trƣng thống kê độ ẩm không khí của 12 tháng trong năm ở khu vực nghiên cứu. Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007...............................................21 Bảng 4.6. Độ ẩm không khí trung bình cả năm ở khu vực nghiên cứu. Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007. ........................................................................................21 Bảng 4.7. Đặc trƣng thống kê lƣợng nƣớc bốc hơi của 12 tháng trong năm ở khu vực nghiên cứu. Số liệu thống kê 16 năm từ 1992 – 2007........................................23 Bảng 4.8. Lƣợng nƣớc bốc hơi theo năm ở khu vực nghiên cứu. Số liệu thống kê 16 năm từ 1992 – 2007. ..................................................................................................23 Bảng 4.9. Đặc trƣng thống kê số giờ nắng của 12 tháng trong năm ở khu vực nghiên cứu. Số liệu thống kê 16 năm từ 1992 – 2007. .........................................................25 Bảng 4.10. Tổng số giờ nắng cả năm ở khu vực nghiên cứu. Số liệu thống kê 16 năm từ 1992 – 2007. ..................................................................................................25 Bảng 4.11. Đặc trƣng thống kê hệ số thủy nhiệt của 12 tháng trong năm ở khu vực nghiên cứu. Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007...............................................27 Bảng 4.12. Hệ số thủy nhiệt cả năm ở khu vực nghiên cứu. Số liệu thống kê 23 năm từ 1985 – 2007...........................................................................................................27 Bảng 4.13. Phân chia 5 cấp nguy cơ cháy rừng theo PNes ở khu vực nghiên cứu. ....29
vii Bảng 4.14. Phân bố số ngày trong 5 tháng theo 5 cấp nguy cơ cháy rừng ở khu vực nghiên cứu. Số liệu thống kê 6 năm từ tháng 12/2010 – 4/2015. .............................30 Bảng 4.15. Phân bố số ngày từ tháng 12 năm trƣớc đến tháng 4 năm sau theo 2 cấp mƣa ở khu vực nghiên cứu. Số liệu thống kê 6 năm từ tháng 12/2010 – 4/2015. ...................................................................................................................................32 Bảng 4.16. Nhiệt độ không khí trung bình hàng ngày tƣơng ứng với 5 cấp nguy cơ cháy rừng ở khu vực nghiên cứu. Số liệu thống kê 6 năm từ tháng 12/2010 – 4/2015. .......................................................................................................................32 Bảng 4.17. Nhiệt độ không khí trung bình lúc 13 hàng ngày tƣơng ứng với 5 cấp nguy cơ cháy rừng ở khu vực nghiên cứu. Số liệu thống kê 6 năm từ tháng 12/2010 – 4/2015. ....................................................................................................................33 Bảng 4.18. Lƣợng mƣa trung bình hàng ngày tƣơng ứng với 5 cấp nguy cơ cháy rừng ở khu vực nghiên cứu. Số liệu thống kê 6 năm từ tháng 12/2010 – 4/2015. ....33 Bảng 4.19. Độ ẩm không khí trung bình hàng ngày tƣơng ứng với 5 cấp nguy cơ cháy rừng ở khu vực nghiên cứu. Số liệu thống kê 6 năm từ tháng 12/2010 – 4/2015. .......................................................................................................................34 Bảng 4.20. Tốc độ gió trung bình hàng ngày tƣơng ứng với 5 cấp nguy cơ cháy rừng ở khu vực nghiên cứu. Số liệu thống kê 6 năm từ tháng 12/2010 – 4/2015. ............34 Bảng 4.21. Mối quan hệ giữa các yếu tố khí tƣợng trong ngày ở khu vực nghiên cứu. Số liệu thống kê 6 năm từ tháng 12/2010 – 4/2015. .........................................36 Bảng 4.22. Kiểm định sự khác biệt giữa 4 yếu tố khí tƣợng theo 5 cấp nguy cơ cháy rừng ở khu vực nghiên cứu. ......................................................................................37 Số liệu thống kê 6 năm từ tháng 12/2010 – 4/2015. .................................................37 Bảng 4.23. Các hệ số của hàm hợp quy chuẩn hoá với 4 biến dự đoán. ...................38 Bảng 4.24. Các hệ số của hàm hợp quy chƣa chuẩn hoá với 4 biến dự đoán. ..........38 Bảng 4.25. Các hàm ở trung tâm 5 cấp nguy cơ cháy rừng với 4 biến dự đoán. ......39 Bảng 4.26. Các hệ số của 5 hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng với 4 biến dự đoán............................39 Bảng 4.27. Kết quả phân chia 5 cấp nguy cơ cháy rừng với 4 biến dự đoán............40 Bảng 4.28. Các hệ số của hàm hợp quy chuẩn hoá với 3 biến T, P và Rh. ..............42
viii Bảng 4.29. Các hệ số của hàm hợp quy chƣa chuẩn hoá với 3 biến T, P và Rh. ......42 Bảng 4.30. Các hàm ở trung tâm các cấp nguy cơ cháy rừng. ..................................43 Bảng 4.31. Các hệ số của 5 hàm phân cấp cháy rừng với 3 biến T, P và Rh. ..........43 Bảng 4.32. Kết quả phân chia 5 cấp nguy cơ cháy rừng với 3 biến T, M và Rh. .....44 Bảng 4.33. Các hệ số của hàm hợp quy chuẩn hoá. ..................................................46 Bảng 4.34. Các hệ số của hàm hợp quy chƣa chuẩn hoá với 2 biến dự đoán. ..........46 Bảng 4.35. Các hàm ở trung tâm các cấp nguy cơ cháy rừng. ..................................47 Bảng 4.36. Các hệ số của 5 hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng với 2 biến dự đoán............................47 Bảng 4.37. Kết quả phân chia 5 cấp nguy cơ cháy rừng với 2 biến dự đoán............48 Bảng 4.38. Hệ số tƣơng quan hạng giữa những cấp nguy cơ cháy rừng theo chỉ số khí hậu tổng hợp (P) của Nesterov và hàm lập nhóm với 2 – 4 biến khí tƣợng............................................................50 Bảng 4.39. Các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng với 4 biến dự đoán. ....................52 Bảng 4.40. Các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng với 3 biến dự đoán. ....................52 Bảng 4.41. Các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng với 2 biến dự đoán. ....................53 Bảng 4.42. Dự báo cấp cấp nguy cơ cháy rừng bằng hàm lập nhóm với 4 biến khí tƣợng T, P, Rh và G. .................................................................................................53 Bảng 4.43. Dự báo cấp cấp nguy cơ cháy rừng bằng hàm lập nhóm với 3 biến khí tƣợng T, P và Rh. ......................................................................................................54 Bảng 4.44. Dự báo cấp cấp nguy cơ cháy rừng bằng hàm lập nhóm với 2 biến khí tƣợng T và Rh............................................................................................................54
ix DANH MỤC CÁC HÌNH, VẼ ĐỒ THỊ Hình 4.1. Biểu đồ biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ trung bình tháng trong năm18 (a) và trung bình năm (b) ở khu vực nghiên cứu. ...........................................................18 Hình 4.2. Biểu đồ biểu diễn tổng lƣợng mƣa tháng trong năm (a) và tổng lƣợng mƣa cả năm (b) ở khu vực nghiên cứu. .............................................................................20 Hình 4.3. Biểu đồ biểu diễn độ ẩm không khí trung bình tháng trong năm (a) và trung bình năm (b) ở khu vực nghiên cứu. ................................................................22 Hình 4.4. Biểu đồ biểu diễn lƣợng nƣớc bốc hơi trung bình tháng (a) và trung bình năm (b) ở khu vực nghiên cứu. .................................................................................24 Hình 4.5. Biểu đồ biểu diễn số giờ nắng trung bình tháng (a) và trung bình năm (b) ở khu vực nghiên cứu. ...............................................................................................26 Hình 4.6. Biểu đồ biểu diễn hệ số thủy nhiệt trung bình tháng (a) và trung bình năm (b) ở khu vực nghiên cứu. .........................................................................................28 Hình 4.7. Biểu đồ Gaussen- Walter biểu diễn nhiệt độ không khí, lƣợng mƣa và độ ẩm không khí trong năm ở khu vực nghiên cứu. ......................................................29 Hình 4.8. Biểu đồ mô tả phân bố số ngày trong 5 tháng theo 5 cấp nguy cơ cháy rừng của Nesterov ở khu vực nghiên cứu. ................................................................31 Hình 4.9. Biểu đồ phân chia 5 cấp nguy cơ cháy rừng với 4 biến dự đoán. .............40 Hình 4.10. Biểu đồ phân chia 5 cấp nguy cơ cháy rừng với 3 biến dự đoán: T, P và Rh. .............................................................................................................................44 Hình 4.11. Biểu đồ phân chia 5 cấp nguy cơ cháy rừng với 2 biến dự đoán T và Rh. ...................................................................................................................................48
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hàng năm nƣớc ta đã xảy ra hàng trăm vụ cháy rừng, thiêu hủy hàng ngàn héc ta rừng khác nhau (Đặng Vũ Cẩn và Hoàng Kim Ngũ, 1992) [1]; Phạm Ngọc Hƣng, 2001) [4]. Ở khu vực Vĩnh Cửu, từ năm 2000 đến nay, mỗi năm cũng có khoảng 2 vụ cháy rừng, làm thiệt hại hàng trăm triệu đồng. Vì thể, vấn đề phòng chống cháy rừng và hạn chế những hậu quả xấu do cháy rừng gây ra là một việc làm cần thiết. Hiện nay các cấp dự báo nguy cơ cháy rừng ngắn hạn và dài hạn ở nƣớc ta đƣợc xây dựng trên cơ sở áp dụng chỉ tiêu khí tƣợng tổng hợp (P) của Nesterov (1940) (Phạm Ngọc Hƣng, 2001) [4]. Ƣu điểm của hai phƣơng pháp này là đơn giản, dễ tính toán. Hai phƣơng pháp này cũng có nhiều nhƣợc điểm. Một là chúng chƣa tính hết các yếu tố có ảnh hƣởng đến cháy rừng. Hai là, để tính đƣợc các cấp cháy, hàng ngày dự báo viên phải đo đạc nhiệt độ không khí trung bình tại hiện trƣờng vào lúc 13 giờ. Ba là chỉ số P đƣợc phân chia quá rộng và khi P thay đổi một vài đơn vị thì cấp cháy cũng thay đổi. Bốn là dự báo viên phải theo dõi liên tục ngày có mƣa hay không có mƣa trong tháng... Mức độ nguy cơ cháy rừng không chỉ có quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ không khí và độ thiếu hụt bão hòa hơi nƣớc, mà còn với nhiều yếu tố khác nhƣ lƣợng mƣa, độ ẩm không khí, tốc độ gió, khối lƣợng và tình trạng vật liệu cháy…Mặt khác, biến động của những yếu tố khí hậu hàng ngày có quan hệ chặt chẽ với nhau. Vì thế, phân cấp mức độ nguy cơ cháy rừng có thể đƣợc dự đoán theo nhiều yếu tố khí hậu khác nhau. Phƣơng pháp này cho phép hạn chế một phần những nhƣợc điểm của phƣơng pháp dự báo các cấp nguy cơ cháy rừng theo chỉ tiêu khí tƣợng tổng hợp (P) của Nesterov. Xuất phát từ đó, đề tài luận văn này ứng dụng hàm lập nhóm tuyến tính Fisher với nhiều biến khí tƣợng trung bình ngày để Nghiên cứu phân cấp nguy cơ cháy rừng bằng hàm lập nhóm ở khu vực Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai. 2. Ý nghĩa của đề tài Về lý luận, đề tài góp phần xây dựng phƣơng pháp phân cấp nguy cơ cháy rừng. Về thực tiễn, đề tài cung cấp phƣơng pháp dự đoán cấp nguy cơ cháy rừng dựa trên những biến số dễ đo đạc.
2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Các kiểu và nguyên nhân cháy rừng Cháy rừng là sự lan truyền không định hƣớng của lửa theo diện tích rừng (Kimmins, 1998 [7]). Cháy rừng đƣợc phân chia thành ba kiểu: (1) cháy ngầm, (2) cháy dƣới tán rừng hay cháy tầng dƣới, (3) cháy tán rừng hay cháy tầng trên (Phạm Ngọc Hƣng, 2001 [4]). Cháy ngầm là cháy các vật liệu hữu cơ (thảm mục và than bùn) tích tụ dƣới mặt đất. Đặc điểm của cháy ngầm là tốc độ lan truyền chậm (0,5 - 5,0 m/ngày), không hình thành ngọn lửa, khói rất ít. Cháy dƣới tán rừng (hay cháy bề mặt sàn rừng) là cháy lớp vật rụng trên sàn rừng, thảm cây bụi, thảm cỏ và lớp cây tái sinh phân bố dƣới tán rừng. Đây là loại cháy thƣờng hay xảy ra. Tốc độ cháy dƣới tán rừng thay đổi tùy theo nguồn vật liệu cháy (vật rụng, xác chết của cây rừng, thảm cây bụi và thảm cỏ, cây tầng dƣới, cây gỗ tầng trên) và thời tiết (ẩm độ, nhiệt độ, gió). Cháy tán rừng hay cháy tầng trên là cháy tầng tán quần thụ. Loại cháy này xảy ra do ảnh hƣởng lan truyền từ cháy tầng dƣới. Cháy tầng trên cũng có thể xảy ra với tốc độ nhanh (15 - 25 m/s) hoặc tốc độ chậm (5 - 15 m/s). Cháy rừng là do kết quả của những hoạt động bất cẩn hoặc hoạt động vô ý thức của con ngƣời và sấm sét; trong đó hoạt động của con ngƣời là nguyên nhân chủ yếu. Vì thế, lửa đƣợc xem là một yếu tố của nhóm sinh vật, bởi vì nó gắn liền với hoạt động của con ngƣời (Kimmins, 1998 [7]; Phạm Ngọc Hƣng, 2001 [4]). 1.2. Những yếu tố ảnh hƣởng đến cháy rừng Cháy rừng xảy ra do nhiều yếu tố khác nhau nhƣ khí hậu (nhiệt độ, mƣa, độ ẩm không khí, lƣợng nƣớc bốc hơi, tốc độ gió…), nguồn vật liệu cháy, vùng sinh thái, tập quán canh tác và ý thức của cộng đồng (Kimmins, 1998 [7]; Shu Lifu,1998, 1999 [9, 10]; Phạm Ngọc Hƣng, 2001 [4]; Li, 2012 [8]; Yundan Xiao và ctv, 2015 [15]). Trong các yếu tố khí hậu, độ ẩm tƣơng đối của không khí (Rh%) đóng vai trò quan trọng. Những ngày có Rh% thấp là nguyên nhân dẫn đến vật liệu cháy bị khô (Li, 2012 [8]). Tốc độ gió (G, m/s) có ảnh hƣởng lớn đến cháy rừng. Giữa tốc độ gió và cháy rừng có mối quan hệ dƣơng. Lƣợng nƣớc bốc hơi (Bh, mm) hàng ngày
3 có ảnh hƣởng lớn đến cháy rừng. Lƣợng nƣớc bốc hơi phụ thuộc vào độ ẩm không khí và tốc độ gió (Yundan Xiao và ctv, 2015) [15]. Nhiệt độ cao dẫn đến sự mất nƣớc từ vật liệu cháy và làm cho vật liệu cháy bị khô. Từ đó cháy có thể xuất hiện. Độ ẩm thiếu hụt của không khí là yếu tố có ảnh hƣởng đến cháy rừng. Độ ẩm thiếu hụt của không khí là sự chênh lệch giữa nhiệt độ không khí vào lúc 13 giờ và nhiệt độ điểm sƣơng. Nhiệt độ điểm sƣơng là nhiệt độ ở thời điểm không khí bão hoà hơi nƣớc. Khi không khí bão hoà hơi nƣớc thì quá trình ngƣng kết hơi nƣớc trong không khí sẽ xảy ra. Khi không khí có độ ẩm thấp và nhiệt độ cao thì vật liệu cháy sẽ khô. Đây là điều kiện thuận lợi cho quá trình cháy. Gió có ảnh hƣởng đến tốc độ lan truyền và hƣớng di chuyển của lửa. Gió cũng làm vật liệu cháy khô nhanh hơn. Tốc độ cháy gia tăng cùng với sự gia tăng tốc độ gió. Khi tốc độ gió đạt trên 15 km/h thì tốc độ và tính nguy hiểm của cháy sẽ tăng lên nhanh. Tùy theo tốc độ gió (G, m/s), Kooper (1990) [dẫn theo 3] đã đề nghị hiệu chỉnh chỉ số nguy cơ cháy rừng (PNes) của Nesterov nhƣ Bảng 1.1. Bảng 1.1. Hệ số P hiệu chỉnh theo tốc độ gió TT Tốc độ gió (G, km/h) Hệ số PNes hiệu chỉnh (1) (2) (3) 1 0–5 1,0 2 6 – 15 1,5 3 16 – 25 2,0 4 ≥ 26 3,0 Độ ẩm của vật liệu cháy có quan hệ chặt chẽ với lƣợng mƣa. Theo Phạm Ngọc Hƣng (2001) [4], khi lƣợng mƣa nhỏ hơn 5 mm/ngày thì vật liệu cháy sẽ khô và nguy cơ cháy rừng có thể xảy ra. Lƣợng mƣa trên 5 mm/ngày thì nguy cơ cháy rừng ít xảy ra. Vật liệu cháy bao gồm những vật rụng (cành, nhánh, lá, vỏ, hoa quả…), cây khô, chà nhánh khô sau khi khai thác rừng, than bùn, thân cây và cành lá còn tƣơi…Tính nguy hại của cháy tăng lên cùng với sự gia tăng vật liệu cháy (Phạm Ngọc Hƣng 2001) [4].
4 Điều kiện khí hậu có ảnh hƣởng đến cháy rừng. Ở khu vực Đông Nam Bộ có hai mùa khô và mƣa phân biệt khá rõ; trong đó mùa khô kéo dài 4 – 6 tháng từ tháng 12 năm trƣớc đến tháng 4 năm sau. Đây là mùa phát sinh cháy rừng ở miền Nam (Phạm Ngọc Hƣng 2001) [4]. Mật độ dân cƣ, phƣơng thức canh tác, mật độ điểm du lịch và ngƣời đi du lịch vào rừng và mật độ đƣờng giao thông cũng ảnh hƣởng lớn đến cháy rừng (Nguyễn Văn Thêm, 2002) [2]. Ý thức sinh hoạt của cộng đồng có ảnh hƣởng lớn đến cháy rừng. Nhiều vụ cháy rừng ở nƣớc ta có liên quan đến phƣơng thức canh tác và sinh hoạt của cộng đồng (Phạm Ngọc Hƣng 2001) [4]. Nói chung, dự báo nguy cơ cháy rừng là một vấn đề khó khăn. Bên cạnh yếu tố thời tiết, cháy rừng cũng có liên quan đến điều kiện tự nhiên, loài cây gỗ và hoạt động của con ngƣời. Ngày nay quản lý lửa rừng có thể đƣợc thực hiện nhờ vào hệ thống thông tin địa lý (GIS) và viễn thám (Shu Lifu,1998) [9]. 1.3. Phƣơng pháp dự báo cháy rừng Dự báo cháy rừng bao gồm hai bƣớc: (1) Xác định mùa cháy rừng, (2) Dự báo cháy rừng dài hạn (tuần, tháng) và ngắn hạn (ngày). 1.3.1. Xác định mùa cháy rừng Mùa cháy rừng là khoảng thời gian khô và hạn trong năm. Có hai phƣơng pháp xác định mùa cháy rừng. Một là phƣơng pháp biểu đồ biểu diễn lƣợng mƣa trung bình của tuần trong một năm. Hai là phƣơng pháp dựa vào chỉ số khô hạn. Biểu đồ mô tả lƣợng mƣa trung bình của tuần trong một năm đƣợc vẽ với trục tung là lƣợng mƣa (P, mm), còn trục hoành là tuần hay tháng trong năm. Mùa cháy rừng là những tháng có lƣợng mƣa nhỏ hơn 15 mm (Phạm Ngọc Hƣng 2001) [4]. Chế độ khô ẩm là tác nhân khống chế và ấn định sự hình thành các kiểu khí hậu thực vật ở Việt Nam (Thái Văn Trừng, 1999) [5]. Chế độ khô ẩm bao gồm ba chỉ tiêu: lƣợng mƣa (P, mm), chỉ số khô hạn (X) và độ ẩm tƣơng đối của không khí trung bình thấp nhất (%). Chỉ số khô hạn X đƣợc xác định bằng công thức (1.1); trong đó S là số tháng khô. Khi tổng lƣợng mƣa của tháng Ps < 50 mm, thì tháng đó là tháng khô. Đại lƣợng A là số tháng hạn trong mùa khô (Pa). Những tháng có Pa <
5 25 mm là những tháng hạn. Đại lƣợng D là số tháng kiệt. Tháng kiệt là tháng có Pd < 5 mm. X = S.A.D, (1.1) Căn cứ vào lƣợng mƣa, độ ẩm tƣơng đối trung bình thấp nhất và chỉ số khô hạn, Thái Văn Trừng (1999) [5] đã phân chia chế độ khô ẩm ở Việt Nam thành 4 cấp (Bảng 1.2). Bảng 1.2. Chế độ khô ẩm ở Việt Nam Chỉ số khô hạn Độ ẩm không Tên gọi Lƣợng mƣa (số tháng) khí thấp nhất chế độ (mm/năm) S A D (%) khô ẩm (1) (2) (3) (4) (5) (6) > 2500 0-3 0 0 > 85 Mƣa ẩm (Cấp I) 1200 - 2500 1-3 0-1 0 > 85 Ẩm (Cấp II) 4-6 1-2 0-1 < 85 Hơi ẩm 600 - 1200 4-6 1-2 0-1 > 50 Hơi khô (Cấp III) 7-9 2-4 0-2 > 50 Khô 300 - 600 6 - 10 4-6 1-3 > 30 Hạn (Cấp IV) 1.3.2. Phương pháp dự báo cháy rừng 1.3.2.1. Dự báo cháy rừng ngắn hạn Dự báo cháy rừng ngắn hạn (hàng ngày) là xác định khả năng cháy rừng hàng ngày. Ở Việt Nam, dự báo cháy rừng ngắn hạn đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp của Nesterov (1949; dẫn theo Phạm Ngọc Hƣng 2001) [4]. Theo Nesterov (1949), mức độ nguy hiểm của cháy rừng có thể đƣợc tính theo chỉ tiêu tổng hợp PNes (Công thức 1.2); trong đó PNes là chỉ tiêu tổng hợp về nguy cơ cháy rừng, n là số ngày không mƣa hoặc lƣợng mƣa nhỏ hơn 5 mm, Ti là nhiệt độ không khí lúc 13 giờ (thời điểm xảy ra cháy nhiều nhất), Di là nhiệt độ điểm sƣơng lúc 13 giờ. Nhiệt
6 độ điểm sƣơng là nhiệt độ ở thời điểm không khí bão hoà hơi nƣớc 100%. Khi không khí bão hoà hơi nƣớc, thì quá trình ngƣng kết hơi nƣớc trong không khí sẽ xảy ra. n PNes = ∑ Ti(Ti-Di) (1.2) 1 Nếu lƣợng mƣa ngày cuối cùng lớn hơn hay nhỏ hơn 5 mm, thì chỉ số PNes đƣợc điều chỉnh bằng hệ số K (Công thức 1.3). Hệ số K = 0 khi lƣợng mƣa ngày lớn hơn 5 mm. Ngƣợc lại, những ngày có lƣợng mƣa nhỏ hơn 5 mm thì K = 1. Chỉ tiêu PNes đƣợc tính dựa trên tài liệu đo đếm ở các trạm khí tƣợng gần nhất. n PNes = K*∑ Ti(Ti-Di) (1.3) 1 Căn cứ vào độ lớn của PNes, Phạm Ngọc Hƣng (1998) [4] đã phân chia mức độ nguy cơ cháy rừng Thông Nhựa ở Quảng Ninh thành 5 cấp (Bảng 1.3). Bảng 1.3. Cấp nguy cơ cháy rừng Thông Nhựa ở Quảng Ninh theo chỉ số P Nes. Cấp cháy PNes Mức độ cháy (1) (2) (3) I 1 – 1000 Ít có khả năng cháy II 1001 – 2500 Có khả năng cháy III 2501 – 5000 Khả năng cháy lớn IV 5001 – 10.000 Nguy hiểm V > 10.000 Cực kỳ nguy hiểm Cháy rừng còn chịu ảnh hƣởng của nhiều yếu tố khác nhƣ tốc độ gió, độ ẩm của vật liệu cháy và mƣa…Vì thế, Kooper (1990; dẫn theo Phạm Ngọc Hƣng, 1988) [4] đã đề nghị hiệu chỉnh chỉ số nguy cơ cháy rừng PNes của Nesterov theo tốc độ gió. Nếu chỉ số PNes đƣợc đƣa vào hệ số hiệu chỉnh do ảnh hƣởng của gió, thì thời gian dự báo có giá trị trong 24 giờ kế tiếp. Ngƣợc lại, nếu giá trị P Nes không đƣợc hiệu chỉnh theo hệ số gió, thì P của ngày kế tiếp đƣợc tính theo công thức 1.2 và 1.3. Tùy theo điều kiện khí hậu địa phƣơng, mỗi vùng có thể lập một bảng phân cấp phòng cháy riêng.
7 1.3.2.2. Dự báo cháy rừng dài hạn Dự báo cháy rừng dài hạn là xác định số ngày khô hạn liên tục (tuần = 7 – 10 ngày) có khả năng cháy rừng. Ở Việt Nam, Phạm Ngọc Hƣng (1988) [4] đã dự báo cháy rừng dài hạn dựa theo chỉ số Hi (Công thức 1.4). Chỉ số Hi là số ngày khô hạn liên tục (lƣợng mƣa < 5 mm); Hi-1 là số ngày khô hạn tính đến ngày i – 1; K là hệ số điều chỉnh theo lƣợng mƣa: K = 0 khi mƣa trên 5 mm, còn K = 1 khi mƣa < 5 mm. Hi = K(Hi-1 +1) (1.4) 1.3.2.3. Dự báo cháy rừng dựa theo độ ẩm vật liệu cháy Giữa độ ẩm vật liệu cháy và khả năng cháy có quan hệ chặt chẽ với nhau. Vì thế, việc dự báo cháy rừng có thể dựa theo độ ẩm vật liệu cháy. Hiện nay hệ thống dự báo cháy rừng ở Nga, Mỹ và Canada bao gồm ba yếu tố. Một là đặc điểm của thảm thực vật rừng (loài cây, cấu trúc rừng và sàn rừng, động thái biến đổi theo mùa của rừng và sàn rừng). Hai là các yếu tố có liên quan đến độ ẩm vật liệu cháy (thời tiết). Ba là các yếu tố thuộc về nguồn lửa gây ra cháy rừng. Ở nƣớc Nga, các mức nguy cơ cháy rừng đƣợc tính toán theo chỉ số khô hạn PV-1. Các chỉ số này đƣợc xác định theo phƣơng pháp của Nesterov (1949). Giá trị PV-1 đối với 24 giờ trƣớc đƣợc xác định theo nhiệt độ không khí và nhiệt độ điểm sƣơng lúc 3 giờ chiều hàng ngày và tổng lƣợng mƣa đêm (7 giờ tối đến 7 giờ sáng) trên 5mm. Giá trị PV-1 đƣợc kết hợp với độ ẩm của rêu. Giá trị PV-2 đƣợc kết hợp với độ ẩm của cỏ. Độ dày của lớp rêu từ 5 – 8 cm ở rừng Thông đƣợc sử dụng là chỉ tiêu tổng hợp về vật liệu cháy của thảm thực vật. Sau này ngƣời ta đã điều chỉnh phƣơng pháp dự báo cháy rừng của Nesterov bằng chỉ số PVG. Chỉ số này đƣợc tính toán dựa vào độ ẩm vật liệu cháy và lƣợng mƣa (Vonsky và Zhdanko 1976) [14]. Hệ thống chỉ số thời tiết cháy rừng ở Canada (FWI = Canadian Forest Fire Weather Index System) đƣợc phân chia theo hàm lƣợng nƣớc trong vật liệu cháy. Trƣớc hết, hàng ngày xác định và mã hóa độ ẩm trong ba lớp vật liệu cháy. Mã FFMC là lớp vật liệu cháy có bề dày lớn hơn 1,2 cm; mã DMC = 1,2 - 7 cm và mã DC = 7 - 18 cm. Sau đó xác định nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí, tốc độ gió và lƣợng mƣa trong 24 giờ trƣớc. Sự kết hợp của ba mã độ dày của vật liệu cháy và tốc độ gió phản ánh mức nguy hại của cháy rừng (Vonsky và Zhdanko 1976) [14].
8 Hệ thống phân cấp nguy cơ cháy quốc gia (NFDRS) ở Mỹ đƣợc xác định dựa theo vật liệu cháy và thời tiết hàng ngày. Vật liệu cháy đƣợc phân chia thành 2 tiêu chuẩn: chết và sống. Vật liệu khô phụ thuộc vào thời tiết và đƣợc phân chia thành 4 cấp (Deeming và ctv, 1977) [6]. Cháy rừng còn có liên quan đến mật độ dân cƣ, tập quán canh tác của địa phƣơng, hoạt động thăm quan và du lịch. Vì thế, tần số xuất hiện cháy rừng có thể đƣợc xác định dựa theo các mô hình toán. Ở Trung Quốc, Yundan Xiao và ctv (2015)[15] đã sử dụng mô hình Poisson và mô hình nhị thức để xác định tần số xuất hiện cháy rừng. Các cấp cháy rừng cũng có thể đƣợc xác định bằng hàm lập nhóm với nhiều biến khí tƣợng (Nguyễn Văn Thêm, 2004)[3]. 1.4. Thảo luận chung Từ những tổng quan về cháy rừng và phƣơng pháp dự báo cháy rừng cho thấy, các cấp nguy cơ cháy rừng có thể đƣợc dự đoán theo hai phƣơng pháp. Một là các cấp nguy cơ cháy rừng đƣợc phân chia dựa vào tình trạng thời tiết hàng ngày. Hai là các cấp nguy cơ cháy rừng đƣợc phân chia dựa vào sự kết hợp giữa tình trạng thời tiết hàng ngày và tình trạng vật liệu cháy. Nhiều tác giả đã chỉ ra rằng, xác định cháy rừng với độ tin cậy cao là một vấn đề rất phức tạp và khó khăn. Nguyên nhân là vì cháy rừng có liên quan đến rất nhiều yếu tố khác nhau nhƣ tình trạng thời tiết, tình trạng vật liệu cháy, loài cây và kiểu rừng, địa hình, tập quán văn hóa và tập quán canh tác của cộng đồng địa phƣơng. Ở các nƣớc tiên tiến (Nga, Mỹ và Canada), các cấp nguy cơ cháy đƣợc phân chia dựa vào sự kết hợp giữa tình trạng thời tiết hàng ngày và tình trạng vật liệu cháy. Ở nƣớc ta, các cấp dự báo nguy cơ cháy rừng ngắn hạn và dài hạn đƣợc xây dựng dựa vào chỉ số PNes của Nesterov và chỉ số ngày khô hạn của Phạm Ngọc Hƣng (2001)[4]. Ƣu điểm của các phƣơng pháp này là đơn giản và dễ tính toán. Nhƣng các phƣơng pháp này cũng có nhiều hạn chế. Mặt khác, nếu các cấp cháy đƣợc phân chia bằng cách kết hợp giữa tình trạng thời tiết và vật liệu cháy, thì dự báo cháy đòi hỏi rất nhiều thông tin khác nhau. Đây là khó khăn lớn đối với công việc dự báo cháy rừng ở nƣớc ta. Dựa theo 5 cấp cháy rừng đƣợc phân chia theo chỉ số PNes của Nesterov và những biến khí tƣợng trung bình hàng ngày, đề tài luận văn này áp dụng các hàm lập nhóm tuyến tính Fisher (Grouping Fisher’s Linnear Functions) để xây dựng các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng ở khu vực Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai.
9 CHƢƠNG 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu 2.1.1. Mục tiêu chung Xây dựng những hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng dựa trên những yếu tố khí tƣợng trung bình ngày để làm cơ sở cho việc dự báo cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày ở khu vực Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai. 2.1.2. Mục tiêu cụ thể a. Xác định những đặc trƣng khí hậu ở khu vực Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai. b. Xây dựng các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng dựa trên những biến khí tƣợng trung bình ngày. 2.2. Đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu là phân cấp mức độ nguy cơ cháy rừng. Địa điểm nghiên cứu đƣợc thực hiện tại khu vực Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai. Thời gian theo dõi diễn biến thời tiết hàng ngày từ tháng 12 năm trƣớc đến tháng 4 năm sau. Đây là thời kỳ có nguy cơ cháy rừng rất cao. 2.3. Ph m vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu của đề tài là phân cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày trong những tháng có nguy cơ cháy rừng. Nội dung nghiên cứu tập trung phân tích đặc điểm khí hậu và xây dựng những hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng. Từ những kết quả nghiên cứu, đề xuất các hàm dự báo cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày trong những tháng có nguy cơ cháy rừng ở khu vực Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai. 2.4. Nội dung nghiên cứu (1) Đặc điểm khí hậu ở khu vực nghiên cứu. (2) Phân cấp nguy cơ cháy rừng theo phƣơng pháp của Nesterov. (3) Xây dựng các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng bằng hàm lập nhóm. (4) Dự đoán cấp nguy cơ cháy rừng bằng hàm lập nhóm. 2.5. Phƣơng pháp nghiên cứu 2.5.1. Phương pháp luận Phƣơng pháp luận của đề tài dựa trên những quan niệm sau đây:
10 (1) Cháy rừng có mối liên hệ chặt chẽ với điều kiện thời tiết khô hạn. Khi mức độ khô hạn tăng dần thì nguy cơ cháy rừng cũng tăng dần. Vì thế, nguy cơ cháy rừng có thể đƣợc phân chia dựa theo điều kiện thời tiết hàng ngày. (2) Cháy rừng và tính khốc liệt của cháy rừng cũng có mối liên hệ chặt chẽ với khối lƣợng và tình trạng vật liệu cháy dƣới tán rừng. Khối lƣợng vật liệu cháy dƣới tán rừng biến đổi theo mùa. Vật liệu cháy chỉ nguy hại khi độ ẩm của chúng hạ thấp dƣới 25%. Vì thế, nguy cơ cháy rừng và tính khốc liệt của cháy rừng có thể đƣợc phân chia dựa theo tình trạng vật liệu cháy. (3) Phân cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày dựa theo chỉ số PNes của Nesterov đòi hỏi phải biết nhiệt độ không khí và nhiệt độ điểm sƣơng lúc 13 giờ trƣa. Thông thƣờng những chỉ tiêu khí tƣợng này không đƣợc thông báo hàng ngày trên các phƣơng tiện truyền thông. Trái lại, nhiều phƣơng tiện truyền thông (báo, tivi, internet) có thể thông báo tình trạng thời tiết trung bình hàng ngày. Vì thế, thay vì phân cấp nguy cơ cháy rừng theo nhiệt độ không khí và nhiệt độ điểm sƣơng lúc 13 giờ trƣa, các cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày có thể đƣợc phân cấp dựa theo nhiều yếu tố khí tƣợng trung bình ngày. Xuất phát từ những quan niệm trên đây, hƣớng giải quyết của đề tài bắt đầu từ việc xác định mùa cháy rừng. Kế đến phân cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày theo chỉ số PNes của Nesterov. Sau đó, từ các cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày theo chỉ số PNes của Nesterov, xây dựng các hàm lập nhóm với nhiều biến khí tƣợng trung bình ngày để xác định những ngày có cùng cấp nguy cơ cháy rừng. Các hàm phân cấp nguy cơ cháy rừng với nhiều biến khí tƣợng trung bình ngày là cơ sở để phân cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày ở khu vực nghiên cứu. Những giả thuyết nghiên cứu (1) Những ngày có điều kiện thời tiết tƣơng đồng với nhau thì cấp nguy cơ cháy rừng cũng tƣơng đồng với nhau. Giả thuyết này đƣợc kiểm định thông qua so sánh điều kiện thời tiết hàng ngày trong các cấp nguy cơ cháy rừng. (2) Những cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày của những năm tiếp theo cũng tƣơng đồng với những cấp nguy cơ cháy rừng hàng ngày của những năm trƣớc đó. Giả thuyết này dựa trên cơ sở thời tiết biến đổi theo quy luật nhất định và có thể dự báo đƣợc với độ tin cậy cao.