L ượng nước nềnYêu cầu nước
1. Mô hình mô phỏng hệ thống nguồn nước lưu vực sông
4.2.1. Khái quát chung về chất lượng nước và sự biến đổi chất lượng nước
Thủy vực là danh từ chỉ các vùng chứa nước trên mặt đất hay trong các tầng đất dưới sâu. Nước trên bề mặt đất chứa trong các thủy vực nước mặt, bao gồm nước trong các sông, hồ tự nhiên, hồ chứa nước, vùng ngập lũ, các đầm phá, vũng, vịnh vùng ven biển. Trong các tầng đất, nước chứa trong các thấu kính nước ngầm tầng nông và các tầng nước ngầm có áp tầng sâu, đó là các thủy vực nước dưới đất. Tùy theo mỗi loại thủy vực mà chúng có những đặc tính riêng về thủy văn, vật lý hóa học và sinh thái.
Đặc tính thủy văn: Các thủy vực sông có đặc tính thủy văn biểu thị qua sự biến
đổi của mực nước và lưu lượng nước trong sông theo thời gian và không gian. Trừ các
đoạn sông gần biển chịu ảnh hưởng của thủy triều, nên dòng chảy trong sông nói chung là dòng chảy không ổn định một chiều và biến đổi rất rõ rệt theo mùa với tốc độ nước trong khoảng 0,1(1,0 m/s, ở miền núi có thể trên 5 m/s.
Trong các thủy vực hồ tự nhiên và hồ chứa có đặc tính thủy văn biểu thị qua sự
chuyển động của nước rất chậm và ít bị xáo trộn. Dòng chuyển vận của nước trong hồ
có thể coi là dòng đa hướng với tốc độ rất bé, từ 0,001 tới 0,01 m/s.
Trong các thủy vực nước dưới đất thì nước chuyển vận với tốc độ lại càng bé hơn so với nước trên mặt đất. Tốc độ trung bình của nước vận chuyển trong các tầng chứa nước ngầm nói chung biến đổi trong khoảng từ 10-10 đến 10-3 m/s và chịu ảnh hưởng rất nhiều của độ rỗng và sự thẩm thấu của đất đá.
Đặc tính vật lý, hóa học: Đặc tính vật lý hóa học của thủy vực biểu thị qua các tính chất vật lý, hóa học của khối nước chứa trong thủy vực đó. Đặc tính vật lý bao gồm các yếu tố về nhiệt độ, màu sắc, mùi, vị của nước. Đặc tính hóa học biểu thị qua thành phần các chất hóa học có trong nước, như là lượng các chất rắn hòa tan (các chất khoáng), các chất rắn lơ lửng (vô cơ, hữu cơ), lượng ôxy hòa tan trong nước... Các đặc tính lý hóa của thủy vực nói chung chịu ảnh hưởng nhiều của các điều kiện khí hậu, thổ
nhưỡng địa chất trong lưu vực hứng nước cũng như trong tầng chứa nước dưới đất.
Đặc tính sinh thái: Đặc tính sinh thái của thủy vực biểu thị qua sự có mặt của các loài thực vật như tảo, rong, bèo, các vi sinh vật cùng các động vật nguyên sinh, động vật phù du, tôm cá... trong nước. Sự phát triển các loài trong nước chịu ảnh hưởng của các biến đổi của điều kiện môi trường và mặt khác, chúng cũng có ảnh hưởng lại các yếu tố môi trường.
Các yếu tố tạo nên chất lượng nước
Nguồn nước tự nhiên trên các sông suối, ao hồ luôn có một lượng vật chất bao gồm các chất vô cơ, hữu cơ dưới dạng hòa tan hoặc dạng hạt lơ lửng, các vi khuẩn vi sinh vật và các sinh vật thủy sinh. Thành phần, tính chất và số lượng của các loại vật chất, các vi sinh vật thủy sinh tồn tại trong nước tạo nên chất lượng của nguồn nước. Các thành phần vật chất có trong nguồn nước tự nhiên trên các sông, hồ được tạo thành do nhiều nguồn khác nhau như là:
- Do quá trình bào mòn bề mặt đất và rửa trôi các loại vật chất trên bề mặt đất do dòng nước mưa trên các sườn đất dốc xuống các thủy vực.
- Do quá trình nước chảy qua các tầng đất đá dưới sâu đã hòa tan các chất khoáng có trong đất đá và nước ngầm lại bồi bổ cho nguồn nước các sông hồ.
- Do bụi và các thành phần vật chất có trong khí quyển bị cuốn theo nước mưa rơi xuống bề mặt đất và tập trung xuống các thủy vực.
Ngoài ra còn phải kể đến các chất thải do sinh hoạt của con người và của các hoạt động sản xuất công nông nghiệp chưa được xử lý chảy vào nguồn nước.
Ý nghĩa của quản lý chất lượng các nguồn nước
Tài nguyên nước của một thủy vực biểu thị qua số lượng và cả chất lượng nước của thủy vực đó. Chất lượng nước liên quan đến giá trị sử dụng của nước trong các thủy vực nước mặt hoặc nước ngầm. Con người sử dụng nước trong các sông, hồ, đầm phá... cho sinh hoạt cũng như cho các hoạt động sản xuất đều chịu tác động bởi chất lượng nước tại chính nơi đó. Các hoạt động nhưđánh bắt cá, bơi lội, vui chơi giải trí... đều có các yêu cầu chất lượng nước khác nhau phù hợp với từng lĩnh vực sử dụng nước. Nước cung cấp cho sinh hoạt luôn có yêu cầu cao về chất lượng so với nhiều ngành dùng nước khác và vì thế các nguồn cấp nước sinh hoạt càng có yêu cầu cao hơn về quản lý bảo vệ chất lượng nước.
Nước dùng của con người ngày nay không ngừng tăng lên do dân số không ngừng tăng lên, thí dụ như đầu thế kỷ XX dân số toàn cầu là 1,6 tỷ người nhưng đến cuối năm 1999 đã đạt 6 tỷ, tăng 3,75 lần. Điều đó khiến cho nước dùng cho công nghiệp tăng 20 lần, nước dùng cho nông nghiệp tăng 7 lần, nước cho sinh hoạt tăng 10 lần.
Ngoài lý do gia tăng dân số khiến nhu cầu sử dụng nước gia tăng còn do các nguyên nhân khác như là cách sống của con người thay đổi cần sử dụng nhiều nước hơn và sự hình thành các đô thị khổng lồ đòi hỏi lượng nước sạch cung cấp cũng ở mức "khổng lồ". Đáp ứng đủ yêu cầu nước dùng cho con người ngày nay đang là một thách thức rất lớn đối với nhân loại và là một cuộc đấu tranh đầy khó khăn trong thế kỷ XXI và các thế kỷ sau nữa.
Sự gia tăng ô nhiễm nước trong mấy thập kỷ vừa qua đã làm cho lượng nước sạch mà con người có thể sử dụng trên thế giới đang ngày càng giảm đi nhanh chóng,
điều đó càng đặt ra yêu cầu quản lý bảo vệ chất lượng nước để duy trì nguồn nước để
sử dụng lâu dài.
Quản lý chất lượng nước liên quan tới kiểm soát các nguồn ô nhiễm từ hoạt động của con người gây nên trong sinh hoạt, cũng như trong các hoạt động sản xuất. Đây là một vấn đề rất phức tạp liên quan đến các khía cạnh kinh tế, xã hội cũng như sinh thái. Trong bối cảnh hiện nay, con người càng phải gia tăng các hoạt động phát triển nhưng lại cần hơn một môi trường trong lành cho ngày nay và cả các thế hệ mai sau thì lại càng cần hơn việc quản lý và kiểm soát ngay những hành vi gây ô nhiễm nguồn nước, không để sự ô nhiễm gia tăng mà phải từng bước đẩy lùi tình trạng ô nhiễm nước, bởi lẽ đầu tư cho quản lý bảo vệ chất lượng nước khi nguồn nước còn trong lành sẽ ít tốn kém hơn rất nhiều lần so với chi phí để xử lý và làm sạch lại dòng sông khi nó đã bị ô nhiễm. Tất cả các phân tích trên cho thấy tầm quan trọng và ý nghĩa sống còn của việc quản lý bảo vệ chất lượng nước hiện nay.
Có rất nhiều loại các chất ô nhiễm chảy vào các sông, hồ làm ô nhiễm các nguồn nước mặt. Các chất ô nhiễm có thể chia thành các loại chính như bảng 4-2, trong đó có
các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng, chất rắn lơ lửng, muối, các kim loại độc hại, hóa chất hữu cơ độc hại, các vi khuẩn và vi trùng gây bệnh, nhiệt độ. Nguồn của các chất ô nhiễm này là các thành phần nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước hồi quy do tưới trong nông nghiệp và dòng chảy từ khu vực đô thị.
Trong các nguồn trên, nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp là các nguồn ô nhiễm điểm (point sources) bởi vì chúng chảy vào các sông, hồ tại các cửa xả nước thải là các điểm có vị trí xác định, có lưu lượng cũng như thành phần nước thải có thể đo đạc và kiểm soát được. Nước thải sinh hoạt bao gồm nước thải từ các nhà ở của hộ
gia đình, trường học, văn phòng cơ quan, cửa hàng...
Dòng chảy trên khu vực đô thị và khu vực nông nghiệp gia nhập vào các thủy vực chứa nước tại rất nhiều các điểm khác nhau mà vị trí tại đó không xác định một cách rõ ràng nên gọi chung là nguồn ô nhiễm phân tán (non point sources)... Nói chung, khi có mưa trên bề mặt đất thì dưới tác động của nước mưa, các chất ô nhiễm trên bề
mặt đất bị cuốn theo dòng nước, chảy tràn trên bề mặt đất để cuối cùng cũng tới các thủy vực nhập nước. Ngay cả khi dòng chảy trên khu vực đô thị và vùng nông nghiệp
được tập trung vào các hệ thống cống và kênh tiêu nước, chúng cũng chảy tới các thủy vực tiếp nhận bằng con đường ngắn nhất. Rất nhiều các nguồn ô nhiễm phân tán xảy ra trong thời gian của các trận mưa sinh lũ lớn nên chúng có cường độ lớn, rất khó tập trung vào các trạm xử lý nước thải để xử lý. Việc giảm các nguồn ô nhiễm phân tán nói chung rất khó khăn, thường phải thay đổi trong cả cách thức sử dụng đất cũng như tăng cường giáo dục nâng cao nhận thức của cộng đồng dân cư.
Các chất ô nhiễm phân tán có trong nước mưa của khu vực đô thị có thể cùng với nước thải sinh hoạt đô thị chảy vào cùng một hệ thống cống tiêu chung chảy vào thủy vực nhận nước bằng con đường ngắn nhất.
Bảng 4-2: Các chất ô nhiễm chủ yếu và nguồn gốc của chúng Nguồn ô nhiễm điểm Nguồn phân tán Các chất ô nhiễm Nước thải sinh hoạt Nước thải công nghiệp D.chảy hồi quy của NN D/chảy từ khu đô thị Các chất bị ôxy hoá x X X x Các chất dinh dưỡng x X X x Các vi trùng gây bệnh x X x x Các chất rắn lơ lửng x X x x Các muối hòa tan X x x Các kim loại nặng độc hại X Các hóa chất hữu cơ độc hại X x Nhiệt độ X
Các chất bị ôxy hóa trong đó có các chất ô nhiễm hữu cơ là các chất chịu sự
phân hủy háo khí nhờ vai trò hoạt động của các vi khuẩn và vi sinh vật tồn tại trong môi trường nước. Các chất bị ôxy hóa có rất nhiều trong nước thải sinh hoạt và nước thải của một số ngành công nghiệp như công nghiệp thực phẩm (sản xuất rượu bia, chế biến thực phẩm...). Khi có nhiều trong nước thải, quá trình phân hủy các chất này thường làm giảm nồng độ ôxy hòa tan trong nước một cách nhanh chóng, làm ảnh hưởng tới môi trường sống của cá, tôm và các loài thủy sản khác.
Các vi khuẩn vi trùng gây bệnh: thường tìm thấy trong các nguồn nước bị ô nhiễm do nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải từ các trang trại chăn nuôi gia súc gia cầm.. chảy vào. Các vi khuẩn và vi trùng gây bệnh rất dễ lây lan trong môi trường nước và làm ảnh hưởng đến Sức khỏe của các sinh vật cũng như con người. Có rất nhiều loại vi khuẩn và vi trùng gây bệnh thường tồn tại trong môi trường nước như
vi trùng các bệnh đường ruột như kiết lỵ, tả, thương hàn..
Các chất dinh dưỡng: Các hợp chất chứa nitơ và phốt pho (nitrogen và phosphorus) là các chất dinh dưỡng chủ yếu liên quan tới ô nhiễm nước. Tất cả các cơ
thể sống đều cần các chất dinh dưỡng cho sự phát triển của chúng. Tuy nhiên, khi có sự
tập trung quá mức các chất dinh dưỡng trong môi trường nước thì chuỗi thức ăn sẽ bị
xáo trộn khiến cho một số loài phát triển rất mạnh lấn át các loài khác. Thí dụ sự dư
thừa các nguồn dinh dưỡng trong hồ sẽ khiến cho các loại tảo, đặc biệt là loài tảo lam phát triển quá mức gây tác động xấu tới hệ sinh thái cũng như chất lượng nước, khi chúng chết đi lại làm tăng tốc độ bồi lắng tại đáy hồ. Các chất dinh dưỡng có trong thành phần khác như là phân bón hóa học, nước thải của công nghiệp chế biến thực phẩm.
Các chất rắn lơ lửng: Nước thải thường mang theo nhiều các hạt chất rắn vào các thủy vực tiếp nhận. Khi nước chảy vào hồ tốc độ của nước giảm, nhiều hạt chất rắn sẽ lắng đọng xuống đáy gây bồi lắng tại đáy hồ. Tùy theo tốc độ của dòng nước, những hạt chất rắn có kích thước nhỏ sẽ chuyển động lơ lửng lên xuống trong nước nên gọi là các chất rắn lơ lửng, chúng làm cho nước có độđục. Các hạt chất rắn lơ lửng có thể là các hạt vô cơ hay hữu cơ, phần lớn chúng đến thủy vực do xói mòn trên bề mặt đất, một phần khác mang đến là do các nguồn nước thải sinh hoạt và công nghiệp chảy vào thủy vực tiếp nhận.
Các muối hòa tan: Trong nước luôn có một số muối hòa tan với nồng độ nhất
định, trong đó một số loại muối có thể làm tăng tính mặn của nước. Lượng các muối hòa tan được đo bằng cách cho bay hơi một mẫu nước sau khi đã lọc. Các muối và tất cả các vật chất còn lại không bị bay hơi gọi là tổng lượng chất rắn hòa tan. Trong nước mặt cũng luôn có một số loại muối hòa tan nhất định. Khi nồng độ muối trong các nguồn nước mặt của sông hồ tăng cao thì sẽ ảnh hưởng tới sự phát triển của cây trồng cũng như các sinh vật thủy sinh, không phù hợp sử dụng để cung cấp cho sinh hoạt cũng như cho tưới. Sự tập trung cao các muối trong nước mặt còn do các nguồn nước thải công nghiệp và cả nước thải của các khu vực đô thị. Trong các vùng khô hạn, sự
bốc hơi của nước càng làm cho nồng độ muối trong nước sông cao hơn và độ muối có xu thế càng cao về hạ lưu các sông. Nếu muối trong nước tưới có nồng độ quá cao thì có thể làm cho cây trồng bị chết và đất bị nhiễm độc.
Các kim loại và các chất hữu cơ độc hại: Dòng chảy hồi quy trở lại sông từ các khu canh tác nông nghiệp thường chứa một lượng các loại thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ, chúng được dùng trong quá trình canh tác để bảo vệ mùa màng. Rất nhiều loại nước thải của các ngành công nghiệp có chứa các thành phần kim loại nặng độc hại và các chất hữu cơ độc hại khác. Các loại này khi chảy vào sông với số lượng lớn sẽ làm ảnh hưởng xấu tới chất lượng nước, khiến cho nước sông không thể sử dụng được trong một thời gian dài. Rất nhiều các kim loại độc hại có thể tích tụ sinh học trong các loài sinh vật thủy sinh như tôm, cá, cua, ốc... và thông qua dây truyền thức ăn gây độc hại cho con người.
Nhiệt độ: Mặc dù nhiệt độ không coi là chất ô nhiễm nhưng nước thải công nghiệp có nhiệt độ cao chảy vào sông có thể làm tăng nhiệt độ nước của sông, ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái, nên cũng có thể coi đó là loại hình ô nhiễm nước do nhiệt
độ. Nói chung nước thải của nhiều cơ sở công nghiệp có nhiệt độ cao hơn bình thường nhất là trong dây truyền sản xuất của cơ sở đó có sử dụng nước để làm lạnh thiết bị máy móc sau đó lại xả ra sông, hoặc nước thải của nhà máy nhiệt điện thường có nhiệt độ
cao sẽ dễ gây ô nhiễm nhiệt.
Nói chung ô nhiễm nước có thể làm giảm giá trị sử dụng nước của một dòng sông và thậm chí có thể biến một dòng sông thành dòng sông chết khi mà nước ô nhiễm quá cao không thể sử dụng được cho con người và cho hệ sinh thái. Sự biến đổi của chất lượng nước nói chung cũng tuân theo các quy luật động học và sinh học và vì thế
có thể biểu thị bằng các quan hệ toán học hay nói cách khác bằng các mô hình chất