Tổng quan nghiên cứu

Tài nguyên nước dưới đất đóng vai trò huyết mạch trong việc duy trì an ninh nguồn nước và thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội tại các đô thị miền núi. Tại thành phố Tuyên Quang – trung tâm kinh tế, chính trị, văn hóa của tỉnh Tuyên Quang, nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt và sản xuất đã vượt ngưỡng 15.000 m3/ngày đêm, trong đó hơn 90% phụ thuộc trực tiếp vào nguồn nước ngầm. Với tốc độ tăng trưởng kinh tế bình quân đạt 11,53%/năm và mật độ dân số khu vực nội thành lên tới 7.058 người/km2 tại phường Phan Thiết hay 6.438 người/km2 tại phường Tân Quang, áp lực đè nặng lên các tầng chứa nước ngầm ngày càng gia tăng rõ rệt.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của luận văn xuất phát từ thực trạng suy giảm mực nước động cục bộ, nguy cơ sụt lún địa chất karst và tình trạng ô nhiễm nước dưới đất do nước thải đô thị, y tế chưa qua xử lý triệt để. Mục tiêu nghiên cứu cụ thể là đánh giá toàn diện hiện trạng khai thác, đánh giá chất lượng các tầng chứa nước và hiệu lực quản lý nhà nước về tài nguyên nước dưới đất trên địa bàn thành phố Tuyên Quang.

Phạm vi không gian nghiên cứu bao trùm toàn bộ diện tích tự nhiên 11.921,0 ha của thành phố Tuyên Quang, tập trung khảo sát chuyên sâu tại các xã, phường trọng điểm gồm An Tường, Đội Cấn, Lưỡng Vượng, An Khang, Hưng Thành và Khu công nghiệp Long Bình An trong giai đoạn từ tháng 5/2019 đến tháng 5/2020. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi thiết lập cơ sở dữ liệu khoa học về 8.924 công trình khai thác nước ngầm và hệ thống 11 giếng khoan công nghiệp (từ N1 đến N11) của Công ty Cổ phần Cấp thoát nước Tuyên Quang có tổng công suất thiết kế 17.500 m3/ngày đêm, cung cấp luận cứ vững chắc phục vụ quy hoạch khai thác bền vững đến năm 2035.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn xây dựng trên nền tảng lý thuyết thủy địa chất đại cương và nguyên lý động lực học dòng ngầm nhằm xác định các thông số vận động của nước trong môi trường rỗng và nứt nẻ. Đồng thời, nghiên cứu vận dụng lý thuyết Quản lý tổng hợp tài nguyên nước (IWRM) theo tinh thần của Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13 và các văn bản hướng dẫn thi hành như Nghị định 201/2013/NĐ-CP, Nghị định 43/2015/NĐ-CP về lập hành lang bảo vệ nguồn nước.

Mô hình nghiên cứu phân loại địa tầng thủy địa chất khu vực thành 4 đơn vị chứa nước chính:

  1. Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích bở rời Holocen và Pleistocen (qh, qp)
  2. Tầng chứa nước khe nứt - karst trong trầm tích lục nguyên - carbonat hệ Đevon giữa hệ tầng Đại Thị (D2đt) và hệ tầng Mía Lé (D1ml)
  3. Tầng chứa nước khe nứt - karst hệ tầng Pia Phương (D1pp)
  4. Tầng chứa nước khe nứt hệ tầng Tuyên Quang (N2tq) và các thành tạo cổ hơn

Các khái niệm chuyên ngành then chốt được chuẩn hóa bao gồm: mực nước tĩnh, mực nước động, hệ số thấm (K tính bằng m/ngày), hệ số dẫn nước (Km tính bằng m2/ngày), lưu lượng khai thác danh định (Q tính bằng l/s hoặc m3/ngày) và ngưỡng khai thác an toàn chống sụt lún karst.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp chọn mẫu phân tầng kết hợp khảo sát ngẫu nhiên trên toàn địa bàn. Cỡ mẫu khảo sát thực địa bao gồm 8.924 giếng khai thác đơn lẻ của hộ gia đình, 288 giếng khoan công nghiệp của các tổ chức, cùng toàn bộ 11 giếng khoan khai thác tập trung (N1 đến N11) thuộc bãi giếng cấp nước đô thị. Phương pháp chọn mẫu này đảm bảo tính đại diện cao cho cả hai hình thức khai thác phân tán nông thôn và khai thác tập trung quy mô lớn tại các vùng có cấu trúc địa chất phức tạp.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích mẫu nước lý hóa theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 09-MT:2015/BTNMT và phương pháp hút nước thí nghiệm chùm/đơn là nhằm định lượng chính xác các chỉ tiêu ô nhiễm hữu cơ, vi lượng kim loại (Fe, Mn, NH4+, NO3-) và xác định chính xác mối quan hệ giữa lưu lượng khai thác với mức độ hạ thấp mực nước động (S). Quá trình nghiên cứu thu thập chuỗi số liệu quan trắc liên tục từ năm 2016 đến năm 2019 kết hợp điều tra thực địa trong timeline từ tháng 5/2019 đến tháng 5/2020. Nghiên cứu phối hợp chặt chẽ với Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Tuyên Quang cùng phương pháp chuyên gia để đối chiếu dữ liệu quy hoạch tổng thể.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, về quy mô và cơ cấu khai thác, toàn thành phố Tuyên Quang ghi nhận 8.924 giếng khai thác nước dưới đất với tổng lưu lượng khai thác tư nhân ước đạt trên 9.000 m3/ngày đêm, kết hợp cùng hệ thống 11 giếng khoan của Nhà máy nước thành phố đạt sản lượng bình quân từ 15.000 đến 17.500 m3/ngày đêm. Nước dưới đất chiếm tỷ trọng xấp xỉ 95% tổng nguồn cấp nước sạch toàn đô thị, cho thấy mức độ phụ thuộc gần như tuyệt đối vào nguồn tài nguyên ngầm.

Thứ hai, đặc tính địa chất thủy văn thể hiện sự phân hóa rõ nét giữa các tầng chứa nước:

  • Tầng chứa nước bở rời Pleistocen (qp) có chiều dày dao động từ 3 đến 23 m (trung bình 12,25 m), mực nước tĩnh từ 0,6 đến 9,1 m (trung bình 3,1 m), hệ số thấm K dao động 0,17 - 7,27 m/ngày.
  • Tầng chứa nước khe nứt - karst Đevon hệ tầng Đại Thị (D2đt) và Pia Phương (D1pp) có chiều dày từ 30 đến 50 m, lưu lượng lỗ khoan đạt từ 5,88 đến 16 l/s, tỷ lưu lượng q đạt tới 7,51 l/s.m, cho thấy trữ lượng dồi dào nhưng phân bố không đồng đều dọc theo các đứt gãy kiến tạo.

Thứ ba, chất lượng nước ngầm xuất hiện dấu hiệu suy thoái và ô nhiễm cục bộ nghiêm trọng. Kết quả phân tích mẫu nước cho thấy hàm lượng ion Amoni (NH4+) tại một số lỗ khoan lên tới 9,1 mg/l (vượt giới hạn quy chuẩn cho phép), hàm lượng Sắt tổng số (Fe) đạt từ 0 đến 0,99 mg/l, hàm lượng Nitrat (NO3-) dao động 0,07 - 2,16 mg/l. Vi sinh vật ưa khí dao động 15 - 450 con/l và phát hiện khuẩn E.coli từ 0 - 2 con/l tại các giếng đào nông ven sông Lô.

Thứ tư, biến động mực nước theo mùa diễn ra gay gắt. Trong mùa khô (từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau), khi lưu lượng dòng chảy kiệt sông Lô tại trạm Ghềnh Gà chỉ còn 78,9 m3/s, mực nước động tại các giếng khoan N1, N2, N3 hạ thấp từ 1,0 đến 5,0 m so với mùa mưa, làm suy giảm 15 - 25% công suất bơm thực tế và tiệm cận ngưỡng giới hạn khai thác cho phép.

+-------------------------------------------------------------------------+
|     SO SÁNH THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CÁC TẦNG CHỨA NƯỚC CHÍNH TẠI TP TUYÊN QUANG   |
+------------------------------------+------------------+-----------------+
| Thông số thủy địa chất             | Tầng Pleistocen  | Tầng Đevon      |
|                                    | (qp)             | (D2đt - D1pp)   |
+------------------------------------+------------------+-----------------+
| Chiều dày trung bình (m)           | 12,25            | 30,0 - 50,0     |
| Lưu lượng khai thác (l/s)          | 0,006 - 0,237    | 5,88 - 16,00    |
| Mức dao động mực nước mùa khô (m)  | 2,0 - 5,0        | 1,0 - 5,0       |
| Hàm lượng Amoni NH4+ max (mg/l)    | 0,20             | 9,10            |
| Hàm lượng Sắt Fe tổng max (mg/l)   | 0,24             | 0,99            |
+------------------------------------+------------------+-----------------+

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân căn bản dẫn đến sự suy giảm mực nước và ô nhiễm cục bộ là do tốc độ đô thị hóa nhanh (tỷ lệ tăng tự nhiên 1,11%/năm) cùng với việc phát triển các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp tại Khu công nghiệp Long Bình An. Nước thải sinh hoạt và y tế chưa có trạm xử lý tập trung đạt chuẩn xả thẳng ra môi trường đất, thấm qua lớp đất đá bở rời mỏng (3 - 12 m) đi vào tầng chứa nước ngầm.

So sánh với các nghiên cứu tại Thái Bình hay Cần Thơ, hiện tượng suy giảm mực nước ngầm tại thành phố Tuyên Quang chưa dẫn đến sụt lún diện rộng nhưng tiềm ẩn nguy cơ sụt caster ngầm cực kỳ nguy hiểm do địa hình chia cắt mạnh và sự phát triển của các hang hốc đá vôi ở độ sâu 18 - 57 m. Dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa rất hiệu quả thông qua biểu đồ đường thể hiện diễn biến hạ thấp mực nước động qua các năm 2016 - 2019 tại bãi giếng N1 - N11 so với đường giới hạn mực nước động cho phép, đồng thời biểu diễn bằng biểu đồ cột so sánh nồng độ Fe, NH4+, Coliform giữa các mùa mưa - khô.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm bảo vệ và quản lý bền vững tài nguyên nước dưới đất tại thành phố Tuyên Quang, luận văn đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp chiến lược:

  1. Khoanh định vùng cấm và hạn chế khai thác nước dưới đất: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Tuyên Quang cần chủ trì hoàn thiện bản đồ khoanh vùng bảo hộ vệ sinh cho 11 giếng khoan công nghiệp và các dải địa hình karst có nguy cơ sụt lún cao tại xã Thái Long, phường Nông Tiến trước quý IV/2021; giảm tối thiểu 20% lượng giếng khoan tự phát không phép trong khu vực đã có mạng lưới cấp nước đô thị.

  2. Đa dạng hóa nguồn nước và đẩy mạnh khai thác nước mặt: Ủy ban nhân dân thành phố Tuyên Quang phối hợp cùng Công ty Cổ phần Cấp thoát nước Tuyên Quang đẩy nhanh tiến độ dự án khai thác nước mặt sông Lô (công suất giai đoạn đầu 10.000 m3/ngày đêm) và nguồn nước hồ Kỳ Lãm cấp cho Khu công nghiệp Long Bình An, phấn đấu nâng tỷ trọng cấp nước mặt lên 40 - 50% tổng nhu cầu vào năm 2025.

  3. Hiện đại hóa hệ thống quan trắc và số hóa dữ liệu: Lắp đặt thiết bị đo tự động liên tục mực nước động, lưu lượng và chất lượng nước tại 100% các lỗ khoan khai thác tập trung (N1 đến N11) trong giai đoạn 2021 - 2023; tích hợp cơ sở dữ liệu thủy địa chất vào cổng thông tin quản lý đô thị thông minh của tỉnh.

  4. Tăng cường kiểm soát nguồn thải và xử lý vi phạm: Phòng Tài nguyên và Môi trường thành phố Tuyên Quang phối hợp với Ban Quản lý các Khu công nghiệp kiểm tra định kỳ 100% cơ sở xả thải trên 50 m3/ngày đêm; yêu cầu 100% bệnh viện, cụm tiểu thủ công nghiệp hoàn thành hệ thống xử lý nước thải đạt QCVN trước khi xả ra môi trường lưu vực sông Lô từ năm 2022.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Tuyên Quang, Chi cục Thủy lợi và Phòng Tài nguyên - Môi trường cấp huyện sử dụng luận văn làm căn cứ khoa học trực tiếp để xây dựng quy hoạch phân bổ tài nguyên nước, ban hành quy chế cấp phép hành nghề khoan ngầm và lập phương án tính tiền cấp quyền khai thác nước.

  2. Doanh nghiệp cấp thoát nước và hạ tầng đô thị: Công ty Cổ phần Cấp thoát nước Tuyên Quang và các nhà đầu tư hạ tầng khu công nghiệp tham khảo các thông số lưu lượng (5,88 - 16 l/s), hệ số thấm và độ suy giảm mực nước để tối ưu hóa quy trình vận hành bãi giếng N1 - N11, tính toán lịch bảo dưỡng và thiết kế chuyển đổi sang khai thác nước mặt sông Lô.

  3. Chuyên gia tư vấn quy hoạch và địa kỹ thuật công trình: Các kỹ sư địa chất công trình sử dụng tư liệu về chiều dày tầng chứa nước (3 - 50 m) và đới phá hủy kiến tạo để đánh giá rủi ro tai biến sụt lún karst, phục vụ thẩm định nền móng cho các dự án xây dựng giao thông như cầu Tình Húc, các khu dân cư mới An Phú, Đông Sơn.

  4. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Môi trường: Giới học thuật trong các ngành Quản lý Tài nguyên, Kỹ thuật Môi trường, Địa chất Thủy văn sử dụng công trình như một nghiên cứu điển hình (case study) hoàn chỉnh về phương pháp đánh giá định lượng trữ lượng và chất lượng nước ngầm vùng đồi núi trung du Bắc Bộ.

Câu hỏi thường gặp

Nguồn nước dưới đất tại thành phố Tuyên Quang hiện nay có bị ô nhiễm nặng không?

Chất lượng nước dưới đất nhìn chung vẫn nằm trong giới hạn cho phép đối với phần lớn chỉ tiêu khoáng hóa. Tuy nhiên, tình trạng ô nhiễm cục bộ đã xuất hiện ở một số giếng khoan thuộc tầng Đevon (D2đt) với hàm lượng NH4+ đạt tới 9,1 mg/l và hàm lượng sắt đạt 0,99 mg/l. Nước ngầm bắt buộc phải qua hệ thống xử lý lọc khử sắt, mangan và khử trùng trước khi đưa vào mạng lưới sinh hoạt.

Khai thác nước ngầm tại thành phố Tuyên Quang có gây sụt lún đất không?

Nguy cơ sụt lún đất là hoàn toàn có thật, đặc biệt tại các khu vực phát triển cấu trúc hang hốc karst ở độ sâu từ 18 đến 57 m thuộc hệ tầng Pia Phương và Đại Thị. Khi mực nước động trong mùa khô bị hạ thấp sâu từ 1 đến 5 m do bơm hút liên tục, áp lực thủy tĩnh suy giảm dễ dẫn đến hiện tượng sụt lở đất như đã từng ghi nhận tại xã Thái Long.

Tại sao thành phố Tuyên Quang cần chuyển dần sang sử dụng nước mặt sông Lô?

Hiện tại, hơn 90% nước sạch thành phố lấy từ nước ngầm với công suất khai thác trên 15.000 m3/ngày đêm, tiệm cận giới hạn trữ lượng an toàn. Trong khi đó, sông Lô có lưu lượng nước mặt dồi dào, đạt từ 128 m3/s mùa kiệt đến 11.700 m3/s mùa lũ, là nguồn thay thế bền vững giúp giảm tải khai thác nước ngầm và phòng tránh cạn kiệt tầng chứa nước đô thị.

Tầng chứa nước nào có tiềm năng khai thác lớn nhất trên địa bàn thành phố?

Tầng chứa nước khe nứt - karst trong trầm tích Đevon thuộc hệ tầng Pia Phương (D1pp) và Đại Thị (D2đt) có tiềm năng lớn nhất với bề dày từ 30 đến 50 m, tỷ lưu lượng q đạt tới 7,51 l/s.m và lưu lượng lỗ khoan đơn lẻ lên đến 16 l/s. Tuy nhiên, việc khai thác quy mô công nghiệp tại tầng này đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ đới hạ thấp mực nước.

Các hộ dân khoan giếng tự phát có cần phải đăng ký hay xin phép không?

Theo quy định tại Nghị định 201/2013/NĐ-CP và Luật Tài nguyên nước 2012, các hộ gia đình khai thác nước ngầm phục vụ sinh hoạt với lưu lượng dưới 10 m3/ngày đêm không phải xin cấp phép nhưng bắt buộc phải thực hiện kê khai đăng ký nếu nằm trong vùng đã được cơ quan nhà nước công bố danh mục vùng hạn chế khai thác nước dưới đất.

Kết luận

  • Đóng góp then chốt: Luận văn đã hệ thống hóa toàn diện cơ sở dữ liệu thủy địa chất của 4 tầng chứa nước chính và đánh giá chính xác hiện trạng vận hành của 8.924 giếng tư nhân cùng 11 giếng khoan công nghiệp (công suất 17.500 m3/ngày đêm) tại thành phố Tuyên Quang.
  • Cảnh báo khoa học: Nghiên cứu chỉ rõ hiện tượng suy giảm mực nước động từ 1 đến 5 m trong mùa kiệt và tình trạng ô nhiễm Amoni cục bộ lên tới 9,1 mg/l, đặt ra yêu cầu cấp bách về bảo vệ tầng chứa nước ngầm trước nguy cơ ô nhiễm đô thị.
  • Giải pháp chuyển dịch: Đề xuất thành công lộ trình chuyển đổi cơ cấu cấp nước từ 90% nước ngầm sang tích hợp 40 - 50% nguồn nước mặt từ sông Lô và hồ Kỳ Lãm nhằm bảo đảm an ninh tài nguyên nước dài hạn.
  • Lộ trình thực hiện: Thiết lập mốc thời gian cụ thể giai đoạn 2021 - 2025 để hoàn thành khoanh vùng hạn chế khai thác, lắp đặt hệ thống quan trắc tự động tại 11 giếng khoan N1 - N11 và kiểm soát 100% nguồn thải công nghiệp - y tế.
  • Thông điệp hành động: Các cấp chính quyền, doanh nghiệp và cộng đồng dân cư cần chung tay thực thi nghiêm túc Luật Tài nguyên nước, chủ động sử dụng nước tiết kiệm và đẩy mạnh xã hội hóa đầu tư hạ tầng cấp nước mặt vì mục tiêu phát triển bền vững đô thị Tuyên Quang.