TỔNG QUAN VỀ NƯỚC NGẦM
Tầm quan trọng của nước
Nước là yếu tố thiết yếu cho sự sống con người, đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành sự sống trên Trái đất Nó tham gia vào quá trình quang hợp và là trung tâm trong trao đổi chất Nhiều phản ứng lý hóa học cần có nước, và nước cũng là dung môi cho nhiều chất, giúp vận chuyển muối vào cơ thể Trong đời sống hàng ngày, nước phục vụ cho sinh hoạt, nâng cao chất lượng cuộc sống Ngoài ra, nước còn cực kỳ quan trọng trong sản xuất công nghiệp và là nhu cầu thiết yếu cho cây trồng, điều tiết các yếu tố như nhiệt độ, ánh sáng, dinh dưỡng, vi sinh vật và độ thoáng khí trong đất.
Nước là tài nguyên thiết yếu cho sự sống của con người và sinh vật trên Trái Đất, với nhu cầu hàng ngày là 250 lít cho sinh hoạt, 1.500 lít cho công nghiệp và 2.000 lít cho nông nghiệp Nó chiếm 99% trọng lượng của sinh vật sống trong môi trường nước và 44% trọng lượng cơ thể con người Để sản xuất 1 tấn giấy, cần đến 250 tấn nước; 1 tấn đạm tiêu tốn 600 tấn nước; và 1 tấn chất bột cần tới 1.000 tấn nước.
Nước không chỉ tham gia vào chu trình sống mà còn là nguồn năng lượng (như hải triều, thủy năng), là chất vận chuyển vật liệu và điều hòa khí hậu, thực hiện các chu trình tuần hoàn vật chất trong tự nhiên Sự sống của con người và mọi sinh vật trên trái đất đều phụ thuộc vào nước.
Tài nguyên nước toàn cầu ước tính đạt 1,39 triệu tỷ m³, trong đó 97,2% tập trung trong thủy quyển (1,35 triệu tỷ m³) Phần lớn nước là nước mặn (94%), chỉ 2% là nước ngọt, chủ yếu nằm trong băng ở hai cực Nước ngầm chiếm 0,6%, trong khi nước sông và hồ chiếm phần còn lại Lượng nước trong khí quyển khoảng 0,001%, và trong sinh quyển là 0,002% Nguồn nước ngọt mà con người sử dụng chủ yếu từ lượng mưa hàng năm khoảng 105 triệu m³, trong đó 35 triệu m³ được tiêu thụ hàng năm, với 8% cho sinh hoạt, 23% cho công nghiệp và 63% cho nông nghiệp.
Mặc dù nước trên thế giới rất phong phú, nhưng chỉ có khoảng 1/100000 lượng nước ngọt có thể sử dụng cho con người Hơn nữa, sự phân bố nước ngọt không đồng đều cả về không gian lẫn thời gian, làm cho nước trở thành nguồn tài nguyên quý giá cần được bảo vệ và sử dụng một cách hợp lý.
Nước ngầm
1.2.1.Nguồn gốc hình thành nước ngầm
Nước ngầm được hình thành khi nước bề mặt thẩm thấu xuống đất, nhưng không thể xuyên qua tầng đá mẹ, dẫn đến việc nước tập trung trên bề mặt Hình dạng của nước ngầm phụ thuộc vào cấu trúc địa chất, và khi nước tập trung đủ, nó sẽ di chuyển và kết nối với các khoang, túi nước khác, tạo thành các mạch nước ngầm lớn nhỏ Quá trình hình thành nước ngầm phụ thuộc vào lượng nước thẩm thấu, lượng mưa và khả năng trữ nước của đất.
Trong chuyên ngành còn sử dụng thuật ngữ nước dưới đất để chỉ khái niệm gần như tương đương
Nước ngầm có nguồn gốc nội sinh được hình thành từ các hoạt động núi lửa trẻ dưới nhiệt độ cao và áp suất lớn Phần nước này được phun lên mặt đất trong các đợt phun trào, trong khi phần còn lại lưu giữ trong lòng đất, tạo thành nguồn nước ngầm quý giá Mặc dù chưa thể xác định trữ lượng chính xác, nước ngầm nội sinh đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước cho sông suối và hỗ trợ sinh hoạt bền vững cho cư dân ở các vùng núi cao, trung du, hải đảo và sa mạc Để khai thác nguồn nước này, cần áp dụng các phương pháp địa chất, địa mạo và địa vật lý, cùng với việc khoan hoặc đào giếng Tuy nhiên, ở các vùng cao nguyên đá vôi, việc tìm kiếm nguồn nước ngầm đòi hỏi các núi lửa phải đủ lớn để lấp đầy các khe nứt và hang hốc, đồng thời cần có các giếng khoan thăm dò để khai thác hiệu quả nguồn nước này.
Nước ngầm đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước cho nhiều con sông và đã được con người sử dụng từ hàng ngàn năm, chủ yếu cho nhu cầu nước uống và tưới tiêu Cuộc sống trên trái đất phụ thuộc vào nước ngầm không kém gì so với nước bề mặt, và nguồn nước này chảy bên dưới mặt đất.
Một phần lượng mưa rơi xuống mặt đất và thấm vào lòng đất, tạo thành nước ngầm Phần nước chảy gần bề mặt sẽ nhanh chóng chảy vào sông, nhưng do trọng lực, một phần nước vẫn tiếp tục thấm sâu vào đất.
Hướng và tốc độ di chuyển của nước ngầm phụ thuộc vào đặc trưng của tầng nước ngầm và lớp cản nước, cũng như độ thấm và khe rỗng của đá Nếu các lớp đá cho phép nước chảy qua dễ dàng, nước ngầm có thể di chuyển xa trong vài ngày Ngược lại, nước ngầm có thể thấm vào các tầng nước ngầm sâu, nơi mà thời gian di chuyển có thể kéo dài hàng ngàn năm.
Nước ngầm là một phần quan trọng của vòng tuần hoàn nước, được hình thành chủ yếu từ mưa và nước thấm từ bề mặt đất Trong lớp đất phía trên, nước không bão hòa thay đổi theo thời gian, trong khi bên dưới, khu vực bão hòa chứa đầy nước trong các khe nứt và khoảng trống giữa các phân tử đá Thuật ngữ "bể nước ngầm" chỉ những kho chứa nước ngầm lớn mà con người phụ thuộc vào cho các nhu cầu hàng ngày.
Nước ngầm được chia thành nước ngầm tầng mặt và nước ngầm tầng sâu dựa trên độ sâu phân bố Nước ngầm có khả năng di chuyển nhanh trong các lớp đất xốp, hình thành dòng chảy ngầm theo địa hình Nước ngầm tầng mặt không có lớp ngăn cách với bề mặt, dẫn đến sự biến đổi về thành phần và mực nước, phụ thuộc vào trạng thái của nước mặt và dễ bị ô nhiễm Ngược lại, nước ngầm tầng sâu nằm trong lớp đất đá xốp và được ngăn cách bởi các lớp không thấm nước, thường có ba vùng chức năng trong không gian phân bố.
- Vùng khai thác nước có áp
Khoảng cách giữa vùng thu nhận và vùng khai thác nước có thể lên tới hàng trăm km, với các lỗ khoan nước tại vùng khai thác thường có áp lực Nguồn nước ngầm này có chất lượng tốt và lưu lượng ổn định Ở các khu vực phát triển đá cacbonat, nước ngầm caxtơ thường di chuyển qua các khe nứt Ngoài ra, trong các dải cồn cát ven biển, thường xuất hiện các thấu kính nước ngọt nằm trên mực nước biển.
Nước ngầm mạch sâu từ 100 m đến 180 m có chất lượng tốt, phù hợp cho sinh hoạt Trong khi đó, nước ngầm mạch nông từ 5 đến 30 m có lưu lượng phụ thuộc vào nguồn nước mưa và thường bị nhiễm phèn, mặn vào mùa khô Nghiên cứu cho thấy trong vùng có 7 phân vị chứa nước, được sắp xếp theo thứ tự từ trên xuống.
Tầng chứa nước lỗ hổng Holocen (Q2) bao gồm trầm tích hỗn hợp từ biển, sông, và đầm lầy, phân bố rộng rãi và lộ ra trên bề mặt Chiều dày của tầng này dao động từ 24,0m đến 40,0m, với chiều dày trung bình là 32,4m Tuy nhiên, khả năng chứa nước của tầng này khá nghèo và chất lượng nước bị ảnh hưởng bởi độ mặn.
– 33m, có khả năng chứa nước trung bình, chất lượng nước biến đổi rất phức tạp, đa phần nước mặn nên ít có khả năng khai thác
- Tầng chứa nước lỗ hổng Pleistocen giữa – trên (Q12-3): Trong khu vực nghiên cứu, tầng chứa nước lỗ hổng -
Nước có độ sâu từ 38,0 đến 50,0m có khả năng chứa nước với chất lượng tốt Tuy nhiên, do hàm lượng sắt cao, nên cần phải xử lý trước khi sử dụng tùy theo mục đích.
Tầng chứa nước Q12-3 nằm dưới bề mặt, có xu hướng chìm dần về phía Nam và Đông Nam, với độ sâu từ 107,0m đến 112,0m và phân bố đến 148,0m – 175,0m Bề dày của tầng này dao động từ 46,0m đến 53,0m, có khả năng chứa nước từ trung bình đến giàu, đáp ứng yêu cầu chất lượng cho sinh hoạt Tuy nhiên, hàm lượng sắt cao từ 1,35 – 1,74mg/l cần được xử lý trước khi sử dụng Diện tích phân bố nước nhạt rộng, với chiều dày tầng chứa nước lớn và mực nước tĩnh nằm nông, tạo điều kiện thuận lợi cho việc khai thác.
- nghiên cứu và bị phủ bởi tầng chứa nước nằm trên là Pleistocen dưới Chiều sâu bắt gặp tầng khoảng 175m và phân bố đến độ sâu 234m Bề
Tầng chứa nước N22 nằm ở độ sâu 234m và phân bố đến khoảng 366m, với chiều dày khoảng 132m Mặc dù có diện phân bố rộng, khả năng chứa nước của tầng này lại kém Đến nay, vẫn chưa có nhiều nghiên cứu được thực hiện về tầng nước này.
Tầng nước N13 phân bố rộng rãi trong khu vực, nằm dưới tầng chứa nước N21 và có độ nghiêng nhẹ về phía Đông và Nam Mái tầng được phát hiện ở độ sâu 366m, trong khi đáy tầng nằm sâu hơn 480m, với độ dày vượt quá 114m Diện tích phân bố nước ngọt chỉ tập trung ở phía Bắc thành phố Sóc Trăng, trong khi phần còn lại chủ yếu là nước mặn Tuy nhiên, tầng nước này có chất lượng tốt và nhiệt độ cao, nên đang được khai thác để phục vụ nhu cầu sử dụng.
Phân tích đặc điểm địa chất thủy văn của 7 phân vị chứa nước cho thấy các tầng đều có khả năng khai thác nước cho nhiều mục đích khác nhau Tuy nhiên, chỉ có các tầng chứa nước Pleistocen giữa – trên, Pleistocen dưới và tầng Miocen trên là có thể khai thác phục vụ cho nhu cầu ăn uống, sinh hoạt và sản xuất Hiện nay, tầng nước được khai thác nhiều nhất là Pleistocen giữa – trên và Pleistocen dưới, với nguồn nước trung bình đến giàu, chất lượng tốt và biên mặn xa, không ảnh hưởng đến chất lượng nước của các giếng khai thác khác.
Điều kiện tự nhiên – xã hội của xã Văn Tố – huyện Tứ Kỳ – tỉnh Hải Duơng
Xã Văn Tố thuộc vùng nhiệt đới gió mùa với nhiệt độ trung bình hàng năm đạt 23,3°C Vào mùa hè, nhiệt độ cao nhất không vượt quá 24°C, và khu vực này có giờ nắng trung bình hàng năm đáng kể.
1524 giờ, độ ẩm trung bình là 85 - 87%
Mùa đông: khô hanh có gió mùa đông Bắc, thời gian từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau
Mùa hè: nóng ẩm mƣa nhiều, thời gian từ tháng 4 đến tháng 10
Khu vực nghiên cứu có địa hình bằng phẳng, được hình thành từ phù sa sông Thái Bình, tạo nên đất màu mỡ Điều này rất thuận lợi cho việc trồng trọt, cho phép sản xuất nhiều vụ trong năm với đa dạng loại cây trồng.
Xã Văn Tố được bao bọc bởi sông Thái Bình, cung cấp nguồn nước ngọt và phù sa phong phú, hỗ trợ sản xuất nông nghiệp, phát triển chăn nuôi và đánh bắt thủy sản tự nhiên.
- Toàn xã có 8 thôn, 240 hộ với dân số hơn 7800 người (theo điều tra dân số năm 2012)
- Mật độ dân số trung bình: 900 người/km 2
- Hệ thống giao thông: Có đuờng quốc lộ dài 4000 m chạy qua
Văn Tố là một xã nông nghiệp chủ yếu, nơi mà nông nghiệp đóng vai trò quan trọng nhất Các ngành công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp và dịch vụ chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ, với hoạt động chủ yếu là buôn bán nhỏ.
Hiện nay, hầu hết các hộ gia đình trong xã sử dụng nước mưa và nước ngầm cho sinh hoạt Đa số các hộ đều lắp đặt bể lọc cát trước khi sử dụng nước, trong khi một số hộ chọn sử dụng bể lọc với than hoạt tính Khoảng 10% hộ dân sử dụng giếng khoan, trong khi 80% còn lại sử dụng giếng khơi Trung bình, mỗi thôn có khoảng 11 hộ sử dụng giếng khoan.
Tiêu chuẩn Việt Nam về nước sạch
Bảng 1.1: Tiêu chuẩn vệ sinh đối với chất lượng nước uống và sinh hoạt (QCVN
TT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính
Giới hạn tối đa cho phép
2 Mùi vị* - Không có mùi vị lạ
Không có mùi vị lạ
Cảm quan, hoặc SMEWW 2150 B và
4 Clo dƣ mg/l Trong khoảng 0,3-0,5
Amoni* mg/l 3 3 SMEWW 4500 - NH 3 C hoặc SMEWW 4500 - NH 3 D
TT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính
Giới hạn tối đa cho phép
Asen tổng số mg/l 0,01 0,05 TCVN 6626:2000 hoặc
Bảng 1.2: Bảng giá trị giới hạn cho phép các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước ngầm ( TCVN – 5944- 1995)
Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn
Chất rắn tổng số mg/l 750-1500
Màu Pt-Co 5-50 Độ cứng(theo CaCO 3 ) mg/l 300-500 pH 6.5-8.5
Đối tƣợng nghiên cứu
Nước ngầm: xã Văn Tố, huyện Tứ Kỳ, tỉnh Hải Dương.
Phương pháp nghiên cứu
Thu thập tài liệu: có liên quan tới nước ngầm
Khảo sát thực địa - Lấy mẫu – Phân tích - Đánh giá kết quả thu đƣợc.
Lựa chọn địa điểm , thời gian và tần số lấy mẫu
Khảo sát chất lượng nước ngầm tại xã Văn Tố yêu cầu lấy mẫu từ mọi giếng khoan và giếng phun, cũng như ở khoảng cách xa điểm hút nước để đánh giá ảnh hưởng của việc hút nước đến các đặc tính động học của tầng ngậm nước Việc chọn lựa điểm lấy mẫu tối ưu cho các mục đích khác nhau, như điều tra nguyên nhân gây bệnh, là một thách thức và phụ thuộc vào mục đích cụ thể cùng với các đặc tính của tầng ngậm nước Do đó, cần tham khảo ý kiến của các chuyên gia địa thủy văn để xác định những điểm lấy mẫu phù hợp nhất với các tầng địa chất khác nhau.
Để khảo sát chất lượng nước bị ảnh hưởng bởi các nguồn ô nhiễm khuếch tán như nước thải nông nghiệp và sinh hoạt, việc sử dụng giếng khoan sinh hoạt tại hộ gia đình là hợp lý (TCVN 6000_1995) Cần lựa chọn vị trí lấy mẫu đại diện ở những khu vực có điều kiện địa thủy văn và sử dụng đất khác nhau, đồng thời nhạy cảm với ô nhiễm Mẫu được thu thập với tỷ lệ đồng đều ở các thôn, với 3 điểm lấy mẫu tại mỗi thôn: đầu thôn, giữa thôn và cuối thôn, tổng cộng có 24 mẫu được thu thập.
Các mẫu nước được lấy từ các độ sâu khác nhau tùy thuộc vào chiều dài đường ống bơm của từng hộ gia đình Phần lớn các mẫu này được thu thập từ tầng đá gốc Pleistocene, nơi có hàm lượng nitơ và sắt cao nhất.
Bảng 2.1: Vị trí các điểm lấy mẫu nước ngầm xã Văn Tố
Kí hiệu mẫu Tên chủ hộ Thôn Ghi chú
Kí hiệu mẫu Tên chủ hộ Thôn Ghi chú
2.3.2 Thời gian và tần số lấy mẫu
Tần số lấy mẫu nước ngầm cần được điều chỉnh phù hợp với sự biến đổi chất lượng nước theo không gian và thời gian Trong nhiều trường hợp, đặc biệt khi nguồn nước bị ô nhiễm, chất lượng nước có thể thay đổi nhanh chóng trong vài giờ hoặc vài ngày Tuy nhiên, sự biến đổi này thường nhỏ hơn so với nước mặt Ở một số tầng ngậm nước, chất lượng nước còn thay đổi theo mùa Việc kiểm tra liên tục các chỉ số như pH, nhiệt độ và độ dẫn điện tại hiện trường sẽ giúp quyết định tần suất lấy mẫu Đối với đặc điểm nước ngầm của xã, tần suất lấy mẫu được quy định là 1 lần/tuần, thực hiện vào buổi chiều.
2.3.3 Chọn phương pháp lấy mẫu Để lấy được mẫu đại diện cho một tầng ngậm nước, cần chọn phương pháp lấy mẫu sao cho nước hút lên có thành phần phản ánh đúng thành phần của nước ngầm cần nghiên cứu cả về không gian lẫn thời gian
Trong khu vực nghiên cứu, hầu hết các hộ dân sử dụng bơm nước với tốc độ cố định Do đó, cần áp dụng phương pháp bơm xả một thể tích nước ít nhất từ 4 đến 6 lần thể tích của lỗ, tương đương khoảng 5 phút xả.
2.3.4 Vận chuyển - ổn định và lưu giữ mẫu
Khi lấy mẫu nước ngầm, việc đảm bảo kết quả đại diện về chất lượng nước là rất quan trọng Những thay đổi lý hóa học có thể xảy ra khi mẫu được đưa ra khỏi lòng đất do sự khác biệt về nhiệt độ và áp suất, dẫn đến biến đổi pH, độ dẫn điện, thế điện hóa, hàm lượng sunfua và các khí hòa tan như ôxy và CO2 Sự tiếp xúc với không khí cũng gây ra hiện tượng ôxy hóa, tăng hoạt động vi sinh, và các thay đổi về màu sắc, độ đục Do đó, cần đo đạc tại chỗ các chỉ tiêu như nhiệt độ, pH, thế điện hóa, độ dẫn điện, độ kiềm và các khí hòa tan, và tiến hành phân tích mẫu càng sớm càng tốt để đảm bảo tính chính xác của kết quả.
Việc bảo quản và xử lý mẫu nước ngầm trước khi phân tích là rất quan trọng, đặc biệt khi khu vực lấy mẫu cách xa phòng thí nghiệm, nhằm đảm bảo rằng các kết quả phân tích chính xác và đại diện cho mẫu.
Các bình chứa mẫu sử dụng là bình PE 500 ml đã được làm sạch bằng axit và tráng nước cất Trước khi đưa về phòng thí nghiệm, mẫu được đậy kín và bảo quản trong thùng đá để tránh thay đổi chất lượng do không khí, phản ứng hóa học và sự phát triển của vi sinh vật Do không thể phân tích ngay, mẫu được bảo quản bằng hóa chất và làm lạnh đến 4°C tùy theo chỉ tiêu phân tích.
Quy trình lấy mẫu bắt đầu bằng việc bơm xả trong 5 phút, sau đó nước được hứng vào chai Tiếp theo, tiến hành đo nhanh các thông số pH, độ dẫn, và độ muối tại hiện trường bằng máy đo pH và độ dẫn điện Cuối cùng, mẫu nước được bảo quản bằng hóa chất và lưu trữ lạnh theo từng chỉ tiêu cụ thể như trong bảng đã chỉ định.
Bảng 2.2 : Kỹ thuật bảo quản cho từng chỉ tiêu phân tích
Thông số Loại bình chứa Kỹ thuật bảo quản Thời gian bảo quản tối đa Độ cứng toàn phần
PE 500 ml Bảo quản lạnh ở 4 0 C -
Sắt tổng PE 500 ml Axit hóa bằng HNO3 đến pH
500 ml mẫu ) và bảo quản lạnh ở 4 0 C
Mangan PE 500 ml Axit hóa bằng HNO3 đến pH