L ượng nước nềnYêu cầu nước
2.5.4.2. Phương pháp phối hợp sử dụng hợp lý nước mặt và nước ngầm
Đây là vấn đề rất cần thiết hiện nay nhưng việc thực hiện không phải dễ dàng nhất là việc điều tra khảo sát cũng như giám sát nước ngầm còn nhiều khó khăn về mặt kỹ thuật cũng như thực hiện. Một số khía cạnh cần xem xét để phối hợp sử dụng nước mặt và nước ngầm trên lưu vực sông như là:
a. Đánh giá các khía cạnh liên quan tới tầng chứa nước ngầm
Sử dụng phối hợp nước mặt và nước ngầm bao gồm sự kết hợp hài hòa cả 2 nguồn nước để hạn chế các tác động không mong muốn đến kinh tế xã hội và môi trường và tối ưu hóa việc cân bằng cung và cầu về nước. Sự phối hợp sử dụng nước mặt và nước ngầm thường được xem xét trong các chương trình quản lý lưu vực sông nghĩa là giữa các con sông và các tầng chứa nước ngầm trong cùng lưu vực sông [Neil S. Grigg, 1976], bao gồm:
− Xác định rõ sự có mặt các tầng nước ngầm trong khu vực nghiên cứu. − Xác định công suất cấp nước của các tầng chứa nước ngầm xét theo lưu lượng tiềm năng.
− Đánh giá sự tái nạp tự nhiên của tầng nước ngầm.
− Đánh giá sự tái nạp tự nhiên có điều kiện của tầng nước ngầm. − Đánh giá tiềm năng tái nạp nhân tạo của các tầng nước ngầm. − Những lợi ích kinh tế môi trường rút ra từ các lựa chọn khác nhau. b. Đánh giá các kho chứa nước dưới đất và khả năng cấp nước của các tầng chứa nước ngầm
Để sử dụng một dung tích dưới đất để trữ một lượng nước đáng kể với một mức
độ quan trọng như dòng chảy hàng năm với dự kiến sử dụng nó ở giai đoạn sau. Vì thế
rất cần xác định khả năng trữ nước tiềm năng của các hồ chứa ngầm cũng như sự phù hợp của nó đối với việc tái nạp lại nước ngầm từ nước mặt và khả năng lấy lại để cung cấp của con người khi có nhu cầu về nước.
Các bể chứa nước ngầm phải có đủ dung tích tự do giữa mặt đất và mực nước ngầm để chứa và lưu nước được tái nạp trong giai đoạn không cần nước. Điều kiện này
đòi hỏi phải điều tra địa chất thủy văn để lập bản đồđịa chất, địa vật lý và khoan thăm dò để xác định hình dạng và công suất cấp nước của tầng nước ngầm.
Trong việc sử dụng nước ngầm, chúng ta không thể chỉ nghĩ đơn thuần việc khai thác trữ lượng hiện có mà phải xem xét cả khả năng và cách thức để tái nạp bổ sung cho tầng chứa nước ngầm từ nguồn nước mưa hay từ các nguồn nước trên bề mặt của sông, hồ.
Để có thể tái nạp lại nước ngầm cần đánh giá các thông số sau đây của tầng đất lưu vực:
− Vật liệu bề mặt phải có tính thấm cao để nước dễ thấm xuống đất.
− Vùng đất chưa bão hòa phải có tính thấm theo phương thẳng đứng cao và không bị cản trở bởi các tầng đất khó thấm như các lớp đất sét.
− Độ sâu từ bề mặt đất đến mực nước ngầm không vượt quá từ 5 đến 10m. − Khả năng chuyển nước của các tầng nước ngầm phải đủ cao để chuyển nhanh nước từ nơi được thiết kế để tái nạp nước ngầm, nhưng không thể quá cao như
trường hợp các hang động Karst làm cho nước không thể khôi phục lại được.
Khả năng chuyển nước của các tầng chứa nước ngầm cũng có thể coi là chỉ thị
tốt cho trữ lượng của các tầng chứa nước ngầm và đảm bảo lưu lượng khai thác của các giếng cao và dễ dàng lấy lại được lượng nước được dự trữ.
c. Phương pháp tái nạp tự nhiên và nhân tạo nước cho các tầng nước ngầm
Nếu không có sự can thiệp của con người thì sự tái nạp tự nhiên các tầng chứa nước ngầm từ các dòng chảy mặt và sự thấm sâu của nước mưa vẫn xảy ra hàng năm và lượng tái nạp hàng năm cũng có cùng độ lớn với nhu cầu nước. Ngược lại bất kỳ một sự
biến đổi nào về hướng tự nhiên của các dòng chảy mặt cũng có thể ảnh hưởng đến sự
tái nạp các tầng chứa nước ngầm.
Sự tái nạp tự nhiên có điều kiện xảy ra khi có sự khai thác nước ngầm mạnh ở
khu vực gần sông làm giảm mực nước ngầm và giảm cả mức nước của các dòng chảy ngầm từ sông. Hiện tượng này được biết rõ ở các vùng có khí hậu ôn hoà, nơi các dòng sông chảy quanh năm, nhưng cũng có thể xảy ra tại các vùng khí hậu bán khô hạn nơi
có sự giảm mức nước ngầm thủy áp nằm dưới mức nước sông mà sông tạm thời tạo ra vùng không gian rỗng trong tầng chứa nước ngầm và tạo điều kiện để tái nạp lại trong mùa lũ.
Sự tái nạp nhân tạo: tái nạp nhân tạo các tầng chứa nước ngầm từ nước mặt có thể thực hiện bằng 3 phương pháp như: (1) chảy tràn của nước mặt, (2) quản lý lưu vực và (3) làm giếng tái nạp nước ngầm từ nước mưa.
(1). Chảy tràn của nước mặt
Tái nạp nhân tạo nước ngầm bằng phương pháp chảy tràn của nước mặt trên bề
mặt đất để nước tự thấm xuống và bổ sung cho nước ngầm. Biện pháp này bao gồm việc cần làm tăng diện tích bề mặt để nước từ các sông hồ ao và các hố trũng thấm xuống nước ngầm. Đây là phương pháp được coi là có hiệu quả nhất và tốn ít chi phí nhất để tái nạp lại nước ngầm hiện nay. Tuy nhiên, chỉ có các tầng chứa nước không áp mới có thể tái nạp lại bằng phương pháp này, và đòi hỏi có một diện tích đất bề mặt khá lớn để chứa nước và do đó gây tổn thất bốc hơi lớn nếu đất có tính thấm kém. Phương pháp này đòi hỏi 2 loại công trình: công trình dẫn nước và hệ thống vùng thấm.
Các công trình dẫn nước là những công trình tương tự như hệ thống tưới ngập. Các công trình truyền thống sau hàng thế kỷ kinh nghiệm đã được làm thích nghi với các điều kiện của các vùng khô hạn hoặc ẩm ướt. Chúng bao gồm các bờ đất và các vật hướng dòng chảy ra các bãi đất. Nếu dòng chảy quá lớn có thể phá hỏng các bờ và làm giảm khả năng tưới của đồng ruộng. Nếu hàm lượng phù sa bùn cát trong nước ngập quá cao sẽ làm bồi lắng hết các kênh dẫn nước nên cần thường xuyên dọn sạch. Tóm lại, mặc dù việc xây dựng lại các bờ đất không đắt nhưng chi phí tổng cộng để duy trì hệ thống là khá cao.
Hệ thống tạo thấm có thể bao gồm các vùng trũng chứa nước, các lòng dẫn và các hố phụ thuộc vào địa hình và sử dụng đất ở từng nơi. Hệ thống tạo thấm phổ biến bao gồm một loạt các vùng trũng chứa nước mỗi chỗ có diện tích từ 0,1 đến 10 ha theo quy mô không gian có sẵn. Mỗi nơi chứa nước có hệ thống tự làm ngập nước hoặc tháo cạn và nạo vét khi cần thiết. Hệ thống các nơi chứa nước không nên nối tiếp nhau theo dãy vì như vậy không tháo cạn để nạo vét riêng biệt được. Những nơi chứa nước đầu hệ
thống nên đóng vai trò là các bể lắng sơ bộ. Tại xung quanh các đô thị, các hố đào để
khai thác đất đá làm vật liệu xây dựng (cát sỏi) cũng có thể tận dụng làm hệ thống tạo thấm. Độ sâu các hố này có thể dao động từ 2(3 m thậm chí tới 30(40 m. Các hố này cũng có thể được chủ động đào để tái nạp lại nước ngầm. Tái nạp nước ngầm đơn giản là dẫn nước vào các hố này. Ngay cảđối với các chỗđào sâu cũng vẫn nên có 1 hố làm hố lắng trước khi nước tái nạp chảy vào hố tái nạp chính. Cả hố lắng và hố thấm chính nên có hàng rào bao quanh và thiết bịđưa nước vào để tránh gây xói lở thành hố.
Tưới ngập là một kỹ thuật tưới truyền thống ở nhiều vùng trên thế giới, đặc biệt là tưới cho lúa nước như ở nước ta bao gồm việc đưa nước vào các thửa ruộng bậc thang nằm ven các sông suối. Mặc dù mục đích của việc tưới ngập không phải là để tái nạp nước ngầm nhưng kỹ thuật tưới này đã làm tăng sự tái nạp nước ngầm cho các tầng chứa nước phía dưới các vùng được tưới. Đưa lượng nước dư thừa vào trong nước ngầm sẽ làm giảm nhẹ các nguy cơ do việc lấy nước mặt để tưới ở các vùng khô hạn.
Các đập ngăn bậc thang cũng là những công trình nhỏ được xây dựng ngang qua các lòng dẫn nước nhằm làm giảm lưu tốc của dòng chảy và tạo điều kiện cho nước thấm vào tầng chứa nước ven sông. Khi các dòng chảy là những lòng dẫn hẹp chảy qua những vùng đất bằng phẳng nằm chỉ cao hơn đáy các lòng dẫn này khoảng vài mét. Đập ngăn bậc thang có thể được xây dựng cao từ 1 m đến 2 m so với bề mặt của vùng đất bằng phẳng và chắn ngang theo dòng chảy trên toàn bộ bề rộng của thung lũng. Khi có lũ, nước lũ sẽ bị chặn lại và gây ngập toàn bộ vùng thung lũng, nước sẽ dễ dàng thấm vào đất hơn.
Các đập ngầm áp dụng ở một độ sâu nhỏ trong vùng có phù sa sông để ngăn không cho nước ngầm chảy mất ngay sau khi có nước lũ được giữ trong các tầng chứa nước ngầm. Nó bao gồm việc đào sâu xuống khoảng từ 1,0 đến 1,5 m ngang qua thung lũng sông và đắp lại bằng đất có độ thấm nước nhỏ như đất sét hoặc bằng tường gạch.
Đập ngầm cũng có thể làm bằng đập cát và đắp cao hơn mặt đất từ 1(2 m để ngăn cản dòng chảy rắn như cát sỏi lắng đọng và bị chặn lại ngay trước đập và làm tăng vùng chứa phù sa sông.
(2). Quản lý lưu vực và “gặt hái nước”
Biện pháp quản lý lưu vực để tăng lượng nước cung cấp tới tầng nước ngầm là một biện pháp rất hiệu quả cho tái nạp nước ngầm.
Đây là lĩnh vực quản lý bề mặt lưu vực nhằm thực hiện nhiều phương pháp kỹ
thuật dọc theo các sườn đồi để chống xói mòn đất và làm giảm lượng dòng chảy mặt và làm tăng lượng nước thấm vào đất và tái nạp nước cho nước ngầm.
Biện pháp canh tác nông nghiệp bằng cách làm ruộng bậc thang truyền thống là một hình thức "gặt hái nước" phổ biến nhất hiện nay, nhất là những vùng khô hạn. Những khu vực nào mà các ruộng bậc thang được duy trì tốt thì lượng nước tái nạp cho nước ngầm sẽ được cải thiện, tuy nhiên, nếu một khi sử dụng quá mức thì nó lại gây ra xói mòn, trượt, sụt lún đất của các bờ ngăn, làm hỏng các khu ruộng bậc thang và làm thay đổi chế độ thủy văn của vùng. Vì thế, dù các ruộng bậc thang có ý nghĩa kinh tế
thế nào chăng nữa cũng không thể áp dụng trên diện rộng vì có thể làm thay đổi điều kiện thủy văn của lưu vực trong một thời gian đáng kể.
Quản lý lưu vực cũng rất cần quan tâm đến vấn đề bảo vệ và tăng mật độ của thảm phủ trên bề mặt đất, nhất là việc trồng rừng và bảo vệ rừng đầu nguồn, điều này sẽ
vừa có tác động tăng khả năng bổ sung nước cho tầng chứa nước ngầm trong mùa mưa lũ và giảm lượng dòng chảy lũ cho vùng hạ lưu.
(3). Tái nạp nhân tạo nước ngầm bằng giếng
Phương pháp này người ta xây dựng các giếng để tái nước mưa cho tầng nước ngầm. Việc đưa nước xuống bằng các giếng ống hoặc các giếng kiểu hầm lò vào thẳng các tầng chứa ngầm. Cách này là cách duy nhất được áp dụng để tái nạp cho các tầng chứa nước có áp hoặc các tầng sâu với các lớp đất thấm nước yếu. Việc tái nạp có xảy ra ngay tức thì và không có tổn thất do bốc hơi hoặc do vận chuyển nước. Phương pháp này rất hiệu quả cho các vùng có tầng đá rắn chắc và bịđứt gãy và tại các hang động đá vôi Karst. Các giếng tái nạp và các "giếng tiêm nước" được xây dựng tương tự như các giếng bơm nước có sử dụng các ống lọc.
Khó khăn lớn nhất của các giếng tái nạp nước ngầm là chúng rất dễ bị tắc. Trong khi các bể hở phải hàng năm mới bị tắc và trong mọi trường hợp vẫn dễ dàng khôi phục
lại thì các giếng tái nạp nước ngầm lại có thể bị tắc sau một vài ngày hoặc tuần và rất khó khôi phục lại như ban đầu. Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến tắc giếng tái nạp này,
đó là:
− Do trong nước có các chất lơ lửng nên chúng đã làm giảm không gian rỗng trong đất và làm giảm các khe rỗng giữa các lớp tiếp xúc. Chính các chất lơ lửng làm tắc nhanh chóng các giếng mà đất ở đó có kết cấu hạt mịn.
− Hàm lượng chất hữu cơ cao có thể tạo ra sự phát triển nhanh của các loại vi khuẩn. Điều này giải thích tại sao hiện tượng tắc giếng xảy ra thay đổi theo thời gian trong năm khi nước được bơm vào có nhiệt độ thay đổi.
− Tắc giếng cũng xảy ra do các bong bóng khí hoặc không khí trong nước,
đặc biệt là tại các giếng nông nơi có áp lực nước thấp. Cần tránh trường hợp các ống, van và các chỗ nối nước không đầy ống hoặc có áp lực thấp. Điều này có thể khắc phục
được bằng cách áp dụng các ống có đường kính nhỏđểđảm bảo điều kiện đầy ống. − Do sự pha trộn của các nguồn nước có thành phần khác nhau có thể tạo ra các phản ứng hóa học và sinh ra các chất kết tủa trong nước. Một nguyên nhân gây tắc nữa là do các hạt sét có thểđã có sẵn trong nước ngầm to dần lên.
Cách kinh tế nhất đối với các giếng tái nạp nước ngầm là cách bơm nước sử
dụng các giếng 2 mục tiêu (bơm vào và hút ra) để làm sạch giếng trong thời gian hút ra. Tuy nhiên, việc xử lý nước sơ bộ để loại bỏ bớt chất lơ lửng trước khi tái nạp nước ngầm là cần thiết.