Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Bình Phước, thuộc vùng Đông Nam Bộ Việt Nam, có diện tích tự nhiên khoảng 6.876,76 km² với dân số gần 950.000 người tính đến năm 2015. Nguồn nước sinh hoạt và sản xuất chủ yếu dựa vào nước mưa, nước mặt và nước ngầm, trong đó nước ngầm được khai thác qua hàng chục nghìn giếng khoan và giếng đào. Tuy nhiên, hiện trạng khai thác nước ngầm tại Bình Phước đang đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng, đặc biệt là suy thoái năng suất các giếng khoan trong vùng đá cứng nứt nẻ. Sự suy giảm này không chỉ làm giảm lưu lượng khai thác mà còn ảnh hưởng đến chất lượng nước và tăng chi phí vận hành, gây áp lực lớn lên nguồn tài nguyên nước quý giá.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc xác định nguyên nhân chính gây suy thoái các giếng khoan khai thác nước ngầm trong vùng đá cứng nứt nẻ tại huyện Lộc Ninh, tỉnh Bình Phước, đồng thời đề xuất các giải pháp kỹ thuật phục hồi và nâng cao hiệu suất khai thác. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát hiện trạng, phân tích nguyên nhân suy thoái và xây dựng mô hình xử lý phục hồi cho một giếng khoan đại diện trong khu vực. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ và sử dụng bền vững nguồn nước ngầm, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và phát triển kinh tế địa phương.

Theo số liệu thống kê, toàn tỉnh Bình Phước có khoảng 20.177 giếng khoan khai thác nước dưới đất, với tổng lưu lượng khai thác trung bình khoảng 71.297,5 m³/ngày. Mật độ công trình khai thác trung bình là 23,1 công trình/km², tuy nhiên phân bố không đồng đều giữa các huyện. Tình trạng suy thoái giếng khoan phổ biến do nhiều nguyên nhân, từ thiết kế, thi công đến đặc điểm địa tầng và tầng chứa nước. Việc nghiên cứu và áp dụng các giải pháp phục hồi hiệu quả là cấp thiết nhằm đảm bảo nguồn nước sạch và bền vững cho khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về khai thác và phục hồi giếng khoan trong thành hệ đá móng nứt nẻ, bao gồm:

  • Lý thuyết về cấu trúc và đặc điểm tầng chứa nước trong đá cứng nứt nẻ: Giải thích sự khác biệt trong khả năng thấm và lưu trữ nước giữa các thành tạo đá bazan, granit, phiến sét và các tầng chứa nước khe nứt. Khái niệm về hoàn tất giếng dạng thân trần (open-hole completion) được áp dụng phổ biến trong vùng nghiên cứu.

  • Mô hình nguyên nhân suy thoái giếng khoan: Bao gồm các nguyên nhân do thiết kế và thi công không phù hợp, quá trình làm sạch giếng không hoàn chỉnh, sự lấp nghẽn bởi mảng bám hóa học và vi sinh vật, ăn mòn kết cấu giếng, bơm lên cát, và suy giảm trữ lượng tầng chứa nước do khai thác quá mức.

  • Khái niệm và phương pháp phục hồi giếng khoan: Hệ thống các phương pháp thông dụng như súc rửa cơ học, bơm hút tăng cường, và các phương pháp tiên tiến như bổ sung nhân tạo nước dưới đất, xử lý bằng khí CO2 lạnh hóa lỏng, nổ mìn tạo xung lượng, nứt vỉa thủy lực và khoan mở rộng đường kính giếng.

Các khái niệm chính bao gồm: hiệu suất giếng khoan, mảng bám vi sinh vật, mảng bám hóa học, bổ sung nhân tạo nước dưới đất (BSNTNDĐ), và các kỹ thuật xử lý phục hồi giếng khoan.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa điều tra thực địa, phân tích phòng thí nghiệm và mô hình hóa kỹ thuật:

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu hiện trạng khai thác nước ngầm, chất lượng nước, lưu lượng giếng khoan tại huyện Lộc Ninh và tỉnh Bình Phước. Dữ liệu được tham khảo từ đề tài nghiên cứu trước và các báo cáo của ngành tài nguyên nước.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phân tích thống kê mô tả, so sánh lưu lượng khai thác trước và sau xử lý, đánh giá chất lượng nước qua các chỉ tiêu hóa lý. Phân tích nguyên nhân suy thoái dựa trên khảo sát hiện trường, quan sát cấu trúc giếng, và phân tích mẫu nước, mảng bám.

  • Thí nghiệm hiện trường: Thực hiện xử lý phục hồi cho một giếng khoan đại diện bằng các phương pháp súc rửa, bơm ép khí CO2 lạnh, bổ sung nhân tạo nước dưới đất. Đo lưu lượng bơm thử nghiệm và chất lượng nước sau xử lý.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành trong khoảng thời gian từ năm 2016 đến 2018, bao gồm giai đoạn khảo sát hiện trạng, phân tích nguyên nhân, thử nghiệm xử lý và đánh giá kết quả.

Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 539 giếng khoan khai thác nước dưới đất có lưu lượng từ 20-200 m³/ngày đêm tại huyện Lộc Ninh, với tổng lượng nước khai thác khoảng 10.780 m³/ngày đêm. Phương pháp chọn mẫu dựa trên phân bố địa lý và mức độ suy thoái giếng khoan để đảm bảo tính đại diện.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Nguyên nhân suy thoái giếng khoan chủ yếu do thiết kế và thi công không phù hợp: Khoảng 65% giếng khoan bị ảnh hưởng bởi các lỗi thiết kế như vị trí khoan không tối ưu, kết cấu ống chống và ống lọc không phù hợp, dẫn đến giảm lưu lượng khai thác trung bình từ 15-30% so với thiết kế ban đầu.

  2. Quá trình làm sạch giếng không hoàn toàn gây tắc nghẽn mảng bám: 70% giếng khoan khảo sát có dấu hiệu lấp nghẽn do mảng bám vi sinh vật và hóa học, làm giảm lưu lượng khai thác trung bình 20-25%. Các mảng bám này bao gồm canxi cacbonat, sắt, mangan và mảng bám sinh học như vi khuẩn sắt.

  3. Sự ăn mòn và bơm lên cát làm giảm tuổi thọ và hiệu suất giếng: 40% giếng khoan bị ảnh hưởng bởi ăn mòn ống chống và lưới lọc, gây ra hiện tượng bơm lên cát, làm giảm lưu lượng khai thác từ 10-15% và tăng chi phí bảo trì.

  4. Suy giảm trữ lượng tầng chứa nước do khai thác quá mức: Mực nước ngầm tại nhiều giếng khoan giảm trung bình 1,5-2 m trong mùa khô, ảnh hưởng đến khả năng khai thác và gây ra hiện tượng sụt lún nền đất cục bộ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân suy thoái giếng khoan tại Bình Phước chủ yếu xuất phát từ sự kết hợp giữa yếu tố kỹ thuật và đặc điểm địa chất thủy văn. Thiết kế giếng khoan không phù hợp với điều kiện địa tầng đá cứng nứt nẻ làm giảm khả năng khai thác nước hiệu quả. Quá trình làm sạch giếng không triệt để dẫn đến tích tụ mảng bám vi sinh và hóa học, làm tắc nghẽn lưới lọc và giảm lưu lượng nước. Hiện tượng ăn mòn và bơm lên cát làm hư hại thiết bị, tăng chi phí vận hành và giảm tuổi thọ giếng.

So sánh với các nghiên cứu trong khu vực Nam Bộ và quốc tế, kết quả tương đồng với các báo cáo về suy thoái giếng khoan trong tầng đá cứng nứt nẻ, nhấn mạnh vai trò của việc thiết kế và bảo trì giếng đúng kỹ thuật. Việc bổ sung nhân tạo nước dưới đất và áp dụng các phương pháp xử lý tiên tiến như khí CO2 lạnh hóa lỏng, nổ mìn tạo xung lượng đã được chứng minh có hiệu quả trong việc phục hồi lưu lượng và cải thiện chất lượng nước.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh lưu lượng khai thác trước và sau xử lý, bảng thống kê tỷ lệ giếng bị ảnh hưởng bởi từng nguyên nhân, và biểu đồ biến động mực nước ngầm theo mùa. Những kết quả này cung cấp cơ sở khoa học để đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp với điều kiện thực tế của tỉnh Bình Phước.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tổ chức khảo sát, đánh giá hiện trạng và thiết kế lại giếng khoan: Cần thực hiện kiểm tra kỹ thuật toàn diện các giếng khoan hiện có, xác định các lỗi thiết kế và thi công để điều chỉnh hoặc khoan mới phù hợp với đặc điểm địa chất. Mục tiêu nâng cao hiệu suất khai thác ít nhất 20% trong vòng 12 tháng. Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp với các đơn vị tư vấn kỹ thuật.

  2. Áp dụng các phương pháp làm sạch và phục hồi giếng khoan: Triển khai súc rửa giếng bằng bơm hút tăng cường, sử dụng hóa chất tẩy rửa phù hợp với loại mảng bám (axit photphoric, axit clohydric, NaClO) để loại bỏ mảng bám vi sinh và hóa học. Thời gian thực hiện 3-6 tháng cho từng giếng. Chủ thể thực hiện: Các đơn vị thi công khoan giếng chuyên nghiệp.

  3. Bổ sung nhân tạo nước dưới đất (BSNTNDĐ): Xây dựng hệ thống thu gom nước mưa và bổ sung nhân tạo vào tầng chứa nước qua các công trình bồn thấm, hồ ngập lụt, giếng khoan bổ sung. Mục tiêu giảm áp lực khai thác tự nhiên, duy trì mực nước ngầm ổn định trong mùa khô. Thời gian triển khai 1-2 năm. Chủ thể thực hiện: UBND tỉnh, các cơ quan quản lý tài nguyên nước.

  4. Ứng dụng công nghệ xử lý bằng khí CO2 lạnh hóa lỏng: Thử nghiệm và áp dụng phương pháp bơm ép khí CO2 lạnh để phá vỡ mảng bám sinh học và hóa học trong giếng khoan, nâng cao lưu lượng khai thác. Thời gian thử nghiệm 6 tháng, đánh giá hiệu quả trước khi nhân rộng. Chủ thể thực hiện: Các viện nghiên cứu và đơn vị thi công chuyên ngành.

  5. Nâng cao năng lực quản lý và tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng: Tổ chức đào tạo, tập huấn cho cán bộ quản lý và người dân về khai thác nước ngầm bền vững, sử dụng tiết kiệm và bảo vệ nguồn nước. Thời gian liên tục, ưu tiên trong 12 tháng đầu. Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường, các tổ chức xã hội.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý tài nguyên nước và môi trường: Giúp xây dựng chính sách quản lý khai thác nước ngầm hiệu quả, quy hoạch vùng khai thác, và giám sát chất lượng nước.

  2. Các đơn vị thi công khoan giếng và xử lý giếng khoan: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về nguyên nhân suy thoái và các phương pháp phục hồi kỹ thuật, nâng cao chất lượng dịch vụ.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành thủy văn, tài nguyên nước: Là tài liệu tham khảo khoa học về đặc điểm địa chất thủy văn vùng đá cứng nứt nẻ và các giải pháp kỹ thuật phục hồi giếng khoan.

  4. Người dân và doanh nghiệp sử dụng nước ngầm tại Bình Phước: Nâng cao nhận thức về khai thác bền vững, bảo vệ nguồn nước và áp dụng các biện pháp kỹ thuật để duy trì hiệu suất giếng khoan.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nguyên nhân chính nào gây suy thoái giếng khoan tại Bình Phước?
    Suy thoái chủ yếu do thiết kế và thi công giếng không phù hợp, tích tụ mảng bám vi sinh và hóa học, ăn mòn kết cấu và khai thác quá mức làm giảm trữ lượng tầng chứa nước.

  2. Phương pháp nào hiệu quả nhất để phục hồi giếng khoan suy thoái?
    Kết hợp súc rửa giếng bằng bơm hút tăng cường, sử dụng hóa chất tẩy rửa phù hợp và bổ sung nhân tạo nước dưới đất được đánh giá là hiệu quả nhất.

  3. Bổ sung nhân tạo nước dưới đất có lợi ích gì?
    Giúp duy trì mực nước ngầm ổn định, giảm áp lực khai thác tự nhiên, cải thiện chất lượng nước và hạn chế hiện tượng sụt lún mặt đất.

  4. Khí CO2 lạnh hóa lỏng được sử dụng như thế nào trong xử lý giếng?
    Khí CO2 lạnh được bơm ép vào giếng để phá vỡ mảng bám sinh học và hóa học, đồng thời diệt khuẩn cục bộ, giúp tăng lưu lượng khai thác.

  5. Làm thế nào để người dân góp phần bảo vệ nguồn nước ngầm?
    Người dân cần sử dụng nước tiết kiệm, không khai thác quá mức, tham gia các chương trình quản lý và bảo vệ nguồn nước do chính quyền địa phương tổ chức.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã xác định rõ các nguyên nhân chính gây suy thoái giếng khoan trong vùng đá cứng nứt nẻ tại huyện Lộc Ninh, tỉnh Bình Phước, bao gồm thiết kế, thi công, mảng bám và khai thác quá mức.
  • Các phương pháp phục hồi hiệu quả như súc rửa giếng, bổ sung nhân tạo nước dưới đất và xử lý bằng khí CO2 lạnh hóa lỏng đã được đề xuất và thử nghiệm thành công.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để nâng cao hiệu suất khai thác nước ngầm, góp phần bảo vệ nguồn tài nguyên nước bền vững.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý cần được triển khai đồng bộ trong vòng 1-2 năm tới nhằm cải thiện tình trạng suy thoái giếng khoan.
  • Kêu gọi các cơ quan quản lý, đơn vị thi công và cộng đồng cùng phối hợp thực hiện các biện pháp bảo vệ và phục hồi nguồn nước ngầm, đảm bảo phát triển kinh tế xã hội bền vững.

Luận văn này là tài liệu tham khảo quan trọng cho các nhà quản lý, kỹ sư, nhà nghiên cứu và cộng đồng trong việc khai thác và bảo vệ nguồn nước ngầm tại vùng đá cứng nứt nẻ, góp phần phát triển bền vững tài nguyên nước tại tỉnh Bình Phước và khu vực Nam Bộ.