Cháy rừng là sự kiện nghiêm trọng ảnh hưởng đến các quá trình thủy văn và đất của các lưu vực tại đó. Cháy rừng được dự đoán sẽ tăng cả về tần suất và mức độ nghiêm trọng do biến đổi khí hậu. Các điều kiện khí hậu làm tăng nguy cơ hỏa hoạn cũng tạo ra một lưu vực khô hạn với khả năng lưu trữ độ ẩm thấp trong lịch sử. Các đám cháy thay đổi các biện pháp kiểm soát cục bộ đối với cân bằng nước vì chúng gây ra sự thay đổi nhanh chóng về diện tích lá và theo đó, sự thoát hơi nước và ngăn chặn. Tác động kết hợp của giai đoạn khô hạn này và sự giảm nhanh chóng độ che phủ theo sau có thể đã gây ra những thay đổi phức tạp và khó dự đoán về lưu vực và thủy văn. Do đó, hiểu được những thay đổi thủy văn sau hỏa hoạn là yếu tố chính trong quản lý tài nguyên nước.

Trong bài báo, tác giả trình bày các phép đo tritium (3H) trong nước bề mặt của ba dòng suối trước và sau trận cháy lớn 'las Máquinas' vào tháng 1 năm 2017 ở miền trung Chile và các số liệu về dòng chảy. Cả ba lưu vực đã bị thiêu rụi hoàn toàn bởi đám cháy dữ dội này. Nghiên cứu này báo cáo thành phần đồng vị triti của nước trong dòng chảy (dòng chảy cơ sở cao và thấp) và mưa ở các lưu vực bị cháy này trước và hai năm sau vụ cháy và sử dụng những dữ liệu này để kiểm tra giả thuyết rằng MTT của nước trong các lưu vực này không bị ảnh hưởng bởi cháy rừng.

Một thước đo về hành vi thủy văn trong một lưu vực là Thời gian vận chuyển trung bình (mean transit time - MTT) của nước. MTT là thời gian trung bình của một phân tử nước di chuyển qua một lưu vực, từ khi nó đi vào hệ thống cho đến khi nó thoát ra tại bất kỳ điểm nào trong dòng dưới dạng lưu lượng. Do đó, MTT tích hợp tất cả các quá trình thủy văn trong một thước đo duy nhất về hành vi của lưu vực. Hoạt độ tritium (TU, trong đó 1 TU đại diện cho tỷ lệ 3H/1H là 10−18) trong nước đã được sử dụng để ước tính MTT của nước trong các lưu vực có rừng trên toàn thế giới. Thời gian vận chuyển trung bình (MTT) của nước được tính toán trong ba lưu vực ven biển có kiểu khí hậu Địa Trung Hải, được bao phủ bởi rừng nguyên sinh, hỗn hợp của rừng nguyên sinh và Pinus radiata D. Don và P. radiata. Các mô hình tham số gộp (lumped parameters model - LPM) đã được sử dụng để thu được MTT. Hoạt độ tritium từ năm 2012 đến năm 2018 dao động từ 0,597 đến 0,927 Đơn vị Tritium (TU), với TU thấp nhất vào năm 2018. Các nồng độ 3H này cho biết nước có tuổi từ 5 đến 30 năm.

Một số phương pháp đã được đề xuất để tính toán thời gian vận chuyển trung bình (MTT) của nước trong các lưu vực. Những phương pháp áp dụng phương pháp trộn và phân rã , chẳng hạn như mô hình tham số gộp (LPM) đã được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu thủy văn. Jurgens và cộng sự đã giới thiệu một số cải tiến đối với một trong những LPM này (TRACERMODEL) và tạo mẫu TracerLPM Excel. Mẫu này đã được sử dụng rộng rãi và được áp dụng trong nghiên cứu này. Vì không có thông tin liên quan đến các đặc điểm của tầng ngậm nước trong khu vực, nên mô hình dòng chảy hàm mũ (hoặc mô hình trộn hàm mũ, exponential mixing model - EMM), mô hình dòng chảy pít-tông hàm mũ (exponential piston flow model - EPM) và mô hình phân tán (dispersion model - DM) đều được sử dụng để so sánh các MTT thu được với các mô hình khác nhau. Ba mô hình này là các LPM chủ yếu được áp dụng để ước tính thời gian vận chuyển trung bình.

Trong bài báo này, chúng tôi đã sử dụng kết hợp dữ liệu dòng chảy, lượng mưa và triti từ ba lưu vực để kiểm tra MTT của nước qua các lưu vực này có bị ảnh hưởng bởi trận cháy rừng 'Las Máquinas' vào cuối tháng 1 năm 2017. Những thay đổi đã được báo cáo trước đó bao gồm dòng chảy cực đại và kiệt ở ít nhất một trong các lưu vực do hai hướng. Thứ nhất, các đường dẫn dòng chảy lỗ rỗng không bị ảnh hưởng bởi đám cháy và thứ hai, các dòng chảy cực đại và thấp phản ánh tốc độ di chuyển của nước trong khi MTT được xác định nhiều hơn bởi vận tốc lớn của chuyển động nước. Dữ liệu ủng hộ giả thuyết này và chỉ ra rằng ảnh hưởng của đám cháy đối với cường độ dòng chảy khác nhau giữa ba lưu vực, nhưng MTT đó khá ổn định hoặc thậm chí tăng nhẹ. Mối quan hệ kém giữa các phép đo dòng chảy và MTT của nước đối với các lưu vực Quivolgo và quan sát rằng MTT không thay đổi lớn sau vụ cháy cho thấy rằng, đối với các lưu vực này, đám cháy đã ảnh hưởng đến khả năng lưu trữ và tốc độ nhưng không ảnh hưởng đến vận tốc của nước trong các lưu vực này. Sự thay đổi trong sự cân bằng giữa tốc độ và vận tốc này có thể là kết quả của những thay đổi trong quá trình xâm nhập, lưu trữ, và thoát nước ở các lưu vực này.

Sau đám cháy, lưu lượng cực đại và lưu lượng cơ sở đã tăng lên ở hai lưu vực nhưng giảm ở lưu vực thứ ba. Mặc dù chúng tôi đã thấy những thay đổi trong các phản ứng thủy văn trong ba lưu vực, các giá trị MTT trước và sau cháy không khác biệt đáng kể. Do đó, không có bằng chứng thuyết phục về sự thay đổi thủy văn ở mực nước ngầm do cháy rừng ở giai đoạn đầu này.  Tuy nhiên, vì MTT dao động từ 5 đến 30 năm, nên có khả năng cần thêm thời gian để những thay đổi trong biểu đồ thủy văn được phản ánh rõ ràng trong nồng độ tritium, mặc dù có những thay đổi đáng chú ý trong các chỉ số dòng chảy như dòng chảy mặt và dòng chảy cơ bản. Trong những năm tiếp theo sau nghiên cứu này, lịch trình lấy mẫu để tiếp tục điều tra hạn hán kéo dài và ảnh hưởng của cháy rừng đối với các lưu vực này sẽ được duy trì.

Lược dịch theo bài báo: : Balocchi, F.; Rivera, D.; Arumi, J.L.; Morgenstern, U.; White, D.A.; Silberstein, R.P.; Ramírez de Arellano, P. An Analysis of the Effects of Large Wildfires on the Hydrology of Three Small Catchments in Central Chile Using Tritium-Based Measurements and Hydrological Metrics. Hydrology 2022, 9, 45. https://doi.org/10.3390/ hydrology9030045