CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu về nước dưới đất Nước dưới đất hay đôi khi còn được gọi là nước ngầm, là thuật ngữ chỉ loại nước nằm bên dưới bề mặt đất trong các không gian rỗng của đất và trong các khe nứt của các thành tạo đá, và các không gian rỗng này có sự liên thông với nhau. Phần lớn nước dưới đất hình thành theo một nhánh trong vòng tuần hoàn nước cùng với các yếu tố thủy văn khác. Có bốn con đường hình thành nước dưới đất [1] [2]. - Nguồn gốc khí quyển: Do nước mưa, nước mặt trong sông hồ, đầm lầy,.ngấm xuống (Recharge Area) các tầng đất đá bên dưới (Aquifer) khi những tầng này có đới độ rỗng cao, phần lớn nước dưới đất thuộc dạng này.
- Nguồn gốc trầm tích, khi lắng đọng thì ở dạng bùn ướt. Quá trình trầm tích tiếp theo tạo ra lớp đè lên trên, gây nén kết đá và nước bị tách ra thành vỉa. Các vỉa nước dưới đáy mỏ dầu khí thuộc dạng này. - Nguồn gốc magma (nguyên sinh): Do magma nguội đi thì quá trình kết tinh xảy ra, lượng dư hydro và oxy nếu có sẽ tách ra, rồi kết hợp thành nước.
Đây là quá trình chính thời viễn cổ khi Trái Đất từ dạng khối vật chất nóng chảy nguội dần, nước tách ra từ magma tạo ra khí hơi nước, mây rồi tích tụ tạo ra các đại dương cổ. Nguồn nước từ magma đã giảm nhiều, do vỏ rắn Trái Đất hiện dày hơn, và hydro là nguyên tố nhẹ nên ít nằm lại trong lòng Trái Đất. - Nguồn gốc biến chất (thứ sinh): Các hoạt động xâm nhập làm nóng đất đá, gây biến chất các lớp trầm tích bên trên, dẫn đến thải nước từ trầm tích. Có nhiều cách phân loại nước dưới đất, nhưng nhìn chung có thể phân loại theo ba cách chính sau: Phân loại nước dưới đất theo thành phần hóa học: Dựa vào hàm lượng của 6 anion và cation chủ yếu chứa trong nước gồm ba loại nước theo anion: nước cacbonat, nước sunphat, nước clo; Ba loại nước theo cation: nước canxi, nước magie, nước natri; 5 Trong mỗi một loại được chia ra ba cách phân loại theo tỷ lệ giữa các ion chứa trong nước.
Dựa vào hàm lượng các chất khoáng trong nước có thể phân loại: Nước nhẹ, nước trung bình, nước nặng. Phân loại nước dưới đất theo tính chất vật lý Cách phân loại này chủ yếu dựa vào các chỉ tiêu nhiệt độ của nước để phân loại và chia thành ba loại nước: nước lạnh có nhiệt độ t < 20oC; nước ấm có nhiệt độ t = 20 - 37oC; nước nóng có nhiệt độ t > 37oC. Ngoài ra còn dựa vào điều kiện áp lực của nước dưới đất để phân loại: Nước không áp lực là loại nước có áp suất tại các điểm trên mặt nước bằng áp suất khí trời; Nước có áp là loại nước có áp suất tại tất cả điểm trong tầng trữ nước đều cao hơn áp suất khí trời. Có thể nói đường áp lực của nước nằm cao hơn tầng không thấm nằm phía trên của tầng trữ nước.
Nếu nước có áp lực cao có khả năng phun nước lên cao khỏi mặt đất được gọi là nước Artersian. Phân loại theo sự phân bố của nước dưới đất trong các tầng địa chất - Nước dưới đất tầng nông Nước dưới đất tầng nông là một loại nước không áp, nó nằm trên tầng không thấm thứ nhất (không có tầng không thấm phủ kín bên trên). Nước dưới đất tầng nông thường thay đổi về trữ lượng cũng như mực nước theo từng thời kỳ trong năm, vì nó chịu ảnh hưởng trực tiếp của điều kiện khí hậu, thủy văn như lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ bốc hơi mặt đất, mực nước của các sông ngòi, ao hồ, đầm trong khu vực. Nguồn cung cấp chủ yếu do nước mưa thấm vào đất.
Trữ lượng nước ở tầng nông phụ thuộc vào bề dày của tầng trữ nước, thành phần cấp phối hạt của tầng trữ nước. - Nước dưới đất tầng sâu Nước dưới đất ở tầng sâu nằm ngay ở dưới tầng không thấm thứ nhất, tầng trữ nước thường nằm kẹp giữa hai tầng không thấm. Nước dưới đất tầng sâu có thể nằm sâu dưới đất từ vài chục mét tới hàng trăm mét thậm chí hàng nghìn mét. Do nằm phía 6 dưới tầng không thấm nước nên nước dưới tầng sâu bị ngăn cách không được cung cấp trực tiếp bởi nước mưa hoặc nước mặt trong vùng.
Tuy nhiên, nước mưa và nước từ dòng chảy mặt vẫn gián tiếp liên quan tới tầng nước này thông qua dòng chảy ngầm từ nơi khác tới. Nước dưới đất tầng sâu có thể có áp hoặc không áp: Nếu nước cung cấp cho nước dưới đất tầng sâu ở khu vực được xuất phát từ nơi có cao trình cao và có áp lực cột nước lớn thì nước tầng sâu thường có áp; Ngược lại, nếu nước không chứa đầy tầng trữ nước và mực nước trong tầng trữ nước thấp hơn tầng không thấm phía trên thì ta có nước dưới đất tầng sâu không áp. - Nước dưới đất trong khe nứt Đây là nước chứa trong các khe nứt của nham thạch. Những khe nứt này được tạo ra do quá trình kiến tạo địa chất hoặc do động đất, núi lửa…làm cho các tầng nham thạch bị đứt gãy.
Nước trong khe nứt có thể được hình thành cùng với sự hình thành của các khe nứt hoặc được cung cấp từ nguồn nước mưa, nguồn nước từ các ao, hồ, sông, suối thông qua các dòng thấm vào các khe nứt. - Nước trong các hang động Các hang động xuất hiện do sự xâm thực của nước vào nham thạch. Nước từ các nguồn nước mặt, nước mạch hoặc nước từ các nơi khác tập trung về các hang động thành các dòng chảy ngầm hoặc tạo ra các hồ chứa nước nằm sâu trong lòng đất. nước trong hang động thường xuất hiện ở vùng núi đá vôi, bạch vân, thạch cao, muối mỏ… Trữ lượng nước trong hang động tùy thuộc vào khả năng tập trung nước, kích thước của các hang động và phụ thuộc vào các nguồn nước cung cấp vào các hang động, sự lưu thông giữa các nguồn nước đó với các hang động khác.
Nước trong hang động có thể ở dạng có áp hoặc không áp, thông thường nước thường có độ khoáng hóa cao.2 Các nguyên nhân gây suy giảm chất lượng nước dưới đất Trong các tầng chứa nước cấu tạo bởi vật liệu chưa gắn kết, nước ngầm chảy ra từ các lỗ hổng giữa các hạt như sạn, cát, bột, sét. Nếu tầng chứa nước được giới hạn bởi các lớp có độ thấm thấp, áp lực nước giảm trong môi trường cát và sạn sẽ làm cho nước thoát chậm ở gần các lớp biên. Nếu các lớp biên này được tạo thành bởi bột hoặc sét có khả năng nén thì việc mất nước từ tầng chứa nước làm giảm áp lực của nước lên các lớp biên, vì do lực nén ép của cột địa tầng nằm bên trên nó. Trong trường hợp này, sự nén ép có thể được quan sát từ sự hạ thấp bề mặt đất.
Thực tế rằng, hầu hết sự sụp lún do khai thác nước ngầm là không thể phục hồi được và làm giảm khả năng chứa nước của tầng chứa [3] [4]. Các tác nhân tự nhiên Các tác nhân tự nhiên như nhiễm mặn, nhiễm phèn, hàm lượng Fe, Mn và một số kim loại khác: Do đặc điểm các thành tạo địa chất vùng ven biển thường chứa nhiều sắt nên ở những điều kiện xác định sắt được ngâm chiết đáng kể từ đất vào nước dưới đất và vì vậy có thể làm cho nồng độ sắt tan cao trong nước dưới đất và đi cùng với sắt thường có mangan. Do nhiều vùng đất có cấu trúc Karst nên nước dưới đất thường bị nhiễm vôi (độ cứng cao) gây ảnh hưởng đến việc sử dụng nước, thậm chí ảnh hưởng đến sức khỏe. Các tác nhân nhân tạo Tác nhân nhân tạo gây suy giảm trữ lượng và chất lượng nước dưới đất biểu hiện bởi việc giảm công suất khai thác, hạ thấp mực nước, sụt lún cũng như nước dưới đất có nồng độ kim loại nặng cao, hàm lượng NO3-, NO2-, NH4+, PO4, vi sinh vật…vượt tiêu chuẩn cho phép.
Các hoạt động của con người có thể ảnh hưởng trực tiếp (đổ các chất thải vào nguồn nước ngầm) hoặc gián tiếp (các hoạt động can thiệp vào quá trình thủy văn, lý học và sinh hóa) lên nước ngầm. Các dòng nước mặt (sông, kênh rạch…) đặc biệt là ở 8 vùng đô thị đều bị ô nhiễm trầm trọng bởi rác thải, nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư xả vào kênh rạch chưa qua xử lý. Tình trạng lấn chiếm lòng, bờ sông kênh rạch để sinh sống, xả rác và nước thải trực tiếp trên bề mặt gây ô nhiễm nước mặt, cản trở lưu thông của dòng chảy, tắc nghẽn cống rãnh tạo nước tù. Thành phần cơ bản của nước thải sinh hoạt là các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học (cacbohydrat, protein, dầu mỡ, chất dinh dưỡng, chất rắn).
Tùy theo mức sống và lối sống mà lượng nước thải cũng như tải lượng các chất có trong nước thải của mỗi người trong một ngày là khác nhau. Nói chung mức sống càng cao thì lượng nước thải và tải lượng thải càng cao. Do đó bệnh tật có điều kiện để lây lan và gây ô nhiễm môi trường. Tốc độ gia tăng dân số dẫn đến nhu cầu dùng nước tăng.
Do kinh tế phát triển, đời sống của người dân tăng nhanh, nhất là ở các đô thị lớn (Hà Nội, TP.Hồ Chí Minh…) dẫn đến nhu cầu dùng nước ngày càng tăng. Đời sống tăng cao, nhu cầu sử dụng nước cho các dịch vụ công cộng (nước phục vụ cho tưới cây, sinh hoạt văn hóa, rửa đường, phòng cháy, chữa cháy…) của thành phố cũng tăng lên đáng kể. Nhu cầu nước sử dụng cho ăn uống, sinh hoạt và các hoạt động khác của con người gia tăng, dẫn đến tình trạng khai thác nước dưới đất tràn lan gây cạn kiệt nguồn nước và ảnh hưởng đến môi trường như sụp lún, nhiễm mặn…. Nhiều giếng khoan thi công không đúng kỹ thuật (Kết cấu giếng không tốt, giếng gần khu vực nhà vệ sinh, hệ thống xử lý nước thải…), giếng khoan hư không được trám lấp là nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước.
Giữa nước mặn và nước ngọt có một ranh giới, khi hoạt động khai thác nước dưới đất quá mức đường ranh giới này sẽ tiến dần đến công trình khai thác, mực nước mặn xâm nhập dần, đẩy lùi mực nước ngọt vào sâu và làm nhiễm mặn các công trình khai thác trong khu vực. Mặt khác do nước biển tràn vào hoặc do con người dẫn nước biển vào sâu trong ruộng để làm muối, dẫn đến xâm nhập mặn vào tầng chứa nước.