Luận văn thạc sĩ về tài nguyên nước ngầm tại Hà Nội

Luận văn thạc sĩ đánh giá hiện trạng tài nguyên nước ngầm khu vực nội đô thành phố Hà Nội. Nghiên cứu chi tiết về tình hình khai thác, sử dụng và bảo vệ tài

• Tác giả: Lương Thị Phương Thảo
• Người hướng dẫn: GS. Nguyễn Xuân Cự
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Đánh giá hiện trạng tài nguyên nước ngầm khu vực nội đô thành phố Hà Nội
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan đánh giá tài nguyên nước ngầm Hà Nội

Tài nguyên nước ngầm là nguồn nước tích tụ trong các tầng chứa nước dưới mặt đất. Hà Nội là thành phố có mật độ dân số cao. Nhu cầu khai thác nước ngầm phục vụ sinh hoạt và sản xuất ngày càng tăng. Tình hình khai thác nước ngầm tại Hà Nội đang đối mặt nhiều thách thức. Mức khai thác vượt quá khả năng tái tạo tự nhiên. Ô nhiễm nước ngầm do nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra. Bãi chôn lấp chất thải là nguồn ô nhiễm lớn. Các khu nghĩa trang cũng góp phần làm suy thoái chất lượng nước. Nước thải sinh hoạt và công nghiệp là tác nhân chính. Ô nhiễm môi trường đất ảnh hưởng trực tiếp đến nước ngầm. Đánh giá hiện trạng tài nguyên nước ngầm là nhiệm vụ cấp bách. Kết quả đánh giá giúp xây dựng chiến lược quản lý hiệu quả. Bảo vệ tài nguyên nước ngầm đảm bảo phát triển bền vững.

1.1. Khái niệm và vai trò của nước ngầm

Nước ngầm là phần nước thấm qua lớp đất đá và tích tụ trong các tầng chứa nước. Loại nước này tồn tại trong các khe hở, khe nứt của địa tầng. Nước ngầm đóng vai trò quan trọng trong cung cấp nước sinh hoạt. Tại Hà Nội, nước ngầm là nguồn cấp nước chính cho hàng triệu người. Chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào điều kiện địa chất và hoạt động con người. Nguồn nước này có khả năng tự lọc qua các lớp đất đá. Tuy nhiên, quá trình ô nhiễm nghiêm trọng có thể vượt khả năng tự làm sạch.

1.2. Tình hình khai thác nước ngầm tại Việt Nam

Việt Nam có tiềm năng nước ngầm phong phú phân bố khắp cả nước. Hà Nội là một trong những đô thị có mức khai thác nước ngầm lớn nhất. Tổng lượng nước ngầm khai thác hàng năm đạt hàng triệu mét khối. Mật độ giếng khoan tại nội đô Hà Nội rất cao. Nhiều khu vực đã xuất hiện tình trạng sụt lún do khai thác quá mức. Chất lượng nước ngầm có xu hướng giảm dần qua các năm. Các chỉ tiêu ô nhiễm như amoni, sắt, mangan thường xuyên vượt ngưỡng cho phép.

II. Phân tích các vấn đề ô nhiễm nước ngầm nội đô

Ô nhiễm nước ngầm nội đô Hà Nội xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau. Bãi chôn lấp chất thải là nguồn ô nhiễm nghiêm trọng nhất. Nước rỉ rác thấm xuống đất chứa nhiều chất độc hại. Các khu nghĩa trang cũng góp phần gây ô nhiễm nước ngầm. Xác người phân hủy tạo ra các chất ô nhiễm hữu cơ. Nước thải sinh hoạt từ khu dân cư là nguồn ô nhiễm lớn. Hệ thống cống thoát nước cũ kỹ không đảm bảo kỹ thuật. Nước thải công nghiệp từ các khu sản xuất gây ô nhiễm nặng. Các sông nội đô như Tô Lịch, Kim Ngưu bị ô nhiễm nghiêm trọng. Nước mặt ô nhiễm thấm xuống làm suy thoái nước ngầm. BOD5, COD và coliform vượt ngưỡng cho phép nhiều lần. Hàm lượng amoni trong nước ngầm tăng cao đáng báo động. Tình trạng ô nhiễm diễn ra trên diện rộng và phức tạp.

2.1. Nguồn gây ô nhiễm nước ngầm chính

Bãi chôn lấp chất thải là nguồn ô nhiễm hàng đầu đối với nước ngầm. Nước rỉ rác chứa kim loại nặng và chất hữu cơ độc hại. Các khu nghĩa trang phân bố rải rác trong nội đô gây ô nhiễm cục bộ. Nước thải sinh hoạt từ hàng triệu hộ dân thấm xuống đất. Hệ thống thoát nước xuống cấp khiến nước thải rò rỉ liên tục. Nước thải công nghiệp chứa hóa chất độc hại ảnh hưởng nghiêm trọng. Hoạt động sản xuất nhỏ lẻ len lỏi trong khu dân cư khó kiểm soát.

2.2. Hiện trạng chất lượng nước ngầm khu vực nội đô

Kết quả khảo sát năm 2019 cho thấy chất lượng nước ngầm nội đô kém. Nhiều mẫu nước vượt ngưỡng các chỉ tiêu hóa lý cơ bản. Hàm lượng BOD5 dao động từ 57 đến 83 mg/l, vượt 2-3 lần quy chuẩn. COD tại hạ lưu sông Kim Ngưu đạt 169 mg/l, vượt gần 3 lần. Hàm lượng amoni trong nước ngầm đạt mức 32-44 mg/l. Lượng oxy hòa tan DO rất thấp, chỉ 1,12-1,49 mg/l. Nước ngầm luôn trong tình trạng yếm khí, thiếu oxy trầm trọng.

III. Các giải pháp bảo vệ tài nguyên nước ngầm Hà Nội

Bảo vệ tài nguyên nước ngầm Hà Nội đòi hỏi nhiều giải pháp đồng bộ. Quản lý khai thác nước ngầm cần được siết chặt hơn nữa. Hạn chế cấp phép khoan giếng mới tại khu vực nội đô. Xây dựng mạng lưới quan trắc nước ngầm toàn diện và liên tục. Đầu tư nâng cấp hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt hiện đại. Kiểm soát nghiêm ngặt nước thải công nghiệp trước khi xả ra môi trường. Nâng cao ý thức cộng đồng về bảo vệ nguồn nước ngầm. Khuyến khích sử dụng nguồn nước mặt thay thế nước ngầm. Áp dụng công nghệ mới trong xử lý ô nhiễm nước ngầm. Xây dựng quy hoạch tổng thể về tài nguyên nước thành phố. Tăng cường hợp tác quốc tế trong lĩnh vực quản lý nước ngầm. Đào tạo nguồn nhân lực chuyên ngành tài nguyên nước. Đưa ra các chế tài xử phạt nghiêm minh cho hành vi gây ô nhiễm.

3.1. Giải pháp quản lý và quy hoạch

Xây dựng bản đồ phân vùng bảo vệ nguồn nước ngầm toàn thành phố. Thiết lập vùng bảo hộ vệ sinh xung quanh các giếng khai thác lớn. Lập quy hoạch tổng thể mạng lưới cấp nước đảm bảo công bằng. Giới hạn tổng lượng nước ngầm được phép khai thác hàng năm. Chuyển đổi dần nguồn cấp từ nước ngầm sang nước mặt. Áp dụng hệ thống giá nước hợp lý khuyến khích tiết kiệm. Tăng cường thanh tra, kiểm tra các cơ sở khai thác nước ngầm.

3.2. Giải pháp kỹ thuật và công nghệ

Ứng dụng công nghệ xử lý nước thải tiên tiến như MBR, SBR. Xây dựng hệ thống thu gom và xử lý nước rỉ rác đạt chuẩn. Sử dụng phương pháp xử lý in-situ cho vùng ô nhiễm nước ngầm. Áp dụng công nghệ GIS trong quản lý và giám sát tài nguyên nước. Đầu tư hệ thống quan trắc tự động chất lượng nước ngầm. Phát triển công nghệ khử mặn cho vùng nước ngầm bị nhiễm mặn. Nghiên cứu khả năng bổ sung nhân tạo nước ngầm.

IV. Kết luận và ứng dụng đánh giá nước ngầm Hà Nội

Đánh giá tài nguyên nước ngầm nội đô Hà Nội cho thấy nhiều vấn đề cấp bách. Chất lượng nước ngầm đang bị suy thoái nghiêm trọng trên diện rộng. Mức độ ô nhiễm tăng cao tại nhiều khu vực nội thành. Các tầng chứa nước Holocen và Pleistocen chịu ảnh hưởng lớn. Nguyên nhân chính do hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người. Nước thải chưa được xử lý là tác nhân gây ô nhiễm hàng đầu. Tình hình khai thác vượt mức làm giảm mực nước ngầm. Cần có giải pháp tổng thể để bảo vệ tài nguyên nước ngầm. Quản lý hiệu quả giúp đảm bảo nguồn nước sạch lâu dài. Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào quy hoạch phát triển đô thị. Xây dựng cơ sở dữ liệu tài nguyên nước phục vụ quản lý. Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế vận động nước ngầm trong đất. Đánh giá định kỳ để theo dõi diễn biến chất lượng nước.

4.1. Ứng dụng trong quản lý tài nguyên nước

Kết quả đánh giá được ứng dụng trong quy hoạch cấp nước đô thị. Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ hệ thống thông tin tài nguyên nước. Dự báo xu hướng biến đổi chất lượng nước ngầm theo thời gian. Hỗ trợ ra quyết định về cấp phép khai thác nước ngầm mới. Đánh giá khả năng cung cấp nước cho từng khu vực quận huyện. Làm cơ sở khoa học cho chính sách bảo vệ nguồn nước. Ứng dụng trong đào tạo và nâng cao năng lực quản lý.

4.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế vận động nước ngầm trong các tầng chứa. Đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước ngầm. Xây dựng mô hình dự báo chất lượng nước ngầm chính xác hơn. Nghiên cứu khả năng bổ sung nhân tạo nước ngầm tại Hà Nội. Đánh giá hiệu quả các giải pháp xử lý ô nhiễm nước ngầm. So sánh chất lượng nước ngầm giữa các giai đoạn thời gian khác nhau.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Thành phố Hà Nội là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hoá xã hội của cả nước, là một trong các khu vực nằm ở trung tâm đồng bằng sông Hồng và vùng kinh tế trọng điểm đồng bằng Bắc Bộ. Ở đây tập trung số lượng lớn dân số có mật độ dân cư cao nhất cả nước. Các ngành kinh tế công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ phát triển mạnh có nhu cầu về nước cho ăn uống sinh hoạt và sản xuất rất lớn. Tuy nhiên, quá trình đô thị hoá trên địa bàn thành phố Hà Nội đang phát triển mạnh đã làm biến đổi mạnh mẽ các điều kiện môi trường nói chung và tài nguyên nước ngầm nói riêng.

Tình trạng suy giảm nguồn nước ngầm (ô nhiễm, cạn kiệt) đã diễn ra tại một số nơi, gây ảnh hưởng tới cuộc sống của người dân và các ngành kinh tế trên địa bàn thành phố. Ở vùng trung tâm nội thành do ảnh hưởng bởi việc khai thác nước mạnh mẽ hàng chục năm nay cộng với việc bố trí các giếng khai thác nước chưa hợp lý, xa nguồn bổ cập đã dẫn đến hình thành phễu hạ thấp mực nước với diện tích lớn hàng trăm kilomet vuông, góp phần thúc đẩy các tác động tiêu cực đến môi trường như cạn kiệt tài nguyên nước, gia tăng quá trình ô nhiễm nguồn nước ngầm, sụt lún mặt đất. Khu vực nội thành Hà Nội với mật độ dân số lớn khoảng 12.000 người/km2, vì vậy lượng nước cấp cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất là rất lớn. Hiện nay, nước cung cấp cho Hà Nội gồm khoảng 800.000m3/ngày, nước được khai thác từ nước ngầm tại các nhà máy lớn (không kể khai thác đơn lẻ, khai thác khu vực nông thôn) và khoảng 300.000m3/ngày lấy từ nước mặt.

Nguồn nước ngầm của thành phố Hà Nội đang ngày càng bị suy giảm cả về lượng và chất. Sự suy thoái về lượng biểu hiện rõ nhất ở sự suy giảm công suất khai thác ở các bãi giếng khu vực nội thành thành phố và sự giảm mực nước ngầm theo thời gian, sự mở rộng phễu hạ thấp mực nước ngầm. Nước ngầm ở vùng Hà Nội biểu hiện ở sự nhiễm bẩn của một số yếu tố ở một số khu vực. Biểu hiện rõ nhất là nhiễm bẩn các hợp chất nito, cụ thể là amoni ở khu vực phía nam thành phố, nơi có các bãi giếng Hạ Đình, Pháp Vân.

Nguyên nhân dẫn đến tình trạng này là do sự phát triển đô thị hóa, nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng, việc quản lý khai thác nước ngầm còn chưa được chặt chẽ. Từ những vấn đề nêu trên cho thấy cần phải có nghiên cứu về suy thoái tài nguyên nước ngầm đầy đủ, để sử dụng hợp lý và bền vững 1 tài nguyên nước ngầm. Đề tài “Đánh giá hiện trạng tài nguyên nước ngầm khu vực nội đô thành phố Hà Nội” được đặt ra với mục tiêu nhằm đánh giá hiện trạng chất lượng nước, thực trạng khai thác và mức độ suy thoái nước ngầm khu vực nội đô thành phố Hà Nội. Trên cơ sở đó đề xuất một số giải pháp để quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên nước ngầm khu vực nội đô thành phố Hà Nội.

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan tình hình khai thác, sử dụng và suy thoái tài nguyên nước ngầm trên thế giới và Việt Nam 1. Khái niệm nước ngầm Nước dưới đất là nước chứa trong các tầng nước dưới đất [12]. Nước ngầm là một dạng nước dưới đất, tích trữ trong các lớp đất đá trầm tích bở rời như cặn, sạn, cát, bột kết, trong các khe nứt, hang caxtơ dưới bề mặt trái đất, có thể khai thác cho các hoạt động sống của con người.

Theo độ sâu phân bố, có thể chia nước ngầm thành nước ngầm tầng mặt và nước ngầm tầng sâu. Đặc điểm chung của nước ngầm là khả năng di chuyển nhanh trong các lớp đất xốp, tạo thành dòng chảy ngầm theo địa hình. Nước ngầm tầng mặt thường không có lớp ngăn cách với địa hình bề mặt. Do vậy, thành phần và mực nước biến đổi nhiều , phụ thuộc vào trạng thái của nước mặt.

Loại nước ngầm tầng mặt rất dễ bị ô nhiễm. Nước ngầm tầng sâu thường nằm trong lớp đất đá xốp được ngăn cách bên trên và phía dưới bởi các lớp không thấm nước. theo không gian phân bố, một lớp nước ngầm tầng sâu thường có 3 vùng chức năng : vùng thu nhận nước, vùng chuyển tải nước, vùng khai thác nước có áp. Phần lớn nước ngầm 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 ngầm. Nguồn gốc khí quyển: do nước mưa, nước mặt trong sông hồ, đầm lầy,. ngấm xuống các tầng đất đá bên dưới khi những tầng này có đới độ rỗng cao. Phần lớn nước ngầm 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.

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 [24]. 3 Tầng chứa nước là thành tạo địa chất đất đá có tính thấm đủ để nước có thể chứa và vận động trong chúng và có thể khai thác được một lượng nước có ý nghĩa kinh tế từ các nguồn lộ, hoặc từ các công trình nhân tạo như giếng, lỗ khoan. Các thành tạo địa chất rất nghèo nước là các thành tạo địa chất có tính hấp phụ và khả năng thấm nước rất nhỏ, không đủ để tạo ra một lượng nước có ý nghĩa kinh tế khai thác từ các nguồn lộ tự nhiên hoặc từ các công trình nhân tạo như giếng, lỗ khoan.

Trong phân loại chúng thường được xếp vào nhóm các tầng không chứa nước. Các thành tạo địa chất không chứa nước là các thành tạo địa chất không có khả năng hấp phụ hay thấm nước. Đất đá có hệ số thấm nhỏ hơn 10-9 m/s. Trong mặt cắt địa tầng, các thành tạo này đóng vai trò của một tầng cách nước.

Các tầng chứa nước lỗ hổng là các tầng chứa nước mà nước được chứa và vận động trong lỗ hổng giữa các hạt đất đá. Các tầng chứa nước khe nứt là các tầng chứa nước mà nước được chứa và vận động trong các khe nứt, kẽ hổng hoặc hang động karst. Căn cứ vào khả năng chứa nước các thành tạo địa chất được chia thành hai dạng chủ yếu: các tầng chứa nước và các tầng không chứa nước. Phân chia mức độ giàu nước cụ thể trong bảng 1.

Phân chia mức độ giàu nước của các tầng chứa nước Lưu lượng điểm Mức độ giàu nước Tỷ lưu lượng (l/m.s) lộ (l/s) Rất giàu q>3 Q>5 Giàu 1<q≤3 0,5 < Q ≤ 5 Trung bình 0,2 < q ≤ 1 0,1 < Q ≤ 0,5 Nghèo 0,05 < q ≤ 0,2 Q ≤ 0,1 1. Tình hình khai thác, sử dụng và suy thoái tài nguyên nước ngầm trên thế giới Tổng lượng nước có trên trái đất có khoảng 1.357,5 triệu km3 nước [42], hiện trạng nước toàn cậu được thể hiện trong hình 1.1, trong đó chỉ có 3% là nước ngọt, phần còn lại 97% là nước mặn trong các đại dương. Trong số 3% tổng nước ngọt trên trái đất thì có tới 77% tồn tại ở dạng đóng băng vĩnh cửu (các khối băng vùng bắc cực, nam 4 cực), còn lại chỉ 1% nước chứa trong sông, hồ trên khắp các châu lục và 11% nước dưới đất ở độ sâu từ 800m trở lại có thể khai thác sử dụng được, còn 11% nước dưới đất ở độ sâu dưới 800m không thể khai thác sử dụng trong điều kiện kỹ thuật hiện nay. Hiện trạng nước toàn cầu [42] Những nước khai thác với lượng nước lớn nhất lần lượt là Ấn Độ, Mỹ, Trung Quốc, Pakistan và Iran.

Hàng năm, ở Mỹ khai thác sử dụng 569,45 tỷ m3, trong đó nước ngầm chiếm 1/4. Khai thác nước ngầm mạnh mẽ nhất diễn ra ở các bang California, Texas và Nebraska. Nhìn chung trên thế giới sự khai thác và sử dụng tài nguyên nước ngày càng gia tăng nhanh chóng trong khi nguồn tài nguyên nước là có hạn. Hệ quả đã làm suy giảm và gia tăng cạn kiệt nguồn tài nguyên nước.

Bản đồ thể hiện sự bền vững khi khai thác nước dưới đất trong hình 1. Bản đồ do các nhà địa chất thủy văn Hà Lan thành lập năm 2006 đã đưa ra chỉ số có giá trị < 20% cho biết lãnh thổ đó còn dư dật nước dưới đất và có thể khai thác bền vững. Những nước có chỉ số 100% và lớn hơn nằm ở Trung Đông và Bắc Phi, nơi đó nước dưới đất đang bị cạn kiệt dần. Những nước có chỉ số từ 20% đến 100% là những nước mà ở đấy việc khai thác nước dưới đất chỉ có thể bền vững nếu kiểm soát chặt chẽ việc khai thác nước và có kế hoạch bổ sung nhân tạo nước dưới đất.

Việt Nam nằm trong những nước có chỉ số trung bình. Bản đồ thể hiện sự bền vững khi khai thác nước dưới đất Tuy nhiên, những khu vực có tài nguyên nước dưới đất ổn định trên thế giới đang từng ngày thu nhỏ lại. Có 3 vấn đề chính ảnh hưởng đến việc sử dụng nước dưới đất: cạn kiệt do sử dụng quá mức, do quy hoạch khai thác không đúng và do bị ngập úng, bị nhiễm mặn do việc khai thác nước chưa hợp lý và việc sử dụng liên tục không có hiệu quả, và bị ô nhiễm do các hoạt động nông nghiệp, công nghiệp và các hoạt động khác của con người gây ra. Ở tỉnh Hà Nam, tỉnh rộng nhất miền Bắc Trung Quốc với diện tích 2 triệu ha, đã khai thác nước từ các giếng đào để tưới một diện tích chiếm tới 52% diện tích đất canh tác.

Dữ liệu kiểm tra mực nước trên 358 giếng trong khu vực 75.000 km2 cho thấy mực nước đã giảm xuống khoảng 0,75 m đến 3,68 m trong thời gian từ năm 1975 đến năm 1987. Ở quận Trường Châu của tỉnh Hà Bắc, nơi có 76.800 giếng cung cấp nước tưới tiêu cho 0,29 triệu ha - tương ứng với 37% diện tích đất canh tác - diện tích này bị bao phủ bởi nước mặn và tỉ lệ nước mặn tăng 9,1 % trong giai đoạn từ năm 1980-1990.