1 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TRỒNG CÂY NGẬP MẶN BẢO VỆ ĐÊ BIỂN 5, HUYỆN TIỀN HẢI, TỈNH THÁI BÌNH PGS.TS. Trịnh Văn Hạnh, TS. Phạm Minh Cương, Ths. Lê Ngọc Cương, Ths. Kiều Văn Hồng, Ths. Trần Thị Lợi và cs Viện Sinh thái và Bảo vệ công trình Tóm tắt: Việc trồng cây ngập mặn ven biển ở nước ta tại những vùng có sóng lớn, thể nền không ổn định và kém dinh dưỡng gặp rất nhiều khó khăn. Trong khuôn khổ dự án "Hoàn thiện công nghệ ươm giống và trồng cây bần chua ngập mặn chắn sóng bảo vệ đê biển, góp phần cải thiện môi trường sinh thái ven biển ở các tỉnh đồng bằng Bắc Bộ và Bắc miền Trung", chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu xây dựng mô hình trồng cây ngập mặn (CNM) chắn sóng bảo vệ đê biển 5 đoạn từ K14+125 đến K14+800 thuộc xã Nam Thịnh, huyện Tiền Hải, tỉnh Thái Bình. Bài báo này trình bày khái quát các giải pháp giảm sóng, ổn định bãi; phân tích lựa chọn loài cây và tiêu chuẩn CNM phù hợp với điều kiện bãi triều tại khu vực nghiên cứu. Từ khóa: Cây ngập mặn, thể nền, hàng rào giảm sóng, tiêu chuẩn cây đem trồng, hố đào cải tạo Summary: There are many difficulties in planting mangrove in Vietnam, particularly in harsh condition such as high wave and poor nutrient areas. In the framework of project “Develop planting mangrove technology in order to reduce wave, protect seadyke, contribute to improving ecological environment in North and northern Center areas” we have built a planting mangrove model at No 5 sea dyke (from K14+125 to K14+800) in Nam Thinh commune, Tien Hai district, Thai Binh province. This paper presents some results of wave-reduced measures, beach stabilization, selecting suitable species and standard plants based on study area conditions. Key words: mangrove, alluvial ground, wave reduced fence, standard plant, holes 1. Đặt vấn đề Từ kết quả của đề tài Nghiên cứu cấp Bộ: “Nghiên cứu giải pháp trồng cây ngập mặn chắn sóng bảo vệ đê biển Thanh Hóa và Ninh Bình” đã được Hội đồng nghiệm thu cấp Bộ kiến nghị cho thực hiện dự án sản xuất thử nghiệm. Mô hình thử nghiệm được chọn là khu vực bãi triều trước đê biển 5 đoạn từ K14+125 đến K14+800, xã Nam Thịnh, huyện Tiền Hải, tỉnh Thái Bình có điều kiện bãi phức tạp, thể nền nghèo dinh dưỡng, sóng lớn. Để bảo vệ cho tuyến đê này địa phương đã phải đầu tư xây dựng hệ thống mỏ hàn và trồng CNM để bảo vệ đê, mặc dù đã trồng cây nhiều lần nhưng không thành công và đê biển vẫn bị sóng gió đe dọa. 2 Nội dung trình bày trong bài báo này là những dẫn liệu nghiên cứu ban đầu trong năm 2013 về việc xây dựng mô hình trồng cây ngập mặn trong điều kiện sóng lớn, cao trình nền bãi không ổn định, bãi nghèo phù sa. Hiệu quả của các giải pháp kỹ thuật đang được tiếp tục được theo dõi, đánh giá để điều chỉnh, hoàn thiện trong các năm tiếp theo. Việc hoàn thiện các giải pháp kỹ thuật này sẽ có phạm vi ứng dụng rất lớn trong việc mở rộng diện tích trồng CNM bảo vệ đê biển, bờ biển ở các địa phương ven biển nước ta. 2. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp khảo sát địa hình Sử dụng máy toàn đạc TOPCOM có độ chính xác góc m β = ± 1” độ chính xác đo cạnh m s = 2 mm + 2ppm. Sử dụng hệ cao tọa độ quốc gia lấy theo mốc thủy chuẩn hạng 4 cách vị trí khảo sát 1,5km. Phương pháp khảo sát địa chất: Đào hố địa chất 2x2m lấy mẫu. Xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất trong phòng thí nghiệm. Phương pháp khảo sát thổ nhưỡng: Áp dụng các phương pháp phân tích mẫu đất theo FAO. Phương pháp đo độ mặn: Sử dụng máy đo độ mặn cầm tay Portable Phương pháp bố trí thí nghiệm: Lập ô tiêu chuẩn cho các thí nghiệm: giảm sóng, cải tạo bãi, tiêu chuẩn cây đem trồng. Ngoài ra, chúng tôi còn sử dụng phương pháp hồi cứu các kết quả nghiên cứu có liên quan tại khu vực xây dựng mô hình và kế thừa kết quả nghiên cứu của các tác giả khác về các giải pháp giảm sóng, tạo bãi. Tính toán và xử lý số liệu trồng CNM theo phần mềm thống kê sinh học IRRISTAT 3. Kết quả điều tra các điều kiện tự nhiên liên quan đến CNM ở khu vực nghiên cứu Phạm vi bãi trồng cây từ K14+125 đến K14+800 có chiều dài 675 m, bề rộng bãi trồng cây được giới hạn từ chân đê về phía biển 300m. Đây là khu vực có địa hình bãi dốc nên cần phải có tính toán chi tiết thời gian phơi bãi đối với từng khu vực. Khu vực bãi trồng cây đã được địa phương xây dựng hệ thống 5 mỏ hàn từ năm 2008 để bảo vệ chân đê với chiều dài từ 122m đến 85m (xem hình 1). 3 Hình 1. Bình đồ khu vực xây dựng mô hình trồng CNM Sau quá trình điều tra khảo sát, các số liệu về điều kiện bãi khu vực nghiên cứu được trình bày ở bảng 1. Các thông số điều kiện về địa hình, thổ nhưỡng, độ mặn, cây bản địa được xác định bằng các phương pháp khảo sát trực tiếp. Các thông số về thời gian phơi bãi, mực nước tính toán, chiều cao sóng được tính toán theo Tiêu chuẩn thiết kế đê biển, 2012 [1]. Bảng 1. Điều kiện bãi khu vực nghiên cứu Điều kiện bãi Đơn vị Lớn nhất Nhỏ nhất Trung bình Cao độ địa hình m 0,6 - 0,5 0,05 Thời gian phơi bãi giờ 16 6 8,0 Mực nước tính toán (P=50%) m 1,28 Chiều cao sóng Hs (P=50%) m 0,7 Thổ nhưỡng (tỷ lệ cát) % 93,2 78,6 85,9 Độ mặn trung bình ‰ 27 12 18 Cây ngập mặn bản địa loài Trang (Kandelia candel), Mắm biển (A. marina) và Bần chua (Sonneratia caseolaris) Nhận xét điều kiện tự nhiên liên quan đến việc trồng CNM ở khu vực nghiên cứu - Khu vực bãi trồng cây có điều kiện về độ mặn đáp ứng yêu cầu sinh trưởng của 3 loài CNM bản địa ở khu vực lân cận. Cao trình bãi từ -0,5 trở lên nên có thời gian phơi bãi ≥ 4 giờ/ngày, đảm bảo yêu cầu hô hấp cho rễ cây (Trịnh Văn Hạnh, 2009) [3]. 4 - Cao độ địa hình thay đổi, bãi dốc nhiều ra phía biển, để thời gian quang hợp cần thiết của cây cần thiết phải chọn chiều cao cây phù hợp với mỗi đai cao độ bãi để tán cây nằm trên mực nước trung bình và được chiếu sáng tối thiểu đạt 5h/ngày . - Chiều cao sóng trung bình ở khu vực nghiên cứu lớn (Hs = 0,7m) nên giải pháp sử dụng cọc chống để giữ thân cây sẽ không ổn định được được bầu cây và rễ non mới chồi. Theo kết quả nghiên cứu của Trịnh Văn Hạnh (2009) [3] cần phải có giải pháp giảm chiều cao sóng (Hs)≤ 0,5m thì bầu cây mới có thể ổn định được. - Tỉ lệ cát của thể nền cao (85,9%) cho thấy bãi nghèo dinh dưỡng, đặc biệt là khu vực gần chân đê (tỉ lệ cát chiếm 93,2%) nên cần phải cải tạo cục bộ thể nền đối với khu vực bãi nghèo dinh dưỡng. 4. Các giải pháp triển khai Hàng rào giảm sóng Kết cấu hàng rào: Theo kết quả nghiên cứu đặc tính vật liệu tre của một số tác giả Oscar Hidalgo Lopez (1974) [8], Janssen J. A. (1981) [7], Aicher S. (2000) [6] thì các điều kiện về sức bền của vật liệu tre rất phù hợp với yêu cầu làm hàng rào tạm giảm sóng ở các vùng biển nước ta. Mặt khác tre là loại vật liệu khá rẻ tiền và sẵn có ở các địa phương nên chúng tôi lựa chọn tre là vật liệu chủ yếu để xây dựng mô hình hàng rào giảm sóng. Hàng rào được tính toán như dạng đê ngầm thành mỏng. Với yêu cầu là dạng công trình tạm có tuổi thọ 2 năm nên vật liệu sử dụng làm hàng rào dùng vật liệu địa phương là cọc tre. Tường rào được thiết kế bởi hai hàng cọc tre đóng song song với nhau, khoảng cách giữa hai hàng khoảng 0,5m, ở giữa được đặt bó cành cây để làm tăng mức độ giảm sóng. Trong nghiên cứu thiết kế tường rào giảm sóng bằng cọc tre, không bố trí thí nghiệm thử vật liệu chi tiết, các đặc tính cơ học của tre được sử dụng là giá trị thực nghiệm như ở bảng 2. Bảng 2. Tham số của vật liệu áp dụng trong thiết kế Tham số Đơn vị (KN/cm 2 ) Modun đàn hồi 1760 Độ bền kéo 14,8 Độ bền nén 3,93 Độ bền uốn 7,4 5 Hình 2. Sơ đồ kết cấu hàng rào thiết kế Hình 3. Kết cấu hàng rào thực tế Chiều cao hàng rào Độ cao tương đối của tường rào phải đạt tối thiểu: ht/Ht>0,5 thì hệ số giảm sóng Kt = si st h h đạt giá trị 0,7 ÷ 0,8 tức là chiều cao sóng đã được giảm được tối thiểu từ 20% đến 30% (h si là chiều cao sóng tới đo tại trước tường ngầm, h st là chiều cao sóng sau tường ngầm) Trong đó: ht - độ cao của tường rào; Ht - độ sâu nước tại chân tường rào giảm sóng (Nguyễn Khắc Nghĩa, 2010) [5]. Trong thiết kế sơ bộ chúng tôi đề xuất 3 phương án xây dựng tường rào giảm sóng bằng vật liệu tre như trình bày ở bảng 3. 6 Bảng 3. Các phương án về chiều cao hàng rào PA1 ht=0,7Ht ht=0,7*1,53=1,1 m PA2 ht=0,8Ht ht=0,8*1,53=1,2 m PA3 ht=0,9Ht ht=0,9*1,53=1,4 m Các phương án về chiều sâu đóng cọc Tải trọng do sóng và dòng chảy gây ra tác động lên hàng rào được tính toán theo TCN 222-95 với 3 phương án như hình 5 [2]. Q Lực tác dụng lên cọc PA1 Q Lự c tác dụng lên cọc PA2 Q Lực tác dụng lên cọc PA3 Hình 4. Kết quả tính toán 3 phương án về chiều sâu đóng cọc Xác định chiều sâu đóng cọc theo điều kiện ổn định của cọc: Dưới tác dụng của áp lực ngang do sóng và dòng chảy, dưới chân cọc sẽ xuất hiện phản lực để cân bằng, cọc sẽ giữ ổn định khi các phản lực này chưa vượt qua sức chịu tải xô ngang của đất nền. Nếu điều kiện này không đảm bảo thì cọc tre mất ổn định cần phải tăng chiều sâu đóng cọc hoặc tăng mật độ cọc tre, các giả thiết để lập sơ đồ tính toán: cọc là vật liệu đồng nhất, áp lực đất chủ động và bị động tính toán dựa trên lý thuyết Culumb. 7 Q Q Q F E' λ 1 γ t o λ 1 γ t o t ∆ o Hình 5. Biểu đồ nội lực tác dụng lên cọc Trên hình biểu thị sơ đồ lực tác dụng thực tế lên cọc, trong đó Q, q là tải trọng do sóng và dòng chảy gây ra tác dụng lên cọc, h là chiều cao của tường giảm sóng tới mặt nền. Trên một phần cọc đóng xuống đất dưới tác dụng tải trọng ngang Q, q, phản lực đất nền gồm 2 phần: Phần phía trên điểm C có chiều ngược với chiều của Q, q và phần phía dưới của điểm C có chiều cùng chiều với Q, q. Kết quả chiều sâu cọc cần phải đóng của các phương án: Bảng 4. Chiều sâu đóng cọc các phương án Thông số PA1 PA2 PA3 Đơn vị Chiều cao hàng rào 1,1 1,2 1,4 m Chiều sâu đóng cọc 1,35 1,42 1,53 m Hàng rào được đặt vuông góc với hướng sóng và dòng chảy khu vực nghiên cứu. Hàng rào có hai dạng: (i) là dạng hàng rào ngăn dòng chảy ven; (ii) là dạng hàng rào giảm sóng được bố trí như hình 2 và 3. 8 Hình 6. Mặt bằng bố trí hàng rào Lựa chọn loài CNM thích hợp đem trồng Lựa chọn loài cây trồng dựa trên nguyên tắc ưu tiên cây bản địa là những cây có ưu thế phát triển phù hợp các điều kiện lập địa tại khu vực trồng và chọn loài cây có khả năng thích ứng cao với điều kiện lập địa tương tự (Trịnh Văn Hạnh, 2009) [3]. Tại khu vực lân cận vị trí khảo sát có 3 loài cây ngập mặn mọc tự nhiên gồm: Bần chua (Sonneratia caseolaris), Trang (Candelia candel), Mắm biển (Aviceniaceae marina). Đây là những loài cây thích nghi được với điều kiện về độ mặn của bãi triều tại khu vực nghiên cứu. Theo điều kiện lập địa có thể chia thể nền khu vực nghiên cứu thành 3 phân khu: (1) phân khu có lớp phù sa từ 7 - 20cm có cao độ từ -0,2m đến -0,5m; (2) phân khu không ổn định có lớp phù sa biến đổi từ 0-7cm có cao độ -0,2m đến 0m, đây là khu vực bãi nằm ngay sát phía ngoài mỏ hàn; (3) phân khu không có lớp phù sa trên bề mặt, chỉ có lớp cát pha tương đối chặt xuất hiện từ cao độ 0m đến +0,6m. Căn cứ vào đặc điểm sinh thái học và lập địa của các loài cây ngập mặn thì Trang phù hợp với khu vực nghèo phù sa, nhưng thể nền tương đối chặt sẽ được trồng ở khu vực 3; Mắm là loài cây thích hợp với khu vực bãi không ổn định sẽ được trồng chủ đạo ở khu vực 2. Ngoài ra khu vực 2 có thể phù hợp để trồng hỗn giao thêm Trang và Bần chua xen kẽ; Khu vực 1 có lớp phù sa dày 7-20cm sẽ được trồng loài CNM thích hợp là Bần chua. 9 Hình 7. Sơ đồ bố trí mặt bằng phân khu trồng các loài CNM thích hợp Xác định chiều cao cây đem trồng Xác định chiều cao cây đem trồng cần xét tới hai yếu tố: (i) chiều cao cây phải đảm bảo cho cây có khả năng quang hợp, nghĩa là tán cây phải vượt lên mặt nước trong khoảng 5h/ngày; (ii) chiều cao phải tương ứng với tuổi cây để nó có khả năng tự bóc vỏ chống chọi với hà sun và khép tán trong vòng 2 năm (Trịnh Văn Hạnh, 2011) [4]. Bảng 5. Tương quan giữa thời gian quang hợp với chiều cao cây và cao độ bãi Cao độ bãi (m) -0,5 ÷ -0,2 -0,2 ÷ 0,0 0,0 ÷ 0,5 Chiều cao cây (m) 0,8 1 1,2 0,8 1 1,2 0,8 1 1,2 Thời gian quang hợp (giờ) 3,3 4,2 4,9 4,4 5,0 5,6 5,5 6,0 6,4 - Khu vực (1) có cao độ bãi biến đổi từ cao độ -0,2m đến -0,5m để đảm bảo đủ thời gian cây quang hợp cần chọn cây cao 1,2 đến 1,5 m. Tương ứng với chiều cao đó cây Bần phải có độ tuổi >18 tháng trong vườn ươm. - Khu vực (2) và khu vực (3) có cao độ bãi -0,2 đến +0,5m về cơ bản không cần xác định thời gian cây quang hợp mà căn cứ trên khả năng chống chịu của cây. Mắm và Trang được chọn với chiều cao 0,8 -1m. Cải tạo thành phần cơ giới của đất Do đặc điểm đất tại khu vực khảo sát là cát đen, lẫn vỏ don, hà, sỏi sạn, bề mặt thường di động theo mùa, lớp phù sa lắng đọng mỏng, đất nghèo dinh dưỡng không đáp ứng được nhu cầu sinh trưởng và phát triển của ba loại cây đã lựa chọn. 10 Thể nền được cải tạo cục bộ bằng cách thay thế toàn bộ đất pha cát tại hố trồng cây bằng đất bùn giàu dinh dưỡng. Khu vực có lớp phù sa bề mặt thì tận dụng thu gom tại chỗ, với những khu vực không có phù sa hoặc lớp phù sa không đủ thì phải vận chuyển đất bùn giàu dinh dưỡng từ nơi khác đến. Kích thước hố đào cải tạo được tính toán theo nhu cầu dinh dưỡng cần cung cấp cho từng loại cây trong 1 năm đầu sau trồng. 5. Một số kết quả trồng CNM tại mô hình Hiệu quả giảm Sóng Bước đầu đánh giá được hiệu quả giảm chiều cao sóng của hàng rào. Bảng 6 là số liệu về hệ số giảm sóng của hàng rào ứng với cao trình đỉnh hàng rào H đ = 0,8 m (tương ứng với phương án 1). Bảng 6. Hiệu quả giảm sóng ứng với hàng rào có H đ = 0,8m Thời gian đo Cao trình mực nước (m) Chiều cao sóng trước hàng rào (m) Chiều cao sóng sau hàng rào (m) Hiệu quả giảm sóng (%) 4h30 11/11/2013 0,71 0,28 0,12 57,1 5h 11/11/2013 0,83 0,3 0,14 53,3 5h30 11/11/2013 0,97 0,32 0,18 43,8 6h 11/11/2013 1,08 0,3 0,19 36,7 6h30 11/11/2013 1,21 0,33 0,22 33,3 7h 11/11/2013 1,3 0,35 0,26 25,7 7h30 11/11/2013 1,43 0,34 0,28 17,6 8h 11/11/2013 1,55 0,36 0,3 16,7 Nhận xét Kết quả một số lần đo cho thấy hàng rào có hiệu quả giảm sóng khi mực nước trung bình ≤ 1,5 chiều cao hàng rào. Nhưng với chiều cao ≥ 1,5 chiều cao hàng rào thì mực nước đã vượt lên trên chiều cao cây nên mức độ ảnh hưởng của sóng tới cây là không đáng kể. Việc xây dựng hàng rào tạm giảm sóng bước đầu được đánh giá là có hiệu quả với công tác trồng CNM tại khu vực xây dựng mô hình. Tuy nhiên do số lần đo còn ít nên chưa có số liệu thống kê đầy đủ để đánh giá hiệu quả giảm sóng thực sự của hàng rào ứng với các chiều cao mực nước và các chiều cao sóng khác nhau. Công tác đo hiệu quả giảm sóng sẽ được tiếp tục theo dõi từ 11/2013 tới 4/2014 để có được bộ số liệu đầy đủ về hiệu quả giảm sóng của loại hàng rào này. Tỉ lệ sống của CNM tại mô hình [...]... 222- 95, Nhà xuất bản Xây dựng 3 Trịnh Văn Hạnh, 2009 Nghiên cứu giải pháp trồng cây ngập mặn chắn sóng bảo vệ đê biển Thanh Hóa và Ninh Bình Báo cáo tổng kết đề tài, Viện Sinh thái và Bảo vệ Công trình 4 Trịnh Văn Hạnh, 2011 Nghiên cứu các giải pháp trồng cây bảo vệ đê biển, góp phần cải thiện môi trường ven biển ở các tỉnh từ Quảng Ngãi đến Kiên Giang Báo cáo tổng kết đề tài, Viện Sinh thái và Bảo vệ. .. theo dõi tại khu vực nghiên cứu Bảng 7 Tỷ lệ sống của các loài CNM sau khi trồng 2 tháng Loài cây Bần chua Trang Mắm Số cây trồng (cây) 10.175 16.647 8.036 Số cây sống (cây) 9.778 15.565 7.691 Tỷ lệ sống (%) 96,1 93,5 95,7 6 Kết luận và kiến nghị Kết luận - Các giải pháp trồng cây bao gồm: Hàng rào giảm sóng, lựa chọn cây ngập mặn thích hợp đem trồng, xác định chiều cao cây đem trồng, cải tạo thể nền... trưởng, phát triển của CNM tại mô hình nghiên cứu để có bộ số liệu thống kê đầy đủ làm cơ sở để có kết luận chính thức về giải pháp giảm sóng, ổn định bãi, lựa chọn chiều cao cây và cải tạo thể nền để trồng CNM tại các khu vực có điều kiện bãi khó khăn 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt 1 Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 2012 Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển, Nhà xuất bản Nông nghiệp 2...Hình 8 CNM trong khu vực mô hình nghiên cứu Kết quả theo dõi cho thấy sau 2 tháng theo dõi sau khi trồng trong khu vực mô hình hoàn toàn không có hiện tượng đổ cây do sóng Tỷ lệ cây sống đạt rất cao, cây sinh trưởng và phát triển tốt tương đương với tỉ lệ sống, sinh trưởng và phát triển khi trồng CNM tại những khu vực có điều kiện sóng nhỏ, bãi bồi cao, thổ nhưỡng... khu vực trồng cây; - Hàng rào tạm giảm sóng với kết cấu 2 hàng cọc tre cách nhau 0,5m, Hđ = 0,8m và ở giữa là các bó cành cây cho thấy bước đầu có hiệu quả giảm sóng rõ ràng (16,7 - 57,1%), góp phần lớn trong việc đảm bảo tỉ lệ sống cao của CNM; - Ba loài CNM sau 2 tháng trồng đạt tỉ lệ sống rất cao, Bần chua đạt 96,1%; Trang đạt 93,5% và Mắm đạt 95,7 % Tỷ lệ này tương đương với tỉ lệ sống khi trồng CNM... góp phần cải thiện môi trường ven biển ở các tỉnh từ Quảng Ngãi đến Kiên Giang Báo cáo tổng kết đề tài, Viện Sinh thái và Bảo vệ Công trình 5 Nguyễn Khắc Nghĩa, 2010 Giải pháp khoa học công nghệ làm giảm sóng tràn đê, bảo vệ mặt và mái đê biển bắc bộ chống sóng lớn triều cường Tuyển tập Khoa học và Công nghệ 50 năm xây dựng và phát triển 1999-2009, Nhà xuất bản Nông nghiệp, tr 147-157 Tài liệu nước ngoài . 1 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TRỒNG CÂY NGẬP MẶN BẢO VỆ ĐÊ BIỂN 5, HUYỆN TIỀN HẢI, TỈNH THÁI BÌNH PGS.TS. Trịnh Văn Hạnh, TS. Phạm Minh Cương, . cứu giải pháp trồng cây ngập mặn chắn sóng bảo vệ đê biển Thanh Hóa và Ninh Bình. Báo cáo tổng kết đề tài, Viện Sinh thái và Bảo vệ Công trình. 4. Trịnh Văn Hạnh, 2011. Nghiên cứu các giải pháp. mô hình trồng cây ngập mặn (CNM) chắn sóng bảo vệ đê biển 5 đoạn từ K14+125 đến K14+800 thuộc xã Nam Thịnh, huyện Tiền Hải, tỉnh Thái Bình. Bài báo này trình bày khái quát các giải pháp giảm