CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT 1.1 Khái niệm chung về nước dưới đất Luật Tài Nguyên Nước Việt Nam (2012, Điều 2) định nghĩa: Nước dưới đất là nước tồn tại trong các tầng chứa nước dưới mặt đất. Nước dưới đất chứa trong các lỗ hổng, khe nứt của các thành tạo đá và các không gian rỗng này có sự liên thông với nhau. Nước dưới đất là một thành phần quan trọng trong vòng tuần hoàn nước cùng với các yếu tố thủy văn khác.
Một số nguồn NDĐ có niên đại hàng chục nghìn năm, Nước dưới đất chiếm khoảng 1,7% tổng lượng nước trên hành tinh và nó cũng chiếm khoảng 30,1% tổng lượng nước ngọt. Trên Trái đất, có khoảng 5.000 dặm khối nước dưới đất (23. 54% nước dưới đất là nước mặn và tồn tại chủ yếu ở dưới đại dương. 46% nước dưới đất còn lại là nước ngọt tồn tại dưới bề mặt đất liền (Dempsey, 2022).
Đầu vào của NDĐ một phần do rò rỉ từ sông hồ nhưng mưa và tuyết tan thấm vào lòng đất mới là nguồn nạp vào chính của NDĐ. Nếu nước không bị mất đi do bốc hơi, thoát hơi nước hoặc dòng chảy, nước từ các nguồn này có thể thấm vào lòng đất. Nước dưới đất cũng có thể được nạp lại khi cây trồng được tưới, nhưng nếu sử dụng thuốc trừ sâu và/hoặc phân bón có hại, những chất gây ô nhiễm này có thể truyền vào nguồn nước. Lượng nước ban đầu từ lượng mưa rơi xuống đất khô được giữ rất chặt dưới dạng màng trên bề mặt và trong các lỗ nhỏ của các hạt đất trong một vành đai hỗn hợp đất.
Ở mức độ trung gian, màng nước bao phủ các hạt rắn, nhưng không khí vẫn hiện diện trong các khoảng trống của đất. Vùng này được gọi là vùng chưa bão hòa hoặc vùng sục khí. Ở độ sâu thấp hơn và có đủ lượng nước, tất cả các khoảng trống sẽ được lấp đầy để tạo ra vùng bão hòa, mực nước trên là mực NDĐ. Nước tồn tại ở vùng bão hòa gọi là nước dưới đất (Manahan, 2005).
9 Ngưng tụ Thoát hơi nước Tuyết tan & Bay hơi dòng chảy mặt Bay hơi và Mực thoát hơi nước Thấm Bay hơi NDĐ chuyển động của NDĐ đến suối, hồ, Biển vùng đất hoang và đại dương Hình 1. 1 Vòng tuần hoàn nước và nguồn gốc của nước dưới đất (Nguồn: American Ground Water Trust) Nước dưới đất có diện phân bố rộng rãi từ vùng ẩm ướt cho đến các sa mạc, ở núi cao, vùng cực của trái đất và có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với hệ thực vật và hệ sinh vật đất bởi đa phần các cá thể này không thể tự vận động đi tìm nước được như con người và động vật khác. Nước dưới đất là nguồn cung cấp, duy trì sự tồn tại của các thuỷ vực mặt trong thời kỳ không mưa kéo dài. Nhiều nơi, trong quá trình thăm dò tìm kiếm nguồn nước đã phát hiện ra những nguồn khoáng sản quý hiếm khác có vai trò thay đổi nền kinh tế của cả một địa phương, một quốc gia, như sự tìm ra dầu và khí đốt ở Brunây (N.
Loan, 2005) Nước dưới đất chiếm khoảng 1,7% tổng lượng nước trên hành tinh và nó cũng chiếm khoảng 30,1% tổng lượng nước ngọt. Trên Trái đất, có khoảng 5.000 dặm khối nước dưới đất (23. 54% nước dưới đất là nước mặn và tồn tại chủ yếu ở dưới đại dương. 46% nước dưới đất còn lại là nước ngọt tồn tại dưới bề mặt đất liền.
Nhiều thành phần hóa học được hòa tan trong NDĐ như minh họa trong Hình 1.Sáu thành phần thường có nồng độ cao nhất trong nước dưới đất được gọi là các ion chính: bao gồm các ion tích điện dương gọi là cation (Na+ ; Ca2+ ; Mg2+ ) và các 10 ion tích điện âm gọi là anion (HCO3– ; SO42- ; Cl– ). Chúng thường chiếm gần như toàn bộ khối lượng trong giá trị TDS đo được. Các thành phần phụ có thể có mặt bao gồm: K+ ; Mn2+ ; Fe2+ ; Si4+; NO3 – ; F– và cacbon hữu cơ hòa tan DOC. Những thành phần nhỏ này thường có nồng độ trong khoảng từ 0,1 đến 5 mg/L.
Nhiều nguyên tố vi lượng hiện diện ở nồng độ thấp hơn, đôi khi dưới mức khả năng phát hiện của chúng ta bằng các phương pháp phân tích thường được sử dụng. Các thành phần khác của chất lượng nước là nhiệt độ, màu sắc, mùi, độ đục và hàm lượng vi sinh vật. Một số thành phần tự nhiên trong NDĐ có thể gây hại ở nồng độ cao hơn, nhưng góp phần mang lại sức khỏe tốt khi ở nồng độ thấp (ví dụ Iốt, Florua và Selen) (Poeter và cộng sự, 2020) Hình 1. 2 Thành phần hóa học của nước dưới đất (Poeter và cộng sự, 2020) 1.2 Vai trò quan trọng của tài nguyên nước dưới đất Nước dưới đất là loại tài nguyên ngầm được con người khai thác vào loại sớm nhất và lâu dài nhất.
Nước dưới đất là nguồn cung cấp nước quan trọng cho nhân loại, là nguồn tài nguyên thiên nhiên hoàn hảo có mục đích quan trọng đối với nền kinh tế 11 toàn cầu. Ngoài vai trò là nguồn cung cấp nước uống nước sinh hoạt cho các loài sinh vật và con người trên trái đất, NDĐ còn được sử dụng để tưới tiêu nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm. Cung cấp nước uống, nước sinh hoạt cho con người Hiện nay nước dưới đất được sử dụng cho khoảng 2 tỉ người trên thế giới cho mục đích sinh hoạt ăn uống (Morris, B. và cộng sự, 2003).
Nước dưới đất và nước mặt đều có thể cung cấp nước uống an toàn, miễn là nguồn nước không bị ô nhiễm và được xử lý trước khi sử dụng. Tuy nhiên NDĐ được ưa chuộng là nguồn nước uống hơn nước mặt vì trong thời kỳ hạn hán có thể khai thác nước dưới đất trong khi nước mặt có thể bị cạn kiệt nhanh chóng. Nước dưới đất thường dễ xử lý hơn và rẻ hơn so với nước mặt vì nó có xu hướng ít bị ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài do đó ít bị ô nhiễm hơn. Thông qua các giếng khoan, NDĐ có thể được khai thác ở những nơi cần thiết như hộ gia đình, khu dân cư, nông trường và khu công nghiệp trong khi nước mặt chỉ tập trung ở sông, hồ và suối cần hệ thống dẫn đến nơi sử dụng.
Nhiều thành phố lớn trên thế giới cũng như nhiều thành phố và thị trấn nhỏ hơn sử dụng NDĐ là nguồn cung cấp nước ngọt chính. Sự phụ thuộc này sẽ ngày càng tăng, đặc biệt ở các khu vực đô thị hóa nhanh chóng ở các nước đang phát triển. Nước dưới đất cũng là nguồn cung cấp nước chủ yếu cho người dân nông thôn ở các quốc gia đang phát triển, là cách tiết kiệm chi phí nhất. Không chỉ con người mà cả các sinh vật sống khác cũng phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nước dưới đất khi mực nước mặt xuống thấp.
Cung cấp nước tưới tiêu nông nghiệp, chăn nuôi Nước dưới đất được sử dụng khi đất trở nên khô hạn và nhu cầu cây trồng về nước lớn hơn, nhưng khi lượng mưa đủ đáp ứng nhu cầu nông nghiệp thì lượng nước dưới đất được khai thác sẽ ít hơn. Vì vậy, nó được sử dụng một cách “linh hoạt”. Hiện tại, 70% lượng NDĐ khai thác trên toàn cầu, thậm chí nhiều hơn ở các vùng khô cằn và bán khô hạn, được sử dụng trong sản xuất nông nghiệp lương thực, sợi, chăn nuôi và cây công nghiệp, và ước tính khoảng 38% diện tích đất được trang bị hệ thống tưới tiêu được phục vụ bằng nguồn nước này. Để đáp ứng nhu cầu nước và nông nghiệp toàn cầu vào năm 2050, trong đó lương thực tăng ước tính 50%, việc phát triển nguồn 12 NDĐ có thể đóng vai trò là chất xúc tác để cải thiện năng suất nông nghiệp và tăng trưởng kinh tế bằng cách tăng diện tích tưới tiêu (UNESCO, 2022) Cung cấp nước cho một số ngành công nghiệp Các ngành công nghiệp khai thác nước dưới đất bao gồm sản xuất, khai thác mỏ, dầu khí, sản xuất năng lượng, kỹ thuật và xây dựng.
Nhiều quy trình sản xuất cần một lượng lớn nước để rửa và làm sạch sản phẩm khi kết thúc quá trình sản xuất. Lĩnh vực công nghiệp chế biến đồ uống, nước đóng chai và nước khoáng sử dụng NDĐ là nguyên liệu thô. (UNESCO, 2022) Cung cấp nước cho các hệ sinh thái Nước dưới đất cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc ổn định mực nước ở sông, hồ và vùng đất ngập nước, đặc biệt là trong những tháng khô hạn khi các lưu vực nước này có lượng mưa ít và tốc độ bốc hơi cao hơn. Khi mực nước trở nên thấp trong những môi trường này, nước dưới đất có thể dễ dàng được thải vào các vùng nước khác nhau.
Do đó, dòng nước dưới đất cung cấp nguồn nước bền vững cho động vật hoang dã và thực vật sống trong môi trường nước này. Rủi ro sức khỏe khi sử dụng nước dưới đất bị ô nhiễm Ô nhiễm nước dưới đất xảy ra do sự giải phóng các chất ô nhiễm vào lòng đất và xâm nhập vào tầng chứa nước gây ô nhiễm. Ô nhiễm nước xảy ra dễ dàng là do nước là dung môi phổ biến có thể hòa tan nhiều chất. Nước dưới đất không dễ dàng được theo dõi bằng mắt thường và do đó nguồn cung cấp có thể vô tình bị ô nhiễm hoặc thậm chí bị cạn kiệt.
Nguồn nước dưới đất chưa qua xử lý sẽ không an toàn khi sử dụng. Bởi trong tự nhiên, nguồn nước dưới đất còn thô sơ chứa nhiều tạp chất và những chất không tốt cho sức khỏe. Một số rủi ro đến sức khỏe con người khi sử dụng nguồn nước dưới đất bị ô nhiễm bao gồm: Rủi ro khi sử dụng nguồn nước dưới đất ô nhiễm hóa học và mầm bệnh Sử dụng nước dưới đất bị ô nhiễm gây nguy hiểm cho sức khỏe cộng đồng thông qua ngộ độc hoặc lây lan bệnh truyền nhiễm. Nước có hàm lượng Amoni cao biểu thị nước đã bị ô nhiễm chất hữu cơ có nguồn gốc nitơ (nước thải, phân bón, chất thải từ chăn nuôi.
Amoni trong NDĐ khi gặp oxy trong không khí chuyển hóa thành Nitrat và Nitrit. Các chất này khi vào 13 cơ thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe, gây nên hiện tượng methemoglobin (thiếu oxy trong máu), đặc biệt là khi kết hợp với các axit amin trong cơ thể còn tạo thành chất nitrosamine gây ung thư. Độ mặn nước dưới đất, nhất là các khu vực ven biển khiến cho mùi vị của món ăn biến đổi, cây cối bị chết. Chất lượng sản phẩm sản xuất cũng bị ảnh hưởng.