Sự thay đổi áp suất khí quyển gây ra do sự dao động mực nước thủy áp trong tầng ngầm nước có áp. Mối quan hệ đó là mối quan hệ nghịch biến có nghĩa là khi tăng áp suất khí quyển sẽ dẫn đến giảm thủy áp và ngược lại. Khi sự thay đổi áp suất khí quyển được biểu thị bằng cột nước, tỷ lệ sự thay đổi mực thủy áp với sự thay đổi của áp suất được gọi là hiệu ứng áp suất của tầng ngậm nước.
(3.14)
trong đó B: hiệu ứng áp suất (nằm trong khoảng 20 ÷ 70%)
γ: trọng lượng riêng của nước
Δh: sự thay đổi mực thủy áp
Δpa: sự thay đổi áp suất khí quyển
Xem tầng ngậm nước như là một vật thể đàn hồi. Nếu Δpa là sự thay đổi áp suất khí quyển, Δpω là kết quả thay đổi áp suất thủy tĩnh ở đỉnh của tầng ngậm nước có áp và ΔSc là ứng suất nén được tăng lên trên tầng ngậm nước thì:
Hình 3.6. Minh họa tầng ngậm nước và các thông số tính toán Tại giếng hút nước từ tầng ngậm nước có áp
pω = pa + γh (3.16) Cho áp suất khí quyển tăng thêm Δpa thì
pω + Δpω = pa + Δpa + γh (3.17)
Ta thấy rằng Δpω < Δpa do đó h’ < h. Như vậy mực nước trong giếng hạ thấp xuống khi áp suất khí quyển tăng lên.
Hình 3.7. Độ chênh mực nước và áp suất khí quyển trong giếng nước
Δpa Tầng có áp Biên trên tầng ngậm nước Tầng ngậm nước Δpω ΔSc Hạt cát pω h pa pω + Δ pω h' pa + Δpa Tầng ngậm nước Mực thủy áp Mặt đất
b) Mưa
Mưa không phải là một chỉ thị chính xác của lượng bổ sung nước ngầm do tổn thất trên và dưới mặt đất cũng như thời gian vận chuyển của thấm thẳng đứng. Thời gian này có thể biến đổi từ vài phút khi mực nước ngầm ở gần mặt đất hoặc đến vài tháng hay hàng năm đối với mực nước ngầm nằm sâu và thấm sâu rất chậm. Mực nước ngầm có thể chỉ
ra sự biến động theo mùa do mưa nhưng thông thường bao gồm cả xuất lưu tự nhiên và
ảnh hưởng của bơm hút.
Ở vùng không bão hòa phía trên mực nước ngầm có độẩm nhỏ hơn hệ số giữ nước, nước ngầm sẽ không nhận được lượng nước bổ sung cho đến khi độẩm hút được thỏa mãn.
c) Gió
Gió thổi trên mặt giếng gây ra ảnh hưởng thứ yếu đến mực nước ngầm và ảnh hưởng này lại thông qua ảnh hưởng của áp suất không khí.
III.5.2. Ảnh hưởng của thủy triều
Trong những tầng ngậm nước tiếp giáp với biển, sự dao động của thủy triều cũng dẫn đến sự biến động của nước ngầm. Đây là một vấn đề rất phức tạp nên trong phạm vi giáo trình này chỉ trình bày một cách khái quát những phương trình tính toán dòng triều.
Xét trường hợp đơn giản đối với dòng chảy một phương trong tầng ngậm nước có áp, phương trình vi phân mô tả chuyển động của nước ngầm:
(3.18)
Lấy mặt chuẩn là mực nước biển trung bình, giả thiết các điều kiện biên:
(3.19)
Ta có (3.20)
trong đó ω: vận tốc góc t0: chu kỳ triều Nghiệm của bài toán là:
Biên độ dao động tại mặt cắt x kể từ bờ biển: (3.22) Thời gian truyền sóng: (3.23) Tốc độ truyền sóng: (3.24) Chiều dài sóng: (3.25)
Lượng dòng chảy vào tầng ngậm nước trong nửa chu kỳ:
(3.26) Mức độảnh hưởng của thủy triều được biểu thị qua hệ số thủy triều C
C = 1 – B (3.27)
Nhưđã nói ở trên, sự thay đổi áp suất không khí dẫn đến sự biến đổi mực thủy áp. Sự dao
động thủy triều cũng dẫn đến sự thay đổi mực thủy áp trong tầng ngậm nước có áp. Ngược lại với ảnh hưởng của áp suất khí quyển, dao động của thủy triều hạ thấp. Do đó khi mực nước biển tăng thì mực nước ngầm cũng tăng.
III.5.3. Ảnh hưởng đô thị hóa
Quá trình đô thị hóa thường gây ra những sự thay đổi mực nước ngầm do kết quả của việc làm giam lượng bổ sung nước ngầm và tăng cường việc khai thác nước ngầm. Ở
những vùng nông thôn nước dùng thường được lấy từ các giếng nông, trong khi đó hầu hết nước thải của đô thị lại trở về đất thông qua các hồ chứa bẩn thỉu làm cho sự nhiễm bẩn tăng lên. Nhiều giếng của các hộ dùng riêng phải bỏ đi. Sau này người ta phải xây dựng các hệ thống xử lý nước cống, nước thải, nước mưa trong khu vực.
Ba điều kiện làm cho mực nước ngầm giảm:
- Giảm lượng bổ sung nước ngầm do lát bề mặt đất bằng những loại vật liệu không thấm.
- Lượng bơm hút nước tăng.
- Giảm lượng bổ sung nước ngầm tự nhiên do hệ thống cống ngầm thu nhận nước từ
trên xuống.
Ngoài ra còn những ảnh hưởng khác như ảnh hưởng của động đất, ảnh hưởng của tải trọng bên ngoài...
III.6. TÀI NGUYÊN NƯỚC NGẦM Ở NƯỚC TA III.6.1. Trữ lượng nước ngầm
Bên cạnh nguồn tài nguyên nước mặt nhưđã trình bày trong chương 2, Việt Nam cũng có một tiềm năng trữ lượng lớn về nước ngầm, đặc biệt ở vùng đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ. Tổng trữ lượng có tiềm năng khai thác được trên cả nước của các tầng trữ nước trên toàn lãnh thổ, chưa kể phần hải đảo, ước tính gần 2000m3/s, tương ứng khoảng 60 tỷ
m3/năm. Trữ lượng này thay đổi nhiều theo các vùng: dồi dào nhất ở Đồng bằng sông Hồng, Đồng bằng sông Cửu Long, Đông Nam Bộ; khá nhiều ở Tây Nguyên và ít hơn tại các vùng núi Tây Bắc, Đông Bắc và duyên hải Bắc và Nam Trung Bộ.
Trữ lượng nước ngầm ở giai đoạn tìm kiếm và thăm dò sơ bộ mới đạt khoảng 8 tỷ m3 /năm tức khoảng 13% tổng trữ lượng. Theo kết quảđiều tra, khảo sát và nghiên cứu đã có
đến năm 1999 thì trữ lượng nước ngầm thuộc loại có thể khai thác ngay với độ tin cậy cao (cấp A) vào khoảng 736.205m3/ngày; thuộc loại có thể khai thác với độ tin cậy khá (cấp B) vào khoảng 939.625m3/ngày; thuộc loại đã được dự báo là có khả năng khai thác (cấp C1) 2.007.165 và (cấp C2) 10.848.451m3/ngày. Tổng lượng đã khai thác chỉ mới vào khoảng 5% tổng trữ lượng. Trong các năm tới lượng khai thác có thể lên tới khoảng 12 tỷ m3/năm. Nếu so sánh với các nước trên thế giới thì trữ lượng nước ngầm của Việt Nam ở vào mức trung bình.
Tuy nhiên, tại nhiều vùng ở Việt Nam với 6 tháng mùa khô thì việc khai thác, sử dụng và quản lý nước ngầm lại gặp rất nhiều khó khăn. Sông ngòi, ao hồ… cạn kiệt vào mùa khô
đã gây ra những cạnh tranh trong vấn đề khai thác nước ngầm giữa các loại hình sử dụng nước. Thêm vào đó việc phá rừng trên diện rộng đã ảnh hưởng đáng kể đến việc tái tạo nguồn nước ngầm. Những vùng đất phải đối mặt trầm trọng với tình trạng thiếu cả nước ngầm như vùng đồng bằng duyên hải miền Trung, khu vực Tây Nguyên, vùng Đông Nam bộ, các tỉnh duyên hải Nam bộ. Một nghiên cứu của Nguyen Vo Chau Ngan (2006) cho biết vào mùa khô tại Rừng đặc dụng Vồ Dơi (nay là Vườn quốc gia U Minh Hạ), Cà Mau
đã xảy ra hiện tượng giảm áp cục bộ của nguồn nước ngầm trong khu vực. Nguyên nhân chính là do tình trạng bơm hút nước ngầm từ hai giếng khoan của Hạt Kiểm lâm với công suất 150m3/giờ và 100m3/giờ. Việc hút nước diễn ra 24 giờ/ngày trung bình từđầu tháng 12 dương lịch cho đến cuối tháng 5 năm sau (phụ thuộc vào mực nước trong kênh nội
đồng) khiến cho các giếng khoan của các hộ dân sống xung quanh Hạt Kiểm lâm không thể bơm lấy nước sinh hoạt được.
Để chủđộng khai thác nguồn tài nguyên nước ngầm phục vụ cho nhiều nhu cầu sử dụng nước khác nhau, Nhà nước đã đầu tư nhiều khoản kinh phí lớn cho công tác thăm dò,
điều tra, quản lý nguồn nước ngầm tại nhiều địa phương trên cả nước. Hội nghị giao ban vùng Nam Trung bộ về công tác quản lý nhà nước trong lĩnh vực tài nguyên và môi trường ngày 28/11/2008 ghi nhận trong giai đoạn 2002 ÷ 2010, ngân sách trung ương đầu tư cho các địa phương là 9.396 triệu đồng để thực hiện các nhiệm vụ về quản lý tài nguyên nước. Nổi bật là các dự án điều tra nguồn nước ngầm vùng núi Trung bộ và Tây Nguyên (giai đoạn 3 với 2.355 triệu đồng), điều tra nguồn nước ngầm một số vùng đặc biệt thiếu nước sinh hoạt thuộc các tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuân (3.600 triệu đồng), lập bản đồ địa chất thủy văn tỷ lệ 1/50.000 tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận (1.500 triệu
đồng), điều tra đánh giá tài nguyên nước ngầm và lập bản đồ nước dưới đất tỷ lệ 1/50.000 vùng Ba Tơ - Hoài Nhơn tỉnh Quảng Ngãi và Bình Định (1.055 triệu đồng)…
Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong công tác quản lý nguồn tài nguyên nước ngầm, thực trạng hiện nay là các tài liệu điều tra cơ bản, đánh giá nguồn nước ngầm còn thiếu và có nhiều hạn chế. Tài liệu tập bản đồ địa chất thủy văn, đánh giá nguồn nước ngầm chủ yếu
ở tỷ lệ nhỏ và mới lập được cho các khu vực đô thị, khu tập trung phát triển kinh tế. Các bản đồ trước đây đều lập theo mảnh khu vực, chưa lập theo lưu vực sông và theo địa phương nên hầu hết các địa phương chưa có bản đồ nước ngầm.
Bên cạnh đó việc chưa có quy hoạch khai thác, sử dụng, bảo vệ nước ngầm cũng là tình trạng chung hiện nay của hầu hết các địa phương. Tình hình nhiễm bẩn, ô nhiễm, cạn kiệt nguồn nước ngầm; xu hướng diễn biến tài nguyên nước ngầm và trữ lượng khai thác của nước ngầm ở các vùng vẫn chưa được điều tra, đánh giá đầy đủ. Hệ thống pháp luật về tài nguyên nước vẫn chưa hoàn chỉnh, chưa đủ mạnh (còn thiếu nhiều nội dung về cơ chế
chính sách, nhất là chính sách tài chính, chế tài xử phạt chưa đủ mạnh, trách nhiệm chưa rõ ràng…). Hầu hết các lưu vực sông, các địa phương chưa xây dựng được quy hoạch, kế
hoạch khai thác sử dụng, bảo vệ, phát triển nguồn nước. Mặt khác, đội ngũ cán bộ làm công tác quản lý tài nguyên nước ở hầu hết các tỉnh còn thiếu về số lượng, yếu về nghiệp vụ, chuyên môn và thiếu các trang thiết bị cần thiết cho công tác quản lý, giám sát. Việc nắm bắt và thực hiện pháp luật về tài nguyên nước của các cấp, các ngành và nhân dân còn hạn chế. Vì vậy rất khó khăn trong quá trình cấp phép khai thác sử dụng hay định hướng cho việc bảo vệ nguồn nước ngầm.
Dựa vào mức độ thăm dò, chất lượng nước và điều kiện khai thác, trữ lượng khai thác nước dưới đất phân làm 4 cấp:
- Trữ lượng cấp A là trữ lượng được nghiên cứu đến mức cho phép dựđoán chính xác số lượng, chất lượng và điều kiện khai thác nước dưới đất
- Trữ lượng cấp B là trữ lượng được nghiên cứu đến mức độ cho phép đánh giá một cách tin cậy về số lượng và dự đoán gần đúng sự thay đổi chất lượng của nước hoặc
điều kiện khai thác
- Trữ lượng cấp C1 là trữ lượng được nghiên cứu đến mức độ cho phép đánh giá gần
đúng số lượng, chất lượng và điều kiện khai thác nước dưới đất trong thời gian tính toán dùng nước
- Trữ lượng cấp C2 là trữ lượng xác định trên cơ sở các tài liệu địa chất, địa chất thủy văn một cách sơ bộ về số lượng và chất lượng, chưa có luận chứng về hệ thống khai thác cụ thể. Ở cấp trữ lượng C1, C2 có thể có những sai lệch nhất định về số lượng của nước dưới đất. Khi tính toán ở cấp trữ lượng C1, C2 người ta cần nêu định hướng
Bảng 3.1. Trữ lượng nước ngầm nhạt ở một số vùng đến năm 1995
Trữ lượng theo các cấp (m3/ngày) Vùng A B C1 C2 Đông Bắc bộ 80.923 82.061 460.057 582.803 Đồng bằng Bắc bộ 379.377 429.769 1.004.460 2.520.143 Ven biển Trung bộ 26.280 24.596 266.200 1.568.614 Đông Nam bộ 12.000 150.800 232.211 1.417.830 Tây Nguyên 8.281 26.820 137.242 2.532.263 Tổng 506.861 714.946 2.108.188 8.721.653
[Nguồn: Nguyễn Kim Ngọc, Nguyễn Thượng Hùng. Trích từ Lê Quý An và CSV (2004)]
III.6.2. Động thái tầng nước ngầm 3
a) Đồng bằng Bắc bộ
Mực nước bình quân (tính bằng độ cao tuyệt đối) của hai tầng chứa nước Holocen 4 (qh) và Pleistocen 5 (qp) năm 2007 được thống kê trong bảng 3.2.
3Chi tiết tham khảo: Liên đoàn Địa chất Thủy văn - Địa chất Công trình miền Bắc.
4 Tầng chứa nước Holocen là lớp trầm tích được hình thành trong thế Toàn Tân bắt đầu vào khoảng 11.550 năm trước và tiếp tục cho đến ngày nay.
Bảng 3.2. Độ cao tuyệt đối mực nước bình quân tháng năm 2007 đồng bằng Bắc bộ Đơn vị: m Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 TB Tầng chứa nước Holocen (qh) Năm 2007 2.60 2.57 2.63 2.57 2.85 3.17 3.71 3.87 3.81 3.69 3.03 2.69 3.10 Lệch 2006 -0.23 -0.19 -0.11 -0.13 0.05 0.01 0.02 -0.16 0.24 0.34 0.01 -0.09 -0.02 Tầng chứa nước Pleistocen (qp) Năm 2007 -0.23 -0.18 -0.08 -0.15 -0.03 0.04 0.34 0.50 0.51 0.51 -0.01 -0.29 0.08 Lệch 2006 -0.41 -0.37 -0.23 -0.19 -0.09 -0.15 -0.20 -0.39 -0.10 0.17 -0.02 -0.18 -0.18 Tại các vùng khai thác mạnh, mực nước dưới đất tiếp tục giảm dần. Tại Hà Nội, mực nước sâu nhất cách mặt đất tại lỗ khoan quan trắc P.41a ở trung tâm bãi giếng HạĐình là - 34,9m. Dự báo mực nước tháng 6 năm 2008 là - 35,02m. -38 -36 -34 -32 -30 -28 -26 01/1996 01/1998 01/2000 01/2002 01/2004 01/2006 01/2008 Thời gian Độ s âu m ự c n ướ c, m
Vùng Kiến An - Hải Phòng, mực nước sâu nhất cách mặt đất tại lỗ khoan quan trắc Q.167a là - 10,65m. Dự báo mực nước tháng 6 năm 2008 là - 10,37m.
-11.0 -10.0 -9.0 -8.0 -7.0 -6.0 -5.0 -4.0 -3.0 -2.0 1/95 1/96 1/97 1/98 1/99 1/00 1/01 1/02 1/03 1/04 1/05 1/06 1/07 1/08 Thời gian Độ sâ u m ự c n ướ c ( m )
Hình 3.9. Dao động mực nước lỗ khoan quan trắc Q.167a, tầng chứa nước Pleistocen Bên cạnh việc hạ thấp mực nước ngầm, chất lượng nguồn nước ngầm cũng đã có nhiều dấu hiệu ô nhiễm. Các kết quảđo đạc thành phần hóa học của nước ngầm trong tầng chứa nước Pleistocen năm 2007 như sau:
Bảng 3.3. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu hóa học nước ngầm đồng bằng Bắc bộ
Đơn vị: mg/L Đặc trưng TDS Mn As Cr Se Hg NH4+ TCVN 5944-1995 1000 0,50 0,05 0,05 0,01 0,001 3,00 Mùa khô Số mẫu vượt/Tổng số mẫu 8/44 9/25 11/25 0/25 0/25 0/25 17/44 Giá trị trung bình 654 0,50 0,046 0,001 0,001 0,000 11,47 Giá trị cực tiểu 112 0,04 0,001 0,001 0,001 0,000 0,00
Đặc trưng TDS Mn As Cr Se Hg NH4+ Giá trị cực đại 3122 1,85 0,608 0,002 0,001 0,000 97,50 Mùa mưa Số mẫu vượt/Tổng số mẫu 7/44 13/25 10/25 0/25 0/25 0/25 10/44 Giá trị trung bình 761 0,62 0,036 0,001 0,001 0,000 6,99 Giá trị cực tiểu 121 0,05 0,001 0,001 0,001 0,000 0,00 Giá trị cực đại 3948 2,27 0,517 0,005 0,001 0,000 110,0 b) Đồng bằng Nam Bộ
Mực nước bình quân của các tầng nước ngầm chính ởđồng bằng Nam bộđược thống kê trong bảng 3.4. Mực nước các tầng chứa nước Pleistocen thượng (qp3), Pleistocen trung thượng (qp2-3), Pleistocen hạ (qp1), Pliocen 6 trung trung (n22), Pliocen trung hạ (n21) năm 2007 đều thấp hơn giá trị trung bình cùng kỳ năm 2006.
Bảng 3.4. Độ cao tuyệt đối mực nước bình quân tháng năm 2007 đồng bằng Nam bộ