Nghiên cứu cơ sở khoa học và công nghệ bổ sung nhân tạo nước dưới đất nhằm đảm bảo khai thác bền vững tài nguyên nước tại việt nam

Kết quả nghiên cứu mô hình thử nghiệm MAR tại vùng cát huyện Bắc Binh cho phép khẳng định: mô hình thử nghiệm MAR tại Bắc Bình là ví dụ đầu tiên ở Việt Nam đã áp dụng tất cả các phương p

Viện khoa học và công nghệ việt nam

Viện vật lý địa cầu

Báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nước

Nghiên cứu cơ sở khoa học và công nghệ

bổ sung nhân tạo nước dưới đất

Danh sách các chuyên gia thực hiện đề tài

GS.TSKH Nguyễn Thị Kim Thoa

(Chủ nhiệm đề tài)

Viện Vật lý Địa cầu

TS Phan Thị Kim Văn

(Thư ký đề tài)

Viện Địa chất PGS TS Nguyễn Văn Giảng Viện Vật lý Địa cầu

ThS Bùi Trần Vượng Liên đoàn Địa chất thủy văn -Địa chất công

trình Miền Nam

KS Phạm Văn Hoà Viện Vật lý Địa cầu

GS.TS.Bono University La Sapienza Rome, Italy

GS.TSKH Bùi Học Trường Đại học Mỏ- Địa chất

TS Nguyễn Văn Đản Liên đoàn Địa chất thủy văn -Địa chất công

trình Miền Bắc PGS.TS Nguyễn Văn Hoàng Viện Địa chất

PGS TS Đoàn Văn Cánh Trường Đại học Mỏ- Địa chất

TS Lê Huy Minh Viện Vật lý địa cầu

TS Lưu Thị Phương Lan Viện Vật lý địa cầu

PGS TS Hà Duyên Châu Viện Vật lý địa cầu

KS Vũ Ngọc Trân Liên đoàn Địa chất thủy văn & Địa chất công

trình Miền Trung

KS Phan Thanh Sáng Đoàn Địa chất thủy văn -Địa chất công trình

705, Phan Thiết

TS F Gherardi CNR- Research Area of Pisa, Italy

GS.TS G.M Zuppi University Ca Foscari Venezia, Italy

BÀI TÓM TẮT

Đề tài độc lập cấp nhà nước “Nghiên cứu cơ sở khoa học và công nghệ bổ sung nhân tạo nước dưới đất nhằm bảo đảm khai thác bền vững tài nguyên nước tại Việt Nam”, mã số ĐTĐL-2004/07 đã được thực hiện ở trình độ quốc tế Ban chủ nhiệm đề tài đã hoàn thành xuất sắc mọi hạng mục của đề tài theo Hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 07/2004/HĐ-ĐTĐL ký ngày 6 tháng 1 năm 2004 Nguyên nhân thành công của đề tài được xác định là do ngay từ khi bắt đầu triển khai

đề tài Ban chủ nhiệm đề tài đã lựa chọn đúng phương thức để triển khai, đó là: xác định hợp tác quốc tế là yếu tố quyết định thành công của đề tài, tập hợp các chuyên gia

đa ngành của Việt Nam, xây dựng quan hệ tốt với địa phương nơi triển khai, sử dụng phương tiện làm việc qua Intermet và có những điều chỉnh cần thiết trong khi triển khai đề tài

Kết quả nghiên cứu cơ sở khoa học và công nghệ bổ sung nhân tạo nước dưới đất cho phép kiến nghị chuyển đổi kịp thời tên gọi từ BSNTNDĐ sang quản lý bổ sung tầng chứa nước (MAR), phù hợp với khuyến nghị của UNESCO & Hội Địa chất thuỷ văn quốc tế; đồng thời tiếp cận những kiến thức mới về công nghệ quản lý bổ sung tầng chứa nước (MAR)

Kết quả nghiên cứu mô hình thử nghiệm MAR tại vùng cát huyện Bắc Binh cho phép khẳng định: mô hình thử nghiệm MAR tại Bắc Bình là ví dụ đầu tiên ở Việt Nam

đã áp dụng tất cả các phương pháp nghiên cứu hiện đại có thể tại Việt Nam và trên thế giới để hiểu rõ cấu trúc địa chất thủy văn của vùng khảo sát, chất lượng nước được bổ sung, đánh giá nguồn nước, theo dõi sự thay đổi của nguồn nước, chất lượng nước; đã cung cấp những số liệu đo đạc đầu tiên của thí nghiệm bơm tại Bàu Nổi về hệ số dẫn nước và lưu lượng nước cho tầng chứa nước bổ sung, cung cấp những thông tin có giá trị về chất lượng nước dưới đất, thu được những kinh nghiệm hữu ích khi áp dụng các phương pháp địa vật lý trong nghiên cứu nước dưới đất, về nghiên cứu đồng vị phóng

xạ, xây dựng mô hình dòng chảy nước dưới đất; cho phép đề xuất 7 dự án quản lý bổ sung tầng chứa nước cho khu vực cồn cát và 2 trong số 7 dự án đã được triển khai tại địa phương; cung cấp cơ sở số liệu gốc phục vụ các chuẩn mực trong nghiên cứu tương lai tại khu vực cồn cát ven biển miền Trung Việc triển khai khai thác nước tại Bàu Nổi và cung cấp cho cư dân xã Hồng Phong là một minh chứng rõ rệt về tính hiệu quả của việc đưa kết quả nghiên cứu vào sản xuất và phục vụ nhu cầu bức thiết của cư dân vùng khảo sát

Giải pháp quản lý bổ sung tầng chứa nước (MAR) cho vùng ven sông Hồng, khu vực Hà Nội được xây dựng trên cơ sở các điều kiện tự nhiên thuận lợi : sẵn có nguồn nước mặt tự nhiên lớn từ sông Hồng; có tồn tại các của sổ địa chất thuỷ văn, tầng chứa nước khai thác có chiều dày lớn, hệ số thấm cao Kiểu quan hệ thuỷ lực giữa nước

dưới đất và nước sông phù hợp thuận tiện cho việc xây dựng các công trình khai thác thấm lọc đơn giản với công suất lớn, vừa đáp ứng yêu cầu cung cấp nước của thành phố vừa đảm bảo quản lý bổ sung tầng chứa nước một cách hữu hiệu

Đã xây dựng được luận cứ khoa học và hướng dẫn qui trình triển khai các đề án MAR Đã tổ chức thành công 3 khoá đào tạo chuyên sâu tại Hà Nội và Tp Hồ Chí Minh, cung cấp kiến thức về MAR cho 93 học viên, đào tạo được các thành viên của

đề tài và nghiên cứu sinh đạt trình độ cao Đã truyền đạt kiến thức chuyên sâu đến các đồng nghiệp và công chúng, đến các bộ ngành và địa phương Đề tài ĐTĐL-2004/07

đã đặt nền móng cho những nghiên cứu tiếp theo tại Việt Nam như MAR tại đảo Phú Quý, Bình Thuận hoặc MAR tại Tp Hồ Chí Minh để chống ngập và chống lún

Chương I NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

BỔ SUNG NHÂN TẠO NƯỚC DƯỚI ĐẤT

I 1 Lựa chọn phương thức triển khai đề tài

I 2 Cơ sơ khoa học và công nghệ bổ sung nhân tạo nước dưới đất

I 3 Các yếu tố môi trường tự nhiên ảnh hưởng đến hiệu quả bổ sung

nhân tạo nước dưới đất

I.4 Các yếu tố kinh tế - xã hội ảnh hưởng đến hiệu quả bổ sung nhân tạo

nước dưới đất

I 5 Tổng quan về bổ sung nhân tạo nước dưới đất trên thế giới

I 6 Quản lý bổ sung tầng chứa nước (MAR)

I 7 Áp dụng quản lý bổ sung tầng chứa nước (MAR) tại Việt Nam

Chương II CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT VÀ NGHIÊN CỨU

ĐƯỢC ÁP DỤNG TRONG ĐỀ TÀI

II 1 Các phương pháp khảo sát địa chất thủy văn

II 2 Các phương pháp địa vật lý

II 3 Phương pháp khoan & thí nghiệm bơm khảo sát tầng chứa

II 4 Các phương pháp quan trắc chất lượng nước

II 5 Phương pháp địa chất thuỷ văn đồng vị

II 6 Phương pháp quan trắc động thái nước dưới đất bằng CTD

II 7 Phương pháp mô hình dòng chảy nước dưới đất

Chương III MÔ HÌNH QUẢN LÝ BỔ SUNG TẦNG CHỨA NƯỚC

(MAR) TẠI BẮC BÌNH, BÌNH THUẬN

III 1 Đặc điểm địa chất thuỷ văn của khu vực nghiên cứu

III.2 Khảo sát địa vật lý để hiểu rõ đặc điểm địa chất thuỷ văn vùng cát

huyện Bắc Bình

III 3 Khoan thăm dò, quan trắc và khai thác nước tại Bắc Bình

III 4 Nghiên cứu nguồn nước trong quản lý bổ sung tầng chứa nước tại

Bắc Bình

III 5 Nghiên cứu nguồn gốc và tuổi của nước dưới đất tại Bắc Bình

bằng phương pháp địa chất thuỷ văn đồng vị

III 6 Xây dựng mô hình dòng chảy nước dưới đất vùng Bắc Bình

III 7.Các dự án quản lý bổ sung tầng chứa nước (MAR) tại khu vực cồn

cát huyện Bắc Bình để cung cấp nước

90

91 118

146156173184199

Chương IV XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỬ NGHIỆM QUẢN LÝ

BỔ SUNG TẦNG CHỨA NƯỚC TẠI BÀU NỔI

IV 1 Chuẩn bị khu vực thử nghiệm & xây dựng Trạm quan trắc

IV 2 Quan trắc động thái nước dưới đất tại Bắc Bình

IV 3 Bơm thí nghiệm khảo sát tầng chứa tại Bàu Nổi

IV 4 Xác định tốc độ dịch chuyển của nước dưới đất bằng kỹ thuật hạt

nhân đánh dấu

IV 5 Quan trắc chất lượng nước tại Bàu Nổi trong quá trình bơm thử

nghiệm

IV 6 Khai thác nước tại Bàu Nổi

IV 7 Đánh gía đề án quản lý bổ sung tầng chứa nước tại Bắc Bình, Bình

Thuận

206

208217228238250

270272

Chương V GIẢI PHÁP QUẢN LÝ BỔ SUNG TẦNG CHỨA

NƯỚC TẠI VEN SÔNG HỒNG, KHU VỰC HÀ NỘI

V 1 Điều kiện tự nhiên & địa chất thuỷ văn ven Sông Hồng khu vực Hà

Nội

V 2 Kết quả khảo sát địa vật lý ven Sông Hồng khu vực Hà Nội

V 3 Quan hệ thuỷ lực và đặc điểm thấm lọc vùng ven sông Hồng khu

vực Hà Nội

V 4 Tình trạng ô nhiễm của sông Hồng

V 5 Khả năng xây dựng các công trình khai thác thấm lọc ven Sông

Hồng

280281

309322

335352

Chương VI LUẬN CỨ KHOA HỌC VỀ QUẢN LÝ BỔ SUNG

TẦNG CHỨA NƯỚC & ĐÀO TẠO PHỔ BIẾN KIẾN THỨC

VI 1 Luận cứ khoa học về quản lý bổ sung tầng chứa nước

VI 2 Hướng dẫn về Quản lý bổ sung tầng chứa nước

VI 3 Các khoá đào tạo chuyên sâu về quản lý bổ sung tầng chứa nước

VI 4 Đào tạo thành viên đề tài và nghiên cứu sinh

VI 5 Phổ biến kiến thức về quản lý bổ sung tầng chứa nước

359

359363366376381

Các chữ viết tắt, ký hiệu, đơn vị đo

Hội Địa chất thủy văn quốc tế IAHS

Bổ sung nhân tạo nước dưới đất BSNTNDĐ

Bổ sung nhân tạo BSNT Quản lý bổ sung tầng chứa nước MAR (Management of Aquifer

Recharge) Nước dưới đất NDĐ

Độ lệch của mẫu nước nghiên cứu so với nồng độ

Phần mềm để xây dựng mô hình dòng chảy NDĐ Visual MODFLOW

Máy đo mực nước và chất lượng nước tự động CTD

Phần mềm LoggerDataManager để xử lý số liệu

CTD

LDM

MỞ ĐẦU

Năm 2003 được Liên hợp quốc lấy tên là “Năm quốc tế về nước” do nhu cầu về nước sạch đã trở nên vô cùng bức thiết trên toàn cầu Ngày Nước thế giới năm 2007 Liên Hiệp Quốc lại tiếp tục nêu chủ đề “Đối phó với tình trạng thiếu nước” Chủ đề này nêu bật tình trạng thiếu nước ngày càng nghiêm trọng trên khắp thế giới và sự cần thiết của việc tăng cường hợp tác ở cấp địa phương lẫn quốc tế để bảo đảm tính hiệu quả, bền vững và công bằng của vấn đề quản lý nước Dân số thế giới ngày càng tăng, dẫn tới nhu cầu về nước tăng lên, trong khi tài nguyên nước chỉ có giới hạn Sự thay đổi về khí hậu, những khó khăn về xây dựng đập trữ nước cũng như hiệu quả của các đập trữ nước trong thời gian dài, dẫn đến tình trạng thiếu hụt nước sinh hoạt

và sản xuất ở khắp nơi trên Trái đất Để giải quyết nhu cầu về nước, các chuyên gia địa chất thủy văn trên thế giới đã đề xuất công nghệ bổ sung nhân tạo nước dưới đất

Bổ sung nhân tạo nước dưới đất là các hoạt động của con người làm nước mặt từ sông, suối, hồ thấm vào lòng đất với tốc độ thường lớn hơn nhiều lần bổ sung tự nhiên, tạo ra một sự gia tăng tương ứng về mức độ an toàn khi khai thác nước dưới đất

Bổ sung nhân tạo nước dưới đất phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau Trong lĩnh vực cấp nước, bổ sung nhân tạo đã được áp dụng với rất nhiều lý do, trong đó quan trọng nhất là:

- Gia tăng lượng nước dưới đất cho cấp nước;

- Cải thiện chất lượng nước;

- Chứa nước nhạt tại các vùng có lượng nước cung cấp nước nhạt thay đổi rõ rệt theo các mùa trong năm;

- Ngăn cản sự xâm nhập của nước mặn vào các tầng chứa nước

Các nhà địa chất thủy văn thường nói về bổ sung nhân tạo như một biện pháp bảo đảm khai thác nước dưới đất và cải thiện chất lượng nước đang bị suy thoái tại các khu vực khai thác tập trung với quy mô lớn Bổ sung nhân tạo nước dưới đất đóng một vai trò quan trọng trong quá trình “tái sử dụng” nước, bởi nó tạo ra những lợi thế chất lượng (xử lý qua tầng chứa nước) và tạo ra những cơ hội cho việc tích trữ lượng nước chênh lệch theo mùa giữa cung và cầu Tái sử dụng nước và bảo tồn lưu lượng nước dư để dùng tạm trong các kho chứa nước là các tầng chứa nước dưới đất cũng có thể giúp ta đối phó với những điều bất thường xảy ra trong tương lai về mặt khí hậu và ảnh hưởng của những bất thường đó đối với quá trình cung cấp nước mặt

và nước dưới đất Thiết kế và quản lý các hệ thống bổ sung nhân tạo nước dưới đất có liên quan với các chuyên ngành địa chất, địa hóa, địa chất thủy văn, thủy văn, khí tượng, địa vật lý, sinh học và kỹ thuật công trình

Tùy theo tính chất và nhiệm vụ, bổ sung nhân tạo nước dưới đất có thể chia

thành bổ sung nhân tạo nước dưới đất trong quy hoạch tổng thể sử dụng tài nguyên thiên nhiên và bổ sung nhân tạo bằng các biện pháp chuyên môn phục vụ cho các mục đích cụ thể

Bổ sung nhân tạo nước dưới đất trong quy hoạch tổng thể sử dụng tài nguyên thiên nhiên bao gồm từ việc qui hoạch phát triển rừng đầu nguồn nhằm tăng khả năng thấm của nước mưa đến việc xây dựng các hồ chứa nước lớn nhỏ phục vụ vào việc khai thác tiềm năng thủy điện, điều hòa dòng chảy, tưới, nuôi cá v.v…

Bổ sung nhân tạo bằng các biện pháp chuyên môn phục vụ cho mục đích cấp nước bao gồm các biện pháp bổ sung nhân tạo gián tiếp (thấm qua đáy sông) và các phương pháp bổ sung trực tiếp (bồn thấm, ép nước lỗ khoan, thấm qua hố móng và moong khai thác)

Công nghệ bổ sung nhân tạo nước dưới đất phục vụ cho cấp nước bao gồm:

- Chọn khoảng thời gian cần bổ sung và đối tượng để bổ sung nhân tạo nước dưới đất;

- Chọn nguồn cấp nước để bổ sung (thời gian, chất lượng, trữ lượng);

- Đánh giá điều kiện địa chất, địa chất thủy văn, khí hậu, vệ sinh, kinh tế-kỹ thuật cũng như các nhân tố và điều kiện khác trên quan điểm xem xét ảnh hưởng của chúng đến phương pháp và kỹ thuật bổ sung nhân tạo;

- Chọn phương pháp bổ sung nhân tạo;

- Dự báo sự thay đổi có thể xảy ra đối với lưu lượng và chất lượng nước ở các công trình khai thác nước;

- Đánh giá trữ lượng khai thác từ nguồn bổ sung nhân tạo để lập luận chứng cơ

sở khai thác cho các nhà máy nước;

- Đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương pháp bổ sung nhân tạo nước dưới đất để chọn phương pháp kinh tế nhất

Trên thế giới, các phương pháp bổ sung nhân tạo nước dưới đất đã được tiến hành từ nhiều năm qua và đã thu được các kết quả khả quan giúp cho việc bảo đảm khai thác bền vững tài nguyên nước Tại Hội nghị quốc tế về Vật lý địa cầu và Trắc địa tổ chức ở Sapporo, Nhật Bản vào tháng 7 năm 2003 đã có một cuộc hội thảo riêng

về vấn đề này với rất nhiều báo cáo từ các nước trên thế giới

Tại Việt Nam, nước dưới đất là nguồn cung cấp nước chính cho một số thành phố và nông thôn Trong những năm vừa qua, sự gia tăng khai thác nước ở một số nơi cho sinh hoạt và tưới tiêu đã vượt quá khả năng tái tạo của nguồn nước dưới đất Thêm vào đó, sự thay đổi tập quán canh tác đất, cũng như ảnh hưởng của các yếu tố thuỷ văn, thay đổi khí hậu đã tác động mạnh tới sự bổ sung tự nhiên và trữ lượng nước dưới đất Kết quả mực nước ngầm bị suy giảm nghiêm trọng Tình trạng hạn hán

ở các tỉnh Miền Trung đã xảy ra liên tiếp nhiều năm gần đây Tại Hội thảo khoa học

“Bổ sung nhân tạo trữ lượng nước dưới đất tại Việt Nam” do Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường tổ chức tại Hà Nội vào tháng 7/2003 đã có 11 báo cáo khoa học của các chuyên gia địa chất thủy văn về vấn đề cần thiết phải triển khai bổ sung nhân tạo nước dưới đất vùng đồng bằng sông Hồng tại

Hà Nội, vùng ven biển miền Nam Trung Bộ, đồng bằng Nam Bộ và thành phố Hồ Chí Minh

Với những lý do nêu trên, đề tài độc lấp cấp Nhà nước “Nghiên cứu cơ sở khoa học và công nghệ bổ sung nhân tạo nước dưới đất nhằm bảo đảm khai thác bền vững tài nguyên nước tại Việt Nam”, mã số ĐTĐL -2004/07 đã được Bộ Khoa học & Công nghệ ký quyết định số 2454/QĐ-BKHCN ngày 11 tháng 12 năm 2003 phê duyệt để triển khai trong 3 năm 2004 – 2006, với tổng kinh phí là 2.500 triệu đồng

Mục tiêu của đề tài :

1 Xây dựng luận cứ khoa học bổ sung nhân tạo nước dưới đất tại Việt Nam

2 Đề xuất mô hình bổ sung nhân tạo nước dưới đất tại một số khu vực đặc trưng ở Việt Nam

3 Tạo dựng các tiền đề cho việc khai thác bền vững nước dưới đất tại Việt Nam phục vụ phát triển kinh tế xã hội

Nội dung nghiên cứu được giao :

1 Nghiên cứu cơ sở khoa học BSNTNDĐ ở Việt Nam:

♦ Các vấn đề về phương pháp luận, các phương pháp BSNTNDĐ

♦ Nghiên cứu, đánh giá hiệu quả kinh tế xã hội, môi trường khi áp dụng phương pháp BSNTNDĐ vào Việt Nam

♦ Nghiên cứu các yếu tố môi trường tự nhiên ảnh hưởng đến hiệu quả giải pháp bổ sung nhân tạo

♦ Nghiên cứu các yếu tố xã hội – kinh tế ảnh hưởng đến hiệu quả giải pháp bổ sung nhân tạo

♦ Nghiên cứu các lợi ích, những mặt hạn chế và sự không ổn định của một số phương pháp BSNTNDĐ

2 Nghiên cứu các điều kiện địa lý tự nhiên, địa chất, địa chất thuỷ văn ở vùng cát

♦ Nghiên cứu động thái nước dưới đất của các tầng chứa nước

♦ Xác định phân bố các tham số cơ học, vật lý các tầng đất phía trên tầng chứa

nước

♦ Xác định phân bố các tính chất, thành phần hóa học các tầng nước ngầm và nước mặt vùng nghiên cứu

♦ Xác định mức độ dao động mực nước ngầm trong mùa khô và mùa mưa

♦ Xây dựng mô hình dòng chảy nước dưới đất để thiết kế mô hình BSNTNDĐ

♦ Xây dựng sơ đồ triển khai BSNTNDĐ tại vùng cát tỉnh Bình Thuận

3 Nghiên cứu các điều kiện địa chất, địa chất thuỷ văn ở vùng ven sông Hồng (Hà Nội) nhằm áp dụng giải pháp BSNTNDĐ tại Thượng Cát, Từ liêm, Hà Nội

♦ Tiến hành nghiên cứu chi tiết tương tự như mục 1

♦ Nghiên cứu phân bố không gian vị trí các cửa sổ địa chất thủy văn ở vùng ven sông Hồng

♦ Đối tượng nghiên cứu này khác hẳn với vùng cát tỉnh Bình Thuận cho nên cần làm rõ đặc tính cấu trúc địa chất vùng ven Sông Hồng (khu vực Hà Nội) có các cửa sổ địa chất thủy văn, phân tích để chọn giải pháp BSNTNDĐ tối ưu

♦ Nghiên cứu đặc điểm thấm bổ sung nước tại các bãi giếng trong trung tâm thành phố Hà Nội, so sánh với vùng ven sông Hồng để làm rõ đặc tính của vùng ven Sông Hồng, nơi có các cửa sổ địa chất thủy văn và nơi không có các cửa sổ địa chất thuỷ văn, từ đó tổng quát hóa về nguyên tắc xây dựng các hệ thống các bãi giếng khai thác

♦ Ứng dụng BSNTNDĐ để xây dựng sơ đồ triển khai BSNTNDĐ tại vùng ven sông Hồng

4 Triển khai thử nghiệm và vận hành công trình BSNTNDĐ tại vùng cát tỉnh Bình Thuận:

♦ Xác định địa điểm

♦ Xây dựng công trình thử nghiệm

♦ Theo dõi vận hành công trình trong 1 năm

♦ Tổng kết, rút kinh nghiệm

♦ Chuyển giao công trình cho địa phương khai thác, quản lý và phát triển

5 Đánh giá về qui trình BSNTNDĐ và khả năng áp dụng tại Việt nam

♦ Nghiên cứu đánh giá về qui trình BSNTNDĐ

♦ Tổng quan về luận cứ khoa học

♦ Những kết quả khảo sát áp dụng cho 2 vùng đặc trưng về địa chất thủy văn

♦ Kết quả thử nghiệm tại Bình Thuận

6 Đánh giá tác động của qui trình BSNTNDĐ đối với việc bảo đảm khai thác bền vững tài nguyên nước tại Việt nam

♦ Tổ chức hội thảo đánh giá

♦ Hướng dẫn tiến hành qui trình BSNTNDĐ

♦ Các kiến nghị

7 Phổ biến kết quả của đề tài:

♦ Xây dựng một giáo trình BSNTNDĐ phục vụ đào tạo đại học và sau đại học tại trường Đại học Mỏ Địa Chất và Viện Môi trường & Tài nguyên

♦ Chuyển giao qui trình BSNTNDĐ cho các Liên đoàn ĐCTV-ĐCCT tại Việt Nam;

♦ Công bố kết quả nghiên cứu trên các tạp chí quốc gia và quốc tế, các Hội thảo và Hội nghị khoa học có liên quan

8 Tổng kết đề tài:

♦ Tổng quan luận cứ khoa học về BSNTNDĐ

♦ Báo cáo kết qủa việc triển khai nghiên cứu BSNTNDĐ tại tỉnh Bình Thuận và vùng ven sông Hồng; báo cáo kết quả của công trình thử nghiệm BSNTNDĐ tại Bình Thuận

♦ Các đề xuất

Báo cáo kết quả thực hiện đề tài theo những nội dung nghiên cứu được giao nói trên bao gồm phần mở đầu, 6 chương và kết luận với 405 hình vẽ và ảnh minh hoạ, 90

biểu bảng, danh mục tài liệu tham khảo gồm 186 công trình Kèm theo báo cáo là các

Phụ lục gồm 35 hạng mục tài liệu gốc của đề tài nộp kèm theo báo cáo, cùng với 29 chuyên đề đã tiến hành trong 3 năm thực hiện đề tài

Chương I

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

BỔ SUNG NHÂN TẠO NƯỚC DƯỚI ĐẤT

Khi phê duyệt đề tài “Nghiên cứu cơ sở khoa học và công nghệ bổ sung nhân tạo nước dưới đất nhằm bảo đảm khai thác bền vững tài nguyên nước tại Việt Nam”,

Bộ Khoa học và Công nghệ đã khẳng định mục tiêu của đề tài là:

- Xây dựng luận cứ khoa học bổ sung nhân tạo nước dưới đất tại Việt Nam

- Đề xuất mô hình bổ sung nhân tạo nước dưới đất tại một số khu vực đặc trưng ở Việt Nam

- Tạo dựng các tiền đề cho việc khai thác bền vững nước dưới đất tại Việt Nam phục

vụ phát triển kinh tế xã hội

Trên cơ sở mục tiêu đã được xác định này chúng tôi đã thiết kế việc triển khai đề tài theo hướng sau:

- Nắm vững qui trình BSNTNDĐ đang được áp dụng trên thế giới để áp dụng vào Việt Nam

- Xác định 2 vùng địa chất thủy văn đặc trưng đang có nhu cầu bức bách về bổ sung nguồn nước để nghiên cứu, đề xuất sơ đồ BSNTNDĐ

- Xây dựng công trình thử nghiệm BSNTNDĐ tại một địa phương và theo dõi vận hành công trình trong 1 năm

- Xây dựng qui trình BSNTNDĐ để đảm bảo khai thác bền vững tài nguyên nước tại Việt Nam, tuyên truyền phổ biến kiến thức về BSNTNDĐ tới người quản lý và sử dụng, đào tạo chuyên gia, chuyển giao công nghệ

Căn cứ vào Quyết định của Bộ Khoa học và Công nghệ về tuyển chọn đề tài độc

lập số 11 năm 2004, chúng tôi sẽ triển khai đề tài trên 2 đối tượng địa chất thủy văn đặc trưng là vùng cát tỉnh Bình Thuận và vùng ven sông Hồng

Vùng cát tỉnh Bình Thuận:

Bình Thuận là một trong những vùng khô hạn nhất của Việt Nam, có lượng mưa

trung bình 700-1.200 mm/năm, dọc theo đường bờ biển từ Tuy Phong đến Phan Thiết Phần lớn lượng mưa rơi vào thời kỳ từ giữa tháng 8 đến tháng 10 Vào mùa mưa phần lớn nước mưa chảy từ các vùng cao trong đất liền thoát ra biển rất nhanh do địa hình dốc Có những xã như xã Hồng Phong gặp khó khăn nghiêm trọng về nước sinh hoạt trong mùa khô (từ tháng 12 đến tháng 4) Người dân phải mua từng can nước với giá rất cao Nước ngầm bị nhiễm mặn tại vùng ven biển Chất lượng và khối lượng nước cung cấp cho Bình Thuận đang là một vấn đề thiết yếu

Tại đây có thể tăng cường nguồn nước ngầm bằng công nghệ BSNTNDĐ để đưa nước mặt vào mùa mưa xuống chứa tại các tầng chứa nước ngầm phục vụ cho sử dụng vào mùa khô Do đặc tính của các tầng chứa nước và của các trầm tích phủ trên, việc

BSNTNDĐ có thể thực hiện được bằng phương pháp bồn thấm Nghiên cứu xây dựng

mô hình thử nghiệm sẽ được tiến hành tại khu vực này nhằm chọn ra một địa điểm đáp ứng các yêu cầu sau: có nguồn nước bổ sung, địa hình nơi thử nghiệm phải thích hợp cho việc xây dựng bồn thấm, có đới thông khí và tầng chứa nước đáp ứng đòi hỏi của phương pháp BSNTNDĐ và là nơi dân cư có yêu cầu cấp bách đối với nước sinh hoạt và sẵn sàng hỗ trợ việc bảo dưỡng và phát huy kết quả của công trình Công nghệ BSNTNDĐ được tiến hành tại địa điểm thử nghiệm có thể được chuyển giao và nhân rộng cho cả vùng cát ven biển miền Trung thông qua các Liên đoàn Địa chất thuỷ văn- Địa chất công trình thuộc Cục Địa chất Việt Nam

Vùng ven sông Hồng:

Tại vùng ven sông Hồng nước ngầm được tàng trữ trong tầng chứa nước Holocen

(qh) và tầng chứa nước Pleistocen (qp) Mặc dù giữa hai tầng chứa nước tồn tại lớp thấm nước yếu (từ 23 m đến 29 m), song theo kết quả quan trắc mực nước từ 1994 đến nay cho thấy chúng có chung một mực nước và dao động đồng pha với mực nước sông Hồng Điều đó cho phép suy diễn là lớp thấm nước yếu bị vát về phía sông Hồng, tạo thành cửa sổ địa chất thuỷ văn Theo những nghiên cứu của Nguyễn Văn Đản (2003), ven sông Hồng (khu vực Hà Nội) có các cửa sổ địa chất thuỷ văn ở ven bờ như ở Thượng Cát thuộc huyện Từ Liêm, Hải Bối thuộc huyện Đông Anh, vùng Nhật Tân – Quảng Bá thuộc quận Tây Hồ Tại vùng Thượng Cát, Từ Liêm, Hà Nội có khả năng xây dựng công trình khai thác dạng thấm lọc nước dưới đất, công suất lớn Công trình khai thác thấm lọc ven sông thực chất là một dạng bổ sung tự nhiên đơn giản nước dưới đất với mục đích làm tăng trữ lượng khi khai thác Đề tài sẽ tiến hành nghiên cứu tập trung làm rõ cấu trúc địa chất thuỷ văn t`heo một số tuyến cắt qua sông Hồng bằng các phương pháp như khảo sát địa vật lý, nghiên cứu các vấn đề có liên quan như đánh giá tác động môi trường Từ đó đề xuất giải pháp khai thác tối ưu, bảo đảm an toàn cho

nguồn nước được khai thác

Trong chương này trước khi trình bày về cơ sở khoa học BSNTNDĐ, các kinh

nghiệm đã tiến hành trên thế giới, khả năng vận dụng tại các vùng có cấu trúc địa chất khác nhau tại Việt Nam, ảnh hưởng của các yếu tố môi trường tự nhiên và xã hội tới kết quả BSNTNDĐ và luận cứ khoa học về BSNTNDĐ, chúng tôi sẽ giới thiệu về việc lựa chọn phương thức triển khai đề tài, vì đó là mấu chốt quyết định thành công của đề tài

I.1 Lựa chọn phương thức triển khai đề tài

Để có thể thực hiện được các mục tiêu của đề tài đã trình bày ở trên, chúng tôi

đã xác định chọn 4 phương thức chính là: hợp tác quốc tế, tập hợp chuyên gia Việt Nam, xây dựng quan hệ với địa phương nơi tiến hành đề tài và sử dụng phương tiện làm việc qua Internet để kết nối các thành viên ở các địa phương và các quốc gia khác nhau

I.1.1 Hợp tác quốc tế - yếu tố quyết định thành công của đề tài

Để thực hiện 3 mục tiêu của đề tài ở trình độ hiện đại của thế giới, trong khi vấn

đề nghiên cứu BSNTNDĐ là mới, được tiến hành lần đầu tiên ở Việt Nam, chúng tôi

đã chọn hợp tác quốc tế là cơ sở để thực hiện đề tài Hợp tác quốc tế, chủ yếu là với Hội Địa chất thuỷ văn quốc tế và UNESCO sẽ giúp chúng tôi tiếp cận được với các qui trình BSNTNDĐ đã được tiến hành có hiệu quả trên thế giới và đang được các tổ chức này quảng bá phát triển trong Chương trình về nước toàn cầu được phát động từ năm

2003 Hợp tác quốc tế sẽ giúp chúng tôi xây dựng được quan hệ với các chuyên gia nước ngoài có kinh nghiệm về BSNTNDĐ để họ tư vấn cho trong khi gặp những vướng mắc trong quá trình thực hiện cụ thể

Khi đề xuất việc thực hiện đề tài với Bộ Khoa học và Công nghệ, chúng tôi đã trình dự toán với yêu cầu về kinh phí là 4.500 triệu đồng Tuy nhiên, khi đề tài được phê duyệt, chúng tôi chỉ nhận được số kinh phí là 2.500 triệu đồng Với lượng kinh phí như vậy, khó có thể đảm bảo triển khai đầy đủ được các hạng mục nghiên cứu, khi phải tập hợp một đội ngũ chuyên gia đa ngành, phải tiến hành ở một địa bàn xa và khó khăn như ở Bình Thuận Thay vì cắt giảm các hạng mục nghiên cứu, giảm các yêu cầu chuyên môn cần phải thực hiện để có những tư liệu mới cho đề tài, chúng tôi đã xác định là có thể thông qua hợp tác quốc tế để vận động nguồn kinh phí bổ sung cho đề tài nghiên cứu Để giải quyết điều này, chúng tôi đã tìm hiểu trên các websites về Chương trình nước toàn cầu do UNESCO đang điều hành, có những nội dung nghiên cứu như chúng tôi dự định triển khai trong đề tài của mình Chúng tôi đã xây dựng một

đề án xin tài trợ của UNESCO với tên gọi “Tăng cường nguồn nước ngầm tại Bình Thuận, Việt Nam bằng BSNTNDĐ” Trong đề án này, chúng tôi đã lồng ghép những mục tiêu nghiên cứu về BSNTNDĐ trong đề tài đã được duyệt ở Việt Nam vào chương trình chung của thế giới đang được Hội Địa chất thuỷ văn quốc tế và UNESCO dự định triển khai tại Đông Nam Á Những mục tiêu và nội dung nghiên cứu mà chúng tôi dự định triển khai tại vùng cát tỉnh Bình Thuận đã thuyết phục được

Bộ Môi trường & Lãnh thổ Italy, cơ quan đang tài trợ cho đề án “Chương trình về nước cho châu Phi” giai đoạn I (2004-2006) thông qua sự điều phối của UNESCO Chúng tôi đã thuyết phục phía cơ quan tài trợ thấy được sự quan tâm đặc biệt của Chính phủ Việt Nam khi duyệt cấp cho chúng tôi số kinh phí 2.500 triệu đồng để triển khai đề tài, tuy nhiên, để đảm bảo hoàn thiện đề tài, chúng tôi phải cần số kinh phí là 4.500 triệu đồng Do vậy, Bộ Môi trường & Lãnh thổ Italy đã đồng ý tài trợ cho chúng tôi số kinh phí còn thiếu để triển khai các nội dung của đề tài tại tỉnh Bình Thuận trong

3 năm 2004-2006 Sau khi duyệt cho đề tài của chúng tôi tham gia vào chương trình nói trên, Bộ Môi trường & Lãnh thổ Italy đã chỉnh sửa tên của chương trình thành:

“Chương trình về nước cho châu Phi, cho các vùng khô hạn và khan hiếm nước” giai đoạn I (2004-2006) để giải thích vì sao nghiên cứu về nước tại Bình Thuận, Việt Nam lại nằm trong chương trình về nước cho châu Phi Năm 2006 chúng tôi đã được mời

báo cáo tại Hội nghị về nước của thế giới tại Mexico với tiêu đề : “Chống hoang mạc hoá: Bổ sung nhân tạo nước dưới đất tại Việt Nam”, thuộc tiểu ban “Chương trình về nước cho châu Phi, cho các vùng khô hạn và khan hiếm nước” Có thể xem về chương trình này và các báo cáo của chúng tôi trong tài liệu nộp theo Phụ lục của đề tài

Kinh phí bổ sung cấp cho đề tài của chúng tôi để thực hiện các hạng mục của đề

án “Tăng cường nguồn nước ngầm tại Bình Thuận Việt Nam bằng BSNTNDĐ” được

cơ quan tài trợ uỷ thác cho văn phòng đại diện UNESCO tại Jakarta ký hợp đồng trực tiếp với chủ nhiệm đề tài hoặc từng thành viên của đề tài là nhà khoa học Việt Nam hoặc nhà khoa học nước ngoài đến làm việc cho đề án theo từng hạng mục nghiên cứu triển khai và chỉ thanh toán chi phí khi có đủ báo cáo khoa học nghiệm thu kèm theo các chứng từ rất chi tiết đáp ứng đòi hỏi của họ Thực hiện thêm đề án quốc tế cùng trong khuôn khổ nội dung của đề tài, chúng tôi có lợi thế là có thêm nguồn kinh phí để thực hiện đề tài, có điều kiện mời các chuyên gia nước ngoài đến cùng làm việc, cử được các chuyên gia của đề tài đi dự các cuộc Hội nghị khoa học ở nước ngoài, các kết quả nghiên cứu của đề tài được minh giải thảo luận không chỉ giữa những người thực hiện phía Việt Nam, mà cả các chuyên gia nước ngoài và đề tài của chúng tôi đã thực

sự hội nhập với nghiên cứu của thế giới Tuy nhiên, chúng tôi phải làm việc gấp đôi: phải viết báo cáo khoa học sau mỗi hợp đồng với UNESCO bằng tiếng Anh, phải chuẩn bị chứng từ thanh toán với nhà tài trợ để được họ chấp nhận Các kết quả nghiên cứu, các ấn phẩm của đề tài được công bố đều phải ghi rõ cơ quan tài trợ bên cạnh Bộ Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Dưới đây, chúng tôi dẫn một số kết quả về hợp tác quốc tế trong khuôn khổ đề tài đã được triển khai

Hội thảo khoa học UNESCO -Việt Nam “Tăng cường nguồn nước ngầm bằng giải pháp bổ sung nhân tạo nước dưới đất ở Đông Nam Á” đã được tổ chức tại thành phố Hồ Chí Minh và Bình Thuận từ 15 đến 17 tháng 12 năm 2004, với sự tham gia của 50 nhà khoa học Việt Nam, các nước Pháp, Italy, Australia, Campuchia, Malaysia, Philippine, Thái Lan và UNESCO Tại Hội thảo các nhà khoa học đã được nghe 14 báo cáo khoa học bao gồm các lĩnh vực: giới thiệu các công nghệ BSNTNDĐ, các thành tựu và kinh nghiệm BSNT đã được triển khai ở các nước trên thế giới cũng như

ở các nước trong khu vực Đông Nam Á và các kết quả nghiên cứu của đề tài đã thực

hiện được tại Bình Thuận trong thời gian trước khi Hội thảo (Hình I.1)

Chương trình hoạt động của Hội thảo đã được trình bày trong cuốn “Chương trình và báo cáo tóm tắt”, nội dung các báo cáo tại Hội thảo đã được xuất bản trong Tuyển tập “Tăng cường nguồn nước ngầm bằng giải pháp bổ sung nhân tạo nước dưới đất ở Đông Nam Á” được nộp kèm theo trong phần Phụ lục của đề tài

Hình I.1 Các đại biểu tham dự Hội thảo tại Tp Hồ Chí Minh

Bàu Thiêu, xã Hồng Phong, huyện Bắc Bình, tỉnh Bình Thuận - nơi dự định sẽ triển

khai thử nghiệm mô hình BSNT đầu tiên ở Việt Nam (Hình I.2) Đây là một trong

1.715 xã nghèo của Việt Nam nằm trên một khu vực diện tích 8.970 ha Là một trong những khu vực khô nhất ở Việt Nam với lượng mưa trung bình khoảng từ 700 - 740

mm, chủ yếu từ tháng 5 đến tháng 10 Thời gian thiếu nước trầm trọng kéo dài từ tháng 1 đến tháng 4 Hiện tại, xã có 240 hộ gồm 1.191 nhân khẩu, sinh sống chủ yếu bằng nghề chăn nuôi bò, dê và trồng các cây chịu được hạn như: điều, sắn, mãng cầu, đậu…Để đáp ứng nhu cầu nước sinh hoạt, mỗi hộ được cấp 5 lu đựng nước của chương trình UNICEF với tổng dung tích khoảng 10 m3 để trữ nước mưa hoặc nước lấy từ Bàu Trắng (cách xa khoảng 12 km) Tại đây, các thành viên tham gia Hội thảo cũng có dịp tham quan 2 lỗ khoan ở Bàu Nổi do đề tài vừa thực hiện

Hình I.2 Các đại biểu thăm xã Hồng Phong, Bình Thuận

Hội thảo được tổ chức tại Việt Nam đã tạo điều kiện cho các nhà khoa học và các nhà quản lý Việt Nam được tiếp xúc trực tiếp với các nhà khoa học đầu ngành của Quốc tế trong lĩnh vực này để tìm hiểu tốt hơn về các công nghệ BSNTNDĐ đã và đang được áp dụng trên thế giới cũng như ở các nước trong khu vực; giúp các thành viên tham gia Hội thảo hiểu được các cách quản lý việc bổ sung tầng chứa nước như thế nào cho phù hợp với hiệu quả kinh tế và các điều kiện của Việt Nam Trong phiên thảo luận cuối sau buổi tham quan thực địa tại xã Hồng Phong - khu vực dự định tiến hành mô hình BSNTNDĐ đầu tiên tại Việt Nam, các nhà khoa học quốc tế đã nhất trí với việc chọn địa điểm thử nghiệm tại Bàu Nổi và góp ý tư vấn về nội dung và các bước tiến hành đề án trong giai đoạn tiếp theo, nhất trí chọn phương pháp bồn thấm để thực hiện bổ sung nhân tạo tại Bình Thuận

Thành công quan trọng nữa của Hội thảo là có sự tham gia của với TS P.Hubert, Tổng thư ký Hội Đia chất thuỷ văn quốc tế và TS P.Dillon (Australia) - Chủ tịch ủy ban quốc tế về Quản lý bổ sung tầng chứa nước của Hội Thuỷ văn quốc tế Hai nhà khoa học này đã giúp chúng tôi duy trì quan hệ với các tổ chức quốc tế trong việc triển

khai đề tài Đặc biệt, TS P Dillon (Hình I.3) hiện đang làm việc tại Viện nghiên cứu

Khoa học và Công nghiệp Liên bang Australia (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization – CSIRO), nhận làm cố vấn cho đề tài; TS G Arduino, chuyên gia về địa chất thủy văn của UNESCO, trở thành thành viên của đề

tài (Hình I.4)

Trong suốt 2 năm 2005-2006, chúng tôi đã thường xuyên liên hệ với TS P Dillon để xử lý những khó khăn về kỹ thuật trong khi thực hiện đề tài ở Bình Thuận Đặc biệt, vào tháng 2 năm 2006, TS P Dillon đã tiếp nhận 2 chuyên viên của đề tài

là TS Phan Thị Kim Văn và ThS Bùi Trần Vượng đến làm việc tại Viện nghiên cứu Khoa học và Công nghiệp Liên bang Australia (CSIRO), Adelaie (Australia) trong thời gian 3 tuần để minh giải toàn bộ các kết quả thử nghiệm đã tiến hành ở Bình Thuận trong năm 2005 Những kết quả này được trình bày trong chương III và chương IV

Hình I.3 TS P Dillon, chủ tịch Uỷ ban

Quản lý bổ sung tầng chứa nước của UNESCO

và IAHS, cố vấn kỹ thuật cho đề tài

Hình I.4 TS G Arduino, chuyên gia

về địa chất thủy văn của UNESCO trở thành thành viên của đề tài

I.1.2 Tập hợp các chuyên gia Việt Nam

Nội dung của đề tài nghiên cứu đòi hỏi có sự tham gia của nhiều chuyên gia về khoa học Trái đất có kinh nghiệm Cho nên, ngay khi đăng ký đề tài chúng tôi đã mời được 14 nhà khoa học thuộc các cơ quan khác nhau tham gia (xem danh sách ở phần đầu báo cáo) Tuy nhiên, trong khi triển khai thực tế, mặc dầu tất cả các nhà khoa học

có tên trong danh sách đều đã tham gia thực hiện các hạng mục khác nhau của đề tài, nhưng nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài đòi hỏi chúng tôi phải mở rộng thêm bản danh sách những người thực hiện lên rất nhiều

Chúng tôi đã áp dụng cách thức giao nhiệm vụ của UNESCO với chủ nhiệm đề tài thông qua các hợp đồng khảo sát, nghiên cứu, phân tích minh giải với tất cả các nhà khoa học thực hiện các nhiệm vụ đề tài Chúng tôi hiểu rằng khi phải tiến hành nghiên cứu trong một tập thể lớn, đa ngành, thì các hợp đồng nghiên cứu phải được xây dựng hết sức chi tiêt, có yêu cầu về kết quả chặt chẽ, thời gian giao nộp kết quả phải được khẳng định chính xác ngay từ đầu và với mức kinh phí thích hợp, thì có thể đòi hỏi được tiến độ và kết quả mong muốn Cụ thể là những nội dung chính của đề tài đã được phân công như sau:

Ban chủ nhiệm đề tài điều hành chung mọi công việc của đề tài, triển khai các nội dung hợp tác quốc tế, khảo sát thực địa về địa chất thuỷ văn, soạn thảo và ký các hợp đồng nghiên cứu, nghiệm thu các hợp đồng nghiên cứu với các đối tác, viết báo cáo tổng kết

Toàn bộ nội dung về khảo sát địa vật lý do nhóm nghiên cứu của PGS.TS Nguyễn Văn Giảng thực hiện

Công tác khoan thăm dò, khai thác do Liên đoàn địa chất thuỷ văn-Địa chất công trình miền Trung (dưới sự điều hành của KS Vũ Ngọc Trân và KS Phan Thanh Sáng -Đoàn 705 tại Phan Thiết) thực hiện

Tổ chức quan trắc khí tượng thuỷ văn tại 2 trạm ở khu vực thử nghiệm do Đài khí tượng khu vực Nam Trung bộ thực hiện

Phân tích thuỷ văn đồng vị các mẫu nước do Viện năng lượng nguyên tử quốc gia

Hà Nội và Trung tâm Geokart, Triest, Italy thực hiện

Thí nghiệm xác định vận tốc nước dưới đất ở Bàu Nổi bằng kỹ thuật đánh dấu

do Trung tâm hạt nhân tại Tp Hồ Chí Minh thực hiện

Phân tích hoá toàn diện mẫu nước do Liên đoàn Địa chất thuỷ văn - Địa chất công trình miền Nam thực hiện

Phân tích vi sinh mẫu nước do Trung tâm Y tế dự phòng Bình Thuận tại Phan Thiết thực hiện

Lắp đặt và quan trắc CTD do ThS Bùi Trần Vượng & KS Nguyễn Kim Quyên,

Liên đoàn Địa chất thuỷ văn - Địa chất công trình miền Nam thực hiện

Toàn bộ việc xây dựng Trạm thử nghiệm, giám sát bơm thăm dò và khai thác tại Bắc Bình, quản lý chu trình thí nghiệm bơm kéo dài 6,5 tháng, lắp đặt đường ống dẫn nước, dẫn điện 1,8 km để cung cấp nước cho xã Hồng Phong và điều hành trạm thử nghiệm Bàu Nổi do KS Phạm Văn Hoà, Viện Vật lý địa cầu thực hiện

Nghiên cứu địa chất thuỷ văn và những vấn đề liên quan đến ô nhiễm nước mặt, giải pháp BSNTNDĐ tại ven Sông Hồng, khu vực Hà Nội do nhóm nghiên cứu của

TS Nguyễn Văn Đản, Liên đoàn Địa chất thuỷ văn-Địa chất công trình miền Bắc và PGS TS Nguyễn Văn Hoàng, TS Phan Thị Kim Văn, Viện Địa chất thực hiện

Các nội dung minh giải tài liệu của đề tài đã được phân công cụ thể giữa các thành viên của đề tài và đã được thể hiện trong các nội dung báo cáo tại Xêmina khoa học tháng 11 năm 2006 tại Tp Hồ Chí Minh và công bố trong tạp chí Các khoa học

về Trái đất, T 28, số 4, năm 2006

Để đánh giá về chất lượng của các phân tích thuỷ văn đồng vị, chúng tôi đã tiến hành so sánh các kết quả phân tích giữa 2 phòng thí nghiệm của Việt Nam và Italy (xem mục IV.5) Để kiểm tra các kết quả phân tích hoá toàn diện, chúng tôi đã đồng thời gửi mẫu phân tích tại Liên đoàn Địa chất thuỷ văn - Địa chất công trình miền Nam, Viện Tài nguyên & Môi trường thuộc Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh và Trung tâm phân tích mẫu nước của Tp Hồ Chí Minh để so sánh Mẫu phân tích vi sinh cũng được kiểm tra bằng cách gửi phân tích đồng thời tại Trung tâm Y tế dự phòng Bình Thuận và Trung tâm phân tích mẫu nước của Tp Hồ Chí Minh để so sánh

Nhiều chuyên gia khoa học Trái đất đã được mời tham gia giảng bài tại lớp đào tạo về BSNTNDĐ tại Trường Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội và tại Viện Môi trường & Tài nguyên (Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh) vào tháng 10 năm 2005 Các lớp đào tạo này không chỉ nhằm đào tạo sinh viên cao học và cán bộ trẻ, mà còn tạo cơ hội để các chuyên gia khoa học Trái đất của Việt Nam tìm hiểu về BSNTNDĐ - một lĩnh vực nghiên cứu mới và áp dụng những hiểu biết này vào những điều kiện địa chất thuỷ văn quen thuộc để chuẩn bị tài liệu minh giải cho bài giảng của họ Bằng cách như vậy, chúng tôi đã chuyển tải các nội dung nghiên cứu về BSNTNDĐ tới nhiều đồng nghiệp tại Việt nam Các nội dung bài giảng và kết quả đào tạo được trình bày trong chương VI của báo cáo

I.1.3 Xây dựng quan hệ với địa phương nơi triển khai đề tài

Chúng tôi ý thức được rằng, triển khai đề tài tại Bình Thuận là một địa phương ở

xa, trong thời gian dài, phải thử nghiệm công trình ít nhất là 1 năm với rất nhiều hạng mục khảo sát thì phải có trách nhiệm làm cho chính quyền và người dân địa phương hiểu rõ được về nội dung và kết quả dự kiến của dự án Khi người dân địa phương hiểu

rõ họ sẽ là người thụ hưởng kết quả của đề án, thì họ sẽ là những người góp phần bảo

vệ và giúp đỡ trong quá trình triển khai

Khi đoàn khảo sát của chúng tôi tới xã Hồng Phong, tỉnh Bình Thuận lần đầu vào tháng 4 năm 2004 thì thấy nước mặt tại các hồ nhỏ đều cạn kiệt, ô nhiễm, các lu nước của UNICEF cấp cho các gia đình cũng cạn kiệt Chúng tôi đã gặp lãnh đạo tỉnh Bình Thuận và xã Hồng Phong để tìm hiểu tình hình nhu cầu về nước, giải thích mục tiêu đề tài mà chúng tôi muốn tiến hành tại địa phương Tất cả lãnh đạo và cư dân mà chúng tôi gặp đều khẳng định: nước sinh hoạt cho người và súc vật đang là vấn đề cấp bách Sau này, trong tất cả các hoạt động của đề tài, như: Hội thảo của đề tài (12/2004) và Xêmina đánh giá về đề án (11/2006), các chuyên viên về tài nguyên và môi trường của Bình Thuận đều được mời tham gia Việc triển khai đề tài trong suốt 3 năm (2004-2006) tại khu vực Bàu Nổi xã Hồng Phong đều được sự ủng hộ và tham gia nhiệt tình của cư dân Mặc dù nhiều thiết bị nghiên cứu được tiến hành giữa đồi cát hoang vắng, ngay cả khi đại diện đề tài không có mặt tại Trạm thử nghiệm ở Bàu Nổi trong thời gian dài, nhưng không hề có mất mát gì xảy ra

I.1.4 Sử dụng phương tiện làm việc qua Internet

Để kết nối các thành viên của đề tài từ các cơ quan nghiên cứu và triển khai khác nhau, ở các địa phương và các quốc gia khác nhau cùng thực hiện các nội dung nghiên cứu của đề tài, chúng tôi đã sử dụng phương tiện làm việc qua Internet Phương tiện này đã giúp chúng tôi từ khi xây dựng thuyết minh đề tài, liên hệ với các đồng nghiệp nước ngoài, với nhà tài trợ, cũng như thương thuyết các hợp đồng nghiên cứu với các thành viên của đề tài Sau này, toàn bộ việc minh giải tài liệu của đề tài, chuẩn

bị các ấn phẩm đều thông qua Internet Đó chính là phương tiện để thực hiện nhanh

và rẻ trong quá trình vận hành các hạng mục nghiên cứu của đề tài Ví dụ, khi triển khai thí nghiệm bơm khảo sát tầng chứa tại Bàu Nổi, Bình Thuận người quản lý Trạm thử nghiệm hàng ngày có trách nhiệm gửi số liệu xác định mực nước hạ thấp qua Internet về cho người xử lý số liệu là ThS Bùi Trần Vượng tại Tp Hồ Chí Minh Sau khi xử lý và vẽ biểu đồ biến động mực nước, ThS Bùi Trần Vượng chuyển kết quả qua Internet đến chủ nhiệm tài Các mẫu nước sau khi được chuyển về Liên đoàn Địa chất thuỷ văn - Địa chất công trình miền Nam phân tích, sau đó kết quả được chuyển đến cho chủ nhiệm đề tài qua Internet Như vậy, chủ nhiệm đề tài luôn biết rõ và rất kịp thời về các kết quả quan trắc Trong trường hợp có vấn đề về kỹ thuật, chủ nhiệm

đề tài có thể gửi ngay các số liệu tới các cố vấn quốc tế của đề tài để xin tư vấn

Bốn phương thức chính được trình bày ở trên đã giúp chúng tôi đạt được những kết quả sẽ trình bày dưới đây

I.2 Cơ sở khoa học về bổ sung nhân tạo nước dưới đất

Con người, động vật và cây cối không thể thiếu nước và như chúng ta biết không

có nước không thể có cuộc sống Trên Trái đất tổng lượng nước có khoảng 1.370 x1015

m3, tương đương với một lớp nước dày 2.700 m khi trải ra trên toàn bộ bề mặt Trái đất

(bằng 510x1012 m2) Tuy nhiên, trong số này có tới 97,3% là nước mặn không thể sử dụng được cho nông nghiệp, dân dụng và công nghiệp Nước dưới dạng tuyết hoặc

băng chiếm 2,1%, còn nước nhạt chỉ khoảng 0,6% (Bảng I.1) Số lượng này chỉ tương

đương với 8,5 x 1015 m3, tương ứng với một lớp nước dày chỉ 60 m khi trải ra trên toàn

bộ bề mặt đất của Trái đất (136 x 1012 m2) Hơn nữa, 98% số lượng này là nước dưới đất, một nửa nước dưới đất xuất hiện ở chiều sâu lớn hơn 800 m dưới mặt đất, nơi hàm lượng muối thường quá cao và để khai thác rất tốn kém Như vậy, nước nhạt trên Trái đất là một tài nguyên quí giá

Nước nhạt không phải là một khoáng chất như than và dầu: khi tiêu thụ có nghĩa

là phá hủy và nguồn cung cấp mới không thể hình thành nữa Ngược lại, nước nhạt được hình thành liên tục Khi sử dụng nước, chất lượng nước có thể bị phá hủy hoặc

có thể bị chuyển sang trạng thái khác, nhưng nó luôn là nước Trên thực tế là tất cả nước trên Trái đất, dù là nước bốc hơi trong khí quyển, nước mặt trong các suối, hồ, biển và đại dương hay là nước dưới đất trong các lỗ hổng của đất đá không đứng yên

và chuyển động tuần hoàn liên tục

Sử dụng nước dưới đất phục vụ cấp nước công cộng và công nghiệp có nhiều

ưu điểm so với sử dụng nước mặt từ sông và hồ Nước dưới đất có thành phần vật lý

và hóa học ổn định, không có các vi sinh vật gây bệnh lan truyền theo đường nước, trong nhiều trường hợp có thể sử dụng không cần xử lý, hoặc xử lý đơn giản, an toàn

và rẻ tiền, nó có thể được khai thác tại nhiều vị trí do vậy không cần đường ống dài và tốn kém

Bảng I.1 Nước trên Trái đất

Loại Số lượng (1015 m3) Phần trăm

do lượng ngấm sang các tầng chứa nước xung quanh giảm

I.2.1 Các phương pháp bổ sung nhân tạo nước dưới đất (BSNTNDĐ)

Bổ sung nhân tạo nước dưới đất là một biện pháp bảo đảm công suất khai thác nước dưới đất và cải thiện chất lượng nước dưới đất đang bị suy thoái tại các khu khai

Nhìn chung, các phương pháp BSNTNDĐ có thể được phân loại thành hai nhóm chính: Các phương pháp BSNTNDĐ gián tiếp và các phương pháp BSNTNDĐ trực tiếp

Các phương pháp BSNTNDĐ gián tiếp

Trong phương pháp này các phương tiện khai thác nước được thiết kế gần các vùng hoặc nguồn từ đó sự thoát nước tự nhiên có thể bị trệch hướng hoặc chảy theo ý

muốn Phương pháp này có tên là Thấm qua đáy (Bank Infiltration hoặc Induced

Recharge) Phương pháp Thấm qua đáy có thể coi như là bổ sung nhân tạo nước dưới đất thông qua các trầm tích đáy sông hoặc hồ Nguồn bổ sung thường là do chênh lệch gradien thủy lực giữa mực nước sông hoặc hồ với mực nước dưới đất gây ra bởi hút

nước thông qua lỗ khoan hoặc hành lang khai thác Hình I.5 minh họa bổ sung nhân

tạo được tạo ra từ sông vào tầng chứa nước

Trong phương pháp này, nguồn bổ sung cho tầng chứa nước bị chi phối bởi hai yếu tố: 1) Lưu lượng khai thác từ hành lang khai thác Q, và 2) Khoảng cách L giữa hành lang khai thác và sông

Hình I.5 BSNTNDĐ từ nước sông thấm qua trầm tích đáy sông tới lỗ khoan khai thác

Phương pháp này được thực hiện ở các công trình khai thác gần các sông, hồ, kênh, suối Khi các công trình khai thác nước hoạt động tạo ra nguồn bổ sung từ sông,

hồ, kênh, suối và hình thành một phần của lượng nước được khai thác

Công suất của lỗ khoan khai thác phụ thuộc vào bổ sung gián tiếp có thể bị thay đổi trong năm do dao động của mực nước sông, hồ, kênh, suối Khi nước trong sông,

hồ, kênh suối bị nhiễm bẩn, không thể chấm dứt được nguồn bổ sung nhân tạo này và nước bị nhiễm bẩn sẽ đi vào tầng chứa nước Nước thấm không đi qua đới thông khí, thường chuyển dịch trong các điều kiện hiếm khí vì vậy dẫn đến các vấn đề về hàm lượng sắt và magiê

Các phương pháp BSNTNDĐ trực tiếp

Trong các phương pháp trực tiếp, nước từ các nguồn nước mặt được chuyển (đôi khi qua một khoảng cách khá xa) tới các tầng chứa nước nơi chúng thấm vào nước dưới đất Các phương pháp bổ sung nhân tạo trực tiếp có thể chia ra thành 3 nhóm:

Bổ sung nhân tạo bằng bồn thấm

Trong bổ sung nhân tạo bằng bồn thấm, nước mặt từ sông hồ được chuyển tới một thành hệ địa chất thích hợp, thấm xuống và hình thành nước dưới đất, vì vậy tăng

lượng cung cấp nước dưới đất (Hình I.6) Nước đi vào tầng chứa nước có thể chia

thành 3 giai đoạn: 1) nước thấm vào đất, 2) nước ngấm xuống qua các lớp đất, và 3) chuyển động theo phương nằm ngang của nước tới các công trình khai thác Tốc độ nước đi vào tầng chứa nước phụ thuộc vào 3 yếu tố:

- Tốc độ thấm: tốc độ nước đi vào các lớp đất, bị ảnh hưởng bởi các yếu tố: các ổ khí trong đất, mức độ tắc nghẽn của vật liệu lọc, sự tăng của tảo và vi khuẩn

- Tốc độ ngấm: tốc độ nước di chuyển xuống phía dưới qua các lớp đất, phụ thuộc vào mẫu của đường dòng chảy nước dưới đất và hệ số thấm theo chiều thẳng đứng của đất đá

Hình I.6 BSNTNDĐ bằng bồn thấm vào tầng chứa nằm nông

- Khả năng di chuyển ngang của nước: phụ thuộc vào mẫu của đường dòng và hệ

số dẫn nước của tầng chứa nước nằm bên dưới mực nước

Duy trì một đới không bão hòa bên dưới vùng thấm có tầm quan trọng đặc biệt cho phương pháp BSNT này Trong trường hợp tầng chứa nước không áp nằm dưới vùng thấm, có mực nước ngầm nằm sâu, khi nước mặt ngấm xuống sẽ nâng cao mực nước, tăng trữ lượng nước ngầm nhưng không làm các vùng xung quanh bị ngập lụt Khả năng thấm ban đầu là cao, sau đó sẽ giảm dần trong quá trình bổ sung vì xuất hiện các lớp vật liệu ở đáy của bồn thấm

Bổ sung nhân tạo bằng các hố và moong khai thác

Khi tầng chứa nước nằm ở độ sâu trung bình, có thể bổ sung nhân tạo thông qua

các hố móng hoặc các moong khai thác (H ình I.7)

Đào các hố móng hoặc các moong khá tốn kém trong khi công suất bổ sung của chúng khá nhỏ Phương pháp này chỉ được sử dụng khi các hố móng hoặc moong khai thác đã có sẵn, ví dụ như những moong khai thác sỏi, đá hoặc sét đã bỏ, hoặc ở những nơi thật cần thiết theo các yêu cầu cho các mục đích đặc biệt như bảo vệ môi trường Khi các tầng chứa nước bị phủ bởi một lớp thấm yếu có độ dày lớn, hố móng và moong khai thác có thể sử dụng nhưng do diện tích hạn chế công suất bổ sung thường rất nhỏ

Hình I.7 BSNTNDĐ trực tiếp qua hố móng hoặc moong khai thác

Bổ sung nhân tạo bằng lỗ khoan ép nước

Nước mặt có thể được ép vào các tầng chứa nước thông qua các lỗ khoan ép nước

và được khai thác thông qua các lỗ khoan khai thác nước khác Hình I.8 minh họa một

hệ thống gồm một lỗ khoan ép nước để bổ sung nhân tạo trực tiếp tầng chứa nước Trong trường hợp tầng chứa nước có áp phải sử dụng phương pháp này Thiết kế một

lỗ khoan ép nước tương tự với thiết kế một lỗ khoan khai thác nước Sự khác nhau cơ bản là nước chảy ra khỏi lỗ khoan ép nước vào tầng chứa dưới sẽ chịu cả trọng lượng cột nước và áp lực từ bơm ép

Trong mọi trường hợp phải thật cẩn thận khi thiết kế, xây dựng và thực hiện BSNT bằng lỗ khoan ép nước, bởi vì các lỗ khoan ép nước hay bị sự cố hơn các lỗ khoan khai thác thông thường Trên cơ sở cơ chế tắc nghẽn lỗ khoan nêu ở trên, đòi hỏi về việc xây dựng và vận hành hệ thống ép nước không khó Nước để ép xuống lỗ khoan có hàm lượng cát chỉ khoảng 1mg/l đã có thể gây tắc nghẽn lỗ khoan trong thời gian ngắn Vì vậy các lỗ khoan ép nước thông thường nên dùng nước không có cát để

ép nước Tốc độ đi vào địa tầng cho các lỗ khoan ép nước nên giới hạn dưới 1,5 m/giờ Diện tích ống lọc của lỗ khoan ép nước nên lớn hơn hai lần so với diện tích ống lọc của lỗ khoan khai thác với cùng lưu lượng

Trong các công trình BSNTNDĐ cần phải tiến hành nghiên cứu phương trình

dòng chảy nước dưới đất bao gồm dòng chảy một chiều của nước dưới đất đến các hành lang, dòng chảy nước dưới đất tới hệ thống các giếng khoan, thời gian nước lưu trú trong đất đá, sự thay đổi trong chuyển động đối lưu, ảnh hưởng của nhiệt độ, ảnh hưởng của tính bất đẳng hướng Những vấn đề liên quan đến hấp thụ, bao gồm những ảnh hưởng thuận lợi và bất lợi, sự hoà lẫn các loại nước, sơ đồ BSNTNDĐ với thời gian lưu trú xen kẽ tuyến tính cần phải được xem xét Vấn đề tàng trữ nước và khai thác, bao gồm tàng trữ ở đáy sông, tàng trữ nước nhân tạo, tàng trữ nước ở biên mặn nhạt đóng vai trò quan trọng trong khi nghiên cứu về BSNTNDĐ Những thay đổi về chất lượng nước trong tiền xử lý và vận chuyển nước, việc tự làm sạch trong bồn thấm, quá trình nước đi vào tầng chứa bao gồm lọc cơ học, hút bám, các hoạt động hoá sinh,

vi khuẩn, sự di chuyển của nước trong lòng đất, sự cân bằng ôxy, vấn đề hậu xử lý nước, là những đề mục phải quan tâm trong BSNTNDĐ

Hình I.8 Nước được ép vào tầng chứa nước thông qua kỗ khoan ép nước và

được khai thác từ các lỗ khoan khai thác khác

I.2.2 Các mục tiêu chung của BSNTNDĐ

Trong quản lý tài nguyên nước, thực hiện tăng nhân tạo lượng nước mặt đi vào tầng chứa nước cho phép khai thác nước dưới đất với qui mô lớn Các lý do áp dụng BSNTNDĐ rất khác nhau, những lý do quan trọng nhất là: a) lọc trong và ổn định chất lượng nước, b) tàng trữ, và c) chuyên chở nước Ngoài ra các phương pháp BSNTNDĐ có thể dùng cho : d) duy trì mực nước, và e) thải nước

a) Lọc trong và ổn định chất lượng nước: Khi cho nước từ sông hoặc hồ chảy qua một

tầng chứa nước sẽ xuất hiện sự thấm, loại bỏ các phần chính của các chất huyền phù lơ lửng, giảm số vi khuẩn và các sinh vật khác, mang lại những thay đổi quan trọng về thành phần hóa học của nước Các tầng chứa nước hoạt động như những bộ lọc cát chậm và giả sử khoảng cách và thời gian di chuyển dưới đất không quá ngắn (hơn 50

m và 2 tháng tương ứng) nước sẽ trong và sạch các sinh vật gây bệnh, cho phép sử dụng trực tiếp như nước uống Trong trường hợp thời gian di chuyển trung bình trong đất lâu hơn sẽ xuất hiện sự ổn định về các thông số chất lượng nước về mặt hóa học và

lý học Trong các tầng chứa nước hạt thô hoặc các hệ tầng đá nứt nẻ, việc giảm nhẹ thay đổi của chất lượng nước vẫn không thay đổi, nhưng ảnh hưởng của sự thấm ngày càng nhỏ

b) Tàng trữ nước: Trường hợp một tầng chứa nước không áp, mực nước nằm sâu,

BSNTNDĐ có thể nâng cao mực nước, vì vậy tăng lượng nước, không gây nguy hiểm

tới các vùng lụt nằm thấp Hình I.9 chỉ một lỗ khoan 2 mục đích để bổ sung cho tầng

chứa nước trong giai đoạn mưa nước sông có sẵn và để khai thác trong giai đoạn khô Tầng chứa nước lúc này như một bể chứa nước dung tích lớn, không nhỏ hơn 3x106

m3/km2 với các địa tầng lỗ hổng có thay đổi của mực nước là 10 m Bể chứa nước này không gây hại môi trường, dễ thực hiện và rẻ hơn chứa bằng bể chứa trên mặt đất, đặc biệt với các nước có địa hình bằng phẳng và dân cư đông đúc

Hình I.9 Chứa nước dưới đất dùng giếng khoan hai mục đích

Tàng trữ nước dưới đất có thêm ưu điểm là nước không bị tổn thất do bốc hơi và chất lượng không bị phá hoại do phát triển tảo Tuy nhiên, rất khó ngăn cản một vài tổn thất dòng chảy và tổng lượng nước khai thác nhỏ hơn tổng lượng nước bổ sung

(Hình I.9) Để tàng trữ nước theo mùa, sự chênh lệch này không đáng kể, nhưng với

tàng trữ nước dài hạn, chú ý đến những năm khô hạn trong chu kỳ khí hậu, tàng trữ nước ít thích hợp Tàng trữ nước dưới đất có tiềm năng lớn khi sử dụng nước mặt, tăng lưu lượng sông trong giai đoạn mùa khô và làm đầy lại khi sông đang mùa nước

c) Chuyên chở nước: Trong nhiều khu công nghiệp, khai thác quá mức đã làm cạn kiệt

tài nguyên, làm khô giếng khoan và ép buộc khách hàng phải tìm kiếm nguồn nước khác, thông thường là nước uống từ một mạng lưới cung cấp công cộng Điều này khá

tốn kém, có thể tránh được khi áp dụng BSNTNDĐ ở một vùng lộ cục bộ (Hình I.10)

Tầng chứa nước lúc này hoạt động như một ống dẫn mang nước sông từ điểm ứng dụng BSNTNDĐ tới các điểm khai thác

làng quê, tổn hại đến việc sử dụng đất nông nghiệp, làm hư các toà nhà và các công trình xây dựng do sụt lún đất hoặc do làm mục các nền móng cọc gỗ, hoặc gây ra việc hút nước từ các vùng xung quanh tới Ở nơi nước có chất lượng kém (ví dụ nước mặn),

Hình I.10 Bổ sung cục bộ cho khai thác thường xuyên

pha trộn với nước tự nhiên sẽ biến tầng chứa nước thành một nguồn cấp nước uống không phù hợp Một lần nữa, BSNT lại có thể thực hiện để ngăn cản các ảnh hưởng

không có lợi xuất hiện Hình I.11 dẫn ví dụ về việc tháo khô nước ở một vị trí xây

dựng, bằng cách sử dụng các lỗ khoan ép nước để hạn chế sự lan toả của mực nước hạ

thấp, trong khi đó Hình I.12 minh họa cách sử dụng biên mặn nhạt để ngăn cản sự xâm

nhập của nước mặn vào các tầng chứa nước ven biển

Hình I.11 Duy trì mực nước bằng BSNTNDĐ

Hình I.12 Ranh giới mặn nhạt trong tầng chứa nước ven biển

thừa khỏi một cộng đồng Sử dụng các hố móng thấm thoát nước mưa vào lòng đất có rất ít bất lợi, trong khi thoát nước thải công nghiệp vào lòng đất có thể làm tầng chứa nước hoàn toàn không thích hợp cho sử dụng nữa Trường hợp chất thải công nghiệp chỉ chứa các khoáng chất không có hại, có thể nghĩ đến cách xả chúng vào các tầng chứa nước mặt với nồng độ khoáng tự nhiên lớn hơn 5.000 mg/l Khi có mặt các chất nguy hiểm như các kim loại nặng, thuốc trừ sâu, chất phóng xạ v.v chỉ được phép xả nước thải khi không còn phương pháp khác và đã chứng minh được sự di chuyển các chất này về phía các tầng chứa nước và về phía mặt đất đã hoàn toàn bị ngăn chặn Trong thực tế, BSNTNDĐ được sử dụng cho rất nhiều lý do, gần như tất cả các

lý do phải tuân theo các tiêu đề trên

I.2.3 Bổ sung nhân tạo phục vụ cấp nước

Trong lĩnh vực cấp nước công cộng, BSNTND có lịch sử lâu đời Được bắt đầu bằng các phương pháp gián tiếp thông qua xây dựng các hành lang thấm trong cát và sỏi gần kề đáy sông Khai thác một lượng nước lớn từ các hành lang này ép nước sông chảy vào tầng chứa nước và được lọc khi đi qua đất đá Ví dụ của công trình đầu tiên thuộc loại này là hầm ngầm được xây dựng năm 1810 dọc theo sông Clyde để cấp nước cho thành phố Glasgow, Xcốtlen và một bồn mở được đào gần Garonne năm

1820 để cấp nước cho thành phố Toulouse, Pháp Theo sau các công trình này, các công trình thấm qua bờ sông được xây dựng ở nhiều nơi tại Anh, Pháp, Đức, Ý, Hungari và Mỹ Các phương pháp trực tiếp phải chờ đến cuối thế kỷ 19 khi công trình đầu tiên thuộc loại này được xây dựng năm 1897 để cấp nước cho thành phố

Gothenburg, Thụy Điển (Hình I.13, I.14)

Hình I.13 Bổ sung nhân tạo nước dưới đất ở Thuỵ Điển

Hình I.14 Bổ sung trực tiếp thay cho bổ sung gián tiếp

Sự tiến bộ vượt bậc trong BSNTND phải chờ đến tận những năm 1950 và 1960, vào thời gian đó, cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai gây nhiễm bẩn chưa từng có của nước mặt trong các sông Chuyển ngược trực tiếp nước như vậy thành nước uống chất lượng tốt trở nên rất khó khăn và tốn kém Phương pháp thấm qua đáy sông làm giảm lượng nhiễm bẩn của nước, nhưng các phương pháp trực tiếp cho các kết quả tốt hơn vì quá trình này được bổ sung theo hai cách: 1) tiền xử lý nước bổ sung để loại bỏ phần lớn các chất không sạch; và 2) khả năng ngừng bổ sung vào các công trình khi nước bổ sung có chất lượng thấp, nước khai thác được lấy từ trữ lượng nước dưới đất

tạo ra trong giai đoạn bổ sung bằng nước sông có chất lượng tốt Hình I.15 minh họa

một hệ thống BSNTND trực tiếp mở rộng như vậy ở Hague, Hà Lan Nước được khai thác từ sông Rhine (hiện nay cả từ sông Meuse), tiền xử lý bằng lắng đọng, thông gió, lọc nhanh, khử trùng bằng clo và chuyển tới các bồn thấm trong vùng các đụn cát phía bắc thành phố Sau khi khai thác, nước được hậu xử lý bằng cách thêm cácbon hoạt tính dạng bột, thông gió, lọc nhanh, thông gió, lọc chậm và khử trùng bằng clo an toàn trước khi đi vào mạng cung cấp Trong giai đoạn chất lượng nước sông kém có thể giảm tốc độ bổ sung, ngưng hẳn bổ sung khi nước sông bị nhiễm bẩn nặng Trong cả hai trường hợp, khai thác nước dưới đất vẫn liên tục, lượng thiếu hụt do ngưng bổ sung được lấy từ trữ lượng nước trong các đụn cát

Hình I.15 Cấp nước ở Hague, Hà Lan

Tóm lại, trong lĩnh vực cấp nước, BSNTND đã được sử dụng vì rất nhiều lý do, các lý do quan trọng nhất là:

a) Để có nước trong, loại bỏ độ đục thường có trong nước sông Đây là đối tượng của phương pháp thấm qua đáy sông được thực hiện và đầu thế kỷ 19

b) Để có nước không có các sinh vật có hại Đây là lý do BSNTNDĐ trực tiếp và gián tiếp được áp dụng rộng rãi ở Đức và Thụy Điển trong nửa đầu của thế kỷ

19, sau dịch tả năm 1892 ở Hamburg và dịch thương hàn ở Gelsenkirchen năm

1901 đã chỉ ra vai trò cấp nước công cộng trong lan truyền các bệnh dịch chứa trong nước

c) Như một nguồn cấp nước nông thôn, cấp nước trong các nước đang phát triển,

e) Là một cách tốt hơn trong xử lý nước sông, không tăng hàm lượng khoáng chất

do đông tụ hóa chất, không tạo thành các hình thức halogen với đặc tính gây ung thư

f) Để đạt chất lượng nước tốt nhất một cách khả thi bằng cách làm giảm thay đổi các thành phần lý hóa và bằng cách giữ lại một lượng nhỏ cuối cùng các chất không sạch sau khi tiền xử lý đã loại bỏ phần lớn các chất nhiễm bẩn

g) Để phục hồi nước, tinh lọc các chất bẩn từ các nhà máy xử lý nước thải lần 2 với chi phí thấp và hiệu quả cao hơn các nhà máy xử lý nước thải lần 3

h) Để chứa nước trong giai đoạn mùa khô khi lưu lượng sông không đủ hoặc chất lượng nước sông giảm, cả hai trường hợp này cần phải giảm lượng nước tại công trình bổ sung không ảnh hưởng khả năng của nhà máy cấp nước

i) Để chứa nước khi nước sông bị nhiễm bẩn nặng nề bởi các chất độc sinh vật, hóa học và phóng xạ cần thiết phải ngưng hoạt động các công trình hoàn toàn trong thời gian một vài ngày tới vài tuần

Tại các nước phương Tây, dân cư đông đúc, công nghiệp hóa mạnh, các lý do (h)

và (i) là quan trọng nhất, trong khi đối với các nước đang phát triển các lý do (e) và (f)

có thể là các yếu tố quyết định trong việc liên kết BSNTNDĐ để xử lý nước sông bị nhiễm bẩn

I.2.4 Bổ sung nhân tạo nước dưới đất phục vụ quản lý nước

Trong lĩnh vực quản lý nước, BSNTNDĐ được sử dụng với qui mô tăng chưa từng thấy và phục vụ cho nhiều mục đích Các mục đích chính là cải thiện chất lượng nước, chứa nước dư thừa trong các giai đoạn mưa để dùng trong giai đoạn khô và bảo tồn nước dư thừa

Như đã trình bày trong phần trên, chất lượng nước sông dùng cho cấp nước công cộng có thể cải thiện bằng BSNTNDĐ, loại bỏ các chất không sạch bởi thấm và giảm mức độ biến đổi chất lượng nước bằng sự phân tán trong tầng chứa nước BSNTNDĐ cũng là một giải pháp hấp dẫn trong việc cải thiện chất lượng nước với cấp nước công nghiệp và thậm chí với nước tưới nhằm ngăn cản sự tắc nghẽn nhanh chóng của các kênh cung cấp nước Chất lượng nước trong sông chịu ảnh hưởng của việc xả nước đô

thị, nhưng khi xử lý theo sơ đồ ở Hình I.16 các thiệt hại sẽ nhỏ và có thể bỏ qua Do

khai thác quá mức, chất lượng nước trong một tầng chứa nước có thể bị phá hoại do bị trộn lẫn với nước có chất lượng thấp từ các tầng chứa nước lân cận, BSNTNDĐ có thể ngăn chặn những sự xâm nhập như vậy xuất hiện

Hình I.16 BSNT với nước thải vào sông

Trong nhiều vùng trên thế giới, lưu lượng sông thay đổi rất lớn theo mùa Lưu lượng trung bình thường khá lớn, nhưng trong giai đoạn mùa khô, lưu lượng có thể quá nhỏ để có thể hòa tan một cách thích hợp nước thải hoặc cho phép khai thác nước, đặc biệt một lượng nước lớn phục vụ cho tưới Các vấn đề trên có thể giải quyết bằng cách lấy nước sông trong giai đoạn mùa mưa, dùng BSNT chứa nước này dưới đất trong các tầng chứa nước lân cận và khai thác để cung cấp trong giai đoạn lưu lượng sông thấp vào mùa khô

BSNTNDĐ có thể được áp dụng khi khai thác nước dưới đất với số lượng lớn hơn nguồn bổ sung tự nhiên của tầng chứa nước, ngoài ra nó còn có ưu điểm là tầng chứa nước có thể phục vụ vận chuyển nước từ vị trí BSNTNDĐ tới các điểm khai thác nước khác nhau

Trong các vùng nông thôn, nước mưa rơi xuống đất, hoặc thấm xuống dưới tới mực nước ngầm, chảy bên trên hoặc ngay bên dưới mặt đất tới các kênh thoát Tỷ số giữa hai thành phần này phụ thuộc vào hệ số thấm của đất đá và độ dốc của bề mặt đất Trong các vùng hiếm nước, tổn thất nước do bốc hơi cần phải tránh với bất kỳ giá nào, các bồn thấm có thể được xây dựng để đẩy nhanh quá trình thấm, để tăng cấp nước dưới đất càng nhiều càng tốt

Trong các vùng đô thị vào mùa hè nóng, nước thường được khai thác với qui mô lớn để làm mát Nước sau khi làm mát có thể thoát ra các cống hoặc kênh thoát nước, tuy nhiên khi việc bảo tồn nước là quan trọng, có một giải pháp tốt hơn nhưng tốn kém

là trả nước này về tầng chứa nước bằng các lỗ khoan ép nước Trong nhiều thị xã với

hệ thống nước thải riêng biệt, các bồn thấm được dùng để giải quyết việc thoát nước mưa, để giảm chi phí của hệ thống và tăng cường cấp nước dưới đất Trong một vài trường hợp, các bồn thấm cũng được sử dụng để xử lý các chất thải lần 2

So sánh với cấp nước công cộng, BSNTNDĐ cho mục đích quản lý nước bị cản trở bởi số lượng nước phải xử lý lớn, trong khi lợi nhuận thu lại thấp, do đó các phương pháp BSNTNDĐ rẻ tiền nhất mới được áp dụng Điều này có nghĩa là phương pháp phân tán nước ra (dễ dàng thực hiện ngay trong đáy sông bằng cách xây những con đập bằng vật liệu sẵn có ở đó) Những con đập này cản lại dòng chảy của nước sông và vì vậy tạo cơ hội cho nước sông ngấm xuống phía dưới Trong thời gian lụt

hàng năm, các đập này có thể bị phá huỷ Tuy nhiên với các thiết bị hiện đại việc xây dựng lại là đơn giản và rẻ tiền Dùng các đập móc có thể đạt tuổi thọ lớn hơn Với các suối hẹp, việc phân tán nước ra phải thực hiện bằng cách khác, đôi khi ở một khoảng cách khá xa, nơi các vật liệu thô lộ ra trên mặt cho phép thấm nhanh hơn, hoặc sẵn có vùng đất đai không thích hợp cho nông nghiệp có thể sử dụng cho mục đích này Việc phân tán nước cách xa suối có ưu điểm ở chỗ có thể ngưng vận hành khi hàm lượng bột trong sông cao, giảm mạnh lượng chất lơ lửng bằng quá trình lắng đọng trong các bồn chứa đôi khi giảm được mạnh hơn nữa bằng cách thêm các hoá chất gây đông tụ

I.2.5 Một số hạn chế kỹ thuật khi triển khai BSNTNDĐ

Một số hạn chế về mặt kỹ thuật có thể làm giảm tác dụng của BSNTNDĐ tới các điều kiện nước dưới đất và tới những lợi ích mà cộng đồng có thể nhận được khi triển khai BSNT Làm rõ được các hạn chế này là cần thiết để vận dụng các hoạt động BSNT vào các điều kiện cụ thể để sinh ra các lợi ích mong muốn Các hạn chế kỹ thuật chính với BSNTNDĐ bao gồm:

Lượng nước sẵn có: Điều này dường như là hiển nhiên Nhiều cố gắng giải quyết các

vấn đề khai thác quá mức nước dưới đất thông qua BSNTNDĐ bắt đầu trong những vùng có lượng mưa thấp và lượng cung cấp sẵn có đã sử dụng hết Trong trường hợp này, các hoạt động BSNTNDĐ có thể lấy nước đã sử dụng bằng cách phân phối lại giữa những người sử dụng với một chút nếu có lợi ích bổ sung Thu gom nước và chứa nước dưới đất thông qua BSNTNDĐ trong các lưu vực cao hơn có thể lấy đi nước ở các vùng hạ lưu Tuy nhiên cần xem xét các ảnh hưởng, vì thu gom nước ở thượng nguồn sẽ giảm xói mòn đất và các thiệt hại khác và kéo dài thời gian có các dòng chảy trong suối do dòng chảy cơ sở trong suối đã được bổ sung

Tần suất, cường độ và thời gian mưa: Trong nhiều vùng khô cằn, mưa xuất hiện

thường không đều thành những trận mưa rất lớn, ngắn Dưới các điều kiện này không thể giữ nước bằng những công trình hoặc đập nhỏ thường xây dựng để bổ sung nước cho các vùng nông thôn Các đập tràn ngập nước nhanh chóng trong những trận mưa ngắn nhưng khô cạn hầu hết thời gian còn lại trong năm Lượng mưa trung bình thường không có ý nghĩa theo quan điểm BSNTNDĐ Điều quan trọng là liệu lượng mưa có phân bố theo một cách bảo đảm để giữ nước và thấm vào các tầng chứa nước hay không Trong những điều kiện này, việc thiết kế các công trình giữ nước và bổ sung nước là then chốt đối với hiệu quả và lợi ích của vùng

Đất đá hoặc tầng chứa nước có tính thấm yếu: BSNTNDĐ thường khó khăn trong các

vùng đất có hàm lượng sét cao hoặc có xu hướng hình thành lớp vỏ không thấm Trong những trường hợp như thế các công trình BSNTNDĐ thường có mức bốc hơi cao, mất nước nhiều hơn là tăng lượng nước sẵn có Đây cũng là một hạn chế trong các trầm tích có tính thấm yếu nằm trên các tầng chứa nước có tính thấm cao hơn BSNTNDĐ trong điều kiện này cần các phương tiện phức tạp về mặt kỹ thuật để ép nước trực tiếp

vào các tầng chứa nước

Các hạn chế về chất lượng: Khi mực nước của nước có chất lượng kém nằm nông, lợi

ích của nước nhạt thấm lọc có thể bị mất do trộn lẫn với nước dưới đất nguyên thủy Tuy nhiên, hiểu biết sâu sắc thủy lực của loại tình thế này sẽ cho phép quản lý hiệu quả một thấu kính nước chất lượng tốt Trong vùng lân cận các công trình BSNTND có thể cải thiện chất lượng nước dưới đất Trong trường hợp khác, các tầng chứa nước chất lượng cao nằm xen kẹp với nước chất lượng kém Các hạn chế thuộc loại này có thể vượt qua bằng công nghệ ép nước, nhưng cần phải có hiểu biết sâu sắc về thủy lực

và ĐCTV để giảm thiểu tổn thất nước nhạt thu gom được do bị trộn lẫn với nước có chất lượng kém Chất lượng của các nguồn nước (và tính thay đổi của nó) cần phải được chú ý, đặc biệt khi áp dụng bổ sung trực tiếp cho các lỗ khoan mở lớn Lợi ích của lọc, loại bỏ trầm tích, chất có hại, chất dinh dưỡng và các chất nhiễm bẩn khác thông qua thấm từ bồn thấm phần lớn bị mất khi sử dụng các lỗ khoan ép nước trực tiếp

Sự cân bằng giữa bổ sung và bốc hơi: Các bồn chứa nhỏ thường nông và có tỉ số giữa

diện tích bề mặt và thể tích lớn, dẫn đến tổn thất do bốc hơi khá cao, thậm chí vượt quá lượng bổ sung vào nước dưới đất Định lượng và kiểm soát được lượng này sẽ bảo đảm quản lý các công trình BSNT tốt hơn, ví dụ, đào sâu thêm bồn chứa, tiến hành làm sạch thường xuyên hơn để tăng tính thấm, xây dựng những hồ lắng trước khi thấm, hoặc thay đổi kiểu dùng nước từ các hồ chứa trên mặt Một phương pháp đơn giản giúp hiểu được hiệu quả các công trình BSNT, thậm chí nó chỉ cung cấp một sự

đánh giá tương đối, cũng là một phương tiện hữu ích đề ra các quyết định về quản lý

I.2.6 Ảnh hưởng của BSNTNDĐ đối với môi trường

Khai thác nước dưới đất dẫn đến hạ thấp mực nước do đó dẫn đến tổn thất tài chính lớn như đổ sập các toà nhà và các công trình kiến trúc, giảm thường xuyên lợi nhuận nông nghiệp và v.v Ngày nay những thiệt hại không thể nhìn thấy với môi trường do giảm hoặc thay đổi thảm thực vật tự nhiên, làm khô các đầm lầy, hồ, nguồn

lộ, các con suối nhỏ v.v đang được chú ý đặc biệt

BSNT có thể thực hiện để duy trì vẻ đẹp của nông thôn nhưng phải đương đầu với rất nhiều khó khăn vì một sự thay thế chính xác mực nước dưới đất ban đầu là không thể có được, hơn nữa thành phần của nước bổ sung sẽ luôn khác với thành phần của nước dưới đất tự nhiên Khi lấy nước từ sông bị nhiễm bẩn, nước bổ sung sẽ có hàm lượng nitrate va photphate cao hơn, làm thay đổi thảm thực vật và làm tăng độ phì của đầm lầy, hồ và các con suối Trong trường hợp BSNTND để tàng chứa nước, dao động mực nước lớn là không thể tránh khỏi và có thể gây thiệt hại lớn với môi trường Các ảnh hưởng môi trường do sử dụng kết hợp khai thác nước dưới đất và BSNTNDĐ có thể bỏ qua trong các vùng nơi mực nước dưới đất tự nhiên ở sâu dưới

bề mặt đất và phòng ngừa cẩn thận để ngăn cản tổn thất của nước bổ sung vào đất

xung quanh Trong trường hợp như vậy sự vận động của dòng chảy và mực nước NDĐ không ảnh hưởng đến thảm thực vật tự nhiên, chất lượng và số lượng nước trong suối Khi BSNTND được sử dụng chỉ để cải thiện chất lượng nước sông bằng dòng chảy nước dưới đất, các ảnh hưởng môi trường có thể ngăn cản được bằng dùng tầng chứa nước có áp Tàng chứa nước trong tầng chứa nước có áp là không thể, tuy nhiên

có thể hợp nhất điều này trong các tầng chứa nước ven biển nơi nước nhạt nổi trên nước mặn nằm dưới Khi ngưng BSNTND nhưng vẫn tiếp tục khai thác nước, nước được lấy từ nguồn dự trữ này, biên mặn nhạt nâng cao, nhưng không làm ảnh hưởng tới các điều kiện địa chất thuỷ văn chủ yếu trong tầng chứa nước không áp nằm trên

I.2.7 Phương pháp đánh giá hiệu quả kỹ thuật của các sơ đồ BSNTNDĐ

Nhìn chung, mục tiêu của các phương pháp BSNTNDĐ là tăng tài nguyên nước dưới đất nhưng hiệu quả BSNTNDĐ phụ thuộc vào các sơ đồ BSNTNDĐ Nếu sơ đồ BSNTNDĐ hiệu quả, sẽ quan sát thấy mực nước dâng cao hoặc tốc độ hạ thấp giảm Các lỗ khoan có thể cung cấp nước dài hơn và giảm tiêu thụ năng lượng để hút nước Nếu sơ đồ BSNTNDĐ để tàng trữ nước, sẽ quan sát thấy dòng chảy cơ sở tăng, do đó tăng tính sẵn có của nước mặt, tăng thảm thực vật, giảm xói mòn đất, cải thiện hệ động vật và thực vật, ví dụ dòng chim và động vật hoang dã di trú tăng lên rõ rệt

Vì vậy, trong bối cảnh quản lý nước dưới đất bền vững cần phải đánh giá hiệu quả của các sơ đồ BSNTNDĐ về mặt khả năng bổ sung của chúng cho tầng chứa nước Song đánh giá hiệu quả một cách trực tiếp là công việc rất khó khăn Nghiên cứu cân bằng nước chi tiết là cách tiếp cận duy nhất cung cấp một sự đánh giá định lượng các sơ đồ BSNTNDĐ Ngoài nghiên cứu cân bằng nước định lượng đầy đủ, có các phương pháp thể hiện hiệu quả của các sơ đồ BSNTNDĐ, cả tương đối và tạm thời ở qui mô bồn và lưu vực

Qui mô lưu vực

Các thành phần cân bằng nước trung bình năm ở qui mô lưu vực là lượng mưa, lượng bốc hơi, dòng chảy (trên mặt và cơ sở) và thay đổi lượng tàng trữ nước dưới đất Những yếu tố này có thể khái quát thành:

Lượng mưa = Lượng bốc hơi+ dòng chảy mặt+ dòng chảy cơ sở +/- lượng tàng trữ nước dưới đất

Như vậy, lượng nước đi vào lưu vực trong một khoảng thời gian bằng với lượng nước dời khỏi lưu vực cộng hoặc trừ thay đổi lượng tàng trữ nước dưới đất trong cùng giai đoạn

Phương trình trên ngụ ý rằng tăng bổ sung NDĐ, do đó tăng lượng tàng trữ NDĐ chỉ có thể đạt được thông qua giảm lượng bốc hơi hoặc giảm dòng chảy mặt chảy ra khỏi lưu vực, giả sử lượng mưa trung bình hàng năm không thay đổi Vì vậy dòng chảy mặt trung bình năm ra khỏi khu vực biểu thị qui mô phát triển các sơ đồ

BSNTNDĐ và là một đánh giá định lượng số lượng nước sẵn có để bổ sung

Ngăn chặn dòng chảy mặt bằng các công trình BSNTNDĐ, tăng tiềm năng chuyển nước vào tàng trữ trong tầng chứa nước và giảm lượng sẵn có của dòng chảy mặt Nơi dòng chảy mặt theo mùa (khí hậu gió mùa), dòng chảy mặt không chỉ rất có hại mà còn bị tổn thất rất lớn do bốc hơi sau mỗi trận lụt Quản lý tài nguyên nước tốt

sẽ dẫn đến nhiều nước dưới đất được tàng trữ và vì vậy tăng dòng chảy cơ sở của suối

và giảm tính thay đổi của nó Điều này có thể biến các suối tạm thời thành các suối chảy quanh năm

Để đạt cân bằng nước cho một khu vực, cần các thông tin địa chất thuỷ văn và thủy văn chất lượng cao Trong thành phần của phương trình cân bằng nước, lượng mưa và dòng chảy mặt có thể đo trực tiếp, dùng các trạm đo mưa và đo lưu lượng suối Phân chia thủy đồ có thể dùng để xác định các thành phần dòng chảy cơ sở và dòng chảy mặt của lưu lượng suối Nếu có các thủy đồ trước và sau khi xây dựng các công trình BSNTNDĐ, có thể đánh giá hiệu quả của các công trình BSNTNDĐ trong lưu vực

Xác định lượng bốc hơi rất khó khăn và liên quan đến các công cụ phức tạp như các trạm thời tiết và dụng cụ đo sự bốc hơi

Đo trực tiếp sự thay đổi lượng tàng trữ nước dưới đất bằng độ dâng và hạ của mực nước trong lưu vực Đánh giá tỷ lưu lượng hoặc độ lỗ hổng hiệu dụng đạt được thông qua bơm thí nghiệm các tầng chứa nước, hoặc áp dụng các giá trị, ước đoán đã biết Sự thay đổi lượng tàng trữ nước dưới đất có thể tính toán được Trong trường hợp tầng chứa nước có áp, thay đổi mực nước áp lực nhân với hệ số nhả nước sẽ cho thay đổi của lượng tàng trữ nước dưới đất

Có thể áp dụng mô hình số động thái địa chất thuỷ văn trên cơ sở các thành phần cân bằng đã biết Đầu vào như lượng mưa, đầu ra như lượng bốc hơi, dòng chảy cơ sở

và lượng khai thác, phải được đo hoặc đánh giá để bảo đảm mô hình mô phỏng được mực nước dưới đất Kiểm chứng mô hình bằng cách so sánh mực nước tính toán và mực nước quan trắc, sau đó mô hình được dùng để mô phỏng phản ứng của tầng chứa nước với số lượng nước bổ sung và vị trí bổ sung khác nhau Các mô phỏng này sau

đó được dùng như những công cụ để quản lý tầng chứa nước

Tuy nhiên, lưu ý việc đánh giá các thành phần cân bằng nước bằng các kỹ thuật riêng lẻ luôn luôn chịu một sai số Dưới đây là những yếu tố hiển nhiên trong các yếu

tố khác:

- Tính thay đổi theo không gian của các đợt mưa và dòng chảy mặt, đặc biệt trong các vùng khô cằn

- Tính thay đổi mạnh mẽ của đất đá và điều kiện địa chất thuỷ văn

- Tính không đầy đủ của cơ sở dữ liệu địa chất thuỷ văn

Qui mô bồn chứa

Cân bằng nước của một công trình cụ thể cần phải tính đến lượng chảy vào và lượng chảy ra khỏi bồn chứa nước cùng với những thay đổi về lượng tàng trữ cả trong bồn chứa và trong tầng chứa nước nằm dưới Cân bằng nước tóm tắt như sau:

Lượng mưa + Dòng chảy vào trên mặt (và nước dưới đất) = (Lượng bốc hơi + Lượng

bổ sung + Dòng chảy ra (dòng chảy tràn, thấm xuyên, khai thác) +/- Thay đổi của

Cân bằng nước cho một bồn chứa được đơn giản hóa trong giai đoạn không có mưa và khi dòng chảy vào và dòng chảy ra trên mặt có thể bỏ qua Có thể đơn giản hóa hơn nếu tổn thất do thấm xuyên, khai thác có thể bỏ qua và nếu bồn chứa ở dưới điều kiện chảy ra liên quan tới tầng chứa nước, khi đó cân bằng nước tóm tắt như sau:

Lượng bổ sung nước dưới đất = Thay đổi của thể tích nước trong bồn chứa - Lượng bốc hơi

Phương trình này ngụ ý rằng phần giữa bốc hơi và bổ sung nước dưới đất sẽ quyết định hiệu quả của sơ đồ BSNTNDĐ Về lý thuyết, nếu bốc hơi bằng 0 thì thay đổi của thể tích nước trong bồn chứa sẽ bằng với lượng bổ sung nước dưới đất

I.2.8 Lợi ích của BSNTNDĐ

Nhìn chung, mục đích của các phương pháp BSNTNDĐ là để tăng tài nguyên nước dưới đất Lợi ích kinh tế cụ thể hơn từ BSNTNDĐ thường liên quan với nông nghiệp Các lợi ích thường được thảo luận bao gồm tiềm năng tăng tổng diện tích được tưới do lượng nước dưới đất tăng, tăng sản lượng mùa màng trên một hecta liên quan tới cải thiện hiệu suất của đất hoặc canh tác đa dạng Điểm khởi đầu trong các đánh giá như vậy là công nhận rằng có sự tương đương về lợi ích liên quan đến nước dưới đất nói chung BSNTNDĐ hoặc tăng cường hoặc duy trì những lợi ích chung này

Hầu hết những thảo luận về lợi ích của BSNTNDĐ như trên nhận được từ các phân tích trong các nước công nghiệp hóa Lợi ích khu vực nông thôn trong vùng công nghiệp hóa kém còn ít được chú ý Dưới đây chúng tôi sẽ dẫn một số đánh giá về lợi ích của BSNTNDĐ do I.Gale thực hiện [61-63] tại Ấn Độ Chúng tôi cho rằng những đánh giá này thực sự hữu ích với Việt Nam

Trong các vùng nông thôn, tăng sử dụng nước dưới đất góp phần bền vững vào giảm và xóa nghèo Khai thác nước dưới đất liên quan chặt chẽ tới việc giảm mức độ

và tính nghiêm trọng của nghèo đói và giảm số người sống dưới mức nghèo đói trong hầu hết các tỉnh của Ấn Độ Ở nơi quan tâm đến tưới, nước dưới đất đáng tin cậy hơn các nguồn nước mặt và có thể dùng với mức kiểm soát cao hơn Kết quả là chất lượng của dịch vụ tưới cao hơn nhiều so với các hệ thống kênh và bể chứa Điều này quan trọng vì nó sử dụng đầu vào bổ sung (lao động, hạt giống và phân bón) và giảm rủi ro tổn thất Hơn nữa, như được chứng minh qua các tài liệu trong hai thập kỷ trước, riêng

việc kiểm soát được nước có thể lấp được hố ngăn cách giữa tiềm năng và trữ lượng thực khoảng 20% Tầm quan trọng của điều này không nên bị đánh giá thấp vì rất nhiều loại mùa màng dễ bị tổn thương với dao động của độ ẩm ở điểm tới hạn trong sự tăng trưởng của cây

Khả năng tăng sản lượng là một mặt quan trọng trong chương trình giảm nghèo, giảm rủi ro có tầm quan trọng tương đương Với nông dân, hạn hán là sự kiện thảm khốc dẫn đến việc mất mát hoặc buộc phải cầm cố tài sản chính như đất đai Nông dân, người phụ thuộc vào khoản vay nợ để chi cho các đầu vào nông nghiệp (hoặc ngay cả cho thực phẩm của họ giữa các đợt thu hoạch) là đặc biệt bị tổn thương Những nông dân như thế thường bị bắt buộc đặt cọc hầu như mọi thứ họ có, lấy một phần nhỏ giá trị dài hạn của nó (bán lúa non) để trả người cho vay nợ và để tiếp tục tồn tại khi bị hạn hán Điều này tạo ra một vòng luẩn quẩn của hạn hán và nghèo đói Tài sản tích lũy được trong những năm thuận lợi phải ra đi khi mùa màng thất bát và nông dân phải sống trong vũng lầy nghèo đói Tưới, đặc biệt tưới từ nguồn nước dưới đất tin cậy sẽ giảm những nguy cơ như vậy Một phân tích được tiến hành ở 11 tỉnh của Ấn Độ trong giai đoạn 1971 - 1984 phát hiện ra, ví dụ, mức độ không ổn định trong nông nghiệp được tưới bằng nước dưới đất nhỏ hơn một nửa trong nông nghiệp không được tưới bằng nước dưới đất Tiếp cận nước dưới đất về cơ bản cung cấp một sự bảo đảm rằng các đầu tư khác phụ thuộc vào nước sẽ không bị mất

Tóm lại, tiếp cận nước dưới đất, từ viễn cảnh nông nghiệp có các lợi ích chính :

- Sản lượng tăng;

- Giảm rủi ro và giảm tính dễ tổn thương với hạn hán và dao động của lượng mưa;

- Tăng lợi nhuận kinh tế

- Giảm tính thay đổi của thu nhập

Ở Ấn Độ, các yếu tố trên góp phần vào giảm nghèo và tính ổn định về cách sinh sống ở nông thôn Lợi ích của BSNTNDĐ cơ bản là duy trì và mở rộng những lợi ích chung liên quan đến khả năng có thể tiếp cận nước dưới đất Tuy nhiên BSNTNDĐ còn có những lợi ích khác

Khai thác quá mức nước dưới đất và giảm mực nước liên quan đến phân phối nước Mực nước là yếu tố chính ảnh hưởng tới khả năng tiếp cận nước dưới đất của người nghèo Khi giảm mực nước, người nghèo ở nông thôn có xu hướng bị loại bỏ mất khả năng tiếp cận nước dưới đất Công nghệ khai thác nước dưới đất như bơm có bàn đạp không hoạt động khi mực nước giảm nhiều và cuối cùng chỉ nông dân giàu có, những người có thể khoan các giếng khoan sâu với các bơm điện chìm, với mạng điện lưới, mới có thể duy trì khả năng tiếp cận nước dưới đất Trong bối cảnh này, BSNT

có lợi từ viễn cảnh bình đẳng về sự phân phối Các hoạt động BSNTNDĐ tăng mực nước dưới đất, bảo đảm quyền tiếp cận nguồn cấp nước tin cậy của nông dân Như vậy BSNT đặc biệt có lợi cho nông dân nghèo và dễ bị tổn thương

Về mặt sức khỏe, lợi ích của tiếp cận nguồn nước tin cậy, bao gồm cả nguồn nước được BSNT duy trì, đặc biệt quan trọng với các vùng nông thôn các nước đang phát triển Trong những vùng này, bơm tay và các giếng đào nông là các nguồn nước uống chính Chúng chứa ít chất gây bệnh hơn nước mặt Các lỗ khoan nông phục vụ tưới làm giảm mực nước, ảnh hưởng khả năng tiếp cận nước uống của nông dân qua giếng đào hoặc giếng bơm tay Ngay cả khi hoạt động BSNTNDĐ chỉ tăng mực nước cục bộ (ví dụ, tạo ra một khối nước cục bộ) nó vẫn bảo đảm các nguồn như vậy hoạt động liên tục Trong trường hợp này thể tích nước liên quan không lớn hoặc lượng nước sẵn có tăng không đáng kể, nhưng ở qui mô địa phương chúng rất quan trọng Lợi ích chính sinh ra bởi quá trình thấm đã lọc sạch nước và loại bỏ các chất rắn lơ lửng, các chất nhiễm bẩn bằng các quá trình vật lý và sinh vật

Thấm bằng bồn thấm giảm xói mòn và di chuyển đất khỏi lưu vực Ở nơi lớp phủ thực vật giảm do súc vật ăn cỏ, phá hoại rừng, lấy củi quá mức v.v kèm với mùa hạn hoặc mùa khô kéo dài, xói mòn đất là mối quan tâm chính khi các cơn mưa lớn xuất hiện Đất đai - tài sản chính của nông dân mất dần cùng với mất hoặc tổn thất cách sinh sống Có thể giảm thiểu sức mạnh phá hủy của các trận lụt đột ngột bằng một loạt các biện pháp, gồm: cày vòng quanh sườn núi, xây dựng các đập đất và các công trình khác dọc theo các mương xói thoát nước Các biện pháp này giảm sự xuất hiện của các dòng chảy lớn và làm chậm dòng chảy trong mương xói hoặc dòng chảy tạm thời trong suối Ngăn chặn dòng chảy tạm thời cho phép hình thành và lắng đọng các trầm tích, trong một vài trường hợp, tạo ra các vùng đất nông nghiệp trù phú, có thể tận dụng được giữa các trận lụt Các biện pháp bảo tồn đất nêu trên không chỉ giữ lại đất đai mà còn làm chậm lại các dòng chảy trong lưu vực, vì vậy tăng cơ hội thấm và tăng lượng

bổ sung cho các khối nước dưới đất nằm bên dưới Hiểu được lợi ích kép của những biện pháp nêu trên sẽ bảo đảm quản lý tối ưu hệ thống đạt mục tiêu ban đầu: bảo toàn đất, BSNTNDĐ, hoặc kết hợp cả hai

Các lợi ích khác bao gồm duy trì lượng nước sẵn có trong các giếng khoan của làng, từ đó giảm rất nhiều sức lao động, đặc biệt của phụ nữ dành cho việc lấy nước sử dụng hàng ngày Điều này lại có ảnh hưởng lan truyền đến mọi thứ Ví dụ, có sự đồng

ý chung rằng lượng nước sẵn có cho con người ăn uống và vệ sinh là yếu tố quyết định với sức khỏe cộng đồng cũng quan trọng như chất lượng nước

Nói chung, BSNTNDĐ tham gia duy trì tất cả các lợi ích trên, đặc biệt nếu nó được thực hiện như một bộ phận của quản lý nước toàn diện nhằm vào qui mô của nhu cầu và chất lượng và các khía cạnh cấp nước Các công trình BSNTNDĐ phần lớn là công trình xây dựng kỹ thuật thấp, các cộng đồng cảm thấy có lợi có thể xây dựng và bảo trì không cần mong đợi vào tư vấn và sự thúc ép từ bên ngoài

I 3 Các yếu tố môi trường tự nhiên ảnh hưởng đến hiệu quả bổ

sung nhân tạo nước dưới đất

Hiệu quả các sơ đồ BSNT bị chi phối bởi các yếu tố khí hậu, địa chất và địa chất thủy văn, địa hình địa phương, số lượng và chất lượng nguồn nước [3, 62-63, 73, 75]

I.3.1 Các yếu tố khí hậu và thủy văn

Lượng mưa phải đáp ứng nhu cầu bay hơi, bốc hơi và xuất hiện dòng chảy trên mặt ở nơi sự thiếu hụt độ ẩm đã được đền bù và tốc độ thấm đã bị vượt quá Nước thấm vào đới bão hòa, cung cấp nguồn bổ sung tự nhiên cho các tầng chứa nước và điều này thay đổi rất lớn về số lượng và thời gian phụ thuộc vào các yếu tố khí hậu và thủy văn khác Trong khí hậu ẩm ôn hòa, bổ sung tự nhiên chiếm 30-50% lượng mưa, giảm xuống còn 10-20% ở khí hậu Địa Trung Hải và còn 0-2% trong khí hậu khô Các điều kiện khí hậu và thủy văn ảnh hưởng tới khả năng ứng dụng các phương pháp BSNTNDĐ vì chúng quyết định lượng nước sẵn có để tàng trữ Dưới điều kiện

ẩm, lượng mưa thường đủ để phục hồi nước dưới đất trong khi vẫn thỏa mãn các nhu cầu bốc hơi và vẫn cung cấp thành phần dòng chảy cơ bản cho các suối Tuy nhiên, do

sự không tương thích giữa cung và cầu theo mùa, ví dụ nhu cầu vào mùa hè lớn nhất,

có thể dùng BSNT để khắc phục các vấn đề chứa nước và cung cấp nước Ở điều kiện như vậy, nước dưới đất có thể được bổ sung vào mùa mưa hoặc mùa đông để sử dụng cho các giai đoạn có nhu cầu cao

Trong các vùng khô hạn hoặc nửa khô hạn, lượng bốc hơi tiềm năng hàng năm thường cao hơn lượng mưa trung bình năm Tuy nhiên, khi mưa xuất hiện thường dưới dạng mưa lớn xảy ra trong thời gian ngắn Lúc này, lượng mưa vượt quá lượng bốc hơi tiềm năng, độ ẩm của đất được phục hồi Khi mưa cực lớn, khả năng thấm bị vượt quá, làm xuất hiện dòng chảy trên mặt và gây lụt

Dòng chảy của sông trong vùng nửa khô hạn chỉ có quanh năm nếu sông, suối trên mặt được nước dưới đất cung cấp từ một nguồn nằm xa bên ngoài vùng khí hậu Trong vùng khô hạn, các sông tạm thời là chủ yếu, dòng chảy chỉ xuất hiện khi có các cơn mưa lớn Ở những điều kiện này phải cân nhắc nguồn nước để bổ sung Phụ thuộc vào sự khô cằn của vùng, nước mặt có thể không đủ số lượng để BSNT

Nhìn chung, cần đánh giá lưu lượng trung bình và lưu lượng theo mùa của suối cung cấp nguồn nước cho vị trí BSNTNDĐ Phải đánh giá thể tích, sự thay đổi nguồn nước theo không gian và thời gian Đây là một sự tính toán trực tiếp bằng tài liệu đo lưu lượng trong khoảng thời gian dài để xem nguồn cung cấp có phải là một suối chảy quanh năm không Nếu nước được lấy từ các suối chảy tạm thời hoặc các nguồn không liên tục khác như thoát nước mưa, việc quyết định lượng nước sẵn có phải cân nhắc tới

sự phân bố theo thời gian của nguồn nước Trong những trường hợp này, các mô hình lượng mưa - dòng chảy mặt phải được áp dụng để đạt được một sự ước đoán