Giáo trình Kỹ thuật khai thác nước ngầm - Phạm Ngọc Hải

158 trang ngocly 2960

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Kỹ thuật khai thác nước ngầm - Phạm Ngọc Hải", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_ky_thuat_khai_thac_nuoc_ngam_pham_ngoc_hai.pdf

Nội dung text: Giáo trình Kỹ thuật khai thác nước ngầm - Phạm Ngọc Hải

TS. Phạm Ngọc Hải – TS. Phạm Việt Hòa Kỹ Thuật Khai thác n−ớc ngầm Nhμ xuất bản nông nghiệp
TS. Phạm Ngọc Hải – TS. Phạm Việt Hòa Kỹ Thuật Khai thác n−ớc ngầm Nhμ xuất bản nông nghiệp Hμ nội 2004
Ch−ơng 1 Khái quát về n−ớc ngầm 1.1. Vai trò của n−ớc ngầm trong đời sống và phát triển kinh tế N−ớc luôn luôn giữ một vai trò mang tính sống còn trong lịch sử phát triển loài ng−ời và phát triển kinh tế xã hội của mỗi quốc gia. Trong thời đại hiện nay do bùng nổ về dân số, do các ngành kinh tế của các n−ớc trên thế giới thi nhau phát triển nh− vũ bão, chất l−ợng cuộc sống của con ng−ời ngày một nâng cao vì thế yêu cầu về n−ớc ngày một lớn, các nguồn n−ớc đ−ợc khai thác và sử dụng ngày càng nhiều. Nhìn chung trên trái đất có 3 nguồn n−ớc chính: N−ớc m−a, n−ớc mặt, n−ớc ngầm. ở mọi nơi trên trái đất l−ợng n−ớc m−a cung cấp hàng năm đều có hạn, mặt khác m−a lại phân phối không đều theo cả không gian lẫn thời gian. Những vùng m−a nhiều l−ợng m−a năm bình quân cũng chỉ đạt 2000 ữ 2500mm, những vùng m−a ít chỉ đạt 400 ữ 500mm, có những vùng không hề có m−a. ở những nơi có m−a l−ợng m−a cũng phân phối không đều trong năm, nhiều thời gian kéo dài không có m−a. ở những vùng có các n−ớc công nghiệp phát triển, thậm chí n−ớc m−a cũng bị ô nhiễm một cách nặng nề, đôi khi xuất hiện những trận m−a acid hoặc m−a bùn Chính vì vậy, nguồn n−ớc m−a từ lâu đã không thể đáp ứng đầy đủ yêu cầu về n−ớc của con ng−ời. Nguồn n−ớc mặt trên trái đất cũng đ−ợc khai thác và sử dụng một cách quá mức nên ngày càng bị hao hụt về khối l−ợng, suy giảm về chất l−ợng, có nhiều nơi trên thế giới nguồn n−ớc mặt không có hoặc rất khan hiếm không đủ để sử dụng, ở nhiều nơi l−ợng m−a hàng năm nhỏ hơn l−ợng bốc hơi nên n−ớc mặt hầu nh− không có nh− các vùng sa mạc hoặc các n−ớc ở Trung Phi, Nam á Với những lý do trên, nguồn n−ớc ngầm tr−ớc mắt cũng nh− lâu dài đóng một vai trò rất quan trọng để bổ sung nguồn n−ớc cho nhân loại, việc khai thác và sử dụng n−ớc ngầm là một yêu cầu tất yếu và ngày càng lớn. ở một số n−ớc trên thế giới từ lâu yêu cầu khai thác sử dụng n−ớc ngầm đã rất lớn đặc biệt sử dụng n−ớc ngầm vào mục đích sinh hoạt và chăn nuôi. Đan mạch là n−ớc sử dụng hoàn toàn n−ớc ngầm để đáp ứng yêu cầu sinh hoạt, một số n−ớc khác tỷ lệ sử dụng n−ớc ngầm để đáp ứng yêu cầu sinh hoạt cũng rất cao có thể lấy một số n−ớc điển hình: Bỉ Tỷ lệ n−ớc ngầm sử dụng cho sinh hoạt chiếm là : 90% Phần Lan : 85 ữ 90% Hà Lan : 75% Thuỵ Điển : 85 ữ 90% Đức : 75% Ixraen : 95% 3
Trên toàn thế giới n−ớc ngầm đã đ−ợc khai thác để đáp ứng 50% yêu cầu n−ớc cho sinh hoạt của nhân loại. Ngoài mục đích khai thác n−ớc ngầm cho sinh hoạt, n−ớc ngầm còn đ−ợc khai thác phục vụ cho công nghiệp, trồng trọt, chăn nuôi và các ngành kinh tế khác. Nông nghiệp: nhiều n−ớc trên thế giới đã sử dụng n−ớc ngầm để t−ới cho các diện tích trồng trọt: Diện tích canh tác đ−ợc t−ới bằng n−ớc ngầm của một số n−ớc nh− sau: - Brazin có 22.000 ha - Angiêri có 80.000 ha - Hy Lạp có 30.000 ha - Nga, Trung Quốc, Mỹ có 15% l−ợng n−ớc t−ới là n−ớc ngầm. N−ớc ngầm cũng đ−ợc khai thác dể đáp ứng cho yêu cầu cho công nghiệp và chăn nuôi ở hầu hết các n−ớc trên thế giới. Các n−ớc lớn nh− Nga, Mỹ, Trung Quốc, ấn Độ, Australia, Ai Cập, Nam Phi đều khai thác và sử dụng n−ớc ngầm với qui mô rất lớn và còn đang tiếp tục đ−ợc mở rộng trong t−ơng lai để đáp ứng yêu cầu ngày một cao của kinh tế dân sinh. ở Việt Nam, tuy là một n−ớc nhiệt đới m−a nhiều, nguồn n−ớc mặt t−ơng đối phong phú nh−ng yêu cầu khai thác n−ớc ngầm cũng rất lớn. Từ đầu thế kỷ 20, chúng ta đã bắt đầu khai thác n−ớc ngầm để phục vụ cho sinh hoạt và công nghiệp ở các thành phố lớn nh−: Hà Nội, Hải Phòng, Nam định, Vinh, Huế, Thành phố Hồ Chí Minh ở nông thôn, các hộ gia đình từ lâu đã sử dụng giếng khoan, giếng đào để khai thác n−ớc ngầm dùng cho sinh hoạt. Những năm gần đây, ở n−ớc ta tốc độ phát triển kinh tế và đô thị hoá rất cao, hàng loạt các thành phố lớn, thị xã, thị trấn mới đ−ợc mọc lên, hàng loạt khu dân c−, khu chế xuất đã hình thành và đi vào hoạt động, các vùng kinh tế mới ở miền núi phía Bắc, cao nguyên và ven biển đ−ợc thiết lập. Diện tích trồng trọt trong nông nghiệp tăng nhanh, cây trồng đ−ợc đa dạng hoá. Yêu cầu về cấp n−ớc nói chung rất lớn, yêu cầu khai thác sử dụng n−ớc ngầm đặc biệt ở những khu vực khan hiếm n−ớc mặt lại càng lớn và cấp thiết. Riêng ở Hà Nội: những năm 80 của thế kỷ tr−ớc chỉ có 3 nhà máy n−ớc, nh−ng tới cuối những năm 90 đã có tới 15 nhà máy n−ớc cỡ lớn, mỗi ngày khai thác 385.244 m3 n−ớc cấp cho nội thành. Theo kế hoạch đến năm 2010 phải khai thác đ−ợc 700.000m3 trong một ngày đêm, −ớc tính đến năm 2010 có 1,2 ữ1,5 tỷ m3 n−ớc ngầm đ−ợc khai thác trong một năm để cung cấp cho các yêu cầu của nội thành. Hiện tại cũng nh− trong t−ơng lai, việc khai thác n−ớc ngầm để đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế xã hội ở Việt Nam là rất lớn. Tuy nhiên để có thể khai thác và sử dụng n−ớc ngầm một cách bền vững, chúng ta cần nắm vững một số đặc điểm sau đây trong vấn đề khai thác và sử dụng n−ớc ngầm: −u điểm - N−ớc ngầm phân bố khắp nơi, nguồn n−ớc t−ơng đối ổn định. - N−ớc ngầm th−ờng đ−ợc khai thác và sử dụng tại chỗ, đ−ờng dẫn n−ớc ngắn tổn thất n−ớc trong quá trình dẫn n−ớc ít. - L−u l−ợng khai thác n−ớc ngầm nhỏ nên qui mô xây dựng công trình không lớn, phù hợp với nguồn vốn địa ph−ơng và của các hộ nông dân cần khai thác và sử dụng n−ớc ngầm. 4
- Chất l−ợng n−ớc ngầm tốt hơn n−ớc mặt nên xử lý ít phức tạp. - ở những vùng trũng và lầy thụt, khai thác n−ớc ngầm dễ dàng, ít tốn kém ngoài ra còn có thể hạ thấp mực n−ớc ngầm để cải tạo đất. Nh−ợc điểm: - L−u l−ợng nhỏ, khả năng cấp n−ớc nhỏ nên công trình nằm phân tán. - N−ớc ngầm có độ khoáng hoá cao, nhiệt độ n−ớc ngầm th−ờng không phù hợp với yêu cầu dùng n−ớc nên phải xử lý n−ớc tr−ớc khi sử dụng - Đòi hỏi năng l−ợng để bơm hút để khai thác n−ớc ngầm. - Nếu n−ớc ngầm nằm quá sâu công trình khai thác sẽ phức tạp dẫn đến giá thành khai thác n−ớc sẽ cao. - Việc khai thác n−ớc ngầm không hợp lý sẽ dẫn đến ô nhiễm môi tr−ờng, làm mất cân bằng sinh thái tự nhiên. ở các vùng duyên hải nếu khai thác n−ớc ngầm quá mức, mực n−ớc ngầm hạ thấp, n−ớc mặn từ biển sẽ xâm nhập làm ô nhiễm nguồn n−ớc ngầm. Tóm lại: Vai trò của n−ớc ngầm ngày càng quan trọng trong phát triển Kinh tế - Xã hội của mỗi quốc gia, vì thế cần có kế hoạch khai thác, sử dụng n−ớc ngầm một cách hợp lý để có thể phát triển nguồn n−ớc nói chung và phát triển nguồn n−ớc ngầm nói riêng một cách bền vững. 1.2. Sự hình thành n−ớc ngầm Có nhiều giả thuyết về sự hình thành n−ớc ngầm từ xa x−a. Giả thuyết đầu tiên cho là: N−ớc m−a thẩm lậu xuống các tầng đất đá tạo thành những khu vực chứa n−ớc trong lòng đất, Giả thiết này đ−ợc đ−a ra vào thế kỷ I tr−ớc công nguyên. Sau đó giả thuyết ban đầu d−ờng nh− bị lãng quên cho đến tận thế kỷ thứ XVII giả thuyết này lại đ−ợc nhắc tới nh− một giả thuyết hợp lý nhất hồi bấy giờ. Mãi đến 1877 nhà địa chất học ng−ời Đức tên là O.Phôn - Gherơ bác bỏ luận đề trên và đ−a ra giả thuyết mới là do sự “ng−ng tụ” n−ớc trong đất. ông khẳng rằng sự hình thành n−ớc ngầm trong đất cơ bản không chỉ là do thẩm lậu n−ớc m−a mà còn do quá trình xuyên sâu không khí và hơi n−ớc vào kẽ rỗng lớp vỏ trái đất và hơi n−ớc bị ng−ng tụ khi hấp thu lạnh tạo thành những vùng chứa n−ớc ngầm trong lòng đất. Sự bàn cãi về giả thuyết này diễn ra rất sôi nổi, nhiều ý kiến phản đối luận điểm trên và không công nhận vì nó ch−a lý giải đ−ợc chọn vẹn và toàn diện các vấn đề, đ−ơng nhiên luận điểm ban đầu lại đ−ợc bảo vệ, mặc dầu bản thân nó ch−a giải thích rõ nguồn gốc phát sinh n−ớc ngầm. Mãi sau này, vào đầu thế kỷ XX nhà bác học ng−ời Nga A.Φ.Rebegeb trên cơ sở nghiên cứu thí nghiệm đã chứng minh và giải thích quá trình hình thành n−ớc ngầm khác với Phôn - Gherơ ở chỗ tính xuyên sâu của không khí đ−ợc ông giải thích là do quá trình chênh lệch độ đàn hồi hơi n−ớc tồn tại trong các tầng đất tạo ra. Hơi n−ớc chuyển vị từ vùng có độ đàn hồi cao (ở nhiệt độ cao) xuống vùng có độ đàn hồi thấp (ở nhiệt độ thấp). Ông nhấn mạnh chỉ do hiện t−ợng ng−ng tụ hơi n−ớc ch−a đủ giải thích mọi hiện t−ợng trong quá trình hình thành n−ớc ngầm mà phải kết hợp chặt chẽ với luận điểm ban đầu. Vì vậy, n−ớc ngầm có nguồn gốc cung cấp một phần là do n−ớc m−a ngấm xuống đất, mặt khác do ng−ng tụ hơi n−ớc từ tầng sâu trong lòng đất hoà quyện với nhau mà hình thành n−ớc ngầm. Nói khác đi nguồn cung cấp cho n−ớc ngầm chủ yếu do n−ớc m−a và hơi n−ớc mà động thái của chúng thông qua sự tuần hoàn n−ớc trong tự nhiên: N−ớc trên mặt đất, mặt 5
biển, sông ngòi, hồ ao, kênh m−ơng bốc hơi n−ớc lên bầu khí quyển. ở đây chúng tụ lại thành những lớp mây dày đặc và ng−ng tụ lại rơi xuống mặt đất d−ới dạng m−a. Một bộ phận n−ớc m−a chảy ra sông biển, bộ phận khác bốc hơi lên bầu khí quyển, một bộ phận thẩm lậu sâu vào đất đá d−ới dạng dòng thấm và hơi n−ớc xuyên sâu bổ sung cho n−ớc ngầm. L−ợng n−ớc trong khí quyển khoảng 13.000 km3 M−a rơi xuống các đại d−ơng Bốc hơi vμo 410.000 Km3/năm các lục địa M−a rơi xuống 40.000 Km3/năm các lục địa 110.000 Km3/năm Bốc hơi từ các lục địa 70.000 Km3/năm Bốc hơi từ các đại d−ơng 450.000 Km3/năm N−ớc thấm 3 12.000 Km /năm Các đại d−ơng chiếm 70% diện tích trái đất, chứa 1.350.000.000 km3 n−ớc Phân bố n−ớc của các lục địa Tổng cộng n−ớc trên trái đất khoảng 1.390.000.000 km3 Các sông: 40.000 km3 Trong đó: 97,2% trên các Đại d−ơng Hồ n−ớc ngọt: 90.000 km3 2,2% trên các cực 3 Tổng cộng n−ớc mặt: 235.000 km 0,8% trên các lục địa Độ ẩm của đất: 65.000 km3 N−ớc ngầm ở độ sâu d−ới 800m: 4.000.000 km3 N−ớc ngầm ở độ sâu trên 800m: 4.300.000 km3 Tổng cộng: 8.600.000 km3 Băng ở các cực: 29.000.000 km3 Hình 1.1- Hệ tuần hoàn của n−ớc trong tự nhiên 6
Nh− vậy, ngoài n−ớc m−a ra nhân tố hình thành n−ớc ngầm phải kể đến hơi n−ớc chuyển vị về phía có sự đàn hồi thấp có nghĩa là nơi có nhiệt độ thấp. Nh− chúng ta đã biết mùa hè d−ới mặt đất lạnh hơn trên mặt đất và không khí đem theo hơi n−ớc bão hoà thấm sâu vào lớp vỏ trái đất. Tại đây hơi n−ớc có trong không khí d−ới đất bị ng−ng tụ thành n−ớc rồi cung cấp vào tầng trữ n−ớc. Bởi vậy, ta có thể đi tới kết luận: Sự hình thành n−ớc ngầm chủ yếu là do n−ớc m−a ngấm xuống đất và hơi n−ớc trong không khí thấm vào trong đất và đ−ợc ng−ng tụ trong lòng đất. Vùng hình thành n−ớc ngầm có thể là vùng di chuyển chậm của n−ớc trong các kẽ rỗng của đất, trong các vết rạn nứt của nham thạch hoặc trong các hang, động đ−ợc tạo ra trong các tầng nham thạch rắn chắc, tạo thành dòng chảy ngầm trong lòng đất. 1.3. Chế độ n−ớc ngầm và phân bố n−ớc ngầm theo chiều sâu 1.3.1. Chế độ n−ớc ngầm N−ớc ngầm là một thành phần trong chu trình tuần hoàn của n−ớc trong tự nhiên: N−ớc trong khí quyển tồn tại d−ới dạng hơi n−ớc hay giọt m−a m−a rơi xuống đất một phần tạo thành dòng chảy mặt một phần bốc hơi trở lại bầu khí quyển còn lại sẽ thấm vào trong lòng đất để bổ sung cho n−ớc ngầm. Bên cạnh đó hơi n−ớc từ trong khí quyển cũng đ−ợc thấm sâu vào lòng đất do hiện t−ợng chênh lệch về nhiệt độ và áp lực đàn hồi cùng với l−ợng n−ớc từ sông, biển, hồ, ao ngấm xuống cung cấp cho nguồn n−ớc ngầm. Trong mùa khô hạn ít m−a, n−ớc ngầm một phần cung cấp cho tầng đất và sẽ đ−ợc bốc hơi qua mặt đất lên tầng khí quyển, một phần lại cung cấp n−ớc cho ao, hồ, sông, biển và cũng đ−ợc bốc hơi lên bầu khí quyển thông qua hiện t−ợng bốc hơi mặt n−ớc. Sự tuần hoàn của n−ớc trong tự nhiên là một chu trình khép kín. Phân loại các tầng địa chất thuỷ văn Dựa vào tính chứa n−ớc và tính thoát n−ớc của các tầng địa chất có thể chia thành 4 loại tầng địa chất thuỷ văn: 1. Tầng ngậm n−ớc và vận chuyển n−ớc Tầng ngậm n−ớc và vận chuyển n−ớc là một hệ đất đá có khả năng trữ n−ớc tốt cho phép n−ớc vận chuyển đ−ợc trong hệ đất đá đó , nh− các tầng cát, cát sỏi 2. Tầng ngậm n−ớc ít và vận chuyển n−ớc kém Tầng ngậm n−ớc ít và vận chuyển n−ớc kém là một hệ đất đá có khả năng chứa n−ớc nh−ng vận chuyển n−ớc kém nh− đất sét pha cát, đất sét pha cuội sỏi. 3. Tầng ngậm n−ớc nh−ng không vận chuyển n−ớc Tầng ngậm n−ớc nh−ng không vận chuyển n−ớc là một hệ đất đá có lỗ rỗng lớn, các lỗ rỗng không thông nhau và không cho n−ớc vận chuyển qua nh− các túi n−ớc trong các hang đá, các khe nứt của nham thạch có chứa n−ớc hoặc các bộ phận trữ n−ớc đ−ợc bao bọc bởi tầng đát sét. 7
4. Tầng không ngậm n−ớc và không vận chuyển n−ớc Là các tầng địa chất rắn chắc không chứa n−ớc nh− các tầng đá gốc liền khối Nếu dựa theo sự sắp xếp t−ơng đối giữa các tầng địa chất không thấm và các tầng trữ n−ớc đồng thời dựa vào cao độ của đ−ờng áp lực n−ớc ngầm so với tầng không thấm n−ớc có thể chia tầng trữ n−ớc làm 2 loại: Tầng trữ n−ớc có áp Tầng trữ n−ớc không áp Đ−ờng thủy áp Vùng cung cấp n−ớc ngầm Mặt đất tự nhiên Mực n−ớc ngầm D òn không áp g c hả y c ó áp Tầng không thấm n−ớc Giếng phun (Artesian) Hình 1.2 - Các tầng địa chất thuỷ văn - Tầng trữ n−ớc có áp biến thành tầng trữ n−ớc không áp khi đ−ờng áp lực hạ thấp hơn tầng không thấm phía trên của tầng trữ n−ớc. - N−ớc ngầm treo (túi n−ớc ngầm) là loại n−ớc ngầm tồn tại ở dạng các túi n−ớc nằm trong các tầng địa chất đ−ợc bao bọc bởi các tầng địa chất không thấm n−ớc. Bề mặt đất Tầng không thấm Túi n−ớc ngầm Hình 1.3 - N−ớc ngầm treo 8
Trên quan điểm n−ớc d−ới đất ng−ời ta còn phân các tầng địa chất thuỷ văn theo l−ợng n−ớc chứa trong đất: 1. Tầng rễ cây Bề mặt đất 1 Tầng hoạt động của bộ rễ cây Tầng canh tác a bão hòa − 2 Tầng trung gian (tầng đệm) 3 Tầng mao dẫn Tầng mao dẫn Tầng thoáng khí ch Mực n−ớc ngầm 4 Tầng bão hòa Tầng bão hòa 5 Tầng không thấm Hình 1.4 - Các tầng chứa n−ớc trong đất Tầng rễ cây là tầng hoạt động tập trung của bộ rễ hút n−ớc cung cấp cho cây trồng. Nguồn n−ớc cung cấp chủ yếu do m−a ngấm xuống và lợi dụng đ−ợc một phần n−ớc ngầm cung cấp do n−ớc ngầm nằm cao n−ớc ngầm do mao quản leo lên. Tuy nhiên ở tầng này do tiếp xúc với mặt đất l−ợng bốc thoát n−ớc t−ơng đối lớn. Trong đó l−ợng bốc hơi phụ thuộc chủ yếu vào các nhân tố khí hậu và vị trí mực n−ớc ngầm. 2. Tầng trung gian Tầng trung gian là tầng nối tiếp giữa tầng rễ cây và tầng n−ớc mao quản. Khi n−ớc ngầm nằm nông thì tầng này có khả năng cấp n−ớc cho tầng rễ cây và có l−ợng bốc thoát hơi đáng kể. Nếu n−ớc ngầm nằm sâu thì tầng này có khả năng cấp n−ớc không đáng kể. Vì vậy l−ợng bốc thoát n−ớc gần nh− bằng 0, l−ợng n−ớc tồn tại trong tầng này rất nhỏ d−ới dạng hơi n−ớc ng−ng tụ 3. Tầng mao dẫn Tầng mao dẫn là tầng chuyển hoá n−ớc ngầm thành n−ớc mao quản treo và mao quản leo cấp n−ớc cho tầng trung gian và tầng rễ cây. Đây là tầng có ý nghĩa quan trọng về sự cân bằng sinh thái giữa đất, n−ớc và cây trồng. Tuỳ theo tính chất của đất, đ−ờng kính hạt và phân bố cấp hạt của tầng đất mà chiều cao dâng n−ớc của mao quản khác nhau và có thể tính theo công thức: 9
2τ h = cos λ c rγ Trong đó: hc: Độ leo cao của mao quản tỷ lệ với sức căng mặt ngoài của chất lỏng và tỉ lệ nghịch với bán kính kẽ rỗng giữa các hạt đất trong ống mao dẫn và dung trọng chất lỏng hc 2γ τ: Sức căng mặt ngoài của chất lỏng r: Bán kính kẽ rỗng λ: Góc nghiêng bề mặt chất lỏng và thành ống mao dẫn (góc nghiêng giữa tiếp tuyến và mặt cong trong ống mao dẫn) Hình 1.5 - Hiện t−ợng mao dẫn γ: Dung trọng của chất lỏng Theo Lohmen và A.Φ.Rebegeb độ leo mao quản trong các mẫu đất đá nh− sau: Bảng 1.2 - Độ dâng cao n−ớc mao quản của một số loại đất đá Loại đất đá Kích th−ớc hạt d (mm) Độ leo hc (cm) hc giới hạn (cm) (1) (2) (3) (4) Cuội sỏi hạt mịn 5,00 ữ 2,00 2,5 5 ữ 10 Cát rất thô 2,00 ữ 1,00 6,5 10 ữ 15 Cát thô 1,00 ữ 0,50 13,5 15 ữ 26 Cát trung bình 0,50 ữ 0,20 24,6 25 ữ 35 Cát mịn 0,20 ữ 0,10 42,8 35 ữ 100 Hạt sét 0,10 ữ 0,05 105,5 400 ữ 500 Thịt pha sét 150 ữ 400 Than bùn 60 ữ 70 4. Tầng bão hoà n−ớc Tầng bão hoà là tầng đất, đá có n−ớc chứa đầy trong các khe kẽ rỗng của đất đá. Chiều sâu của tầng bão hoà n−ớc phụ thuộc vào l−ợng n−ớc chứa trong tầng trữ n−ớc, ngoài ra còn phụ thuộc vào nguồn n−ớc cung cấp cho nức ngầm nh− mực n−ớc sông, hồ, dòng chảy ngầm, nói cách khác phụ thuộc các đặc tính của các nguồn n−ớc khác cung cấp cho n−ớc ngầm. Vùng đất bão hoà n−ớc th−ờng chịu tác dụng của áp lực cột n−ớc chứa trong đất. 5. Tầng không thấm n−ớc Tầng không thấm n−ớc là tầng địa tầng không cho n−ớc ngầm di chuyển qua. Tuỳ vào vị trí t−ơng đối của tầng không thấm với đ−ờng áp lực và số l−ợng, độ dày của tầng không thấm mà trạng thái n−ớc ngầm có thể là không áp hoặc có áp. Thông th−ờng, tầng không thấm đơn lớp nằm phía d−ới tầng trữ n−ớc sẽ xuất hiện n−ớc ngầm không áp. Tầng không thấm đa lớp sẽ xuất hiện n−ớc ngầm có áp. 10
Ch−ơng 2 Phân loại vμ sự biến động của n−ớc ngầm 2.1. Phân loại n−ớc ngầm Tiêu chuẩn phân loại n−ớc ngầm có thể quy tụ về hai loại hình cơ bản: - Phân loại n−ớc ngầm theo thành phần hoá học và lý học - Phân loại n−ớc ngầm theo sự phân bố của n−ớc ngầm trong các tầng địa chất 2.1.1. Phân loại n−ớc ngầm theo thành phần hoá học Có nhiều ph−ơng pháp phân loại n−ớc ngầm theo thành phần hóa học của các chất chứa trong n−ớc ngầm, nh−ng chỉ xin giới thiệu ph−ơng pháp phân loại n−ớc ngầm theo thành phần hoá học của C.A.Sukarev. Ph−ơng pháp phân loại n−ớc ngầm này đã đ−ợc d− luận rộng rãi thừa nhận là ph−ơng pháp có cơ sở khoa học và có nhiều thuận lợi khi sử dụng ở thực tế. Nhiều tác giả có cùng quan điểm là dựa vào sự khác nhau của tỷ số giữa các anion và cation chủ yếu chứa trong n−ớc ngầm để phân loại. Theo quan điểm C.A.Sukarev để phân loại n−ớc ngầm chúng ta dựa vào hàm l−ợng của 6 anion và cation chủ yếu chứa trong n−ớc ngầm sau đây: - 2- Nhóm anion: Cl , SO4 , HCO3 Nhóm cation: Na+, Mg+, Ca2+ Theo tỷ lệ giữa các thành phần trên có thể phân chia n−ớc ngầm thành 49 loại, rất thuận tiện cho việc so sánh tính chất của từng loại n−ớc ngầm từ thành phần hoá học. Cũng trên quan điểm chung đó, O.A.Alekin phân chia n−ớc thiên nhiên thành: Ba loại n−ớc theo anion: N−ớc Cacbonat, n−ớc Sunphat, n−ớc Clo Ba loại n−ớc theo cation: N−ớc canxi, n−ớc Magiê, n−ớc Natri Trong mỗi một loại lại đ−ợc chia ra 3 cách phân loại theo tỷ lệ giữa các ion chứa trong n−ớc ngầm. Ngoài ra, cũng trên quan điểm hoá học ng−ời ta còn dựa vào hàm l−ợng các chất khoáng trong n−ớc ngầm để phân loại: - N−ớc nhẹ - N−ớc trung bình - N−ớc nặng 2.1.2. Phân loại n−ớc ngầm theo tính chất lý học Cách phân loại này chủ yếu dựa vào chỉ tiêu nhiệt độ của n−ớc ngầm để phân loại và chia thành 3 loại n−ớc ngầm chủ yếu sau: - N−ớc ngầm lạnh có nhiệt độ: t 37 0C 11
Ngoài ra còn dựa vào điều kiện áp lực của n−ớc ngầm để phân loại: - N−ớc ngầm không áp là loại n−ớc ngầm có áp suất tại các điểm trên mặt n−ớc ngầm bằng áp suất khí trời - N−ớc ngầm có áp là loại n−ớc ngầm có áp suất tại tất cả các điểm trong tầng trữ n−ớc đều cao hơn áp suất khí trời. Cũng có thể nói theo một cách khác đ−ờng áp lực của n−ớc ngầm nằm cao hơn tầng không thấm nằm phía trên của tầng trữ n−ớc - Nếu n−ớc ngầm có áp lực cao có khả năng phun n−ớc lên cao khỏi mặt đất đ−ợc gọi là n−ớc ngầm Artesian Mặt đất Mực n−ớc ngầm N−ớc ngầm không áp Tầng không thấm Hình 2.1 - N−ớc ngầm không áp Mặt đất Đ−ờng áp lực Tầng không thấm N−ớc ngầm có áp Tầng không thấm Hình 2.2 - N−ớc ngầm có áp 12
2.1.3. Phân loại theo sự phân bố của n−ớc ngầm trong các tầng địa chất Trên quan điểm này, các nhà nghiên cứu đã đề xuất nhiều cách phân loại khác nhau, nh−ng đều có một điểm chung là lấy cấu tạo và điều kiện sắp xếp địa tầng làm cơ sở chính, sau đó kết hợp với một số yếu tố khác nh− đặc tính thuỷ lực để nhận biết các loại n−ớc ngầm. Tuy nhiên đây là vấn đề vô cùng phức tạp, cho đến nay, ch−a có ph−ơng pháp phân loại nào theo quan điểm này đ−ợc thừa nhận là −u việt nhất. Mặc dù vậy, với các cách chia này n−ớc ngầm cũng đ−ợc nhận biết với những đặc tính riêng của từng loại. Ví dụ: - N−ớc ngầm trong các lỗ hổng của đất đá - N−ớc ngầm trong các khe nứt của đất đá - N−ớc ngầm trong các hang động - N−ớc ngầm tầng nông - N−ớc ngầm tầng sâu Để có thể hình dung sự phân loại n−ớc ngầm theo sự phân bố của n−ớc ngầm trong các tầng địa chất và điều kiện sắp xếp địa tầng, ta tạm phân loại làm 4 loại chính: 1. N−ớc ngầm tầng nông 2. N−ớc ngầm tầng sâu 3. N−ớc ngầm khe nứt 4. N−ớc ngầm hang động Nơi bổ sung n−ớc Giếng khai thác vào tầng có áp Giếng khai thác n−ớc ngầm có áp n−ớc ngầm không áp Mặt áp lực Suối Giếng Artesian Mực n−ớc ngầm (giếng phun) Sông Tầng n−ớc ngầm không áp Tầng không thấm Tầng n−ớc ngầm có áp Tầng không thấm Nền đá Hình 2.3 – Sơ đồ sắp xếp tầng trữ n−ớc và các loại giếng khai thác n−ớc ngầm 13
1. N−ớc ngầm tầng nông N−ớc ngầm tầng nông nằm ở trên tầng không thấm thứ nhất (không có tầng không thấm phủ kín bên trên). Đây là loại n−ớc ngầm không áp. Mặt n−ớc ngầm là mặt n−ớc tự do, áp lực tại mực n−ớc ngầm chính bằng áp lực khí trời (P = Pa). N−ớc ngầm tầng nông phân bố rộng khắp hầu hết mọi nơi, trừ một số vung cá biệt. N−ớc ngầm tầng nông th−ờng thay đổi về trữ l−ợng cũng nh− mực n−ớc theo từng thời kỳ trong năm, vì nó chịu ảnh h−ởng trực tiếp của điều kiện khí hậu, thuỷ văn nh− l−ợng m−a, nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ bốc hơi mặt đất mực n−ớc của các sông ngòi, hồ ao, đầm trong khu vực. Nguồn cung cấp chủ yếu là do n−ớc m−a ngấm vào đất. Mặt khác n−ớc m−a cũng tập trung vào sông ngòi, hồ, ao và l−ợng n−ớc mặt từ sông, ngòi, ao, hồ lại theo dòng thấm bổ sung trực tiếp cho n−ớc ngầm tầng nông. Mùa m−a mực n−ớc ngầm tầng nông đ−ợc dâng cao do đ−ợc bổ sung n−ớc từ nguồn n−ớc m−a và nguồn n−ớc mặt ở các ao hồ sông suối. Đặc biệt đối với sông vùng đồng bằng do phù sa bồi đắp, lòng sông ngày một cao, mực n−ớc sông th−ờng xuyên cao hơn mực n−ớc ngầm hai bên bờ. Vì vậy, sông th−ờng xuyên cung cấp n−ớc cho n−ớc ngầm tầng nông. ở các vùng trồng lúa n−ớc mực n−ớc ngầm tầng nông cũng đ−ợc dâng cao do n−ớc ngầm đ−ợc bổ sung n−ớc từ các ruộng trồng lúa. Ng−ợc lại, về mùa khô do bị bốc hơi mặt đất, mặt khác mực n−ớc hồ, ao hoặc các sông suối hạ thấp, một số tr−ờng hợp hạ thấp hơn cả mực n−ớc ngầm tầng nông, n−ớc ngầm lại theo dòng thấm bổ sung cho dòng chảy cơ bản của các sông suối. Vì vậy, mực n−ớc ngầm và trữ l−ợng n−ớc ngầm tầng nông đều giảm. Trữ l−ợng n−ớc ngầm tầng nông phụ thuộc vào bề dày của tầng trữ n−ớc, thành phần cấp phối hạt của tầng trữ n−ớc. 2. N−ớc ngầm tầng sâu N−ớc ngầm tầng sâu nằm ở phía d−ới tầng không thấm thứ nhất, tầng trữ n−ớc th−ờng nằm kẹp giữa hai tầng không thấm. n−ớc ngầm tầng sâu có thể nằm d−ới mặt đất từ vài chục mét tới hàng trăm hàng nghìn mét. Do nằm phía d−ới tầng không thấm ngăn cách nên n−ớc ngầm tầng sâu không đ−ợc cung cấp trực tiếp của n−ớc m−a hoặc n−ớc mặt trong vùng. Tuy nhiên n−ớc m−a và n−ớc từ dòng chảy mặt vẫn gián tiếp liên quan tới tầng n−ớc này thông qua các dòng chảy ngầm từ nơi khác tới. N−ớc ngầm tầng sâu có thể có áp hoặc không có áp. - Nếu nguồn n−ớc cung cấp cho n−ớc ngầm tầng sâu ở khu vực đ−ợc xuất phát từ nơi có cao trình cao và có áp lực cột n−ớc lớn thì n−ớc ngầm tầng sâu th−ờng là có áp. - Ng−ợc lại, nếu n−ớc không chứa đầy tầng trữ n−ớc, và mực n−ớc ngầm trong tầng trữ n−ớc thấp hơn tầng không thấm phía trên thì ta có n−ớc ngầm tầng sâu không áp. 3. N−ớc ngầm trong khe nứt N−ớc ngầm khe nứt là n−ớc chứa trong các khe nứt của nham thạch, những khe nứt này đ−ợc tạo ra do quá trình kiến tạo địa chất hoặc do động đất, núi lửa làm cho các tầng nham thạch bị đứt gẫy hoặc nứt nẻ. N−ớc ngầm trong khe nứt có thể đ−ợc hình thành cùng với sự hình thành của các khe nứt hoặc đ−ợc cung cấp từ nguồn n−ớc m−a, nguồn n−ớc ở các ao, hồ, sông, suối thông qua dòng thấm vào các khe nứt. 14
4. N−ớc ngầm trong hang động Các hang động xuất hiện do sự xâm thực của n−ớc vào nham thạch tạo thành các hang động. N−ớc từ các nguồn n−ớc mặt, n−ớc mạch hoặc n−ớc ngầm từ các nơi khác tập trung về các hang động thành các dòng chảy ngầm hoặc các hồ chứa n−ớc ngầm trong các hang động nằm sâu trong lòng đất. N−ớc trong hang động th−ờng xuất hiện ở vùng núi đá vôi, bạch vân, thạch cao, muối mỏ Trữ l−ợng n−ớc ngầm trong hang động tuỳ thuộc vào khả năng tập trung n−ớc, kích th−ớc của các hang động và phụ thuộc vào các nguồn n−ớc cung cấp vào các hang động, sự l−u thông giữa nguồn n−ớc đó và các hang động. N−ớc ngầm hang động có thể có dạng có áp hoặc không áp, thông th−ờng n−ớc ngầm hang động có độ khoáng khá cao. 2.2. Sự thay đổi n−ớc ngầm và các yếu tố ảnh h−ởng 2.2.1. Sự thay đổi n−ớc ngầm - Nếu xét trong thời gian dài, quá trình thay đổi n−ớc ngầm cũng t−ơng tự nh− n−ớc mặt. Trong mùa khô l−ợng m−a ít, mực n−ớc các ao hồ thấp, dòng chảy các sông suối nhỏ, l−ợng bốc hơi lớn vì thế mực n−ớc ngầm th−ờng hạ xuống thấp , ng−ợc lại trong mùa m−a M−a nhiều, n−ớc mặt nhiều mực n−ớc ngầm sẽ dâng cao trữ l−ợng n−ớc ngầm sẽ phong phú. Tuy nhiên, sự thay đổi của n−ớc ngầm còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nh− tính thấm của đất khả năng trữ n−ớc của tầng trữ n−ớc. - Trong chu kỳ một năm, mùa khô mực n−ớc của n−ớc mặt hạ thấp, nhiều tr−ờng hợp thấp hơn mực n−ớc ngầm, n−ớc ngầm thông qua các mạch n−ớc cung cấp n−ớc cho n−ớc mặt. Mùa m−a mực n−ớc ngầm th−ờng thấp hơn mực n−ớc mặt, n−ớc mặt và n−ớc m−a lại ngấm xuống đất để bổ sung cho n−ớc ngầm. T−ơng quan giữa n−ớc mặt và n−ớc ngầm thay đổi theo mùa, có thời kỳ n−ớc mặt cung cấp cho n−ớc ngầm và ng−ợc lại có thời kỳ n−ớc ngầm cung cấp cho n−ớc mặt. 2.2.2 Các yếu tố ảnh h−ởng đến n−ớc ngầm Tuy nằm sâu d−ới đất nh−ng trữ l−ợng cũng nh− chất l−ợng n−ớc ngầm chịu ảnh h−ởng của rất nhiều yếu tố bao gồm: Yếu tố khí hậu thuỷ văn trên mặt đất, các yếu tố về địa hình, địa mạo, thổ nh−ỡng, địa chất, các hoạt động phát triển của con ng−ời. 1. Yếu tố khí hậu L−ợng m−a là nguồn cung cấp chủ yếu cho n−ớc ngầm vì thế l−ợng m−a hàng năm, phân phối l−ợng m−a trong năm sẽ có ảnh h−ởng gần nh− trực tiếp đến trữ l−ợng n−ớc ngầm đặc biệt là n−ớc ngầm tầng nông. Bên cạnh đó c−ờng độ m−a có ảnh h−ởng trực tiếp đến hệ số dòng chảy có nghĩa ảnh h−ởng tới l−ợng n−ớc thấm xuống đất cung cấp cho n−ớc ngầm. • Đối với n−ớc ngầm tầng nông không áp nếu có l−ợng n−ớc m−a bổ sung vào n−ớc ngầm sẽ làm mực n−ớc ngầm tăng lên một lớp Δh. P Δh = (2.1) μ h Trong đó: Δh: Độ gia tăng mực n−ớc ngầm P: Tổng l−ợng m−a hữu hiệu (ngấm vào đất) 15
μh: Độ rỗng hiệu quả của đất đá - L−ợng bốc thoát hơi n−ớc: Bốc thoát hơi n−ớc từ mặt đất là một thành phần trong l−ợng n−ớc đi của n−ớc ngầm, làm giảm l−ợng n−ớc ngầm. Các yếu tố khí hậu nh− nhiệt độ, độ ẩm, gió có ảnh h−ởng trực tiếp đến l−ợng n−ớc bốc hơi mặt đất. Vì thế, các yếu tố khí hậu này có ảnh h−ởng trực tiếp đến sự thay đổi của n−ớc ngầm. 2. Yếu tố thuỷ văn Dòng chảy mặt trên các sông suối, l−ợng n−ớc và mực n−ớc trong các ao hồ, t−ơng quan giữa mực n−ớc ao hồ và mực n−ớc ngầm có ảnh h−ởng trực tiếp đến n−ớc ngầm; chất l−ợng của n−ớc mặt cũng ảnh h−ởng đến chất l−ợng n−ớc ngầm. Ngoài ra chế độ thuỷ triều, tình hình hạn hán lũ lụt cũng có ảnh h−ởng tới n−ớc ngầm 3. Điều kiện địa hình, địa mạo, thảm phủ trên mặt đất Độ dốc địa hình, độ gồ ghề của mặt đất, mật độ sông suối ao hồ trên mặt đất có ảnh h−ởng đến hệ số dòng chảy có nghĩa ảnh h−ởng trực tiếp đến l−ợng n−ớc thấm vào đất để bổ sung cho n−ớc ngầm 4. Yếu tố về địa chất, thổ nh−ỡng Cách sắp xếp địa tầng, cấu tạo của các tầng địa chất, độ rỗng của các lớp đất đá, hệ số thấm sẽ ảnh h−ởng tới tốc độ và l−ợng n−ớc thấm vào trong đất 5. Các hoạt động phát triển của con ng−ời Đó là sự khai thác n−ớc ngầm để phục vụ các mục đích phát triển khác nhau, những tác động của con ng−ời vào chất l−ợng và khối l−ợng n−ớc mặt là nguồn n−ớc bổ sung chính cho n−ớc ngầm. Mặt khác các công trình giữ n−ớc nh− hồ chứa n−ớc, hệ thống cấp thoát n−ớc đều có ảnh h−ởng đến sự thay đổi của n−ớc ngầm. Quá trình đô thị hóa th−ờng gây ra những sự thay đổi mực n−ớc ngầm do kết quả của việc làm giảm l−ợng bổ sung n−ớc ngầm và tăng c−ờng việc khai thác n−ớc ngầm. ở những vùng nông thôn n−ớc dùng th−ờng đ−ợc lấy từ những giếng nông, trong khi đó hầu hết các n−ớc thải của đô thị lại trở lại đất thông qua các hồ chứa n−ớc bẩn. Do vậy, sự nhiễm bẩn của n−ớc giếng tăng lên. Nhiều giếng ở các hộ dùng riêng phải bỏ đi. Sau này, ng−ời ta đã phải đặt các hệ thống sử lý n−ớc cống, n−ớc thải, n−ớc m−a trong khu vực. Ba điều kiện làm cho n−ớc ngầm giảm là: - Làm giảm l−ợng bổ sung n−ớc ngầm do lát bề mặt - Bơm hút tăng - Giảm l−ợng bổ sung n−ớc ngầm do hệ thống cống ngầm thu nhận n−ớc ngầm từ trên xuống Ngoài ra còn có những ảnh h−ởng khác của động đất, ảnh h−ởng của tải trọng bên ngoài 6. áp suất khí quyển Sự thay đổi áp suất khí quyển gây ra do sự dao động mực n−ớc thủy áp trong tầng chứa n−ớc có áp. Mối quan hệ đó là quan hệ nghịch biến, có nghĩa là tăng áp suất khí quyển sẽ làm giảm mực thủy áp và ng−ợc lại. Khi sự thay đổi áp suất khí quyển đ−ợc biểu thị bằng 16
cột n−ớc, tỷ lệ thay đổi mực thủy áp với sự thay đổi của áp suất đ−ợc gọi là hiệu ứng áp suất của tầng chứa n−ớc. γ.Δh B = (2.2) ΔPa Trong đó: B: Hiệu ứng áp suất (Barometric efficiency) Nếu B ≤ 1 thì có n−ớc ngầm không áp Nếu B ≥ 1 thì có n−ớc ngầm có áp γ: Trọng l−ợng riêng của n−ớc Δh: Sự thay đổi mực thuỷ áp ΔPa: Sự thay đổi áp suất khí quyển Hầu hết các giá trị quan trắc cho giá trị của B nằm trong khoảng từ 20 ữ 70% ΔPa Biên trên tầng chứa n−ớc có áp Tầng có áp Các phần tử rắn ΔP ΔS ω c trong đất Hình 2.4 - Phân bố lý t−ởng của các lực ở biên trên của tầng chứa n−ớc có áp chịu ảnh h−ởng của sự thay đổi khí áp Để giải thích các hiện t−ợng trên có thể coi tầng chứa n−ớc nh− là một vật thể đàn hồi. Nếu ΔPa là sự thay đổi áp suất khi quyển và ΔPω là kết quả của sự thay đổi áp suất thủy tĩnh ở đỉnh của tầng chứa n−ớc có áp thì: ΔPa = ΔPω + ΔSc (2.3) Trong đó: ΔSc: ứng suất nén đ−ợc tăng lên trên tầng chứa n−ớc Tại giếng hút n−ớc từ tầng chứa n−ớc có áp: Pω = Pa + γh (2.4) Cho áp suất khí quyển tăng thêm ΔPa thì: Pω + ΔPa = Pa + ΔPa + γh (2.5) Thay Pω từ ph−ơng trình (2.4) ta có: ΔPω = ΔPa + γ(h’ + h) (2.6) Từ ph−ơng trình (2.3) rõ ràng rằng ΔPω < ΔPa do đó h’ < h 17
Mặt đất Pa Mực thủy áp Pa + ΔPa Tầng chứa n−ớc có áp Tầng không thấm Hình 2.5 - ảnh h−ởng của khí áp đến mực thủy áp Nói chung mực n−ớc trong giếng hạ thấp xuống khi áp suất khí quyển tăng lên. 7. ảnh h−ởng của thủy triều Trong những tầng đất chứa n−ớc tiếp giáp với biển, sự dao động của thủy triều dẫn đến sự biến động của n−ớc ngầm. Xét tr−ờng hợp đơn giản, đối với dòng chảy một chiều trong tầng chứa n−ớc có áp. Ph−ơng trình mô tả chuyển động n−ớc ngầm có dạng: ∂ 2 h S ∂h = ∂x 2 T ∂t Giả thiết điều kiện biên: tại x = 0, h = h0sinωt và h = 0 tại x = ∞ (lấy mặt chuẩn là mực n−ớc biển trung bình). Trong đó: 2π ω: Vận tốc góc, ω = t 0 t0: Chu kỳ thủy triều Mặt đất Mực n−ớc biển trung bình Mực thủy áp Tầng chứa n−ớc có áp Độ lớn thủy triều = 2h0 Hình 2.6 – Dao động mực n−ớc thủy áp do ảnh h−ởng của thủy triều Nghiệm của bài toán là: πS −x ⎛ 2πt πS ⎞ h = h e Tt 0 sin⎜ − x ⎟ 0 ⎜ ⎟ ⎝ t 0 Tt 0 ⎠ 18
Nh− thế biên độ dao động tại mặt cắt x kể từ bờ biển là: πS −x Tt 0 h = h 0 e Thời gian truyền sóng: t S t = x 0 L 4πT Tốc độ truyền sóng: x 4πT v = = t L t 0 S Chiều dài sóng: 4πt T L = vt = 0 ω 0 S L−ợng dòng chảy vào trong tầng chứa n−ớc trong nửa chu kỳ: 2t ST W = h 0 0 π Lời giải giải tích ở trên cũng có thể áp dụng gần đúng với tầng chứa n−ớc không áp khi sự dao động mực n−ớc nhỏ không đáng kể so với độ dầy tầng bão hòa. ở trên đã nói sự thay đổi áp suất không khí dẫn đến sự biến đổi mực thủy áp. Sự dao động thủy triều cũng dẫn đến sự thay đổi mực thủy áp trong trong tầng chứa n−ớc có áp. Mức độ ảnh h−ởng của thủy triều đ−ợc biểu thị qua hệ số thủy triều C: C = 1 - B 2.3. Các hình thức tồn tại của n−ớc ngầm 2.3.1 Các sơ đồ đặc tr−ng Túi n−ớc ngầm Thấu kính thịt pha sét Mực n−ớc ngầm Tầng ngậm n−ớc (dẫn n−ớc) Tầng không thấm Hình 2.7 – N−ớc ngầm tầng nông và túi n−ớc ngầm 19
Hình 2.8 – Tầng đất b∙o hòa n−ớc ngầm tiếp giáp với lòng sông 20
2.3.2. Hình thái n−ớc ngầm - N−ớc ngầm tồn tại trong đất d−ới hình thức chứa đầy trong các lỗ rỗng của đất đá hoặc nham thạch với trạng thái tĩnh, mực n−ớc ngầm th−ờng nằm ngang. - N−ớc ngầm tồn tại trong đất d−ới hình thức nh− dòng chảy ngầm trong đất với trạng thái động, mặt n−ớc ngầm th−ờng có độ dốc. 1 MNN 2 MNN 1 1 - Sông 2 - Khe dốc Hình 2.9 – T−ơng quan giữa dòng chảy với mực n−ớc ngầm Để làm rõ đặc tính mực n−ớc ngầm cần phải lập bản đồ đẳng áp n−ớc ngầm và đó là mực n−ớc ngầm nằm ngang. Bản đồ đẳng áp có ý nghĩa thực tế to lớn. Từ bản đồ đ−ờng đẳng áp n−ớc ngầm có thể xác định h−ớng và độ dốc của dòng ngầm và cả độ sâu mực n−ớc ngầm tại điểm bất kỳ. Nếu có gắn với đ−ờng đồng mức cao độ mặt đất tự nhiên thì chúng ta có thể đánh giá đ−ợc sơ bộ trữ l−ợng n−ớc ngầm và điều kiện khai thác. Sông Hình 2.10 – Khu b∙i sông với đ−ờng đẳng áp n−ớc ngầm 2.3.3. Điều kiện cung cấp và chế độ n−ớc ngầm Điều kiện cung cấp: Mực n−ớc ngầm, trữ l−ợng n−ớc ngầm, thành phần hoá học và các đặc tính vật lý của n−ớc ngầm có thể thay đổi theo thời gian. Sự biến đổi các đặc tr−ng này của n−ớc ngầm đ−ợc gọi là sự thay đổi của chế độ n−ớc ngầm. Tập hợp các biến đổi trên cho ta hình ảnh chế độ n−ớc ngầm. 21
Trong thực tiễn th−ờng phát sinh nhu cầu thay đổi chế độ n−ớc ngầm, đối với vùng n−ớc ngầm quá phong phú, mực n−ớc ngầm nằm quá cao đòi hỏi phải hạ thấp mực n−ớc ngầm, và ở vùng thiếu n−ớc đòi hỏi phải duy trì và nâng cao mực n−ớc ngầm. Chế độ n−ớc ngầm phần lớn phụ thuộc vào điều kiện nguồn n−ớc cung cấp cho n−ớc ngầm, tác động t−ơng hỗ giữa n−ớc mặt và n−ớc ngầm, các yếu tố khí hậu, thuỷ lực, thuỷ văn của sông ngòi, ao hồ và hoạt động của con ng−ời . Điều kiện cung cấp n−ớc ngầm có ảnh h−ởng đến chế độ n−ớc ngầm, gây ra biến đổi động thái n−ớc ngầm và biến đổi mực n−ớc ngầm, làm thay đổi thành phần hoá học của n−ớc ngầm. Nguồn n−ớc cung cấp cho n−ớc ngầm có thể là n−ớc m−a, n−ớc mặt, n−ớc chứa ở các địa tầng và n−ớc ng−ng tụ từ hơi n−ớc trong đất . - Nguồn cung cấp cho n−ớc ngầm là n−ớc m−a: Tr−ớc hết phụ thuộc vào thời gian m−a, l−ợng m−a và c−ờng độ m−a, sau là điều kiện địa hình, địa mạo, độ thấm n−ớc của đất đá, độ che phủ mặt đất nh− việc trồng cây gây rừng làm tăng c−ờng độ thấm và thời gian thấm n−ớc vào trong đất. - Nguồn cung cấp n−ớc ngầm là n−ớc mặt: Về mùa m−a lũ, mực n−ớc sông, hồ, ao lên cao sẽ cung cấp n−ớc cho n−ớc ngầm dọc theo ven bờ các sông, hồ. Ng−ợc lại về mùa kiệt mực n−ớc sông, hồ ao thấp hơn mực n−ớc ngầm, n−ớc ngầm lại cung cấp dòng chảy mặt cho các ao, hồ, sông, suối. 48 q2 64 39 47 q 38 1 63 46 37 q0 62 36 (a) (b) (c) (d) Hình 2.11 - T−ơng quan giữa n−ớc mặt và n−ớc ngầm Mối quan hệ này là ổn định và dễ thấy qua bản đồ đẳng áp n−ớc ngầm, nếu quan hệ trên không có thì đ−ờng đẳng áp n−ớc ngầm vuông góc với dòng chảy mặt (hình 2.11a). Nếu n−ớc ngầm đ−ợc cung cấp từ dòng chảy mặt thì các đ−ờng đẳng áp nghiêng theo chiều dòng chảy bởi vì g−ơng n−ớc ngầm trong tr−ờng hợp này nghiêng từ phía sông (hình 2.11b). Nếu n−ớc ngầm cung cấp cho n−ớc mặt thì đ−ờng đẳng áp nghiêng ng−ợc chiều dòng chảy mặt (hình 2.11c). Có thể gặp trên thực tế tr−ờng hợp hỗn hợp cả hai loại n−ớc mặt và n−ớc ngầm cấp n−ớc cho nhau (hình 2.11d). - ở vùng m−a lớn hơn nhiều so với bốc hơi là vùng thừa ẩm, phần lớn n−ớc ngầm cung cấp cho sông, hồ. - ở vùng khô cằn m−a ít hơn bốc hơi n−ớc sông, hồ sẽ cấp cho n−ớc ngầm. 22
2.3.4. Động thái n−ớc ngầm và trữ l−ợng n−ớc ngầm 1. Động thái n−ớc ngầm Khi quan sát n−ớc ngầm cho thấy mực n−ớc ngầm biến đổi lên xuống theo thời gian trong năm tuỳ thuộc vào tình hình thuỷ văn n−ớc mặt và và điều kiện khí hậu. Nhìn chung mực n−ớc ngầm và trữ l−ợng n−ớc ngầm trong mùa m−a th−ờng cao và về mùa khô th−ờng thấp. Khi có sự biến đổi về khối l−ợng thì chất l−ợng n−ớc ngầm cũng sẽ biến đổi theo. Ngoài ra, những tác động do quá trình hoạt động phát triển của con ng−ời cũng sẽ làm thay đổi về khối l−ợng và chất l−ợng của n−ớc ngầm. ở những n−ớc nhiệt đới gió mùa nh− n−ớc ta, trong mùa m−a, l−ợng m−a lớn, dòng chảy trên các sông suối lớn, nguồn n−ớc bổ sung cho n−ớc ngầm rất phong phú vì thế mực n−ớc ngầm dâng cao. Về mùa khô l−ợng m−a không đáng kể, khí hậu khô hanh l−ợng bốc hơi rất lớn, l−u l−ợng cũng nh− mực n−ớc trên các sông suối rất nhỏ, mặt khác n−ớc ngầm cũng đ−ợc khai thác nhiều hơn vì thế mực n−ớc ngầm hạ thấp và trữ l−ợng n−ớc ngầm cũng bị suy giảm. Vì thế biên độ giao động của mực n−ớc ngầm ở n−ớc ta t−ơng đối lớn. Ngoài ra những hoạt động phát triển của con ng−ời cũng có ảnh h−ởng lớn đến tài nguyên n−ớc nói chung và nguồn n−ớc ngầm nói riêng nh− việc xây dựng các hệ thống thuỷ lợi nh− hồ chứa n−ớc, các đập ngăn sông, các công tình phòng lũ, các hệ thống t−ới tiêu nhằm điều hoà nguồn n−ớc mặt. Những công trình khai thác n−ớc ngầm để phục vụ cho các mục đích khác nhau Tất cả nh−ng hoạt động đó đều cố ảnh h−ởng lớn tới trữ l−ợng và động thái của n−ớc ngầm. Về chất l−ợng của n−ớc ngầm tuỳ thuộc vào tính chất của tầng trữ n−ớc và tính chất của các tầng điạ chất mà n−ớc ngầm đã đi qua. Chất l−ợng của n−ớc ngầm đ−ợc thể hiện qua tính chất lý học và tính chất hoá học của n−ớc ngầm nh− độ khoáng hoá, thành phần hoá học của các chất chứa trong n−ớc ngầm, nhiệt độ của n−ớc ngầm. Ngoài ra các yếu tố khác nh− điều kiện khí hậu, chất l−ợng của n−ớc mặt có quan hệ với nguồn n−ớc ngầm, các hoạt động của con ng−ời cũng có ảnh h−ởng rất lớn đến chất l−ợng n−ớc ngầm. Thí dụ ở những vùng nắng nóng khô hạn, l−ợng bốc hơi lớn thì nồng độ khoáng chất trong n−ớc ngầm sẽ lớn, độ khoáng hoá sẽ tăng theo tốc độ bốc thoát hơi n−ớc từ n−ớc ngầm. 2. Trữ l−ợng n−ớc ngầm Trữ l−ợng n−ớc ngầm th−ờng đ−ợc thể hiện theo ba đặc tr−ng sau: a) Trữ l−ợng tĩnh Trữ l−ợng tĩnh là khối l−ợng n−ớc nằm sâu trong địa tầng có thể thoát ra khỏi tầng trữ n−ớc nó phụ thuộc vào thể tích tầng trữ n−ớc đã đ−ợc bão hoà và khả năng cấp n−ớc của tầng trữ n−ớc. Khả năng cấp n−ớc của tầng trữ n−ớc đ−ợc đặc tr−ng bởi hệ số thoát n−ớc. Hệ số cấp n−ớc phụ thuộc vào tính chất của tầng trữ n−ớc nh− cấp phối hạt, khả năng giữ n−ớc tối đa của đất đá, độ rỗng của tầng đất đá Bảng 2.1 - Hệ số cấp n−ớc của một số loại đất đá Loại đất đá Hệ số cấp n−ớc δ Cát mịn 0,10 ữ 0,15 Sét và hạt cát nhỏ 0,15 ữ 0,20 Cát thô trung bình 0,20 ữ 0,25 Cát thô và sỏi sạn 0,25 ữ 0,30 23
Ví dụ muốn tìm trữ l−ợng tĩnh của tầng trữ n−ớc ngầm với thể tích tầng đ−ợc bão hoà n−ớc là V = 200m3. Vậy để tìm trữ l−ợng tĩnh của tầng n−ớc ngầm đó ta chỉ việc lấy dung tích bão hoà đó nhân với hệ số cấp n−ớc: W = δ.V Trong đó: W: Trữ l−ợng tĩnh m3 δ: Hệ số cấp n−ớc V: Thể tích tầng dẫn n−ớc b) Trữ l−ợng động n−ớc ngầm Trữ l−ợng động của n−ớc ngầm phụ thuộc vào l−u l−ợng của dòng chảy ngầm bổ sung cho n−ớc ngầm. Trữ l−ợng động là l−u l−ợng dòng ngầm chảy qua tầng trữ n−ớc. Qđ = V.F = K.J.F Trong đó: Qđ: L−u l−ợng dòng ngầm ứng với trữ l−ợng động V: Vận tốc dòng chảy ngầm F: Tiết diện dòng chảy ngầm J: Độ dốc dòng chảy ngầm K: Hệ số thấm Trữ l−ợng động n−ớc ngầm đ−ợc xác định bằng nhiều ph−ơng pháp: Theo đại l−ợng cung cấp n−ớc m−a, hay mođuyn dòng chảy ngầm, theo kích th−ớc tiết diện và theo vận tốc dòng chảy ngầm. c) Trữ l−ợng khai thác n−ớc ngầm Trữ l−ợng n−ớc ngầm là l−u l−ợng n−ớc ngầm có thể khai thác đ−ợc từ tầng trữ n−ớc ngầm trên cơ sở khai thác một cách hợp lý không gây ra ảnh h−ởng xấu đến chất l−ợng n−ớc và môi tr−ờng sinh thái nói chung của khu vực. 2.4. N−ớc ngầm ở Việt Nam và khả năng khai thác, sử dụng Các kết quả điều tra địa chất thuỷ văn khu vực và tìm kiếm thăm dò nêu trên đã cho phép phân chia trên toàn lãnh thổ các phân vị địa chất thuỷ văn nh− sau: - Các tầng chứa n−ớc lỗ hổng trong các thành tạo Đệ tứ - Các tầng chứa n−ớc khe nứt trong các thành tạo bazan. Pliocen - Đệ tứ - Các tầng chứa n−ớc khe nứt trong các thành tạo lục nguyên - Các tầng chứa n−ớc khe nứt – Karst trong các thành tạo Cacbonat - Các thành tạo địa chất rất nghèo n−ớc hoặc không chứa n−ớc 2.4.1. Các tầng chứa n−ớc lỗ hổng Phân bố rộng rãi ở đồng bằng Bắc Bộ, đồng bằng Nam Bộ và các đồng bằng ven biển Miền Trung. 24
1. ở đồng bằng Bắc Bộ Có 2 tầng chứa n−ớc chủ yếu là tầng chứa n−ớc Holocen (qh) và tầng chứa n−ớc Pleistocen (qp). Tổng trữ l−ợng (khai thác tiềm năng của NDĐ khoảng 7,5 triệu m3/ng, theo đề tài 44.04.01.01). Tầng qh: Phân bố hầu khắc đồng bằng, th−ờng gặp ở chiều sâu 20 ữ 40m. Đất đá chứa n−ớc chủ yếu là cát, sạn. Độ giàu n−ớc biến đổi mạnh, l−u l−ợng lỗ khoan 0,5 ữ 10 l/s. Vùng ven biển n−ớc bị nhiễm mặn. N−ớc trong tầng có quan hệ trực tiếp với n−ớc mặt. Tầng chứa n−ớc này có thể đáp ứng yêu cầu cũng cấp n−ớc quy mô trung bình đều nhỏ. Phần lớn các lỗ khoan của ch−ơng trình n−ớc nông thôn và của nhân dân khai thác n−ớc trong tầng này. Tầng qp: Nằm d−ới tầng qh và ngăn cách với tầng này bởi một lớp sét mầu loang lổ dày 5 ữ 20m, th−ờng gặp ở độ sâu 50 ữ 60m. Đất đá chứa n−ớc là cát cuội sỏi hạt thô. Đây là tầng chứa n−ớc có áp, giàu n−ớc và có thể đáp ứng yêu cầu khai thác lớn. L−u l−ợng lỗ khoan th−ờng lớn hơn 10 l/s hầu hết các nhà máy n−ớc ở đồng bằng Bác Bộ đang khai thác n−ớc từ tầng này. N−ớc có quan hệ với tầng qh và n−ớc mặt qua các cửa sổ ĐCTV. Vùng ven biển và hai rìa đồng bằng bị nhiễm mặn. 2. ở đồng bằng Nam Bộ Có 5 tầng chứa n−ớc lỗ hổng kể từ trên xuống là các tầng Holocen (qh), Pleistocen trung - th−ợng (qp2-3); Pleistocen hạ (qp1); Pliocen (m4); Miocen (m3). Trữ l−ợng khai thác tiềm năng đạt khoảng 27,5 triệu m3/ng (theo Trần Văn Lã, 1996) Tầng qh: Có diện tích phân bố khoảng 43.000km2. bề dày 20 ữ 70m. Đất đá chứa n−ớc là cát hạt nhỏ, cát bột. Nhìn chung, tầng này nghèo n−ớc, chất l−ợng n−ớc xấu th−ờng bị nhiễm mặn, nhiễm phèn. 2 Tầng qp2-3: Phân bố trên hầu hết đồng bằng diện tích khoảng 50.000km . Tầng này nằm sâu 40 ữ 80m, bề dày 25 ữ135m, trung bình 50 ữ 70m đất đá chứa n−ớc là cát sỏi. Đây là tầng chứa n−ớc phong phú, ở miền Đông Nam bộ chất l−ợng n−ớc tốt, ở vùng Tây Nam bộ nhiều vùng bị nhiễm mặn. Tầng qp1: Đ−ợc phân cách bởi tầng qp2-3 bởi một lớp sét dày 20 ữ 25m, đôi chỗ tới 50m. Diện phân bố khoảng 49.000km2. Chiều sâu thế nằm 150 ữ 200m. Bề dày tầng 50 ữ 60m, đôi khi tới 130m. Đất đá chứa n−ớc là cát, đôi khi lẫn sạn sỏi. Đây là một tầng chứa n−ớc phong phú. Chất l−ợng n−ớc biến đổi nhiều theo diện. ở miền Đông Nam Bộ chúng có quan hệ với n−ớc mặt và có chất l−ợng tốt. ở miền Tây Nam Bộ có nhiều vùng bị nhiễm mặn. 2 Tầng m4: Có diện tích phân bố khoảng 49.000km , chiều sâu thế nằm 150 ữ 350m, bề dày 50 ữ 140m, th−ờng gặp 90 ữ 100m. Đất đá chứa n−ớc là cát nhiều cỡ hạt lẫn sạn sỏi. Đây là một tầng chứa n−ớc rất phong phú, chất l−ợng n−ớc trong tầng biến đổi theo diện. Vùng trung trung tâm và ven biển bị nhiễm mặn. Tầng m3: Ngăn cách với tầng m4 bởi một lớp sét dày 20 ữ 50m. Diện phân bố khoảng 37.000km2, chiều sâu mái 200 ữ 450m, th−ờng gặp 350 ữ 400m, bề dày 40 ữ 100m. Đất đá chứa n−ớc phong phú, n−ớc có chất l−ợng tốt. Vùng trung tâm và ven biển bị nhiễm mặn. 25
3. Các đồng bằng ven biển Miền Trung Các tầng chứa n−ớc có diện phân bố hẹp, kéo dài và không liên tục, th−ờng gặp cả hai tầng chứa n−ớc qh và qp nh−ng chiều dày nhỏ. Tầng chứa n−ớc qh gồm chủ yếu là cát, tầng qp chủ yếu là cát - cuội sỏi. Hiện t−ợng nhiễm mặn gặp phổ biến, nhất là trong tầng qp. 2.4.2. Các tầng chứa n−ớc khe nứt trong các thành tạo Bazan Pliocen - Đệ tứ Phân bố rộng ở vùng Tây Nguyên và Đông Nam Bộ. Ngoài ra còn gặp ở một số vùng với diện tích không lớn ở Quỳ Hợp, Điện Biên, Đất đá chủ yếu là đá Bazan, Olivin, Bazan kiềm. Độ phong phú n−ớc thay đổi lớn theo diện và phụ thuộc vào độ nứt nẻ, bề dày và diện phân bố của khối Bazan. Chiều sâu lỗ khoan khai thác n−ớc th−ờng không quá 100m. Có nơi khối Bazan dày tới 200 ữ 300m nh− vùng Pleiku. N−ớc trong thành tạo Bazan có chất l−ợng tốt phổ biến là ở dạng n−ớc Bicacbonat - Clorua có độ tổng khoáng hoá 0,2 ữ 0,3 g/l. Nguồn cung cấp chủ yếu là n−ớc m−a. Động thái biến đổi mạnh theo mùa. Về mùa khô, mực n−ớc hạ thấp làm nhiều giếng bị cạn kiệt. N−ớc trong các thành tạo Bazan có thể đáp ứng yếu cầu khai thác để cung cấp n−ớc với quy mô vừa đến lớn. 2.4.3. Các tầng chứa n−ớc khe nứt trong các thành tạo lục nguyên Mesozoi (ms) Phân bố rộng rãi ở các vùng Đông Bắc Bắc Bộ, bắc Trung Bộ. Ngoài ra còn gặp ở vùng Tây Nguyên và Nam Trung Bộ. Chúng gồm các trầm tích lục nguyên hệ Trias, Jura, Creta, Neogen. Đất đá chứa n−ớc chủ yếu là cát kết, cuội kết, sạn kết, bột kết, sét kết nứt nẻ. Nhìn chung, các tầng chứa n−ớc này nghèo n−ớc. Tuy nhiên, ở một số nơi có thể gặp một số tầng cát kết, cuội kết nứt nẻ khá giàu n−ớc, l−u l−ợng lỗ khoan có thể đạt từ 5 ữ 10l/s. Trong tầng này l−u l−ợng các lỗ khoan th−ờng chỉ đạt 0,5 ữ 2l/s hoặc nhỏ hơn; nên chỉ thích hợp với yêu cầu cung cấp n−ớc nhỏ và cục bộ. Chất l−ợng n−ớc tốt, độ tổng khoáng hoá th−ờng 0,01 ữ 0,2g/l. 2.4.4. Các tầng chứa n−ớc khe nứt – Karst trong các thành tạo Cacbonat Các thành tạo Cacbonat ở Việt Nam có tuổi từ Ordovic - Silur đến Trias - Các tầng chứa n−ớc hệ Trias phân bố thành một dải lớn kéo dài theo h−ớng Tây Bắc - Đông Nam, ở vùng Tây Bắc Bắc Bộ, chiếm diện tích khoảng 1.200km2, thuộc các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Thanh Hoá, Ninh Bình. Các tầng chứa n−ớc khe nứt – Karst paleozoi phân bố khá rộng ở nhiều vùng thuộc Bắc Bộ nh− Quảng Ninh, Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Cạn, Thái Nguyên, Tuyên Quang, Sơn La, Lai Châu, Thanh Hoá. Đất đá chứa n−ớc là đá vôi phân lớp dày, nứt nẻ, hay hang hốc Karst phát triển. Nhìn chung, đây là những tầng chứa n−ớc phong phú. Lỗ khoan khai thác n−ớc ở tầng này th−ờng sâu 80 ữ 150m có thể đạt l−u l−ợng 5 ữ 15l/s hoặc lớn hơn. Chất l−ợng n−ớc tốt, n−ớc th−ờng có dạng Bicacbonat - Clorua hoặc Bicacbonat - Sulfat, độ tổng khoáng hoá 0,3 ữ 0,7 g/l. Các tầng chứa n−ớc này có thể đáp ứng yêu cầu khai thác để cung cấp n−ớc với quy mô vừa đến lớn. - Các thành tạo Cacbonat hệ Ordovic - Silur có diện phân bố hẹp, có thể gặp ở một số vùng thuộc Tây Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Điện Biên, Lai Châu Thành phần chủ yếu là các lớp đá hoa mỏng, mức độ nứt nẻ và karst hoá yếu nên độ chứa n−ớc nghèo. 26
2.4.5. Các thành tạo địa chất rất nghèo n−ớc hoặc không chứa n−ớc Bao gồm các thành tạo lục nguyên, lục nguyên - phun trào hệ Paleogen – Neogen (P - N), hệ Jura - Creta (J3 - K1) và hệ Trias. Thành phần thạch học chủ yếu là sét kết, bột kết, phiến sét, phun trào Ryolit, Spilit, Dacit. Các thành tạo biến chát Cambri – Ordovic (∈ - O). Proterozoi (PR) và Arkeozoi (AR). Đất đá chủ yếu là đá phiến thạch anh - mica, đá phiến Amphibolit, Quarzit, Gneis Các thành tạo này phân bố rộng ở vùng Bắc Bộ, Tây Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ và Tây Nguyên. Nhìn chung, các thành tạo địa chất này rất nghèo n−ớc. Các lỗ khoan th−ờng không có n−ớc hoặc nếu có l−u l−ợng cũng ít khi v−ợt quá 1 l/s. tuy nhiên, các đứt gẫy kiến tạo hình thành các đới phá huỷ khá phong phú n−ớc, chúng có thể là đối t−ợng tìm kiếm n−ớc có triển vọng trong các thành tạo nghèo n−ớc này. N−ớc trong các thành tạo này có chất l−ợng tốt, độ tổng khoáng hoá th−ờng nhỏ hơn 0,3 g/l, n−ớc th−ờng có dạng Bicacbonat – Clorua. Các thành tạo mắc ma xâm nhập có cấu tạo khối đặc sít, rất ít nứt nẻ nên không chứa n−ớc, n−ớc chỉ tồn tại trong đới phong hóa phát triển không dày trên bề mặt các khối xâm nhập. Về mùa khô, n−ớc trong đới phong hoá này th−ờng bị cạn kiệt. 27
Ch−ơng 3 Chất l−ợng n−ớc ngầm 3.1. Tính chất của n−ớc ngầm 3.1.1. Tính chất chung N−ớc ngầm đ−ợc tạo nên do n−ớc m−a và hơi n−ớc thấm vào trong lòng đất và đ−ợc giữ lại trong các tầng trữ n−ớc nằm xen kẽ với các tầng không thấm n−ớc. Do n−ớc thấm qua các tầng đất đá cát sỏi giống nh− quá trình lọc qua các vật liệu lọc n−ớc nên n−ớc ngầm có hàm l−ợng chất lơ lửng nhỏ. Tồn tại trong các tầng trữ n−ớc là các khoáng chất, vì vậy n−ớc ngầm th−ờng có hàm l−ợng các nguyên tố kim loại đặc biệt là sắt và mangan. Hàm l−ợng các nguyên tố kim loại trong n−ớc ngầm phụ thuộc vào tính chất địa chất của từng khu vực. Có những nơi n−ớc ngầm rất sạch, bảo đảm các yêu cầu của n−ớc sinh hoạt và ăn uống chỉ phải xử lý đơn giản nh− khử trùng rồi đ−a vào mạng l−ới tiêu dùng. Ng−ợc lại có những nơi hàm l−ợng sắt và mangan rất cao, thậm chí n−ớc ngầm còn có hàm l−ợng các kim loại nặng khác nh− đồng, thuỷ ngân, chì, crôm, và các hợp chất Nitơ amôn cần phải qua xử lý rất phức tạp mới có thể sử dụng đ−ợc. Trong một khu vực chất l−ợng n−ớc ngầm cũng khác nhau, ví dụ khu vực phía bắc Thành phố Hà Nội chất l−ợng n−ớc ngầm tốt hơn nhiều so với phía nam Hà Nội. Thậm chí trong một nhà máy n−ớc chất l−ợng n−ớc của các giếng khai thác cũng khác nhau. Tuy nhiên, nhìn chung chất l−ợng n−ớc ngầm th−ờng tốt hơn so với chất l−ợng n−ớc mặt. Vì thế, n−ớc ngầm th−ờng đ−ợc sử dụng làm nguồn n−ớc cho sinh hoạt và công nghiệp vừa bảo đảm vệ sinh vừa giảm đ−ợc giá thành xử lý. Để có thể đánh giá đ−ợc chất l−ợng cụ thể của n−ớc ngầm chúng ta đi sâu tìm hiểu sâu về một số tính chất cơ bản của n−ớc ngầm. 3.1.2. Tính chất lý học - Độ đục của n−ớc ngầm nhìn chung nhỏ, nếu công trình khai thác n−ớc ngầm hoàn thiện thì các chất cặn thô cũng không có trong n−ớc ngầm. - Nhiệt độ n−ớc ngầm th−ờng t−ơng đối thấp, đặc biệt n−ớc ngầm tầng sâu nhiệt độ của n−ớc ngầm xuống tới 7 ữ 120C. Bên cạnh đó có tr−ờng hợp n−ớc ngầm có nhiệt độ quá cao tới 70 ữ 800C (n−ớc khoáng) chỉ thích hợp sử dụng cho những mục đích đặc biệt. Nhìn chung nhiệt độ của n−ớc ngầm không thích hợp với mục đích cấp n−ớc sinh hoạt và cung cấp cho cây trồng. Nếu nhiệt độ n−ớc ngầm thấp hơn 300C hoặc cao hơn 350C khi sử dụng cần phải thông qua xử lý. Để xử lý tăng nhiệt độ, n−ớc ngầm từ giếng bơm lên đ−ợc trữ lại trong bể để hâm nóng d−ới ánh mặt trời. 3.1.3. Tính chất hoá học Tính chất hoá học của n−ớc ngầm th−ờng đ−ợc thể hiện ở độ khoáng hoá của n−ớc ngầm. N−ớc ngầm nhìn chung có độ khoáng hoá cao so với yêu cầu cho phép sử dụng để sinh hoạt, ăn uống và các mục đích khác. Trong nông nghiệp nếu nồng độ tổng số các chất khoáng chứa trong n−ớc μ < 1,7 g/lit có thể dùng để t−ới cho các loại cây trồng. Nếu từ μ = 1,7 ữ 3 g/lit khi sử dụng phải thông qua xử lý bằng cách pha loãng. Tuy nhiên, độ khoáng hoá cho phép còn phụ thuộc vào tính chất của từng loại muối chứa trong n−ớc. 28
+ - 2- Trong số các loại muối khoáng chứa trong n−ớc ngầm thì các muối có chứa Na , Cl , CO3 là những muối độc sau mới đến các loại muối và chứa các gốc Sunfat. Mức độ độc hại của một số loại muối đ−ợc thể hiện qua nồng độ cho phép trong n−ớc ngầm để t−ới ở vùng đất dễ thấm n−ớc nh− sau: NaHCO3 : μ < 1000 mg/l NaCl : μ < 2000 mg/l Na2SO4 : μ < 5000 mg/l Nếu hàm l−ợng các loại muối trong n−ớc ngầm nằm trong phạm vi cho phép thì càng có nhiều loại muối chứa trong n−ớc, độ độc hại sẽ giảm vì chúng sẽ tự trung hoà lẫn nhau. + + 2+ Ví dụ thạch cao CaSO4 sẽ có tác dụng tốt đối với các loại muối Na , K , Mg và muối MgSO4 làm giảm độ độc của muối Na2SO4 và bản thân Na2SO4 lại làm dịu tính độc hại của MgCl2 và NaCl. Để nâng cao chất l−ợng n−ớc ngầm có hàm l−ợng Na+ cao ng−ời ta pha n−ớc ngầm đó với bột thạch cao có tác dụng biến muối NaHCO3 thành Na2SO4 và CaCO3 lắng đọng và dễ dàng tách khỏi n−ớc ngầm. Thực tế cho thấy trong n−ớc ngầm hầu nh− xuất hiện tất cả các loại muối tự nhiên nh−: Na2CO3, MgCO3, Na2SO4, Fe2(SO4), Al2(SO4)3, NaHCO3 NaCl, NaBr. ở các vùng sa mạc n−ớc ngầm chứa các muối NaNO3, KNO3. Đối với n−ớc ngầm có hàm l−ợng đạm và lân cao nếu sử dụng làm n−ớc t−ới lại có ích với cây trồng vì đây là nguồn phân thiên nhiên quý giá. Độ độc hại của các loại muối đối với cây trồng có thể sắp xếp nh− sau: Na2CO3, NaHCO3, NaCl, Na2SO4, MgCl2, MgSO4. Bảng 3.1 - Một số kết quả phân tích n−ớc ngầm ở miền Duyên hải phía Bắc Việt Nam Thời Cl- SO 2- Ca2+ Mg2+ Al3+ Fe3+ H+ Σ Địa điểm pH 4 gian g/l g/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l g/l Quỳnh Côi 1980 4,8 0,35 1,2 158 543 13,8 2,5 (Thái Bình) An Thuỵ 1986 6,8 2,6 0,9 39,0 2,6 (Hải Phòng) N/T Rạng Đông 1984 7,2 0,850,34 3,1 (Ninh Bình) Nam Sơn 1987 3,2 0,58 49 63,67 199,07 72,64 10,95 (Hải H−ng) - Ngoài các hợp chất muối chứa trong n−ớc ngầm ng−ời ta còn dựa vào một số chỉ tiêu khác để đánh giá chất l−ợng n−ớc ngầm. - Hàm l−ợng các nguyên tố kim loại chứa trong n−ớc ngầm đặc biệt là các kim loại nặng Sắt, Chì, Mangan, Đồng, Thuỷ ngân, Asen, Crôm Do điều kiện địa chất của tầng trữ 29
n−ớc, do quá trình hình thành n−ớc ngầm, nhìn chung hàm l−ợng các nguyên tố kim loại trong n−ớc ngầm t−ơng đối cao cần đ−ợc quan tâm một cách thích đáng. - Hàm l−ợng các hợp chất hữu cơ nh−: Cyanur, Phenol, Sunfua chứa trong n−ớc ngầm đặc biệt ở các vùng tập trung dân c− và nhà máy xí nghiệp công nghiệp cũng t−ơng đối cao. Ngoài ra về mặt an toàn vệ sinh hàm l−ợng các chất độc hại nh− thuốc trừ sâu, vi khuẩn gây bệnh nh− Coliform cũng dễ xuất hiện trong n−ớc ngầm. 3.2. Các khả năng và nguyên nhân Ô nhiễm n−ớc ngầm 3.2.1. Các khả năng ô nhiễm n−ớc ngầm 1. Ô nhiễm hoá học Bao gồm những thay đổi theo chiều h−ớng xấu về hoá tính của n−ớc ngầm một số muối có độc tính cao, các nguyên tố kim loại nặng xuất hiện trong n−ớc ngầm nh−: Chì, Đồng, Thuỷ ngân, Asen, Crôm những chất này có nguồn gốc từ chất thải, n−ớc thải công nghiệp, sinh hoạt và việc dùng phân hoá học, thuốc trừ sâu quá nhiều trong nông nghiệp. 2. Ô nhiễm hoá sinh Loại ô nhiễm này khó thấy nh−ng vô cùng tai hại, xảy ra trong quá trình hoá - sinh tổng hợp. Đó là quá trình xẩy ra trong cơ thể sinh vật các chất ít độc hoặc không độc kết hợp với nhau trong quá trình biến đổi hoá - sinh tạo ra các chất có độc tố cao. Ví dụ theo J.Wood, Scott - Kennedy (1985) các melty Camanlamin là chất không độc dùng để chăn nuôi nh−ng trong cơ thể sinh vật các gốc melty kết hợp với các gốc kim loại nặng (Pb, Hg) có nguồn gốc từ n−ớc thải công nghiệp chúng kết hợp với nhau tạo ra chất rất độc tích tụ trong các mô sinh vật, các chất này từ xác cơ thể động thực vật phân huỷ lại ngấm xuống đất ô nhiễm vào nguồn n−ớc ngầm. 3. Ô nhiễm sinh thái học Ô nhiễm sinh thái học là mối hiểm hoạ lớn nhất đang ngày càng gia tăng, đặc biệt là ở những n−ớc đang phát triển. Do các hoạt động phát triển quá mức của con ng−ời trong quá trình phát triển kinh tế xã hội, làm đảo lộn môi tr−ờng sinh thái tự nhiên theo chiều h−ớng xấu. Ví dụ nh− nạn phá rừng bừa bãi, huỷ hoại thảm phủ thực vật làm xói mòn đất, dẫn đến tăng hệ số dòng chảy mặt, giảm l−ợng n−ớc thấm xuống đất bổ sung vào n−ớc ngầm. Mặt khác ở một số nơi l−ợng n−ớc ngầm cũng bị khai thác quá mức trữ l−ợng n−ớc ngầm suy giảm, mực n−ớc ngầm hạ thấp các nguồn n−ớc khác có chất l−ợng kém. Ví dụ nh− n−ớc biển tràn vào làm ô nhiễm nguồn n−ớc ngầm. Nh− vậy sẽ tạo ra một bối cảnh môi tr−ờng mới xấu hơn và kém bền vững. Tại các khu tập trung dân c−, trung tâm công nghiệp, n−ớc mặt th−ờng bị ô nhiễm nặng nề do chất thải và n−ớc thải, nguồn n−ớc mặt này lại là nguồn n−ớc bổ sung chính cho n−ớc ngầm vì vậy n−ớc ngầm cũng bị ô nhiễm. 4. Nhiễm bẩn n−ớc ngầm Đây là một khả năng ô nhiễm rất lớn và th−ờng xuyên, chất thải và n−ớc thải từ các bệnh viện, khu dân c−, chăn nuôi, phân động vật sẽ theo n−ớc ngầm ngấm xuống làm nhiễm bẩn n−ớc ngầm. 30
5. Nhiễm mặn n−ớc ngầm Quá trình nhiễm mặn ở vùng ven biển, độ dốc đ−ờng mặt n−ớc th−ờng có h−ớng dốc ra biển nh−ng th−ờng rất nhỏ và ở sát bờ biển thì h−ớng của đ−ờng mặt n−ớc thay đổi do sự lên xuống của thuỷ triều. Trong điều kiện tự nhiên, n−ớc biển có mật độ lớn hơn nên th−ờng nằm d−ới lớp n−ớc ngọt có mật độ nhỏ hơn. Mặt cắt điển hình sự tiếp xúc giữa hai khối n−ớc có mật độ khác nhau d−ợc biểu diễn trong hình 3.1. Khi khai thác n−ớc ngầm cho các mục đích kinh tế và sinh hoạt, mặt tiếp xúc đó sẽ bị biến dạng. Trong thực tế, n−ớc ngọt và n−ớc biển trọn lẫn vào nhau hình thành một vùng tiếp giáp chứ không phải một mặn. Vùng này có mật độ rộng đáng kể gọi là vùng n−ớc hỗn hợp. Xét trên mặt cắt thẳng đứng của vùng n−ớc hỗn hợp thấy rằng mật độ tăng dần từ vùng n−ớc ngọt sang vùng n−ớc mặn. Tuy nhiên trong các điều kiện cụ thể và nhất là trong các bài toán kỹ thuật, độ rộng của vùng n−ớc hỗn hợp th−ờng đ−ợc xem là khá nhỏ so với các khối l−ợng n−ớc ngọt và n−ớc biển. Vì vậy trong tính toán nó d−ợc xem nh− một mặt ngăn cách giữa n−ớc mặn và n−ớc ngọt. Những kết quả nghiên cứu của Jacob và Schmorak (1960), Schmorak (1967) dọc theo vùng ven bờ của các quần đảo đã khẳng định một cách chắc chắn rằng việc mô phỏng vùng tiếp giáp giữa n−ớc biển mặn và n−ớc ngọt nh− một mặt ngăn cách giữa chúng là có thể chấp nhận đ−ợc. Mặt khác, với cơ sở của thuyết thuỷ động lực học, việc nghiên cứu vùng chuyển tiếp trong điều kiện thực tế nh− là một vùng n−ớc chuyển tiếp cũng đ−ợc thực hiện nhờ việc mô phỏng sự chuyển động của n−ớc ngọt ra biển và xâm nhập của n−ớc biển vào các tầng chứa n−ớc ngọt và công cụ hữu hiệu nhất để giải các bài toán là máy tính điện tử. Trong điều kiện tự nhiên, ở các vùng chứa n−ớc ven biển, trạng thái cân bằng đ−ợc thiết lập với mặt ngăn cách tĩnh và n−ớc ngọt chảy ra biển ở phía trên mặt đó. Mỗi điểm trên mặt ngăn cách, độ cao và độ dốc đ−ợc xác định bởi chiều cao cột n−ớc ngọt hf và độ dốc của đ−ờng mặt n−ớc (hay tốc độ chảy). Sự thay đổi liên tục của độ dốc mặt n−ớc là nguyên nhân sự xâm nhập của n−ớc mặn vào các tầng chứa n−ớc. L−u l−ợng đơn vị của n−ớc ngọt tiếp tuyến với mặt ngăn cách tăng dần. Mực thủy áp L−ợng cấp từ m−a (N) Biển Biển N−ớc ngọt N−ớc biển Mặt ngăn cách N−ớc ngọt mật độ ρf N−ớc biển N Mặt ngăn cách N Biển Biển mật độ ρS Biển N−ớc ngọt mật độ ρ N−ớc ngọt f N−ớc biển mật độ ρS Tầng không thấm Mặt ngăn cách Mặt ngăn cách Hình 3.1 - Mặt cắt điển hình của các mặt tiếp giáp giữa n−ớc mặn và n−ớc ngọt trong diều kiện tự nhiên 31
Do việc bơm n−ớc từ các bể chứa ngầm vùng ven biển lớn hơn l−ợng cung cấp trở lại cho các bể n−ớc ngầm làm mặt n−ớc ngầm bị hạ thấp. Sự hạ thấp đó phát triển dần tự giếng bơm ra biển và đến một lúc nào đó xuất hiện độ dốc ng−ợc và kết quả là mặt ngăn cách cũng tịnh tiến dần vào sâu trong các tầng đất. Nên mặn sẽ chỉ dừng lại khi một cân bằng mới đ−ợc thiết lập. Hiện t−ợng này gọi là quá trình xâm nhập mặn. Khi mặt ngăn cách tiến vào thì vùng chuyển tiếp cũng mở rộng. Trong nhiều bài toán, chúng ta giả thiết rằng mặt tiếp xúc là mặt cứng và di chuyển tịnh tiến vuông góc với bờ vào phía trong hay ra ngoài tuỳ thuộc vào độ cao cột n−ớc ngọt phía trên mực n−ớc biển trung bình và h−ớng độ dốc mặt n−ớc (đ−ờng thuỷ áp). Khi mặt ngăn cách tiến vào giếng bơm n−ớc thì quá trình bị mặn trong giếng sẽ xẩy ra. Khi mặt ngăn cách nằm d−ới đáy giếng thì chúng ta lấy đ−ợc n−ớc ngọt, nh−ng việc bơm n−ớc vẫn tiếp tục thì do ảnh h−ởng của tr−ờng tốc độ theo chiều thẳng đứng và nằm ngang cũng nh− quá trình khuyếch tán do các vùng n−ớc khác mật độ dẫn tới hiện t−ợng nâng dần lên của mặt ngăn cách. Mặt này có hình dạng nón mà đỉnh nón nằm ở các giếng bơm n−ớc. Hiện t−ợng này trong chuyên môn gọi là hiện t−ợng “Upconing” hay còn gọi là nón n−ớc mặn. Khu vực giếng bơm n−ớc Cấp n−ớc trên mặt (N) Biển N−ớc ngọt Mực n−ớc biển (MSL) mật độ ρf N−ớc biển Q0 mật độ ρ M S ặt n gă n c Chân mặt ngăn cách Tầng không thấm ách Q x = 0 Hình3.2 - Mặt cắt điển hình của tầng chứa n−ớc ven biển khi bơm n−ớc Biểu diễn toán học bài toán xâm nhập mặn Việc mô phỏng sự xâm nhập mặn vào các tầng đất cũng nh− vào các bể chứa n−ớc ngầm đã đ−ợc nghiên cứu khá tỉ mỉ. Bản chất của hiện t−ợng là sự chuyển động các chất lỏng với nồng độ muối xác định d−ới tác dụng của tr−ờng tốc độ mà tr−ờng này thiết lập trong điều kiện tự nhiên (thuỷ triều biển - biên vùng ven bờ) và mực n−ớc d−ới sông (biên phía sâu trong đất liền) hoặc trong điều kiện nhân tạo (có lấy n−ớc hoặc n−ớc hồi quy). Về thực chất là việc giải đồng thời ph−ơng trình bảo toàn khối l−ợng: ∂ ⎛ ∂C ⎞ ∂ ⎛ ∂C ⎞ ∂ ⎛ ∂C ⎞ ⎡ ∂ ∂ ∂ ⎤ ∂q ⎜Dx ⎟ + ⎜D y ⎟ + ⎜D z ⎟ − ⎢ ()VxC + ()VyC + ()VzC ⎥ (3.1) ∂x ⎝ ∂x ⎠ ∂y ⎝ ∂y ⎠ ∂z ⎝ ∂z ⎠ ⎣∂x ∂y ∂z ⎦ ∂t 32
Trong đó: Dx, Dy, Dz: Hệ số khuếch tán viết cho ba ph−ơng chủ yếu trên toạ độ Đề các C: Nồng độ chất hoà tan(mg/l), (ppm) Vx, Vy, Vz: Tốc độ thấm thực, bằng vận tốc Dacxy chia cho độ rỗng tổng cộng của môi tr−ờng Và ph−ơng trình vi phân biểu diễn dòng chảy ngầm: ∂ ⎛ ∂h ⎞ ∂ ⎛ ∂C ⎞ ∂ ⎛ ∂h ⎞ ∂h ⎜ ⎟ ⎜Tx ⎟ + ⎜Ty ⎟ + ⎜Tz ⎟ = S + W(x, y, z, t) (3.2) ∂x ⎝ ∂x ⎠ ∂y ⎝ ∂y ⎠ ∂z ⎝ ∂z ⎠ ∂t Trong đó: Tx, Ty, Tz: Hệ số dẫn n−ớc của môi tr−ờng h: Mực n−ớc ngầm (Unconfined Aquifer) đối với tầng chứa n−ớc không áp và cột n−ớc áp lực hay mực thuỷ áp với tầng chứa n−ớc có áp W(x,y,z,t)- L−ợng n−ớc lấy lên hoặc bổ xung vào tầng chứa n−ớc S: Hệ số trữ n−ớc Việc giải hệ ph−ơng trình (3.1), (3.2) trong các bài toán cụ thể cho chúng ta vị trí và hình dạng của mặt ngăn cách. Song cũng cần phải nói rằng: Hệ (3.1), (3.2) là các hệ ph−ơng trình vi phân đạo hàm riêng phi tuyến dạng Parabolic (hoặc hypecbolic). Cho nên, cố gắng để tìm đ−ợc một lời giải thích chính xác cho vấn đề xâm nhập mặn là điều kiện không thể thực hiện đ−ợc. Chính vì vậy, trong điều kiện thực tế, các tác giả đã đ−a ra các điều kiện giới hạn để giải bài toán trên. D−ới đây chúng tôi xin nêu ra một số điều kiện giới hạn đó: - Xem bài toán là thuỷ tĩnh nghĩa là không tồn tại chuyển động, trong tr−ờng hợp này n−ớc ngọt nằm trên n−ớc biển và mặt ngăn cách là mặt nằm ngang. - Khi xem bài toán là thuỷ động thì có thể giới hạn: 1. Môi tr−ờng đồng nhất đẳng h−ớng 2. Dòng chảy một chiều 3. Dòng chảy chỉ xẩy ra trên mặt nằm ngang 4. Dòng chảy có dạng tròn khi chảy vào giếng Với các điều kiện giới hạn ở trên bài toán sẽ đ−ợc đ−a về dạng đơn giản hơn để giải, tìm phân bố của mặt tiếp xúc, cũng nh− phân bố của mặt n−ớc biển mặn trong môi tr−ờng ở các vùng ven biển. 3.2.2. Nguyên nhân ô nhiễm n−ớc ngầm 1. Sự bùng nổ dân số, tốc độ phát triển kinh tế và đô thị hoá cao Khi tốc độ phát triển kinh tế và đô thị hoá cao cộng với sự gia tăng về dân số yêu cầu sử dụng n−ớc sạch rất lớn. Các khu chế xuất lần l−ợt mọc lên, các nhà máy, xí nghiệp lần l−ợt ra đời, các ngành công nghiệp khai khoáng, luyện kim, chế tạo máy, hoá chất các nhà máy chế biến hàng tiêu dùng nh− nhà máy giấy, dệt may đều yêu cầu tiêu thụ một khối l−ợng n−ớc sạch rất lớn mỗi ngày để duy trì hoạt động. Sự bùng nổ về dân số, tốc độ tăng 33
dân số nhanh, đặc biệt tập trung dân ở các thành phố lớn với sức tiêu thụ n−ớc sạch từ 100 ữ 200 l/ngày đêm mỗi đầu ng−ời làm l−ợng n−ớc yêu cầu cho sinh hoạt tăng rất lớn. Ví dụ nh− ở Việt Nam theo số l−ợng thống kê, trong thời gian từ năm 1930 đến năm 1992 dân số n−ớc ta tăng khoảng 4 lần trong khi đó mức sử dụng n−ớc tăng khoảng 28 lần. Trong đó nhu cầu n−ớc dùng cho nông nghiệp chiếm 60 ữ 62% cho công nghiệp chiếm 25 ữ 29% sinh hoạt 10 ữ 12%. Tổng n−ớc tiêu thụ năm 1990 −ớc tính 12km3 t−ơng đ−ơng với l−u l−ợng 381 m3/s. Nếu chỉ tính riêng cấp n−ớc cho sinh hoạt, giả thiết tốc độ tăng dân số tự nhiên ở Việt Nam là từ 2 ữ 2,2% thì dân số n−ớc ta sẽ là 100 triệu ng−ời vào năm 2015 khi đó dân số đô thị có thể chiếm 35 ữ 40% dự báo yêu cầu cấp n−ớc cho riêng vùng đô thị là 2 ữ 2,5 km3/ năm t−ơng đ−ơng 5,5 ữ 6 triệu m3/ngày đêm với tiêu chuẩn 150 l/ng−ời-ngày. N−ớc cấp cho sinh hoạt và công nghiệp chủ yếu là đ−ợc khai thác từ nguồn n−ớc ngầm, sự khai thác quá mức sẽ làm cạn kiệt nguồn n−ớc ngầm, mực n−ớc ngầm hạ thấp và dễ dàng bị nhiễm mặn, nhiễm bẩn từ nguồn n−ớc khác nh− n−ớc biển. Bên cạnh việc sử dụng một khối l−ợng lớn n−ớc sạch, việc bùng nổ dân số và tốc đô thị hoá, phát triển kinh tế cao còn phát sinh một khối l−ợng chất thải, n−ớc thải rất lớn chứa đựng nhiều chất độc, chất bẩn làm ô nhiễm môi tr−ờng đất và môi tr−ờng n−ớc mặt chính là con đ−ờng trực tiếp dẫn đến ô nhiễm n−ớc ngầm. 2. Việc khai thác n−ớc ngầm không đ−ợc quy hoạch quản lý một cách hợp lý Việc khai thác n−ớc ngầm một cách bừa bãi không theo một quy hoạch cẩn thận trên cơ sở có xét một cách toàn diện các ảnh h−ởng và tác động qua lại giữa việc khai thác n−ớc ngầm với môi tr−ờng xung quanh nh− khai thác n−ớc ngầm quá tập trung, khai thác quá mức làm suy giảm nguồn n−ớc ngầm và suy thoái chất l−ợng n−ớc nh− ở các khu tập trung dân c−, ở các thành phố, thị trấn hoặc các vùng khan hiếm n−ớc. Mặt khác do khai thác n−ớc ngầm một cách tự phát nên việc khoan thăm dò, quản lý các lỗ khoan không theo đúng quy trình quy phạm nghiêm ngặt nh− lập lỗ khoan theo đúng quy định hoặc xử lý các giếng khai thác n−ớc ngầm đã hết tác dụng, vì thế tạo ra những “cửa sổ thuỷ văn” là con đ−ờng thuận lợi cho các nguồn chất độc và chất bẩn từ mặt đất xâm nhập vào các tầng trữ n−ớc làm ô nhiễm n−ớc ngầm. 3. Các loại chất thải, n−ớc thải không đ−ợc xử lý thích đáng Hiện nay kinh tế các n−ớc trên thế giới đang thi nhau phát triển với tốc độ chóng mặt các chất thải độc hại, n−ớc thải ngày càng nhiều đặc biệt ở các khu chế xuất, các đô thị. Nếu các chất thải, n−ớc thải không đ−ợc xử lý, đặc biệt ở các n−ớc đang phát triển nh− Việt Nam, sẽ làm ô nhiễm nguồn n−ớc mặt, ô nhiễm tầng đất nằm trên n−ớc ngầm và là nguyên nhân trực tiếp gây ô nhiễm n−ớc ngầm. 4. Trình độ thâm canh nông nghiệp Dân số thế giới không ngừng tăng cao, cho tới nay đã v−ợt qua 6 tỷ ng−ời, vấn đề an toàn l−ơng thực đ−ợc đặt ra và mang tính cấp thiết hơn bao giờ hết. Nền nông nghiệp của các n−ớc bắt buộc phải phát triển, không những phải mở rộng diện tích trồng trọt lên các vùng cao hiếm n−ớc mà còn phải tăng c−ờng mức độ thâm canh. Vì thế, l−ợng n−ớc yêu cầu để phát triển nông nghiệp rất lớn đặc biệt yêu cầu khai thác n−ớc ngầm sẽ phải lớn hơn, Mặt 34
khác các công nghệ tiên tiến sẽ đ−ợc áp dụng nhiều để phát triển nông nghiệp nh− công nghệ hoá học, công nghệ vi sinh, tăng c−ờng trình độ thâm canh nhằm tăng sản l−ợng và năng suất cây trồng. Trong quá trình sản xuất, d− l−ợng của các chất độc hại từ việc sử dụng phân hoá học, thuốc trừ sâu, các chất kích thích sinh tr−ởng còn lại trong đất và n−ớc t−ới sẽ ngấm xuống tầng sâu làm ô nhiễm n−ớc ngầm. Thực tế cho thấy n−ớc ngầm, nhất là n−ớc ngầm tầng nông ở những vùng trồng trọt có mức độ thâm canh cao, những vùng trồng rau xanh hàm l−ợng các chất bảo vệ thực vật nh− Lindan, DDT, hàm l−ợng tổng thuốc trừ sâu chứa trong n−ớc ngầm th−ờng v−ợt quá tiêu chuẩn cho phép. 5. Nạn khai thác rừng bừa bãi, thảm phủ bị tàn phá nặng nề Đây là nguyên nhân gây nên ô nhiễm mang tính sinh thái học, khi thảm phủ bị tàn phá, mặt đất không đ−ợc bảo vệ gặp m−a lớn gây nên xói mòn, lở đất các nguyên tố kim loại bị rửa trôi khỏi đất làm ô nhiễm n−ớc mặt sau đó theo dòng thấm xâm nhập vào n−ớc ngầm làm giảm chất l−ợng n−ớc ngầm. Mặt khác do thảm phủ bị tàn phá khả năng giữ đất giữ n−ớc của l−u vực bị suy giảm, l−ợng n−ớc m−a ngấm vào lòng đất để bổ sung cho n−ớc ngầm giảm mạnh, trữ l−ợng n−ớc ngầm ngày càng cạn kiệt. Bên cạnh nạn phá rừng, việc khai thác các hầm mỏ ở vùng rùng núi, đào bới làm xáo trộn mặt đất các chất hoá học dễ dàng hoà vào n−ớc theo dòng thấm xâm nhập làm ô nhiễm n−ớc ngầm. 3.2.3. Hiện trạng ô nhiễm n−ớc d−ới đất ở một số khu dân c− kinh tế quan trọng ở Việt nam Khoảng trong vòng 15 ữ 20 năm trở lại đây nền kinh tế của ta phát triển với tốc độ cao, tốc độ đô thị hoá ngày một nhanh. Cùng với sự phát triển xã hội và bùng nổ về dân số, các tác động đến môi tr−ờng trong đó có n−ớc ngầm đang ngày càng gia tăng. Khi kinh tế tăng tr−ởng, nhu cầu sử dụng n−ớc ngầm của các ngành kinh tế tăng lên, đồng thời các chất thải, n−ớc thải cũng tăng lên dẫn đến nguy cơ suy thoái cả về l−ợng và chất của n−ớc ngầm. Thực tế cho thấy l−ợng n−ớc ngầm đang đ−ợc khai thác rất lớn chỉ nói riêng ở đồng bằng Bắc Bộ ngoài các công trình khai thác n−ớc ngầm tập trung với quy mô lớn ở các thành phố lớn nh− Hà nội, Hải phòng, Nam Định, Hà Đông, Sơn Tây còn có hàng trăm lỗ khoan công nghiệp, mỗi lỗ khoan từ 100 đến 200m3/ ngày, ngoài ra còn có hơn 25.000 lỗ khoan đ−ờng kính nhỏ kiểu UNICEF do ch−ơng trình n−ớc sạch nông thôn các tỉnh và nhân dân thực hiện. Ngoài công trình khai thác n−ớc ngầm còn cố hàng nghìn lỗ khoan xuyên vào tầng trữ n−ớc với các mục đích khác nhau: thăm dò địa chất, khảo sát phục vụ xây dựng dân dụng , giao thông, thuỷ lợi Nhìn chung các công trình này ít đ−ợc kiểm tra quản lý một cách nghiêm ngặt về mặt phòng hộ vệ sinh và bảo vệ môi tr−ờng. Mặt khác sự có mặt và đang hoạt động của hàng nghìn xí nghiệp, nhà máy, hàng trăm các bệnh viện và các điểm dân c− mỗi ngày thải ra hàng vạn mét khối chất thải, n−ớc thải, đổ trên mặt đất hoặc vào các sông, ngòi, hồ, ao. ở những vùng canh tác nông nghiệp, mỗi ngày có hàng trăm tấn phân bón và thuốc trừ sâu rải trên cánh đồng. Chính tất cả những hoạt động phát triển mạnh mẽ đó đã, đang và sẽ làm thay đổi sự trong sạch vốn có của n−ớc ngầm theo chiều h−ớng xấu. Tuy nhiên mức độ ô nhiễm và mối đe doạ của nó tới môi tr−ờng có khác nhau ở mỗi khu vực, chúng phụ thuộc vào hai yếu tố trọng yếu, đó là điều kiện tự nhiên và tác động của con ng−ời. 35
Có thể lấy khu vực Hà Nội làm ví dụ: Hà Nội là khu tập trung dân c− và trung tâm kinh tế lớn: mật độ dân trung bình 3000 ng−ời/km2 hiện có gần 300 nhà máy, xí nghiệp công nghiệp và hàng trăm các cơ sở sản xuất tiều thủ công nghiệp. Loại hình sản xuất rất đa dạng từ cơ khí mạ điện, hoá chất, sơn, phân bón, năng l−ợng, thuỷ tinh, vật liệu xây dựng đến các ngành dệt nhuộm, thuộc da, chế biến thực phẩm đang là nguồn tạo ra các chất thải làm ô nhiễm môi tr−ờng. Đặc biệt vùng ngoại ô còn có vành đai nông nghiệp chủ yếu là trồng rau xanh, lúa n−ớc và chăn nuôi gia súc. Việc sử dụng phân bón và các hoá chất bảo vệ thực vật vẫn đang diễn ra thiếu sự kiểm tra quản lý chặt chẽ đã tạo ra các d− l−ợng hoá chất trong môi tr−ờng đất và n−ớc. Quá trình đô thị hoá và công nghiệp hoá đang diễn ra ở khu vực với tốc độ cao kéo theo các hoạt động khoan, đào phục vụ xây dựng cơ sở hạ tầng tạo ra con đ−ờng xâm nhập vào n−ớc ngầm của các chất bẩn phát sinh từ chất thải, n−ớc thải công nghiệp, sinh hoạt và phân bón. Trong bối cảnh trên lại thêm tình hình xử lý chất thải, n−ớc thải rất kém có tới 96% số xí nghiệp công nghiệp không có trạm xử lý n−ớc thải. Số bệnh viện ở Hà Nội có trạm xử lý chỉ có từ 3 ữ 4 trong tổng số trên 20 cơ sở chữa bệnh. Đây là khu vực có nhiều nguồn phát sinh chất bẩn gây ô nhiễm môi tr−ờng. Về điều kiện tự nhiên, khu vực Hà nội có địa hình khá bằng phẳng, xen kẽ có những khu trũng, hiện trạng ao, hồ, sông không thuận lợi cho cho việc tiêu thoát n−ớc nhanh, trong mùa m−a th−ờng có những vùng úng cục bộ. ở nhiều khu vực dân c− và điểm công nghiệp do hệ thống tiêu thoát ch−a hoàn chỉnh, khi có m−a lớn n−ớc bị dềnh lên cùng với phân rác từ các cống rãnh hồ, ao lan rộng ra bề mặt, làm tăng khả năng tiếp cận và hoà tan các chất bẩn có sẵn trên mặt đất gây ô nhiễm môi tr−ờng nói chung và môi tr−ờng n−ớc nói riêng, tạo điều kiện thuận lợi cho sự xâm nhập của chất bẩn vào n−ớc ngầm. Hiện tại độ sâu đang khai thác n−ớc ngầm ở Hà Nội khoảng 60 ữ 80m bao hàm cả hai tầng trữ n−ớc Holocen và Pleistocen. Tầng Holocen có quan hệ thuỷ lực trực tiếp với các nguồn n−ớc mặt, tầng pleistocen trữ l−ợng phong phú và có áp lực yếu. Sự ô nhiễm n−ớc ngầm đ−ợc xem xét chủ yếu ở hai tầng chứa n−ớc này và cũng đ−ợc đánh giá theo bốn nhóm chỉ tiêu cơ bản: - Hợp chất Nitơ - Nguyên tố kim loại - Hợp chất hữu cơ - Vi sinh Với tầng trữ n−ớc Holocen (qh) Ô nhiễm các hợp chất Nitơ: trong khu vực này phổ biến nhất là NH4 với diện phân bố khá tập trung ở địa phận huyện Thanh Trì (Pháp Vân, Văn Điển, Yên Sở, Cầu B−ơu) và khu Th−ợng Đình ven sông Tô Lịch, sông Lừ. Khu vực Mễ Trì, Gia Lâm, Sài Đồng mức độ ô nhiễm từ nhẹ đến trung bình Đối với NO2 chỉ thấy biểu hiện ở Pháp Vân, Đức Giang, Triều Khúc với tính cục bộ (chỉ có 15 ữ 18% số mẫu có hàm l−ợng v−ợt quá giới hạn cho phép) Ô nhiễm do các nguyên tố kim loại: Trong nhóm này đáng chủ yếu là thuỷ ngân (Hg) ô nhiễm phổ biến thành diện và có hàm l−ợng cao ở khu vực huyện Thanh Trì và Đông nam 36
Quận Hai Bà Tr−ng. Chì (Pb) và Crom (Cr) thấy xuất hiện ở một số mẫu rải rác trong vùng. Fe và Mn ở một số nơi số mẫu đã v−ợt quá giới hạn cho phép chiếm tỷ lệ khá cao 48% ữ 73% tổng số mẫu phân tích. Hàm l−ợng Alumin (Al) v−ợt quá giới hạn cho phép tới 46% tổng số mẫu. Nói tóm lại n−ớc ngầm ở khu vực Hà Nội bị ô nhiễm thuỷ ngân (Hg) phổ biến theo diện và mức độ t−ơng đối nặng. Các hợp chất hữu cơ độc hại: Chỉ tiêu đáng chú ý nhất là Cyanur (CN) và Phenol. Diện phân bố ô nhiễm các chất này biểu hiện ở nhiều cụm điểm Pháp Vân, Yên Sở, Vĩnh Tuy phía đông Quận Hai Bà Tr−ng, khu công nghiệp Đức Giang - Gia Lâm, và rải rác ở các điểm Tam Hiệp, Th−ợng Đình, Nghĩa Đô Đặc biệt trong nhóm này còn thấy xuất hiện ô nhiễm thuốc trừ sâu và tổng thuốc trừ sâu. Qua điều tra ở 12 điểm có canh tác rau mầu và lúa n−ớc đã thấy 11 điểm có hàm l−ợng v−ợt quá giới hạn cho phép. Những nơi có hàm l−ợng cao điển hình là Mai Dịch, Pháp Vân, Vĩnh Quỳnh, Yên Sở, Trần Phú, có tới 70% số mẫu có chứa DDT với hàm l−ợng lớn hơn 6 μg/l trong khi giới hạn cho phép chỉ là1 μg/l. Nếu xét về giá trị tổng thuốc trừ sâu thì có 100% số mẫu có hàm l−ợng v−ợt quá giới hạn cho phép. Đánh giá chung mức độ ô nhiễm các hợp chất thuộc nhóm này khá nặng, phổ biến thành diện. Ô nhiễm vi sinh: Tổng số mẫu lấy đại diện tại 50 điểm đã có tới 60% v−ợt quá tiêu chuẩn hàm l−ợng vi khuẩn cho phép (Coliform và Fecalcoliforms). Diện phân bố thấy tập trung ở phía nam sông Hồng và Thị trấn Đức Giang - Gia Lâm. Nguyên nhân của sự ô nhiễm n−ớc ngầm ở Hà Nội là: 1 - Toàn bộ n−ớc thải sinh hoạt và sản xuất công nghiệp của thành phố đã không đ−ợc xử lý và thải trực tiếp ra hệ thống kênh m−ơng, đ−ờng ống thoát n−ớc và hồ ao mỗi ngày khoảng 320.000 m3/ngày, trong đó có khoảng 90.000 m3 n−ớc thải công nghiệp của hơn 20 xí nghiệp, nhà máy là nguồn gây ô nhiễm chủ yếu cho n−ớc ngầm. Kết quả nghiên cứu về thành phần và tính chất n−ớc thải tại các cửa cống của hệ thống thoát n−ớc cho thấy n−ớc thải rất bẩn và chứa nhiều chất độc hầu nh− ch−a đ−ợc xử lý. 2 - Hệ thống kênh m−ơng và sông hồ của thành phố là nơi tiếp nhận toàn bộ l−ợng n−ớc thải đổ ra, từ đó ngấm xuống qua tầng đất không dầy hoặc chảy trực tiếp xuống n−ớc ngầm qua các “cửa sổ thuỷ văn” Hệ thống kênh m−ơng, sông hồ ở Hà Nội hình thành hệ thống thoát n−ớc thải công nghiệp và sinh hoạt với 143km cống ngầm, 33km kênh m−ơng, 33 tuyến kênh m−ơng thoát n−ớc ra ngoại thành, chứa khoảng 420.000 m3 n−ớc thải. Các sông tiêu chính có tổng chiều dài là 40 km với 4 con sông chính là Kim Ng−u, Sét, Lừ, Tô Lịch làm nhiệm vụ tiêu thoát n−ớc chính của thành phố và mỗi ngày tiêu thoát 320.000 m3 n−ớc thải, có đến 100 ao, hồ lớn nhỏ khắp nội ngoại thành với 20 hồ lớn có diện tích gần 600 ha chứa n−ớc thải. Kết quả nghiên cứu n−ớc mặt ở toàn bộ hệ thống kênh m−ơng và sông hồ Hà Nội đã bị ô nhiễm, chỉ riêng chỉ tiêu BOD5 đã v−ợt quá mức quy định từ 5 ữ 20 lần 37
Bảng 3.2 - Mức độ ô nhiễm n−ớc d−ới đất khu vực Hà Nội Giá trị mg/l Số mẫu có Tỷ lệ % Số hàm l−ợng Tầng Loại mẫu Nhóm l−ợng v−ợt chứa n−ớc chỉ tiêu Trung v−ợt mẫu Min Max giới hạn bình giới hạn cho phép Hợp NH4 40 4,0 0,001 23,2 18 45 chất NO2 33 0,09 0,007 0,98 5 15,1 Nitơ NO3 34 2,22 0,009 40 0 0 Fe 45 13,65 0,1 43,4 33 73,3 Al 45 1,28 0,056 7,78 21 46,6 Mn 45 0,58 0,046 1,72 22 48,9 Nguyên Cu 12 0,032 0,001 0,106 0 0 Holocen tố Pb 40 0,016 0,001 0,067 3 7,5 kim loại Zn 15 0,088 0,001 0,392 0 0 Hg 44 0,0029 0,0003 0,008 43 97,7 As 43 0,0339 0,0002 0,132 12 27,9 Cr 36 0,0203 0,0008 0,46 3 8,3 CN- 24 0,0589 0,026 0,091 17 71 Hữu cơ Phenol 23 0,0081 0,006 0,014 23 100 Vi sinh 36 28 77 Hợp NH4 38 0,44 0,0001 7 1 2,63 chất NO2 36 0,135 0,004 2,08 2 5,5 Nitơ NO3 36 0,019 0,009 0,078 0 0 8,674 69 Fe 75 0,035 40,59 52 0,921 52 Al 78 0,052 11,12 41 0,527 34 Mn 83 0,001 2,79 28 0,058 0 Nguyên Cu 44 0,0082 0,54 0 0,0123 6 Pleistocen tố Pb 62 0,0001 0,1 4 0,0622 0 kim loại Zn 54 0,0043 0,3046 0 0,0037 23 Hg 84 0,0003 0,0096 70 0,0144 6 As 77 0,0003 0,0937 5 0,0139 20 Cr 55 0,0006 0,600 11 8 CN- 22 0,0286 0,0002 0,078 8 36,4 Hữu cơ H2S 11 0,0156 0,0025 0,057 1 9 Vi sinh 31 15 48 μg/l μg/l μg/l Hoá Lindan 15 0 0 Cả chất 0,409 0,04 0,82 DDT 15 15 100 hai tầng bảo vệ 6,135 2,31 11 thực vật Tổng thuốc 15 7,703 0,80 13,5 14 93 trừ sâu 38
3 - Toàn bộ l−ợng chất thải của thành phố khoảng 2.000 m3/ngày đêm, trên 50% là chất hữu cơ không đ−ợc tập trung xử lý theo công nghệ sạch và hàng ngày công ty môi tr−ờng chỉ thu gom đ−ợc 850 m3/ngày đem đi xử lý bằng cách chôn ủ không đảm bảo kỹ thuật vệ sinh thành các bãi rác tập trung ở những nơi có địa hình thấp trũng khắp nội, ngoại thành nh− Vạn Phúc, Thủ Lệ, Ngọc Khánh, Thành Công, Thái Hà, Mễ Trì, Tam Hiệp, Văn Điển, Bồ Đề Số rác còn lại hàng ngày không đ−ợc thu gom, đ−ợc đổ bừa bãi trên vệ đ−ờng hoặc các nơi đất trống, thùng đấu, hồ ao. Toàn bộ l−ợng rác này khi bị phân huỷ thành các hợp chất hữu cơ, vô cơ, các chất độc hại theo các dòng ngấm xuống tầng trữ n−ớc. 4 - Hệ thống dày đặc các hố khoang địa chất công trình, nền móng, địa chất thuỷ văn khắp nội ngoại thành sau khi thi công xong không đ−ợc lấp bịt đúng quy trình kỹ thuật quy định, hệ thống giếng khoan n−ớc ngầm cũ cũng không đ−ợc lấp trám kỹ càng đã tạo thành các cửa sổ thuỷ văn cho n−ớc mặt bị nhiễm bẩn chảy thông xuống n−ớc ngầm. 5 - Hệ thống giếng khoan dày đặc kiểu UNICEF khoan rộng bừa bãi rộng khắp nội ngoại thành một cách tuỳ tiện và trái phép ngày càng nhiều với tốc độ ch−a từng thấy, không có kết cấu hợp lý và không trám thành giếng đúng quy cách làm cho n−ớc thải thấm theo thành giếng vào n−ớc ngầm gây ra ô nhiễm toàn bộ hệ thống n−ớc ngầm thành phố. Bảng 3.3 - Mức độ ô nhiễm n−ớc ngầm tại khu vực Hải Phòng Số mẫu có Số Loại Giá trị mg/l hàm l−ợng Tỷ lệ % mẫu Nhóm l−ợng chỉ tiêu v−ợt giới hạn v−ợt giới hạn mẫu Trung bình Min Max cho phép Hợp NH4 17 0,1297 0,002 2,0 0 0 chất NO2 31 0,4933 0,012 2,0 15 48,4 Nitơ NO3 25 1,036 0,003 4,8 0 0 Fe 35 4,575 0,04 17,56 28 80 Al 32 0,883 0,196 0,8 25 78,1 Mn 42 0,6 0,1 3,58 14 33,3 Nguyên Cu 30 0,0688 0,009 0,8 0 0 tố Pb 21 0,011 0,001 0,028 0 0 kim loại Zn 20 0,035 0,0112 0,086 0 0 Hg 36 0,0049 0,001 0,009 36 100 As 36 0,013 0,0017 0,096 1 2,8 Cr 19 0,0133 0,001 0,101 1 5,3 CN- 17 0,0173 0,002 0,065 4 23,5 Hữu cơ Phenol 11 0,0005 0,001 0,0025 1 9 H2S 11 0,0031 0,001 0,0051 0 0 Vi sinh 18 5 28 39
Bảng 3.4 - Mức độ ô nhiễm n−ớc ngầm tại khu vực Nam Định Số mẫu có Loại Số Giá trị mg/l hàm l−ợng Tỷ lệ % mẫu Nhóm chỉ l−ợng v−ợt giới hạn v−ợt giới hạn tiêu mẫu Trung bình Min Max cho phép Hợp NH4 23 10,854 0,004 40 11 47,8 chất NO2 20 1,054 0,01 16,5 6 30 Nitơ NO3 20 0,334 0,01 1,5 0 0 Fe 23 10,325 0,28 28,9 19 82,6 Al 23 2,07 0,113 2,95 16 69,6 Mn 32 0,573 0,001 3,75 13 40,6 Nguyên Cu 23 0,0572 0,0036 0,23 0 0 tố Pb 24 0,0051 0,0001 0,016 0 0 kim loại Zn 16 0,0726 0,019 0,031 0 0 Hg 31 0,0036 0,0002 0,0101 27 87,1 As 32 0,0038 0,0001 0,0161 0 0 Cr 12 0,3256 0,0019 1,762 7 58,3 Vi sinh 13 12 92 Bảng 3.5 -Mức độ ô nhiễm n−ớc ngầm tại khu vực Việt Trì Giá trị mg/l Số mẫu có Loại Số hàm l−ợng Tỷ lệ % mẫu Nhóm chỉ l−ợng Trung v−ợt giới hạn v−ợt giới hạn tiêu mẫu Min Max bình cho phép Hợp NH4 11 0,2944 0,003 1,87 0 0 chất NO2 30 0,0415 0,003 0,5 2 6,7 Nitơ NO3 34 2,078 0,006 15 0 0 Fe 28 0,547 0,24 3,34 2 7,1 Al 33 0,3515 0,034 1,45 4 12,1 Mn 27 0,3601 0,001 1,5 11 40,7 Cu 16 0,044 0,0023 0,114 0 0 Nguyên Pb 18 0,0079 0,0007 0,0249 0 0 tố kim loại Zn 33 0,548 0,001 0,1596 0 0 Hg 36 0,0043 0,0011 0,0091 36 100 As 24 0,0254 0,001 0,32 7 11,9 Cr 25 0,0082 0,0009 0,044 0 0 Cd 18 0,0032 0,0001 0,0123 3 16,7 CN- 11 0,038 0,024 0,054 2 18 Hữu cơ Phenol 11 0,0668 0,065 0,08 11 100 Vi sinh 9 9 100 40
6 - L−ợng khai thác n−ớc n−ớc ngầm của thành phố 20 năm trở lại đây đã tăng lên với khối l−ợng lớn, khiến mực n−ớc ngầm của thành phố bị hạ thấp, n−ớc ngầm ở Hà nội bị cạn kiệt và suy giảm về chất l−ợng 7 - Việc bố trí không hợp lý cụm nhà máy n−ớc phía Nam thành phố trên đ−ờng thoát n−ớc thải chính của thành phố là vùng có địa hình thấp trũng chứa l−ợng n−ớc thải lớn nh−ng ch−a đ−ợc xử lý tr−ớc khi tiêu ra sông Nhuệ, sông Hồng đã làm tăng khả năng ô nhiễm n−ớc ngầm. ở các vùng khác, kết quả điều tra về tình trạng ô nhiễm n−ớc ngầm cũng cho những kết quả t−ơng tự. Nh− vậy, tình trạng ô nhiễm n−ớc ngầm ở n−ớc ta đặc biệt ở các vùng tập trung dân c−, trung tâm kinh tế, các đô thị là t−ơng đối trầm trọng, d−ới đây là kết quả điều tra chất l−ợng n−ớc ngầm ở một số thành phố lớn phía Bắc. 3.3. Yêu cầu chất l−ợng n−ớc dùng cho sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp 3.3.1. Yêu cầu chất l−ợng n−ớc sinh hoạt Có rất nhiều chỉ tiêu đánh giá chất l−ợng n−ớc, ở đây ta chỉ dừng lại ở một số chỉ tiêu quan trọng: - Yêu cầu chất l−ợng n−ớc ngầm thông qua nồng độ các hợp chất độc hại trong n−ớc và theo yêu cầu dùng n−ớc của các ngành khác nhau của nền kinh tế quốc dân. Yêu cầu dùng n−ớc sinh hoạt là nghiêm ngặt nhất, tối thiểu là không đ−ợc gây nguy hại cho sức khoẻ con ng−ời và điều kiện vệ sinh môi tr−ờng. Theo chuyên gia Liên hợp quốc, những thập kỷ gần đây vấn đề n−ớc sạch để sinh hoạt và ăn uống và điều kiện tối thiểu vệ sinh môi tr−ờng nổi cộm lên ở các n−ớc á, Phi, Mỹ La Tinh, có đến hàng trăm triệu ng−ời mắc bệnh đau dạ dày, đ−ờng ruột, hàng năm con số ng−ời chết lên đến 25 triệu ng−ời trên quy mô toàn cầu do các bệnh từ nguyên nhân không đ−ợc dùng nức sạch. Vì vậy, tại phiên họp Đại hội Hội đồng Liên hợp quốc khoá 35 đã lấy thập kỷ 80 thế kỷ 20 là thập kỷ cho n−ớc sinh hoạt và vệ sinh môi tr−ờng - N−ớc dùng để uống không đ−ợc dùng loại n−ớc cứng và hàm l−ợng muối trong n−ớc cao: theo độ cứng n−ớc ngầm đ−ợc phân loại nh− sau: Trạng thái Độ cứng (0) Rất mềm 0 ữ 4 Mềm 7 ữ 80 Trung bình 8 ữ 12 T−ơng đối cứng 12 ữ 18 Cứng 18 ữ 30 Quá cứng > 30 ữ 35 41
Bảng 3.6 - Giá trị giới hạn cho phép các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong n−ớc mặt TCVN 5942 - 1995 TT Thông số Đơn vị Giới hạn A Giới hạn B 1 pH 6 ữ 8,5 5,5 ữ 9 o 2 BOD5 (20 C) mg/l < 4 < 25 3 COD mg/l < 10 < 35 4 Oxy hoà tan mg/l ≥ 6 ≥ 2 5 Chất rắn lơ lửng mg/l 20 80 6 Asen mg/l 0,05 0,1 7 Bari mg/l 1 4 8 Cadimi mg/l 0,01 0,02 9 Chì mg/l 0,05 0,1 10 Crom(VI) mg/l 0,05 0,05 11 Crom (III) mg/l 0,1 1 12 Đồng mg/l 0,1 1 13 Kẽm mg/l 1 2 14 Mangan mg/l 0,1 0,8 15 Niken mg/l 0,1 1 16 Sắt mg/l 1 2 17 Thuỷ ngân mg/l 0,001 0,002 18 Thiếc mg/l 1 2 19 Amoniac (tính theo N) mg/l 0,05 1 20 Florua mg/l 1 1,5 21 Nitrat (tính theo N) mg/l 10 15 22 Nitrit (tính theo N) mg/l 0,01 0,05 23 Xianua mg/l 0,01 0,05 24 Phenola (tổng số ) mg/l 0,001 0,02 25 Dầu, mỡ mg/l Không 0,3 26 Chất tẩy rửa mg/l 0,5 0,5 27 Coliform MPN/100ml 5000 10 000 28 Tổng hoá chất bảo vệ thực vật (trừ DDT) mg/l 0,15 0,15 29 DDT mg/l 0,01 0,01 30 Tổng hoạt độ phóng xạ α mg/l 0,1 0,1 31 Tổng hoạt độ phóng xạ β mg/l 1,0 1,0 Chú thích: Cột 4: áp dụng đối với n−ớc mặt có thể dùng làm nguồn cấp n−ớc sinh hoạt (nh−ng phải qua quá trình sử lý theo quy định) Cột 5: áp dụng đối với n−ớc mặt dùng cho các mục đích khác N−ớc dùng cho nông nghiệp và nuôi trồng thuỷ sản có quy định riêng 42
Bảng 3.7- Giá trị giới hạn cho phép các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong n−ớc ngầm TCVN 5944 - 1995 TT Thông số Đơn vị Giới hạn (1) (2) (3) (4) 1 pH 6,5 đến 8,5 2 Màu Pt - Co 5 ữ 50 3 Độ cứng (tính theo CaCO3) mg/l 300 ữ 500 4 Chất rắn tổng số mg/l 750 ữ 1500 5 Asen mg/l 0,05 6 Cadimi mg/l 0,01 7 Clorua mg/l 200 ữ 600 8 Chì mg/l 0,05 9 Crom (VI) mg/l 0,05 10 Xianua mg/l 0,01 11 Đồng mg/l 1,0 12 Florua mg/l 1,0 13 Kẽm mg/l 5,0 14 Mangan mg/l 0,1 ữ 0,5 15 Nitrat mg/l 45 16 Phenola mg/l 0,001 17 Sắt mg/l 1 ữ 5 18 Sunfat mg/l 200 ữ 400 19 Thuỷ ngân mg/l 0,001 20 Selen mg/l 0,01 21 Fecal Coli MPN/100ml Không 22 Coliform MPN/100ml 3 Để tránh các hậu quả tại hại do n−ớc sinh hoạt bị ô nhiễm gây nên, Bộ y tế và Bộ Khoa học công nghệ và Môi tr−ờng đã đ−a ra Tiêu chuẩn n−ớc Sinh hoạt trên cơ sở nghiên cứu yêu cầu và chế độ sinh hoạt của ng−ời Việt Nam nh− bảng 3.8 và bảng 3.9. Bảng 3.8 - Tiêu chuẩn vệ sinh n−ớc ăn uống (Ban hành kèm theo Quyết định số 1329/2002/BYT-QĐ, Ngày 18/4/2002) Giới hạn Mức độ TT Chỉ tiêu Đơn vị Ph−ơng pháp thử tối đa giám sát (1) (2) (3) (4) (5) (6) I Chỉ tiêu cảm quan và thành phần vô cơ TCVN 6185 - 1996 1 Màu sắc TCU 15 A (ISO 7887 - 1985) Không có 2 Mùi vị Cảm quan A mùi, vị lạ (ISO 7027 - 1990) 3 Độ đục NTU 2 A TCVN 6184 - 1996 43
(1) (2) (3) (4) (5) (6) 4 pH 6,5 ữ 8,5 AOAC hoặc SMEWW A 5 Độ cứng mg/l 300 TCVN 6224 - 1996 A TCVN6053 - 1995 6 Tổng chất rắn hoà tan (TDS) mg/l 1000 B (ISO 99696 - 1992) 7 Hàm l−ợng nhôm mg/l 0,2 ISO 12020 - 1997 B TCVN 5988 - 1995 8 Hàm l−ợng Amôni, tính theo NH + mg/l 1,5 B 4 (ISO 5664 - 1984) 9 Hàm l−ợng Antimon mg/l 0,005 AOAC hoặc SMEWW C TCVN 6182-1996 10 Hàm l−ợng Asen mg/l 0,01 B (ISO 6595 - 1982) 11 Hàm l−ợng Bari mg/l 0,7 AOAC hoặc SMEWW C Hàm l−ợng Bo tính chung cho cả 12 mg/l 0,3 ISO 9390 - 1990 C Borat và Axit Boric TCVN 6197 - 1996 13 Hàm l−ợng Cadimi mg/l 0,003 C (ISO 5961 - 1994) TCVN 6194 - 1996 14 Hàm l−ợng Clorua mg/l 250 A (ISO 9297 - 1989) TCVN 6222 - 1996 15 Hàm l−ợng Crom mg/l 0,05 C (ISO 9174 - 1990) (ISO 8288 - 1986) 16 Hàm l−ợng Đồng (Cu) mg/l 2 C TCVN 6193 - 1996 TCVN 6181 - 1996 17 Hàm l−ợng Xianua mg/l 0,07 C (ISO 6703/1 - 1984) TCVN 6195 - 1996 18 Hàm l−ợng Florua mg/l 0,7-1,5 B (ISO 10359/1 - 1992) 19 Hàm l−ợng Hydro Sunfua mg/l 0,05 ISO 10530 - 1992 B TCVN 6177 - 1996 20 Hàm l−ợng Sắt mg/l 0,5 A (ISO 6332 - 1988) (ISO 8286 - 1986) 21 Hàm l−ợng Chì mg/l 0,01 B TCVN 6193 - 1996 TCVN 6002 - 1995 22 Hàm l−ợng Mangan mg/l 0,5 A (ISO 6333 - 1986) TCVN 5991 - 1995 23 Hàm l−ợng Thuỷ ngân mg/l 0,001 (ISO 5666/1 – 1983 B ISO 5666/3 - 1983) 24 Hàm l−ợng Molyden mg/l 0,07 AOAC hoặc SMEWW C TCVN 6180 - 1996 25 Hàm l−ợng Niken mg/l 0,02 C (ISO 8288 - 1986) TCVN 6180 - 1996 26 Hàm l−ợng Niitrat mg/l 50 A (ISO 7890 - 1988) TCVN 6178 - 1996 27 Hàm l−ợng Niitrit mg/l 3 A (ISO 6777 - 1984) TCVN 6183 - 1996 28 Hàm l−ợng Selen mg/l 0,01 C (ISO 9964 - 1 - 1993) 44
(1) (2) (3) (4) (5) (6) TCVN 6196 - 1996 29 Hàm l−ợng Natri mg/l 200 B (ISO 9964 - 1 - 1993) TCVN 6200 - 1996 30 Hàm l−ợng Sunphat mg/l 250 A (ISO 9280 - 1990) TCVN 6193 - 1996 31 Hàm l−ợng Kẽm mg/l 3 C (ISO 8288 - 1989) 32 Độ oxy hoá mg/l 2 Chuẩn độ bằng KMnO4 A II Hàm l−ợng các chất hữu cơ a Nhóm Alkan clo hoá 33 Cacbontetraclorua μg/l 2 AOAC hoặc SMEWW C 34 Diclorometan μg/l 20 AOAC hoặc SMEWW C 35 1,2 Dicloroetan μg/l 30 AOAC hoặc SMEWW C 36 1,1,1 - Tricloroetan μg/l 2000 AOAC hoặc SMEWW C 37 Vinyl clorua μg/l 5 AOAC hoặc SMEWW C 38 1,2 Dicloroeten μg/l 50 AOAC hoặc SMEWW C 39 Tricloroeten μg/l 70 AOAC hoặc SMEWW C 40 Tetracloroeten μg/l 40 AOAC hoặc SMEWW C b Hydrocacbon Thơm 41 Benzen μg/l 10 AOAC hoặc SMEWW B 42 Toluen μg/l 700 AOAC hoặc SMEWW B 43 Xylen μg/l 500 AOAC hoặc SMEWW B 44 Etylbenzen μg/l 300 AOAC hoặc SMEWW C 45 Styren μg/l 20 AOAC hoặc SMEWW C 46 Benzo(a)pyren μg/l 0,7 AOAC hoặc SMEWW B c NHóm Benzen clo hoá 47 Monoclorobenzen μg/l 300 AOAC hoặc SMEWW B 48 1,2 - diclorobenzen μg/l 1000 AOAC hoặc SMEWW C 49 1,4 - diclorobenzen μg/l 300 AOAC hoặc SMEWW C 50 Triclorobenzen μg/l 20 AOAC hoặc SMEWW C d Nhóm các chất hữu cơ phức tạp 51 Di (2-etylhexyl) adipate μg/l 80 AOAC hoặc SMEWW C 52 Di (2-etylhexyl) phtalat μg/l 8 AOAC hoặc SMEWW C 53 acrylamide μg/l 0,5 AOAC hoặc SMEWW C 54 Epiclohydrin μg/l 0,4 AOAC hoặc SMEWW C 55 Hexacloro butadien μg/l 0,6 AOAC hoặc SMEWW C 56 Axit adetic (EDTA) μg/l 200 AOAC hoặc SMEWW C 57 Axit nitrilotriaxetic μg/l 200 AOAC hoặc SMEWW C 58 Tributyl oxit μg/l 2 AOAC hoặc SMEWW C III Hoá chất bảo vệ thực vật 59 Alachlor μg/l 20 AOAC hoặc SMEWW C 45
(1) (2) (3) (4) (5) (6) 60 Aldicard μg/l 10 AOAC hoặc SMEWW C 61 Aldrin/Dieldrin μg/l 0,03 AOAC hoặc SMEWW B 62 Atrazine μg/l 2 AOAC hoặc SMEWW C 63 Bentazone μg/l 30 AOAC hoặc SMEWW C 64 Carbofuran μg/l 5 AOAC hoặc SMEWW B 65 Clodane μg/l 0,2 AOAC hoặc SMEWW C 66 Clorotoluron μg/l 30 AOAC hoặc SMEWW C 67 DDT μg/l 2 AOAC hoặc SMEWW B 68 1,2 - Dibromo- 3 Cloropropan μg/l 1 AOAC hoặc SMEWW C 69 2,4 - D μg/l 30 AOAC hoặc SMEWW C 70 1,3 - Dicloropropen μg/l 20 AOAC hoặc SMEWW C 71 1,2 - Dicloropropan μg/l 20 AOAC hoặc SMEWW C 72 Heptaclo và Heptaclo epoxit μg/l 0,03 AOAC hoặc SMEWW B 73 Hexaclorobezen μg/l 1 AOAC hoặc SMEWW B 74 Isoproturon μg/l 9 AOAC hoặc SMEWW C 75 Lindane μg/l 2 AOAC hoặc SMEWW B 76 MCPA μg/l 2 AOAC hoặc SMEWW C 77 Methoxychlor μg/l 20 AOAC hoặc SMEWW C 78 Methachlor μg/l 10 AOAC hoặc SMEWW C 79 Molinate μg/l 6 AOAC hoặc SMEWW C 80 Pendimetalin μg/l 20 AOAC hoặc SMEWW C 81 Pentaclorophenol μg/l 9 AOAC hoặc SMEWW C 82 Permethrin μg/l 20 AOAC hoặc SMEWW C 83 Propanil μg/l 20 AOAC hoặc SMEWW C 84 Pyridate μg/l 100 AOAC hoặc SMEWW C 85 Simazine μg/l 20 AOAC hoặc SMEWW C 86 Trifuralin μg/l 20 AOAC hoặc SMEWW C 87 2,4 DB, μg/l 90 AOAC hoặc SMEWW C 88 Dichloprop μg/l 100 AOAC hoặc SMEWW C 89 Fenoprop μg/l 9 AOAC hoặc SMEWW C 90 Mecoprop μg/l 10 AOAC hoặc SMEWW C 91 2,4,5 - T μg/l 9 AOAC hoặc SMEWW B IV Hoá chất khử trùng và sản phẩm phụ 92 Monocloramin μg/l 3 AOAC hoặc SMEWW B 93 Clo d μg/l 0,3 ữ 0,5 AOAC hoặc SMEWW A 94 Bromat μg/l 25 C 95 Clorit μg/l 200 AOAC hoặc SMEWW C 96 2.4.6 triclorophenol μg/l 200 AOAC hoặc SMEWW B 97 Formaldehyt μg/l 900 AOAC hoặc SMEWW B 46
(1) (2) (3) (4) (5) (6) 98 Bromofoc μg/l 100 AOAC hoặc SMEWW C 99 Dibromclorometan μg/l 100 AOAC hoặc SMEWW C 100 Bromodiclorometan μg/l 60 AOAC hoặc SMEWW C 101 Clorofoc μg/l 200 AOAC hoặc SMEWW C 102 Axit tricloroaxetic μg/l 50 AOAC hoặc SMEWW B 103 Axit dicloroaxetic μg/l 100 AOAC hoặc SMEWW C 104 Cloral hydrat (Tricloroaxetaldehyt) μg/l 10 AOAC hoặc SMEWW C 105 Dicloroaxetonitril μg/l 90 AOAC hoặc SMEWW C 106 Dibromoaxetonitril μg/l 100 AOAC hoặc SMEWW C 107 Tricloroaxetonitril μg/l 1 AOAC hoặc SMEWW C 108 Xyano clorit (tính theo CN) μg/l 70 AOAC hoặc SMEWW C V Mức nhiễm xạ TCVN 6053 - 1995 109 Tổng hoạt độ α Bq/l 0,1 B (ISO 9696 - 1992) TCVN 6053 - 1995 110 Tổng hoạt độ β Bq/l 1 B (ISO 9697 - 1992) VI Vi sinh vật Khuẩn TCVN 6187 – 1 - 1996 111 Coliform tổng số 0 A lạc/100ml (ISO 9308 – 1 - 1990) Khuẩn TCVN 6187 -1 - 1996 112 E.coli hoặc Coliform chịu nhiệt 0 A lạc/100ml (ISO 9308 – 1 - 1990) Ghi chú: 1. A: Bao gồm những chỉ tiêu sẽ đ−ợc kiểm tra th−ờng xuyên, tần suất kiểm tra 1 tuần (đối với nhà máy n−ớc) hoặc một tháng (đối với cơ quan Y tế cấp tỉnh, huyện). Những chỉ tiêu này chịu sự biến động của thời tiết. 2. B: Bao gồm các chỉ tiêu cần có trang bị khá đắt tiền và ít biến động theo thời tiết hơn. Các chỉ tiêu này cần đ−ợc kiểm tra tr−ớc khi đ−a nguồn n−ớc vào sử dụng và th−ờng kỳ mỗi năm một lần (hoặc khi có yêu cầu đặc biệt) đồng thời với 1 đợt kiểm tra các chỉ tiêu theo chế độ A. 3. C: Đây là những chỉ tiêu cần trang thiết bị hiện đại đắt tiền, chỉ có thể xét nghiệm đ−ợc bởi các Viện Trung −ơng, Viện Khu vực hoặc một số Trung tâm Y tế địa ph−ơng tỉnh, thành phố. Các chỉ tiêu này nên kiểm tra hai năm một lần hoặc khi có yêu cầu đặc biệt bởi các cơ quan y tế. 4. AOAC : Viết tắt của Association of Official Analytical Chemists (Hiệp hội các nhà phân tích hoá chính thống). SMEWW: Viết tắt của Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water (Các ph−ơng pháp chuẩn xét nghiệm n−ớc và n−ớc thải) của Cơ quan Y tế Cộng đồng Hoa Kỳ xuất bản. (a) Chỉ tiêu cảm quan 47
(b) Khi có mặt cả hai chất Nitrit và Nitrat trong n−ớc ăn uống thì tổng tỷ lệ nồng độ của mỗi chất so với giới hạn tối đa của chúng không lớn hơn 1, xem công thức sau: Cnitrat/GHTD nitrat + Cnitrit/GHTD nitrit ≤ 1 C: Nồng độ đo đ−ợc GHTD: Giới hạn tối đa theo quy định trong tiêu chuẩn này 3.3.2. Yêu cầu chất l−ợng n−ớc ngầm dùng cho sản xuất Nông nghiệp 1. Yêu cầu về nhiệt độ n−ớc - N−ớc đ−ợc t−ới từ nguồn n−ớc ngầm phải có nhiệt độ thích hợp. Nhiệt độ n−ớc t−ới thích hợp với cây trồng là từ 25 ữ 300C 2. Yêu cầu về hàm l−ợng muối trong n−ớc ngầm Hàm l−ợng muối cho phép trong n−ớc ngầm để t−ới phải căn cứ vào loại cây trồng, đặc tính lý hoá của đất trồng, kỹ thuật nông nghiệp, kỹ thuật t−ới, điều kiện khí hậu, các điều kiện khác để quyết định cho phù hợp. Kết quả nghiên cứu sử dụng n−ớc t−ới cho lúa, lúa mì và một số loại cây trồng khác độ khoáng hoá cho phép là nhỏ hơn 5g/l. Tài liệu của nhiều tác giả đã cho rằng trên đất cát, phá cát cho phép dùng n−ớc ngầm t−ới có độ khoáng hoá 5g/l hoặc lớn hơn chút ít không ảnh h−ởng đến năng suất cây trồng, trên đất thịt, thịt pha sét chỉ cho phép t−ới n−ớc ngầm có nồng độ khoáng hoá 2 ữ 2,5g/l. Trong Nông nghệp n−ớc chủ yếu dùng để t−ới, chất l−ợng n−ớc t−ới cần đảm bảo các yêu cầu sau: - Tổng số các chất hòa tan trong n−ớc (TDS) - Tỷ số t−ơng đối giữa Na+ với các ion d−ơng khác - Nồng độ các nguyên tố đặc biệt - Các ion d− thừa a) Tổng các chất hòa tan trong n−ớc Nếu nồng độ muối tăng lên, thì sẽ gây khó khăn cho cây trồng hut thức ăn từ đất và n−ớc. Các thực nghiệm đã chỉ ra rằng d−ới điều kiện áp suất thấm lọc từ 1,5 ữ 2,0 atm thì cây không còn khả năng phát triển nữa. Quan hệ giữa áp suất lọc và nồng độ muối nh− sau: P = iRTC Trong đó: i: Hệ số Vonthoff P: áp suất thấm lọc (atm) R: Hằng số T: Nhiệt độ (tính theo nhiệt độ tuyệt đối) C: Nồng độ muối (mol/l) D−ới đây là một số ví dụ tính áp suất thấm lọc P của một số loại muối: NaCl (1%) giá trị i = 2, C = 1 g/l hay 1/58,5 (mol/l), tích số RT = 22,4 l thì: 48
2 ì 22,4 P = = 0,766 (atm) 58,5 3 ì 22,4 Na SO (1%), i = 3, P = = 0,47 (atm) 2 4 142 3 ì 22,4 CaCl (1%), i = 3, P = = 0,605 (atm) 2 111 2 ì 22,4 CaSO (1%), i = 2, P = = 0,329 (atm) 4 134 Mức độc hại của một muối sẽ tăng lên cùng với sự tăng của nhiệt độ Một số liên hệ quan trọng: 1) TDS (ppm) = 0,64ìEC (μmhos/cm) 2) áp suất thấm lọc P (atm) = 0,00036ìEC (μmhos/cm) 3) 1 (mhos/cm) =100 (milimhos/cm) =106 (μmhos/cm) 4) Nồng độ ion d−ợc biểu diễn nh− sau: Nồng độ muối (mg/l) Milli đ−ơng l−ợng (me/l) = Đ−ơng l−ợng Nồng độ muối (ppm) Đ−ơng l−ợng phần triệu (epm) = Đ−ơng l−ợng Vì mg/l ≈ ppm nên me/l = epm Trọng l−ợng nguyên tử Đ−ơng l−ợng = Hoá trị nguyên tố 5) Logarit của số âm của nồng độ hyđro đ−ợc gọi là độ pH PH = -logH+ Dung dịch với pH 7 là kiềm và pH = 7 là dung dịch trung tính. N−ớc tự nhiên có nồng độ pH từ 6 ữ 8 6) Phần lớn n−ớc cứng là do tồn tại ion Ca ++ và Mg ++ . Tổng độ cứng (TH) đ−ợc biểu diễn bằng ppm của CaCO3: CaCO CaCO TH = Ca ì 3 + Mg ì 3 = ppm của trọng l−ợng t−ơng đ−ơng Ca Mg TH = 2,497Ca + 4,115Mg Tất cả các thành phần đ−ợc biểu diễn bằng đơn vị (ppm) Tổng độ cứng (ppm) bằng tổng của epm của ion Ca ++ và Mg ++ ì50 (tổng có ý nghĩa của Ca ++ và Mg, nếu tồn tại, cũng đ−ợc kể đến), TH = (Ca ++ +Mg)ì50. 7) N−ớc cứng không có Cacbon (Non Carbonate) (NCH) tính bằng ppm. 49
NCH (ppm) = (Ca + Mg) - (CO3 + HCO3)ì50 Khi NCH < 0 thì trong tính toán NCH = 0. 8) TDS(ppm) = tổng của các ion (ppm) + nồng độ ion (HCO3)ì0.49. 9) EC (μmhos/cm) = ( ∑ ion d−ơng hoặc ∑ ion âm)ì100 EC (μmhos/cm) = 100ì ∑ ion d−ơng =100ì ∑ điệntử 10) Phần trăm giá trị hoạt động (PAV) của bất kỳ nguyên tố nào là nồng độ của nguyên tố đó (epm)đ−ợc biểu diễn bằng phần trăm của tổng ion d−ơng hoặc ion âm tính bằng (epm). 11) Chỉ số muối 12) Giá trị của một số ion chủ yếu: Trọng l−ợng Trọngl−ợng Nguyên tố Hoá trị nguyên tử t−ơng đ−ơng Ion d−ơng + Ca 40,08 2 20,04 Mg 24,32 2 12,16 Na 23,00 1 23,00 K 39,00 1 39,00 Ion âm - CO 3 60,01 2 30,00 61,02 1 61,02 HCO 3 96,06 2 48,03 SO 4 Cl 35,46 1 35,46 62,01 1 62,01 NO 3 F 19,00 1 19,00 13) Khi TH ≤ độ kiềm thì độ cứng của n−ớc có thể xem là cứng do CO3 tạo ra. TH ≥ độ kiềm thì độ cứng của các bon (Carbonate hardness) = độ kiềm NCH = TH - Độ kiềm Chỉ số độ cứng quy định bởi Cục Địa chất Hoa Kỳ nh− sau: Loại Độ cứng (mg/l) Ghi chú N−ớc mềm 0 ữ 55 Không cần phải làm mềm N−ớc hơi cứng 56 ữ 100 N−ớc cứng trung bình 101 ữ 200 Đòi hỏi phải làm mềm N−ớc nửa cứng 201 ữ 500 b) Tỷ số t−ơng đối giữa Na+ với các ion d−ơng khác Nếu nồng độ muối ở trong n−ớc cao dẫn đến sự hình thành đất mặn, ng−ợc lại nếu nồng độ Na+ cao dẫn đến đất kiềm. Cục phát triển đất của Mỹ (USDA) định nghĩa đất kiềm 50
là đất có pH≥ 8,5 với mức độ bão hoà Na+ ≥ 15%. Đất kiềm có kết cấu yếu, dễ hoá bùn và không thoáng. Mức độ bão hoà Na cao là nguyên nhân của hiện t−ợng thiếu Ca. N−ớc t−ới với tỷ lệ hấp thụ Na thấp (SAR) phù hợp với nông nghiệp. Na + SAR = (me / l) Ca ++ + Mg ++ 2 Na + K Na% = .100 Ca + Mg + Na + K Nồng độ của các nguyên tố đ−ợc tính bằng (me/l). USDA xây dựng bểu đồ đọc trực tiếp ESP. c) Nồng độ các nguyên tố đặc biệt Các nguyên tố đặc biệt nh−: Se(selenium), Molipden (Molybdenum) và Flouride thì thực vật có thể chịu đựng đ−ợc, nh−ng rất độc hại đối với động vật. Các nguyên tố nh− Baron (Br), Lithium (Li) thì ng−ợc lại đối với thực vật. Trong n−ớc ngầm l−ợng Br giầu hơn n−ớc mặt với hàm l−ợng > 0,5 ppm. Baron có hại với cam, quít, cây có dầu và các cây ăn quả quý. Nh−ng ngũ cốc, bông thì có thể chịu đựng đ−ợc một cách bình th−ờngvới Baron, trong khi cỏ đinh lăng, củ cải đ−ờng, măng tây và chà là thì phát triển bình th−ờng với Br = 1 ữ 2 (ppm). Baron có trong nhiều loại xà phòng và nó trở thành nhân tố độc hại khi sử dụng n−ớc thải để t−ới. d) L−ợng Cacbon thừa (RC) Khi tổng l−ợng các bon nát lớn hơn tổng l−ợng can xi và ma giê thì sẽ có hiện t−ợng kết tủa ở giai đoạn sau trong đất. −− − ++ ++ RC = (CO 3 + HCO 3 )− (Ca + Mg ) (me/l) Phân loại n−ớc t−ới Phòng thí nghiệm mặn của Mỹ đã xây dựng biểu đồ để phân loại n−ớc t−ới. Theo cách phân loại này có 16 loại n−ớc khác nhau với việc sử dụng kết hợp SAR nh− một chỉ số. Để biểu thị nồng độ Na bất lợi và EC nh− một chỉ số mức độ muối. Biểu đồ các loại mức ở hình 3.3 và phân loại chất l−ợng n−ớc t−ới cho ở bảng d−ới đây: Phân loại chất l−ợng n−ớc t−ới Mức độ muối RC Loại n−ớc EC (μmhos/cm) ở Nồng độ (me/l) Độ kiềm SAR (me/l) t = 250C Tinh khiết 2,50 Xấu 2250 ữ 4000 22,50 ữ 40,0 > 26 Rất xấu > 4000 > 40 51
Độ dẫn điện (ms/cm) ở nhiệt độ 250C 100 2 3 4 5 6 7 8 9 1000 2 3 4 5000 30 30 Rất cao 28 26 24 22 20 20 18 16 14 Tỷ lệ hấp thụ Na thụ Tỷ lệ hấp 12 Nồng độ Kali nguy hiểm hiểm nguy Kali độ Nồng 10 10 8 6 4 S1 S2 S3 S4 Thấp 2bình Trung Cao 0 0 L 100 250 750 2250 o ại C1 C2 C3 C4 Thấp Trung bình Cao Rất cao Hình 3.3 - Biểu đồ phân loại n−ớc t−ới Biểu đồ phân loại n−ớc t−ới hình 3.4 do Doneen xây dựng dựa trên chỉ số dẫn n−ớc (PI): Na + HCO PI = 3 .100 Ca + Mg + Na Tất cả các ion đ−ợc tính bằng (me/l). Một cách tổng quát, n−ớc thuộc loại tốt nếu: - Khi biểu diễn, nó thuộc vùng n−ớc tốt hoặc bình th−ờng. - N−ớc thuộc loại 1 hoặc 2 trong biểu đồ của Doneen. Ca - TDS >1000 ppm, giới hạn này có thể đến 1700ppm, nếu 100 ≤ 25% Na + Ca - Chỉ số n−ớc đạt giá trị âm. Ngoài những chỉ tiêu đã trình bầy ở trên thì n−ớc rơi vào các vùng khác sẽ có chất l−ợng không đảm bảo để t−ới cho cây trồng. 52
20 15 10 Loại I 25% của maxK 75% của maxK 5 Nồng độ tổng cộng (me/l) độ tổng Nồng Loại II Loại III 0 120 100 80 60 40 20 0 Na + HCO Chỉ số thấm 3 ì100 C Hình 3.4 - Phân loại n−ớc t−ới đối với n−ớc có khả năng dẫn n−ớc trung bình của Doneen 3. Yêu cầu về yếu tố vi l−ợng trong n−ớc ngầm Một số tác giả cho rằng l−ợng n−ớc ngầm có chứa một số nguyên tố vi l−ợng thích nghi với cây trồng và cho năng suất cao hơn, chất l−ợng sản phẩm sẽ tốt hơn nếu ta t−ới n−ớc ngầm với mức t−ới vừa phải hoặc t−ơng đối nhỏ. Ngoài ra t−ới n−ớc ngầm còn có tác dụng rửa mặn, rửa chua vì các thành phần khoáng hoá trong n−ớc ngầm có tác dụng trung hoà và kìm hãm quá trình mặn hoá và chua hoá ở mức độ nhất định, thực tế sử dụng n−ớc ngầm có tác dụng rửa mặn tốt với các loại muối, đặc biệt là loại muối chứa nhiều ion Na+. Tiêu chuẩn chất l−ợng n−ớc ngầm dùng để t−ới (bảng 3.9) - N−ớc không mặn C 10 g/l Độ pH của n−ớc t−ới cho phép: pH = 6,5 ữ 8,5 Yêu cầu chất l−ợng n−ớc ngầm còn phụ thuộc vào tính chất của đất trồng. Khi có tầng không thấm n−ớc nằm d−ới tầng đất trồng (thịt pha sét hoặc sét) yêu cầu n−ớc t−ới có hàm l−ợng khoáng nhỏ. Đất cát thô thì ng−ợc lại có thể t−ới với nồng độ muối cao hơn đến 4 ữ 6 g/l. Khi trong n−ớc ngầm hàm l−ợng các muối NaHCO3 cao cần phải dùng thạch cao để khử độc mới có thể dùng để t−ới cho các loại cây trồng. N−ớc thiếu Ca và thừa Na không nên dùng để t−ới ruộng. Trong tr−ờng hợp phải sử dụng n−ớc ngầm có độ khoáng cao, cần phải 53