BSNT NDĐ phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau. Trong lĩnh vực cấp nƣớc, BSNT NDĐ đã đƣợc áp dụng với rất nhiều lý do, trong đĩ quan trọng nhất là:
Gia tăng lượng nước dưới đất cho cấp nước
Khai thác một lƣợng nƣớc lớn từ các cơng trình đƣợc xây dựng gần sơng hồ cĩ mối quan hệ thuỷ lực hoặc cắt trực tiếp vào tầng chứa nƣớc sẽ tạo ra một lƣợng nƣớc đi vào tầng chứa nƣớc và đƣợc lọc qua đất đá chứa nƣớc
Cải thiện chất lượng nước
Khi nƣớc từ sơng hoặc hồ thấm vào các tầng chứa nƣớc lỗ hổng sẽ loại bỏ các chất huyền phù lơ lửng, giảm số lƣợng vi khuẩn và các chất hữu cơ, làm thay đổi chất lƣợng nƣớc thấm theo hƣớng tốt hơn. Tầng chứa nƣớc hành động nhƣ một bể lọc chậm bằng cát, nƣớc thấm qua sẽ sạch và khơng cịn các sinh vật gây bệnh nếu khoảng cách và thời gian dịch chuyển khơng quá nhỏ (ví dụ 50m và 2 tháng) cĩ thể dùng trực tiếp nƣớc bổ sung cho phục vụ ăn uống. Trong trƣờng hợp thời gian lƣu lại trong tầng chứa nƣớc lớn hơn 2 tháng một sự cân bằng các thành phần hĩa học trong nƣớc sẽ xuất hiện, tạo cho NDĐ một đặc tính ổn định.
Chứa nước nhạt tại các tầng chứa nước
Trong trƣờng hợp tầng chứa nƣớc khơng áp cĩ mực nƣớc nằm dƣới mặt đất rất sâu, BSNT NDĐ sẽ nâng cao mực nƣớc ngầm vì vậy gia tăng lƣợng tàng trữ NDĐ cho cấp nƣớc.
Một tầng chứa nƣớc cĩ thể cĩ thể thực hiện 2 chức năng: i) hấp thụ nƣớc trong mùa mƣa và ii) cung cấp nƣớc trong mùa khơ. Tầng chứa nƣớc sẽ nhƣ bồn chứa nƣớc lớn, khoảng 3 triệu m3/km2 trong thành tạo bở rời với mực nƣớc thay đổi 10m. Việc chứa NDĐ nhƣ vậy khơng gây bất kỳ ảnh hƣởng khơng cĩ lợi tới mơi trƣờng, đặc biệt với các vùng đơng dân và bằng phẳng, xây dựng loại bồn chứa này dễ dàng và rẻ hơn so với việc xây dựng những bồn chứa trên mặt đất.
So sánh với các bồn chứa trên mặt, các bồn chứa dƣới đất cĩ nhiều ƣu điểm hơn: i) khơng bị mất nƣớc do bốc hơi; ii) khơng bị phá hoại chất lƣợng nƣớc do sự sinh sản của các loại tảo; iii) nƣớc đƣợc bảo vệ khỏi bị nhiễm bẩn từ khí quyển và tạo tiềm năng dùng phối hợp với nƣớc mặt (khai thác tăng lên khi lƣu lƣợng sơng bị giảm trong mùa khơ, chứa nƣớc khi lƣu lƣợng sơng lớn vào mùa mƣa); iv) khơng chiếm nhiều diện tích đất trên mặt.
Ngăn cản sự xâm nhập của nước mặn
Khai thác NDĐ quá mức cĩ thể gây ra sự xâm nhập của nƣớc mặn từ biển theo chiều năm ngang hoặc từ tầng chứa nƣớc bị mặn theo chiều thằng đứng vào các tầng chứa nƣớc nằm ven biển. BSNT NDĐ khơng chỉ khắc phục hiện tƣợng này mà cịn giúp đẩy lùi biên mặn của các tầng chứa nƣớc ra phía biển, gia tăng độ an tồn khi khai thác nƣớc.
Giữ mực NDĐ khơng đổi.
Hạ thấp mực nƣớc cĩ thể làm tổn thƣơng mơi trƣờng (thực vật và động vật), làm thiệt hại đất canh tác nơng nghiệp, làm đổ sập cơng trình xây dựng do sụt lún mặt đất hoặc do sự mục nát của các cọc bằng gỗ. BSNT NDĐ cĩ thể khắc phục đƣợc các ảnh hƣởng khơng cĩ lợi này.
2.3 - Nguồn và chất lượng nước để bổ sung nhân tạo
Một địi hỏi đầu tiên của BSNT NDĐ là tính sẵn cĩ của nguồn nƣớc để bổ sung, đủ về số lƣợng và thích hợp về chất lƣợng. Nhiều nguồn nƣớc đã đƣợc sử dụng để bổ sung, những nguồn này bao gồm:
Nƣớc mặt từ sơng, suối, kênh, hồ; Nƣớc thải đã xử lý;
Nƣớc mƣa
Nƣớc từ vùng khác mang đến NDĐ từ các tầng chứa nƣớc khác Nƣớc uống đã xử lý
Hai yếu tố quan trọng nhất cần xem xét khi chọn nguồn nƣớc thích hợp cho hệ thống BSNT NDĐ là tính sẵn cĩ và số lƣợng nƣớc. Số lƣợng nƣớc tại nhiều nguồn nƣớc luơn thay đổi, trong nhiều trƣờng hợp số lƣợng nƣớc cĩ nhiều nhƣng chất lƣợng nƣớc lại rất kém. Ví dụ với nguồn nƣớc sơng, độ đục thƣờng cao nhất khi lƣu lƣợng lớn nhất, hoặc nƣớc chảy trên mặt tại các khu vực cĩ dùng hố chất nơng nghiệp cĩ hàm lƣợng hĩa chất cao nhất vào các cơn mƣa lớn.
Hầu hết các nguồn nƣớc để BSNT NDĐ địi hỏi phải cĩ hình thức xử lý trƣớc khi bổ sung. Cĩ thể dùng hình thức xử lý bình thƣờng nhƣ việc xử lý nƣớc uống đối với hệ thống Chứa và Khai thác; hoặc xử lý đơn giản (lắng) đối với nƣớc sơng; hoặc xử lý 3 lần đối với nƣớc thải. Nhiều vấn đề về chất lƣợng nƣớc của các nguồn nƣớc mặt cĩ thể đƣợc giải quyết đơn giản bằng bồn lắng để loại bỏ bột hoặc ngƣng BSNT NDĐ khi xuất hiện các chất nhiễm bẩn cĩ hàm lƣợng cao nhƣ clo và các hĩa chất nơng nghiệp.
Nước mặt
Nƣớc mặt cĩ thể là nguồn nƣớc BSNT NDĐ quan trọng phụ thuộc vào tình hình khí hậu. Dƣới điều kiện ẩm ƣớt, lƣu lƣợng sơng thay đổi và các sơng chảy quanh năm chiếm ƣu thế. Dƣới điều kiện khơ hạn và bán khơ hạn, các sơng tạm thời chiếm ƣu thế.
Nƣớc sơng cĩ thể mang một lƣợng chất lơ lửng đáng kể, số lƣợng chất lơ lửng phụ thuộc vào sự chảy rối và “năng lƣợng” của sơng. Các sơng chảy chậm trong vùng đất thấp chứa khoảng vài chục g/m3, trong khi các suối miền núi chứa vài trăm g/m3 và dịng chảy đột ngột cĩ thể chứa lƣợng chất lơ lửng gấp nhiều lần. Các chất lơ lửng này cĩ thể gây tắc nghẽn nếu nƣớc sơng đƣợc sử dụng trực tiếp trong các cơng trình bổ sung.
Trong các hồ, nƣớc trong, khơng chảy, khơng cĩ hoặc rất ít các chất lơ lửng. Khi khơng bị nhiễm bẩn do nƣớc thải và dịng chảy từ các hoạt động nơng nghiệp, và các loại tảo khơng phát triển, nƣớc hồ cĩ thể dùng để thấm trực tiếp khơng cần tiền xử lý.
Nƣớc từ các sơng hoặc hồ bị nhiễm bẩn, đặc biệt là nƣớc cĩ chứa các chất thải cơng nghiệp cần đƣợc xử lý trƣớc khi bổ sung. Trong một vài trƣờng hợp, bồn thấm cĩ thể dùng để cải thiện chất lƣợng nƣớc bổ sung thơng qua các quá trình vật lý và sinh hĩa.
Dịng chảy mặt từ nước mưa
Các trung tâm đơ thị thƣờng cĩ lƣợng dịng chảy mặt từ nƣớc mƣa rất lớn. Các dịng chảy này cĩ chất lƣợng nƣớc thay đổi mạnh, lƣu lƣợng lớn nhất xuất hiện sau các cơn mƣa lớn. Để cĩ một sự cung cấp ổn định, cần cĩ các hồ giữ nƣớc mƣa, các vỉa hè tổ ong và các vùng đất sình lầy trong vùng lƣu vực sơng.
Trong các vùng nơng thơn, mƣa lớn cĩ thể tạo ra các dịng chảy mặt trên các cánh đồng nơng nghiệp. Cĩ thể cho các dịng chảy mặt chảy vào các giếng đào đƣờng kính lớn bổ sung trực tiếp cho tầng chứa nƣớc hoặc xây các đập ngăn để giảm lƣợng trầm tích lơ lửng, nhƣng khơng ngăn đƣợc lƣợng các chất nhiễm bẩn hịa tan. Vì lý do này khơng nên bổ sung trực tiếp vào các các giếng mở, mà nên để thấm qua các lớp đất hoặc sét qua đĩ loại bỏ một vài thành phần hịa tan. Dịng chảy từ nƣớc mƣa cĩ chất lƣợng rất thay đổi. Lƣợng các chất nhiễm bẩn bao gồm chất bẩn trong khí quyển lắng đọng trên bề mặt lƣu vực, tích lũy trên mặt đƣờng, các hoạt động xây dựng, dịng chảy từ các khu cơng nghiệp, chất thải động vật, thực vật phân hủy, các hĩa chất sử dụng trong trồng cỏ và làm vƣờn, chất rị rỉ từ các hầm phân và rác. Lƣợng nhiễm bẩn cao nhất cĩ thể thấy trong cơn mƣa đầu tiên, vì vậy khơng nên dùng nƣớc của cơn mƣa đầu tiên để bổ sung. Nƣớc mƣa chảy từ mái nhà chắc chắn là nƣớc bổ sung cĩ chất lƣợng tốt nhất, dịng chảy từ các vùng cơng nghiệp thƣờng chứa lƣợng chất nhiễm bẩn cao.
Lƣợng chất nhiễm bẩn trong các dịng chảy mặt từ các vùng đất nơng nghiệp ở các vùng nơng thơn thƣờng cĩ thuốc trừ sâu, phân bĩn cũng nhƣ phân động vật, con ngƣời và các nguồn khác. Khi dịng chảy mặt nhƣ vậy bổ sung trực tiếp vào tầng chứa nƣớc, các ảnh hƣởng cĩ lợi của thấm qua các lớp đất sẽ bị mất và nguy cơ nhiễm bẩn tầng chứa nƣớc tăng.
Nước thải đã xử lý
Nƣớc thải là một nguồn nƣớc cĩ thể tích cĩ thể biết trƣớc, rất ổn định với tốc độ dịng chảy khá đồng nhất và khơng đổi theo thời gian, làm cho nĩ trở thành một nguồn bổ sung rất hấp dẫn.
Tuy nhiên khi sử dụng nƣớc thải để bổ sung sẽ gặp phải một số thách thức quan trọng, nhƣ chất lƣợng nƣớc kém, nƣớc cĩ chứa các vi trùng gây bệnh, cĩ chứa các hĩa chất hịa tan khác và việc sử dụng nƣớc thải để BSNT NDĐ thƣờng khĩ đƣợc cơng chúng chấp nhận.
Nhìn chung nguồn nƣớc thải địi hỏi hai lần xử lý và một lần khử trùng trƣớc khi sử dụng để bổ sung. Khi sử dụng nƣớc thải ép trực tiếp hoặc bổ sung dƣới mặt đất cần phải xử lý ở mức độ cao hơn để bảo vệ chất lƣợng NDĐ và ngăn cản tắc nghẽn cơng trình bổ sung.
Chất lƣợng của nƣớc thải trong một số tình huống cĩ thể xấu hơn chất lƣợng NDĐ tự nhiên hoặc nƣớc sẽ đƣợc khai thác. Trong những trƣờng hợp này các tầng chứa nƣớc đƣợc sử dụng nhƣ một rào chắn để tránh tái sử dụng trực tiếp nƣớc thải, tạo ra một vùng đệm vừa bảo vệ sự tăng vọt bất ngờ của chất nhiễm bẩn vừa tránh sự phản đối của cơng chúng đối với tái sử dụng nƣớc thải trực tiếp.
Trở ngại cơ bản đối với việc dùng nƣớc thải đã đƣợc xử lý là đƣợc sự chấp nhận của cơng chúng và kinh phí đƣờng ống, trạm bơm, v.v... để vận chuyển nƣớc từ nhà máy xử lý nƣớc thải tới nơi sử dụng. Phƣơng pháp bồn thấm cĩ ƣu điểm cải thiện chất lƣợng của nƣớc thải thơng qua xử lý nƣớc bằng vật liệu của tầng chứa nƣớc và hịa tan nƣớc bổ sung với NDĐ tự nhiên. Sử dụng nƣớc thải đã xử lý để tƣới cỏ dễ dàng đƣợc chấp nhận hơn là tƣới cho cây lƣơng thực hoặc phục vụ trực tiếp cho con ngƣời và dùng cho cung cấp nƣớc uống.
Các thành phần cần chú ý của nƣớc thải phụ thuộc vào nguồn nƣớc thải, ví dụ là nƣớc thải cơng nghiệp hay là nƣớc thải dân dụng. Chất lƣợng nƣớc thải đƣợc xác định bởi chất lƣợng nguồn nƣớc, sự cĩ mặt và bản chất của nƣớc thải và qui trình tiền xử lý đã sử dụng.
Nƣớc thải đơ thị ổn định nhất về mặt chất lƣợng. Các thành phần đáng chú ý bao gồm: clo, các chất hữu cơ, các loại hợp chất nitơ, phốt pho, các sinh vật gây bệnh, và các chất lơ lửng. Các chất nhiễm bẩn cĩ độc thƣờng cĩ trong thành phần các chất cơng nghiệp thải ra trong nƣớc thải. Trƣờng hợp nƣớc tƣới quay trở lại hệ thống kênh thốt trên mặt, chất lƣợng nƣớc cĩ thể bị ảnh hƣởng bởi các chất lơ lửng, chất dinh dƣỡng, dƣ lƣợng thuốc trừ sâu, hàm lƣợng muối và các vi nguyên tố nhƣ selen, uran, boron, arsenic.
Khi sử dụng nƣớc thải để bổ sung trực tiếp, khả năng loại bỏ các thành phần khơng cĩ lợi của đới thơng khí bị giảm vì xuất hiện các quá trình phân huỷ và hấp thụ địa hĩa và sinh học các kim loại, hợp chất hữu cơ, vi khuẩn và vi trùng. Thƣờng phải xử lý nâng cao nƣớc thải trƣớc khi bổ sung để bảo vệ chất lƣợng NDĐ và tránh gây tắc nghẽn cơng trình BSNT NDĐ. Xử lý nƣớc thải nâng cao liên quan tới xử lý nƣớc 3 lần và cĩ thể bao gồm lọc gạn hĩa chất, loại bỏ khơng khí, xử lý bằng màng (bao gồm thẩm thấu ngƣợc) và lọc carbon. Chlorine sử dụng trong khử trùng cĩ thể hình thành các sản phẩm khơng mong muốn và làm cho nƣớc phản ứng mạnh hơn với tầng chứa nƣớc và NDĐ tự nhiên. Khử trùng bằng tia cực tím hoặc ơxy hĩa bằng hydro peroxit (nƣớc ơ xy già) sẽ tốt hơn. Khi sử dụng thẩm thấu ngƣợc, nƣớc sẽ cĩ tổng khống hĩa nhỏ và cĩ thể cĩ hoạt tính mạnh hơn. Khi sử dụng xử lý nâng cao, nƣớc bổ sung cĩ thể cĩ chất lƣợng cao hơn NDĐ tự nhiên, lúc này tầng chứa nƣớc đƣợc sử dụng nhƣ một hệ thống giữ nƣớc để tránh tái sử dụng trực tiếp nƣớc thải và tạo ra một vùng đệm an tồn chất lƣợng nƣớc.
Nước uống
Nƣớc uống là nguồn nƣớc bổ sung trong các sơ đồ Chứa và Khai thác. Nƣớc đã xử lý, chất lƣợng cao đƣợc ép qua các giếng khoan vào các tầng chứa nƣớc cĩ áp. Các sơ đồ này tỏ ra là một phƣơng pháp cĩ lợi và bền vững về mặt mơi trƣờng trong giải quyết nhiều vấn đề. Các sơ đồ này thƣờng đƣợc xây dựng bên cạnh các cơng trình xử lý (nguồn nƣớc bổ sung) để tiết kiệm chi phí và tận dụng khả năng xử lý dƣ thừa. Trong các vùng khơ hạn nhƣ vùng đồng bằng ven biển Nam Trung Bộ, nhu cầu nƣớc vƣợt quá lƣợng sẵn cĩ từ các nguồn cĩ thể phục hồi. Để bảo đảm nƣớc sẵn cĩ trong các trƣờng hợp khẩn cấp, cần cĩ một khơng gian chứa nƣớc nhạt rất lớn.
2.4 - Các phương pháp bổ sung nhân tạo nước dưới đất
Các cơng nghệ BSNT NDĐ đã đƣợc áp dụng trong nhiều thập kỷ để quản lý tài nguyên sẵn cĩ. Các phƣơng pháp sử dụng phải phù hợp để đạt đƣợc mục tiêu cơ bản nhất là chứa và xử lý nƣớc. Tắc nghẽn là vấn đề chính cần phải hiểu để hạn chế ảnh hƣởng và quản lý hiệu quả. Cĩ rất nhiều loại cơng trình BSNT NDĐ để tăng cƣờng bổ sung NDĐ. Những cơng trình này đƣợc thiết kế với mục tiêu ban đầu là tăng cƣờng bổ sung cĩ chủ ý, nhƣng cũng cĩ thể đạt đƣợc các mục tiêu khác nhƣ giảm thiểu lụt, xĩi mịn hoặc thay đổi cách sử dụng đất. Các phƣơng pháp BSNT NDĐ cĩ thể nhĩm thành các nhĩm sau:
Các bồn thấm (hồ và bồn thấm; xử lý nƣớc thơng qua đất đá của tầng chứa nƣớc (SAT); làm lụt cĩ kiểm sốt; bổ sung ngẫu nhiên do tƣới).
Điều tiết dịng chảy (hồ thấm sau đập, đê; các đập chứa bằng cát; các đập ngầm; các đập thấm.
Ép nƣớc qua lỗ khoan, hầm mỏ (lỗ khoan và hầm mỏ lộ thiên; Chứa và Khai thác tầng chứa nƣớc (ASR),
Thấm qua đáy sơng (thấm qua đáy sơng; thấm trong đụn cát).
2.4.1 - Các bồn thấm
Thấm nƣớc đƣợc áp dụng trong trƣờng hợp các tầng chứa nƣớc khơng áp cần bổ sung lộ ra trên mặt đất hoặc nằm gần mặt đất. Bổ sung cĩ đƣợc bởi nƣớc thấm qua các vật liệu ở trên mặt đất, các vật liệu này đƣợc quản lý để duy trì tốc độ thấm. Ở nơi cĩ nguồn nƣớc chất lƣợng tốt, sự thấm cĩ thể xảy ra quanh năm, khả năng thấm cĩ thể đạt 30m/năm đối với đất hạt mịn nhƣ sét pha cát, 100m/năm đối với bột, 300mm/năm đối với cát hạt trung sạch và 500m/năm đối với cát thơ sạch (Bouwer, 2002).
Trong các bồn thấm, nƣớc mặt từ sơng hồ đƣợc chuyển tới một thành hệ địa chất thích hợp, thấm xuống và hình thành NDĐ, vì vậy gia tăng lƣợng cung cấp NDĐ. Hình 2.6 minh họa một bồn thấm loại này. Nƣớc đi vào tầng chứa nƣớc cĩ thể chia thành 3 giai đoạn: i) nƣớc thấm vào đất, ii) nƣớc ngấm xuống qua các lớp đất, và iii) chuyển động theo phƣơng nằm ngang của nƣớc tới các cơng trình khai thác
Duy trì một đới khơng bão hịa bên dƣới vùng thấm cĩ tầm quan trọng đặc biệt trong các bồn thấm. Trong trƣờng hợp tầng chứa nƣớc khơng áp nằm dƣới vùng thấm, cĩ mực nƣớc ngầm nằm sâu, khi nƣớc mặt ngấm xuống sẽ nâng cao mực nƣớc, tăng trữ lƣợng nƣớc ngầm nhƣng khơng làm các vùng xung quanh bị ngập lụt. Khả năng thấm ban đầu là cao, sau đĩ giảm dần trong quá trình bổ sung vì xuất hiện các lớp vật liệu ở đáy của bồn thấm.
2.4.2 - Hồ thấm hoặc bồn thấm
Hồ thấm hoặc bồn thấm thƣờng đƣợc đào trên mặt đất hoặc là một vùng đƣợc bao quanh bằng một bờ cao để giữ nƣớc bổ sung. Nếu tầng chứa nƣớc nằm dƣới cĩ tính thấm tốt, cĩ thể sử