Lưu vực sông là gì: từ giọt mưa trên núi tới cửa biển

Lưu vực sông là toàn bộ vùng đất mà nước mưa rơi xuống sẽ chảy dồn về một con sông, rồi theo con sông đó ra biển hay đổ vào hồ. Ranh giới giữa hai lưu vực là đường phân thuỷ, thường chạy dọc sống núi: một giọt mưa rơi bên này chảy về sông này, rơi bên kia chảy về sông khác. Mọi thứ xảy ra trên sườn đồi trong lưu vực, từ rừng bị chặt tới phân bón trên ruộng, cuối cùng đều theo nước xuống hạ lưu, nên lưu vực là đơn vị tự nhiên để hiểu một dòng sông.

Theo chân một giọt mưa

Hãy theo một giọt mưa rơi trên sườn núi ở Tây Bắc. Một phần nước thấm vào đất, chảy chậm qua các lớp đất đá thành nước ngầm, vài tuần hay vài tháng sau mới rỉ ra ở một mạch nước. Một phần chảy trên mặt đất xuống khe, khe gặp khe thành suối, suối gặp suối thành sông nhánh. Sông Đà, sông Lô, sông Thao gặp nhau quanh Việt Trì, Phú Thọ, nơi người xưa gọi là ngã ba Bạch Hạc, rồi cùng xuôi về đồng bằng thành sông Hồng, qua Hà Nội, ra biển ở cửa Ba Lạt.

Trên đường đi, giọt nước ấy mang theo hạt đất, lá mục, chất khoáng hoà tan, có khi cả phân bón, rác thải. Nó nuôi rong rêu, côn trùng nước, cá, rồi cuối cùng đổ ra biển cùng phù sa bồi nên châu thổ. Lưu vực vì vậy không chỉ là một vùng đất trên bản đồ mà là một hệ thống nối liền núi cao với biển cả.

Đường phân thuỷ và kích thước lưu vực

Lưu vực có thể nhỏ như một khe suối vài hecta hay lớn như cả một phần lục địa. Lưu vực sông Amazon rộng khoảng 7 triệu km², gần một nửa diện tích Nam Mỹ. Lưu vực sông Mê Kông rộng khoảng 795.000 km², trải qua sáu nước, từ cao nguyên Tây Tạng tới đồng bằng sông Cửu Long. Lưu vực sông Hồng rộng khoảng 155.000–170.000 km² tuỳ cách tính, khoảng một nửa nằm trên lãnh thổ Việt Nam.

Mỗi lưu vực lớn gồm hàng trăm lưu vực nhỏ lồng vào nhau như búp bê Nga. Nhà địa mạo Mỹ Arthur Strahler năm 1952 đưa ra cách đánh số dòng chảy: khe suối đầu nguồn không có nhánh nào là bậc 1; hai dòng bậc 1 gặp nhau thành bậc 2; hai dòng bậc 2 gặp nhau thành bậc 3, và cứ thế. Sông Amazon ở hạ lưu được xếp khoảng bậc 12. Điều ít người nghĩ tới: các khe suối bậc 1 và bậc 2 chiếm phần lớn tổng chiều dài dòng chảy trong một lưu vực. Phần lớn "con sông" thực ra là hàng nghìn khe nhỏ trên núi.

Dòng sông thay đổi từ nguồn tới cửa

Năm 1980, Robin Vannote cùng các đồng nghiệp đề xuất một mô hình gọi là khái niệm dòng sông liên tục. Ý tưởng: dọc theo một con sông, từ nguồn tới cửa, điều kiện vật lý thay đổi dần, và cộng đồng sinh vật thay đổi theo một cách có thể dự đoán.

Ở đầu nguồn, suối gần như "ăn" lá rừng. Côn trùng nước cắn lá thành mảnh nhỏ, phân và mảnh vụn của chúng trôi xuống nuôi những loài lọc nước ở dưới. Ở trung lưu, ánh nắng đủ cho tảo mọc, dòng sông tự sản xuất thức ăn. Ở hạ lưu, sông lại sống nhờ những gì trôi xuống từ trên. Mỗi đoạn phụ thuộc vào đoạn trên nó.

Mô hình này được xây dựng ở các sông vùng ôn đới Bắc Mỹ có rừng che đầu nguồn. Sông nhiệt đới, sông có lũ tràn đồng, sông bị đập chia cắt thường không đi đúng như vậy. Các nhà sinh thái sau này bổ sung thêm vai trò của lũ: khi nước tràn ra đồng bằng ngập, cá vào đồng đẻ trứng, kiếm ăn, rồi theo nước rút ra sông. Ở đồng bằng sông Cửu Long, nhịp lũ hằng năm chính là động lực nuôi nguồn cá đồng.

Thí nghiệm chặt rừng ở Hubbard Brook

Muốn biết rừng đầu nguồn quan trọng thế nào với dòng sông, cách trực tiếp nhất là đo. Năm 1963, Gene Likens, Herbert Bormann và các đồng nghiệp bắt đầu theo dõi các lưu vực suối nhỏ ở rừng thực nghiệm Hubbard Brook, bang New Hampshire, Mỹ. Mỗi lưu vực được đặt đập đo ở cửa ra, đo chính xác lượng nước và hoá chất đi ra. Lượng mưa và chất trong mưa cũng được đo. Cái lưu vực giống như một chiếc hộp: biết cái gì vào, cái gì ra.

Mùa đông 1965–1966, toàn bộ cây trên một lưu vực bị chặt hạ, để nguyên tại chỗ, rồi phun thuốc ngăn cây mọc lại trong vài năm. Kết quả: lượng nước suối tăng vì không còn cây hút nước và thoát hơi; nồng độ nitrat trong nước suối tăng vọt gấp nhiều lần; canxi, kali trong đất bị rửa trôi nhanh. Đất mất dinh dưỡng, suối bị "bón phân" quá mức. Thí nghiệm này, kéo dài và lặp lại nhiều lần, là một trong những bằng chứng sớm nhất cho thấy rừng đầu nguồn giữ nước và giữ chất dinh dưỡng cho cả lưu vực.

Dòng chảy ngược: cá hồi mang biển lên núi

Thường ta nghĩ vật chất chỉ đi một chiều, từ núi xuống biển. Nhưng ở các lưu vực ven Thái Bình Dương thuộc Bắc Mỹ, có một dòng ngược. Cá hồi lớn lên ngoài biển, tích luỹ đạm và lân từ biển trong cơ thể, rồi bơi ngược hàng trăm cây số về đúng con suối nơi chúng nở ra để đẻ trứng và chết. Xác cá hồi nuôi côn trùng nước, nuôi cá con, gấu kéo xác cá lên bờ ăn dở, chim và thú nhỏ ăn phần còn lại.

Các nhà khoa học dùng một dạng đồng vị của nitơ đặc trưng cho nguồn gốc biển để lần theo, và thấy đạm "biển" trong lá cây ven suối, trong côn trùng trên cạn, ở những nơi cách biển rất xa. Một phần cây cối ven suối lớn nhanh hơn ở những đoạn có nhiều cá hồi. Lưu vực không chỉ đổ ra biển mà còn được biển nuôi lại.

Nước ngầm, đất ngập nước và miếng bọt biển

Trong lưu vực, không phải mọi nước mưa đều chảy ngay ra sông. Đất rừng xốp, đầm lầy, bãi ngập ven sông giữ nước như miếng bọt biển, thả ra từ từ trong mùa khô. Đó là lý do nhiều con suối có rừng đầu nguồn vẫn còn nước giữa mùa khô, còn suối ở lưu vực trơ trọi thì mùa mưa lũ dữ, mùa khô cạn trơ đá. Nước ngầm cũng nuôi những dòng chảy ổn định, nhiệt độ ít thay đổi, là nơi sống của nhiều loài sinh vật nước nhạy cảm.

Góc nhìn hôm nay: nhà ta nằm ở lưu vực nào

• Mở bản đồ địa hình, tìm con sông gần nhà, lần ngược lên các nhánh tới tận khe đầu nguồn. Đường sống núi bao quanh chính là ranh giới lưu vực.
• Tìm hiểu nước máy nhà mình lấy từ sông, hồ hay giếng nào; nguồn nước đó thuộc lưu vực nào.
• Khi đi qua một cây cầu, để ý màu nước mùa khô và mùa mưa: nước đục nâu là đất từ sườn đồi phía trên đang trôi xuống.
• Không đổ rác, dầu mỡ, hoá chất xuống cống, mương: tất cả đều theo nước về sông.

Người muốn đọc thêm có thể bắt đầu với phần thuỷ văn trong sách Địa lý 12 về mạng lưới sông ngòi Việt Nam, rồi các tài liệu giới thiệu về Hubbard Brook do chính rừng thực nghiệm này công bố.