Luận văn thạc sĩ nghiên cứu đề xuất các mô hình, giải pháp công nghệ khai thác nguồn nước karst phục vụ cấp nước sinh hoạt cho cư dân khu vực huyện đồng văn, tỉnh hà giang trong bối cảnh biến đổi khí hậu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CÁC KHOA HỌC LIÊN NGÀNH NGUYỄN VĂN TRÃI NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC MƠ HÌNH, GIẢI PHÁP CƠNG NGHỆ KHAI THÁC NGUỒN NƢỚC KARST PHỤC VỤ CẤP NƢỚC SINH HOẠT HIỆU QUẢ, BỀN VỮNG CHO CỘNG ĐỒNG DÂN CƢ KHU VỰC HUYỆN ĐỒNG VĂN, TỈNH HÀ GIANG TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Hà Nội – 2017 z ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CÁC KHOA HỌC LIÊN NGÀNH NGUYỄN VĂN TRÃI NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC MƠ HÌNH, GIẢI PHÁP CƠNG NGHỆ KHAI THÁC NGUỒN NƢỚC KARST PHỤC VỤ CẤP NƢỚC SINH HOẠT HIỆU QUẢ, BỀN VỮNG CHO CỘNG ĐỒNG DÂN CƢ KHU VỰC HUYỆN ĐỒNG VĂN, TỈNH HÀ GIANG TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Mã số: Chương trình đào tạo thí điểm Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS TS Vũ Văn Tích Hà Nội – 2017 z LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận văn thạc sĩ Biến đổi khí hậu, học viên xin cảm ơn chân thành tới PGS.TS.Vũ Văn Tích, người trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ học viên q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tác giả chân thành cám ơn Thầy, Cô tham gia giảng dạy, truyền đạt kiến thức khoa học Biến đổi khí hậu kiến thức khoa học khác liên quan cám ơn thầy, cô Khoa Các khoa học liên ngành Đại học Quốc Gia Hà Nội tạo điều kiện tốt cho học viên trình học tập, thực hồn thiện luận văn Trong khn khổ luận văn, thời gian hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp Thầy, Cơ đồng nghiệp Hà Nội, tháng năm 2017 Tác giả Nguyễn Văn Trãi z MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT i DANH SÁCH CÁC BẢNG ii DANH MỤC HÌNH VẼ iii MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN NGHIÊN CƢ́U NGUỒN NƢỚC KARST 1.1 Nghiên cứu nước 1.2 Nghiên cứu ngoài nước Chƣơng 10 ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 10 2.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên huyện Đồng Văn 10 2.2 Đặc điểm khí hậu huyện Đồng Văn 11 2.3 Đặc điểm kinh tế - xã hội huyện Đồng Văn 21 Chƣơng 22 PHƢƠNG PHÁP NGHÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT KHẢO SÁ T, ĐIỀU TRA TẠI THƢ̣C ĐIA ̣ 22 3.1 Phương pháp tiếp cận 22 3.2 Các phương pháp nghiên cứu 24 3.3 Phương pháp kỹ thuật khảo sát, điều tra ta ̣i thực điạ 25 Chƣơng 27 ĐIỀU TRA, ĐÁNH GIÁ THƢ̣C TRẠNG HOA ̣T ĐỘNG CỦ A CÁC MƠ HÌNH KHAI THÁC NG̀N NƢỚC, NHU CẦU SƢ̉ DỤNG NƢỚC CỦ A NGƢỜI DÂN VÀ TIỀM NĂNG NGUỒN NƢỚC KARST KVNC 27 4.1 Thực trạng hoa ̣t ̣ng của mơ hình khai thác ng̀ n nước KVNC 27 4.1.1 Mơ hình khai thác nguồn nước karst từ lỗ khoan (giếng khoan) 28 4.1.2 Mơ hình khai thác nguồn nước karst từ giếng đào 30 4.1.3 Mơ hình khai thác nguồn nước karst từ mạch lộ 31 4.1.4 Mơ hình khai thác nguồn nước karst từ hang karst 32 3.1.5 Mơ hình khai thác nguồn nước mưa Hồ Treo 33 z 4.1.6 Mơ hình khai thác nguồn nước suối hệ thống đường ống tự chảy 34 4.1.7 Mơ hình khai thác nước mưa từ mái nhà 35 4.2 Nhu cầu sử dụng nước người dân KVNC 37 4.3 Đánh giá tiềm và chấ t lươ ̣ng nguồ n nước karst KVNC 38 4.3.1 Tiềm nguồn nước KVNC 38 4.3.2 Đánh giá chấ t lươ ̣ng nguồn nước KVNC 38 Chƣơng 43 ĐỀ XUẤT CÁC MƠ HÌNH, GIẢI PHÁP CƠNG NGHỆ KHAI THÁC NGUỒN NƢỚC KARST Ở KHU VỰC HUYỆN ĐỒNG VĂN 43 5.1 Các điều kiện đảm bảo mơ hình, giải pháp đề xuất 43 5.2 Đề xuất mơ hình, giải pháp công nghệ khai thác nguồn nước karst cung cấp nước cho sinh hoạt 44 5.2.1 Mơ hình thu gom, khai thác nguồn nước karst mạch lộ dựa vào công nghệ tự động 44 5.2.2 Giải pháp khai thác nước karst thu gom nước karst từ giếng khoan 47 5.2.3 Công nghệ xử lý nước 48 5.3 Các giải pháp tổng thể, ổn định nguồn nước cho KVNC 49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 z DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT - BC : Báo cáo; - CNSH : Cấp nước sinh hoạt; - ĐC : Địa chất; - ĐCCT : Địa chất cơng trình; - ĐCTV : Địa chất thủy văn; - KT : Khí tượng; - TV : Thủy văn; - BĐKH : Biến đổi khí hậu; - KVNC : Khu vực nghiên cứu; - UBND : Ủy ban nhân dân; - XD : Xây dựng; i z DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1 Nhiệt độ khơng khí trung bình tháng – Trạm Phó Bảng 12 Bảng 2.2 Nhiệt động khơng khí trung bình tháng – Trạm Đồng Văn 12 Bảng 2.3 Độ ẩm khơng khí trung bình tháng – Trạm Phó Bảng 13 Bảng 2.4 Độ ẩm khơng khí trung bình tháng – Trạm Đồng Văn 13 Bảng 2.5 Lượng mưa trung bình tháng – Trạm Phó Bảng 14 Bảng 2.6 Lượng mưa trung bình tháng – Trạm Đồng Văn 14 Bảng 4.1 Nhu cầu dùng nước người dân vùng nghiên cứu 38 Bảng 4.2 Đánh giá chất lượng mẫu nước karst – Xã Phó Bảng theo tiêu chuẩn 329/2002/BYT (của Bộ Y Tế) 41 Bảng 4.3 Đánh giá chất lượng mẫu nước karst – xã Phố Cáo theo tiêu chuẩn 329/2002/BYT (của Bộ Y Tế) 41 ii z DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Vị trí khu vực nghiên cứu tỉnh Hà Giang vùng Tây – Đông Bắc 10 Hình 2.2 Vị trí khu vực nghiên cứu gồm: xã Phó Bảng, xã Phố Cáo xã Sủng Là - huyện Đồng Văn - tỉnh Hà Giang 11 Hình 2.3 Đường diễn biến nhiều năm (1), trung bình trượt 11 năm (2) trung bình (3) nhiệt độ tháng I trạm Hà Giang 17 Hình 2.4 Đường diễn biến nhiều năm (1), trung bình trượt 11 năm (2) trung bình (3) nhiệt độ tháng VII trạm Hà Giang 18 Hình 2.5 Đường diễn biến nhiều năm (1), trung bình trượt 11 năm (2) trung bình (3) nhiệt độ trung bình năm trạm Hà Giang 18 Hình 2.6 Đường diễn biến nhiều năm (1), trung bình trượt 11 năm (2) trung bình (3) lượng mưa kỳ tháng V - X trạm Hà Giang 18 Hình 2.7 Đường diễn biến nhiều năm (1), trung bình trượt 11 năm (2) trung bình (3) lượng mưa kỳ tháng XI - IV trạm Hà Giang 19 Hình 2.8 Đường diễn biến nhiều năm (1), trung bình trượt 11 năm (2) trung bình (3) lượng mưa năm trạm Hà Giang 19 Hình 2.9 Hình ảnh lấy nước dân xã Sủng Là 20 Hình 4.1 Hình ảnh người dân xã Sủng Là dẫn nước từ khe suối sử dụng 27 Hình 4.2 Bể chứa nước người dân xã Phố Cáo 28 Hình 4.3 Lỗ khoan khai thác nguồn nước karst, xã Phố Cáo 28 Hình 4.4 Mơ hình khai thác nguồn nước giếng đào, xã Phố Cáo 30 Hình 4.5 Mơ hình khai thác nước karst mạch lộ, xã Phó Bảng 31 Hình 4.6 Mơ hình khai thác nước karst hang động, xã Phó Bảng 32 Hình 4.7 Mơ hình khai thác nước Hồ treo, xã Sủng Là 33 Hình 4.8 Mơ hình khai thác nguồn nước karst khe suối, xã Sủng Là 35 Hình 4.9 Mơ hình khai thác nước mưa, xã Sủng Là 36 Hình 5.1 Mạch lộ nước karst, xã Sủng Là 43 iii z Hình 5.2 Mơ hình thu gom, khai thác nguồn nước karst mạch lộ bơm, sử dụng lượng mặt trời 45 Hình 5.3 Mơ hình bơm tích hợp với pin mặt trời 46 Hình 5.4 Bản vẽ thiết kế rãnh thu nước karst mạch lộ 46 Hình 5.5 Mơ hình khai thác nguồn nước karst từ giếng khoan bơm lượng mặt trời 47 Hình 5.6 Hình ảnh lỗ khoan dự kiến khai thác, xã Phố Cáo 47 Hình 5.7 Hình ảnh vẽ thiết kế trạm bơm khai thác nước karst từ giếng khoan 48 Hình 5.8 Cơng nghệ lọc nước sinh hoạt cho vùng nước karst theo công nghệ ozon 49 iv z MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài nghiên cứu Huyện Đồng Văn, tỉnh Hà Giang huyện thuộc vùng núi cao, phần lớn diện tích huyện nằm chủ yếu khu vực cấu tạo địa chất đá vôi, nơi khan nước khu vực Bắc Bộ Nhưng, vùng thường có phong cảnh đẹp, hữu tình, truyền thống văn hóa dân tộc giàu sắc, tài nguyên du lịch phong phú, hệ sinh thái, môi trường đặc điểm địa chất - địa mạo đa dạng vv Hiện trước bối cảnh biến đổi khí hậu, nguồn nước mặt, nước ngầm khu vực ngày khan hiếm, không đủ nước sinh hoạt sản xuất cho nhân dân vùng Đứng trước thực trạng trên, để đảm bảo ổn định phát triển bền vững cho cộng đồng dân tộc khu vực Luận văn nghiên cứu đề xuất mơ hình, giải pháp cơng nghệ khai thác nguồn nước karst phục vụ cấp nước sinh hoạt hiệu bền vững cho cộng đồng dân cư khu vực huyện Đồng Văn, tỉnh Hà Giang bối cảnh biến đổi khí hậu việc làm cần thiết, quan trọng nhằm đề xuất mơ hình, giải pháp khai thác nguồn nước karst bối cảnh BĐKH việc làm cần thiết Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá thực trạng nguồn nước karst 03 xã: xã Phó Bảng, Phố Cáo Sủng Là huyện Đồng Văn, tỉnh Hà Giang bối cảnh biến đổi khí hậu - Đánh giá nhu cầu dùng nước sinh hoạt cộng đồng dân cư 03 xã: xã Phó Bảng, Phố Cáo, Sủng Là huyện Đồng Văn - Đánh giá thực trạng hiệu hoạt động mơ hình, giải pháp khai thác nguồn nước karst 03 xã: xã Phó Bảng, Phố Cáo Sủng Là huyện Đồng Văn - Đề xuất mơ hình, giải pháp công nghệ khai thác hợp lý nguồn nước karst phục vụ cấp nước sinh hoạt hiệu bền vững cho cộng đồng dân cư 03 xã: xã Phó Bảng, Phố Cáo Sủng Là huyện Đồng Văn z - Khu vực nghiên cứu có đặc điểm địa hình, địa mạo, ĐC, ĐCTV phức tạp, kết khảo sát cho thấy nguồn nước ngầm karst khu vực nghiên cứu thấp Theo kết tài liệu đo địa vật lý, kết khoan khảo sát ảnh viễn thám cho thấy nguồn nước karst khu vực nghiên cứu tập trung chủ yếu đới nứt nẻ, dập vỡ hệ thống đứt gẫy tương đối lớn chạy cắt qua đá vôi hệ tầng Bắc Sơn (C-PbS) khu vực nghiên cứu hang động karst - Theo tài liệu thăm dò địa vật lý xã cho thấy: tầng chứa nước có vùng nghiên cứu đất đá có tuổi C-Pbs, D1-2kl, T1sh thường từ 100150m giá trị điện trở tầng thay đổi từ hàng trăm đến hàng nghìn m Trầm tích D1-2kl, C-Pbs, T1sh nứt nẻ, chứa nước giá trị điện trở suất thường từ 200-1000m, đới dập vỡ, nứt nẻ, đứt gãy kiến tạo qua giá trị điện trở suất thường từ 100 đến vài trăm m Tốc độ truyền sóng đất đá phương pháp đo địa chấn khúc xạ cho thấy, đới cà nát, dập vỡ có khả tàng trữ lưu thơng nước thường có tốc độ truyền sóng giảm so với mơi trường xung quanh +) Xã Phó Bảng: Xã có tầng chứa nước trầm tích Carbonat, qua tài liệu khảo sát ĐC-ĐCTV thu được, diện tích nghiên cứu xã gặp điểm xuất lộ nước karst chảy từ đá vơi có tuổi (C-Pbs) dạng thấm rỉ Còn lại xem xét tài liệu khoan lỗ khoan PB.1 độ sâu từ 26,0-85,5m có nước hầu hết lỗ khoan khai thác nước xã Phó Bảng khoan vào hang karst, đới dập vỡ, nứt nẻ đá vôi đứt gẫy qua có nước Kết lỗ khoan PB.1/85.5m có nước +) Xã Phố Cáo: Xã Phố Cáo có tầng chứa nước khe nứt - khe nứt kasrt (C-Pbs): qua tài liệu khảo sát ĐC-ĐCTV thu thập được, học viên không gặp điểm lộ nước, tài liệu khoan lỗ khoan cho thấy khả chứa nước trầm tích carbonat vùng khơng đồng nhất, lỗ khoan PC.1 có lưu lượng Q = 0,78l/s, PC.2 có lưu lượng Q = 0,2l/s, PC.3 có lưu lượng Q = 1,5l/s, PC.4 lỗ khoan PC.4B 39 z khơng có nước Các trầm tích lộ trung tâm vùng nghiên cứu có dạng dải kéo dài theo hướng Đơng Nam- Tây Bắc, phía Đơng Bắc Đơng Nam diện lộ khoảng 10km2 Thạch học chủ yếu đá vôi, màu xám xanh, xám trắng nứt nẻ, phân lớp khơng Chiều sâu gặp đới khe nứt, nứt nẻ lỗ khoan PC.1 65,2m, PC.2 62,3m, PC.3 44,5m, PC.4 32,0m Nước tầng chứa nước khe nứt – khe nứt karst vận động dạng không áp áp lực yếu cục bộ, miền cấp chủ yếu nước mưa, miền thoát qua khảo sát ĐC-ĐCTV không gặp điểm xuất lộ nước tầng này, dự đoán chúng chảy theo khe nứt - hang karst chảy vùng nghiên cứu +) Xã Sủng Là: Xã Sủng Là có tầng chứa nước trầm tích Carbonat: qua tài liệu khảo sát ĐC-ĐCTV diện tích nghiên cứu học viên khơng thấy điểm xuất lộ nước Tài liệu khoan lỗ khoan SLA.1 gặp đất đá thuộc tầng độ sâu từ 67,0 -140,0m đất đá khơng có khả chứa nước Kết khảo sát lỗ khoan SL.1/120m, SL.1A/ 140m khơng có nước 4.3.2 Đánh giá chất lượng nguồn nước karst khu vực nghiên cứu Theo kết thu thập từ chương trình : Điều tra, đánh giá Nước đất vùng trọng điểm tỉnh Hà Giang – Dự án: Điều tra, đánh giá nước đất số vùng trọng điểm thuộc tỉnh đặc biệt khó khăn Miền núi phía Bắc Liên đoàn Địa chất Thủy văn – Địa chất cơng trình thực Trong khu vực nghiên cứu, Liên đoàn ĐCTV – ĐCCT Miền Bắc tiến hành lấy phân tích 15 mẫu nước tồn diện, mẫu nước phân tích nguyên tố vi lượng, 18 mẫu nước phân tích vi sinh, mẫu nước phân tích sắt chun mơn Kết phân tích thống kê bảng sau: 40 z Bảng 4.2 Đánh giá chất lượng mẫu nước karst – Xã Phó Bảng theo tiêu chuẩn 329/2002/BYT (của Bộ Y Tế) TT Thông số PH Màu Độ cứng (tính theo CaCO3) Chất rắn tổng số Arsen Cadimi Clrua Chì Crom (VI) Xianua Đồng Florua Kẽm Mangan Nitrat Phenol Sắt Sunfur Thuỷ ngân Selen 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Đơn vị tính Giá trị Từ Đến 6,5 7,2 Đạt Pt -Co Giá trị giới hạn 6,5 - 8,5 5-50 Số mẫu phân tích 1 mg/l 300-500 120 130 mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 750-1500 0,05 0,01 200-600 0,05 0,05 0,01 1,0 1,0 5,0 0,1-0,5 45 0,001 1-5 200-400 0,001 0,01 1 32 0,01 58 1 4,61 0,001 0,001 0,01 1 0,001 0,0 0,001 0,0 Bảng 4.3 Đánh giá chất lượng mẫu nước karst – xã Phố Cáo theo tiêu chuẩn 329/2002/BYT (của Bộ Y Tế) TT Thông số PH Màu Độ cứng (tính theo CaCO3) Chất rắn tổng số Arsen Cadimi Clrua Chì Crom (VI) Đơn vị tính Giá trị Số mẫu phân tích 5 Từ 7,38 Pt -Co Giá trị giới hạn 6,5 - 8,5 5-50 Đến 7,75 Đạt mg/l 300-500 100 120 mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 750-1500 0,05 0,01 200-600 0,05 0,05 301 0,001 310 < 0,001 4,43 < 0,001 7,09 0,003 41 z 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Xianua Đồng Florua Kẽm Mangan Nitrat Phenol Sắt Sunfur Thuỷ ngân Selen mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 0,01 1,0 1,0 5,0 0,1-0,5 45 0,001 1-5 200-400 0,001 0,01 < 0,005 0,007 0,001 < 0,01 0,005 0,0 0,007 2,79 < 0,001 0,001 Theo kết phân tích mẫu nước bảng cho thấy: - Các mẫu nước đảm bảo dùng cho ăn uống sinh hoạt (xem bảng đánh giá chất lượng mẫu nước theo tiêu chuẩn chất lượng nước ngầm TCVN 5944-1995) - Các mẫu nước thuộc loại nước nhạt (tổng độ khoáng hoá từ 0,032-0,301g/l), nước tương đối cứng (tổng độ cứng từ 0,598-3,88 mge/l), nước trong, khơng mùi, khơng vị, thuộc loại nước trung tính đến kiềm yếu (độ pH: 6,7-7,75), loại hình hố học nước chủ yếu Bicarbonat – calci – magie đặc trưng loại nước chứa đá vôi Hàm lượng vi nguyên tố mức cho phép (As: