Đặc điểm nguồn nước ngầm ở Việt Nam

Trên thế giới vấn đề ô nhiễm nguồn nước ngầm được quan tâm vào năm đầu của thập niên 80 của thế kỷ 20 với các nghiên cứu về nồng độ của kim loại nặng trong nước ngầm đặc biệt là As. Các đồng bằng châu thổ với mật độ dân cư lớn vùng Nam và Đông Nam Á thường phân bố các tầng chứa nước phong phú và phân bố rộng khắp.

I. SỬ HÌNH THÀNH NƯỚC NGẦM VÀ CÁC LOẠI NƯỚC NGẦM

Nước trên mặt đất và trong ao, hồ, sông, biển gặp ánh sáng mặt trời bốc hơi thành hơi nước bay lên không trung, gặp lạnh hơi nước sẽ kết lại thành hạt to và rơi xuống thành mưa. Nước mưa rơi xuống mặt đất một phần chảy xuống sông, ao, hồ... một phần bốc hơi qua mặt đất, mặt nước và sự bốc thoát hơi qua lá, một phần ngấm dần xuống mặt đất đến tầng đất không thấm sẽ tích tụ lại thành nước ngầm. Sự hình thành nước ngầm trải qua rất nhiều giai đoạn. Các tác nhân có liên quan đến chu trình này bao gồm: bức xạ, trọng lực, sức hút phân tử và lực mao dẫn.

 Hình thành nước ngầm do nước trên bề mặt ngấm xuống, do không thể ngấm qua tầng đá mẹ nên trên nó nước sẽ tập trung trên bề mặt, tùy từng kiến tạo địa chất mà nó hình thành nên các hình dạng khác nhau, nước tập trung nhiều sẽ bắt đầu di chuyển và liên kết với các khoang, túi nước khác, dần dần hình thành mạch ngước ngầm lớn nhỏ, tuy nhiên việc hình thành nước ngầm phụ thuộc vào lượng nước ngấm xuống và phụ thuộc vào lượng mưa và khả năng trữ nước của đất.

Tuỳ theo vị trí mà ta có thể chia nước ra làm 3 loại:

-  Nước ngấm: là tầng ở trên hết, bên trên nó không có tầng không thấm nước chặn lại gọi là tầng nước ngấm. Đặc điểm của tầng nước ngấm là thay đổi rất nhanh theo thời tiết: mưa nhiều thì mực nước lên cao, nắng lâu thì mực nước hạ xuống. Ao giếng của nhân dân nếu đào cạn chỉ đến tầng nước ngấm thì mùa khô thường hết nước. Tầng nước ngầm này được tạo ra từ nước trên mặt đất thấm xuống, sau đó lại được tháo tiêu ra sông, hồ.

-  Nước ứ: trên tầng thấm nước có một tầng đất khó thấm nước, khi mưa to tầng đất này hút không kịp, nước tạm thời ứ lại trên tầng đất này và tạo thành nước ứ. Sau đó, một phần nước ứ tiếp tục thấm xuống, một phần bốc hơi, lượng nước ứ sẽ ít dần đi hoặc mất hẳn. Nước tầng này cách biệt hoàn toàn với nước mặt đất và hầu như không giao lưu

-  Nước giữa tầng: nước trong tầng thấm nước nằm giữa 2 tầng không thấm gọi là nước giữa tầng. Nước giữa tầng ở sâu và nằm giữa 2 tầng đất sét nên lượng nước không thay đổi nhiều theo mùa nắng và chất lượng nước tốt.

Phân loại nước ngầm

II. TẦM QUAN TRỌNG CỦA NƯỚC NGẦM

Nước ngầm phục vụ cho sinh hoạt như: ăn, uống, tắm giặt, sưởi ấm….

Nước ngầm phục vụ cho nông nghiệp: tưới hoa màu, cây ăn quả, các cây  có giá trị kinh tế cao.

Con người có thể sử dụng nguồn nước ngầm để mở rộng các hoạt động sản xuất công nghiệp.

Nước ngầm có chất lượng tốt còn được sử dụng để chữa bệnh. Nước ngầm phục vụ cho sinh hoạt sẽ giảm hẳn các bệnh do nguồn nước mặt bị ô nhiễm như: đường ruột, bệnh phụ khoa, bệnh ngoài da…

Sử dụng nước ngầm giúp con người được giải phóng sức lao động do phải lấy nước xa nhà, tiết kiệm chi phí “đổi nước”, tiết kiệm thời gian nâng cao hiệu quả sản xuất.  

III. ĐẶC ĐIỂM NƯỚC NGẦM Ở VIỆT NAM

Việt nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tôt về chất lượng. Nước ngầm tồn tại trong các lỗ hổng và các khe nứt của đất đá được tạo thành  trong giai đoạn trầm tích đất đá hoặc do sự thẩm thấu , thấm của nguồn nước mặt, nước mưa… nước ngầm có thể tồn tại cách mặt đất vài mét, vài chục mét hay hàng trăm mét.

Nước ngầm là một bộ phận của chu trình thủy văn xâm nhập vào các hệ đất đá từ mặt đất hoặc bộ phận nước mặt, và trong một thời gian dài nước ngầm được xem là “nguồn nước sạch” – có thể sử dụng cho ăn uống sinh hoạt. Thực tế thì nguồn nước này thường chứa nồng độ các nguyên tố cao hơn hẳn so với tiêu chuẩn nước uống được, đáng kể là Fe, Mn, H2S, …vì thế nước ngầm cần phải được xử lý trước khi phân phối sử dụng.

Một số đặc điểm khác nhau giữa nước ngầm và nước mặt

Khai thác và sử dụng các tầng chứa nước này đang rất phổ biến hiện nay và kèm theo đó là những vấn đề nảy sinh ví dụ như tầng chứa nước vùng Hà Nội thuộc đồng bằng châu thổ sông Hồng lại có hàm lượng Amoni và Sắt cao và hiện nay hàm luợng Asen lớn vượt ngưỡng cho phép cũng được phát hiện trong các tầng chứa nước này

Theo Đồng Kim Loan và Trịnh Thị Thanh (2009) thì trong nước ngầm các ion thường gặp là: Fe2+, Mn2+, Ca2+, Na+, Mg2+, HCO3-, Cl-,...với nồng độ lớn hơn 0,7mg/l. Giá trị pH biến đổi rộng trong khoảng từ 1,8 – 11 và thường dao động trong khoảng từ 5 – 8.

Nghiên cứu của Nguyễn Văn Phước và cộng sự (2008) tại Hóc Môn cho thấy chất lượng nước ngầm bị ô nhiễm Fe với hàm lượng là 9 mg/l cao hơn nhiều so với QCVN 09:2008/BTNMT là 5 mg/l.

Nghiên cứu của Nguyễn Đình Toàn và Nguyễn Công Hào (2010) cho thấy chất lượng nước ngầm tại khu vực Nhà Bè cũng bị ô nhiễm Fetổng với hàm lượng 8,2mg/l.

Tại thành phố Cần Thơ, kết quả quan trắc môi trường giai đoạn từ 2005 – 2009 cho thấy chất lượng nước ngầm bị ô nhiễm ở các chỉ tiêu như: Độ cứng, Cl- (Clorua) và Coliform (so với QCVN 09:2008/BTNMT) với hàm lượng trung bình trong năm 2009 lần lượt là: 268mg/l,  225mg/l, 1.442 MPN/100ml. Nhìn chung, các chỉ tiêu khác nằm trong mức cho phép của QCVN 09:2008/BTNMT như : Độ màu, pH, Nitrat (NO3-), Sunfat (SO42-), Fe. Sự hiện diện của chất hữu cơ (COD) và Coliform trong nước dưới đất, là một dấu hiệu nói lên hiện tượng thông tầng. Nếu không có biện pháp giải quyết có hiệu quả thì nước dưới đất sẽ bị ô nhiễm ngày càng trầm trọng dẫn đến việc thiếu nước nghiêm trọng trong mùa khô vì không còn nguồn nước tự nhiên dự trữ.

Nước trong tầng pleistocen có quan hệ mật thiết với nước mặt. Sức cản bổ sung của trầm tích lòng sông ΔL = 1.200m. Hướng vận động của nước dưới đất theo hướng tây bắc – đông nam. Loại hình hóa học thường gặp: HCO3-; NaCl; HCO3-, Na2SO4. Nước thuộc loại axít yếu đến kiềm, độ pH dao động từ 7,50 – 8,50.

Các nguồn nước ngầm hầu như không chứa rong tảo, một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước. Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp chất hoà tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa, các quá trình phong hoá và sinh hoá trong khu vực. Ở những vùng có điều kiện phong hoá tốt, có nhiều hất bẩn v à luợng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hoà tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa ngấm vào đất.

Nước ngầm có nguồn gốc từ nước mưa, nước mặt và hơi nước trong không khí ngưng tụ lại và thẩm thấu cào lòng đất.

Chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào thành phần khoáng hóa và cấu trúc địa tầng mà nước thấm qua. Do vậy nước chảy qua các địa tầng chứa cát và granit thường có tính axit và chứa ít chất khoáng. Khi nước ngầm chảy qua địa tầng chứa đá vôi thì nước thường có độ cứng và độ kiềm hydrocacbonat khá cao. Ngoài ra nước ngầm còn có những đặc tính chung:

• Độ đục thấp.

• Nhiệt độ và thành phần hóa học tương đối ổn định.

• Không có oxy nhưng có thể chứa nhiều khí như: CO2, H2S,…

• Chứa nhiều khoáng chất hòa tan chủ yếu là: Fe, Mn, Ca, Mg,…

• Không có hiện diện của vi sinh vật.

• Hàm lượng cặn nhỏ.​    

IV. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC NGẦM

1. Khái niệm nước ngầm (nước dưới đất).

Nước ngầm là một dạng nước dưới đất, tích trữ trong các lớp đất đá trầm tích bở rời như cặn, sạn, cát, bột kết, trong các khe nứt, hang caxtơ dưới bề mặt trái đất, có thể khai thác cho các hoạt động sống của con người. Theo độ sâu phân bố, có thể chia nước ngầm thành nước ngầm tầng mặt và nước ngầm tầng sâu. Đặc điểm chung của nước ngầm là khả năng di chuyển nhanh trong các lớp đất xốp, tạo thành dòng chảy ngầm theo địa hình. Nước ngầm tầng mặt thường không có lớp ngăn cách với địa hình bề mặt. Do vậy, thành phần và mực nước biến đổi nhiều , phụ thuộc vào trạng thái của nước mặt. Loại nước ngầm tầng mặt rất dễ bị ô nhiễm.

Nước ngầm tầng sâu thường nằm trong lớp đất đá xốp được ngăn cách bên trên và phía dưới bởi các lớp không thấm nước. theo không gian phân bố, một lớp nước ngầm tầng sâu thường có 3 vùng chức năng :

-  Vùng thu nhận nước

-  Vùng chuyển tải nước

-  Vùng khai thác nước có áp.

Khoảng cách giữa vùng thu nhận và vùng khai thác nước thường khá xa, từ vài chục đến vài trăm km. Các lỗ khoan nước ở vùng khai thác thường có áp lực. Đây là loại nước ngầm có chất lượng tốt và lưu lượng ổn định. Trong các khu vực phát triển đá cacbonat thường tồn tại loại nước ngầm caxtơ di chuyển theo các khe nút caxtơ. Trong các dải cồn cát vùng ven biển thường có các thần kính nước ngọt nằm trên mực nước biển.

2. Một số đặc tính và cấu trúc của nước ngầm.

2.1. Các đặc tính của nước ngầm:

• Nhiệt độ của nước ngầm tương đối ổn định.

• Độ đục thường thay đổi theo mùa.

• Độ màu: Thường thì không có màu, độ màu gây ra do chứa các chất của acid humic.

• Độ khoáng hoá thường không thay đổi.

• Sắt và mangan thường có mặt với các hàm lượng khác nhau.

• CO2 thường xâm thực với hàm lượng lớn.

• Ôxi hoà tan thường không có.

• H2S thỉnh thoảng có mặt trong nước ngầm.

• NH4+ thường có mặt trong nước ngầm.

• Nitrat, Silic có hàm lượng đôi khi cao.

• Ít bị ảnh hưởng bởi các chất vô cơ và hữu cơ.

• Clo có thể bị ảnh hưởng hoặc không bị ảnh hưởng tuỳ theo khu vực.

• Vi sinh vật: Thường có vi khuẩn

a. Đặc điểm thứ nhất

Nước ngầm tiếp xúc trực tiếp và hoàn toàn với đất và nham thạch: nước ngầm có thể là các màng mỏng bao phủ các phần tử nhỏ bé của đất, nham thạch; là chất lỏng được chứa đầy trong các ống mao dẫn nhỏ bé giữa các hạt đất, đá; nước ngầm có thể tạo ra các tia nước nhỏ trong các tầng ngấm nước; thậm chí nó có thể tạo ra khối nước ngầm dày trong các tầng đất, nham thạch. Thời gian tiếp xúc của nước ngầm với đất và nham thạch lại rất dài nên tạo điều kiện cho các chất trong đất và nham thạch tan trong nước ngầm. Như vậy thành phần hoá học của nước ngầm chủ yếu phụ thuộc vào thành phần hoá học của các tầng đất, nham thạch chứa nó.

b. Đặc điểm thứ hai:

Các loại đất, nham thạch của vỏ quả đất chia thành các tầng lớp khác nhau. Mỗi tầng, lớp đó có thành phần hoá học khác nhau. Giữa các tầng, lớp đất, nham thạch thường có các lớp không thấm nước. Vì vậy nước ngầm cũng được chia thành các tầng, lớp khác nhau và thành phần hoá học của các tầng lớp đó cũng khác nhau.

c. Đặc điểm thứ ba:

Ảnh hưởng của khí hậu đối với nước ngầm không đồng đều.

Nước ngầm ở tầng trên cùng, sát mặt đất chịu ảnh hưởng của khí hậu. Các khí hoà tan trong tầng nước ngầm này do nước mưa, nước sông, nước hồ… mang đến. Thành phần hoá học của nước ngầm của tầng này chịu ảnh hưởng nhiều của thành phần hoá học nước mặt do đó cũng chịu ảnh hưởng nhiều của khí hậu.

Trái lại, nước ngầm ở tầng sâu lại ít hoặc không chịu ảnh hưởng của khí hậu. Thành phần hoá học của nước ngầm thuộc tầng này chịu ảnh hưởng trực tiếp của thành phần hoá học tầng nham thạch chứa nó.

d.Đặc điểm thứ 4:

Thành phần của nước ngầm không những chịu ảnh hưởng về thành phần hoá học của tầng nham thạch chứa nó mà còn phụ thuộc vào tính chất vật lý của các tầng nham thạch đó.

Ở các tầng sâu khác nhau, nham thạch có nhiệt độ và áp suất khác nhau nên chứa trong các tầng nham thạch đó cũng có nhiệt độ và áp suất khác nhau.

Vì vậy nước ngầm ở các tầng rất sâu có thể có áp suất hàng ngàn N/m2 và nhiệt độ có thể lớn hơn 3730K.

e.Đặc điểm thứ 5:

 Nước ngầm ít chịu ảnh hưởng của sinh vật nhưng chịu ảnh hưởng nhiều của vi sinh vật.

 Ở các tầng sâu do không có Oxy và ánh sáng nên vi sinh vật yếm khí hoạt động mạnh, chi phối nhiều nên thành phần hóa học của nước ngầm. Vì vậy thành phần hoá học của nước ngầm chứa nhiều chất có nguồn gốc vi sinh vật.

2.2. Cấu trúc của một tầng nước ngầm.

Cấu trúc của một tầng nước ngầm được chia ra thành các tầng như sau:

-   Bề mặt trên gọi là mực nước ngầm hay gương nước ngầm.

-  Bề mặt dưới, nơi tiếp xúc với tầng đất đá cách thuỷ gọi là đáy nước ngầm. Chiều dày tầng nước ngầm là khoảng cách thẳng đứng giữa mực nước ngầm và đáy nước ngầm.

-  Tầng thông khí hay nước tầng trên là tầng đất đá vụn bở không chứa nước thường xuyên, nằm bên trên tầng nước ngầm.

-  Viền mao dẫn: là lớp nước mao dẫn phát triển ngay trên mặt nước ngầm.

-  Tầng không thấm: là tầng đất đá không thấm nước.

V. MỘT SỐ CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC NGẦM

1. pH

Giá trị pH là một trong những yếu tố quan trọng nhất để xác định nước về mặt hóa học. pH là chỉ tiêu quan trọng đối với mỗi giai đoạn trong môi trường môi trường, là một chỉ tiêu cần phải kiểm tra đối với chất lượng nước. pH là yếu tố môi trường ảnh hưởng tới tốc độ phát triển và giới hạn sự sinh trưởng của sinh vật trong môi trường nước,sự thay đổi giá trị pH có thể dẫn tới sự thay đổi về thành phần các chất  trong nước do quá trình hòa tan hoặc kết tủa, thúc đẩy hay ngăn chặn phản ứng hóa học, sinh học xảy ra trong nước. Và được định nghĩa bằng biểu thức: pH = -lg [H+] ( Đặng Kim Chi, 2001)

• Khi pH =7 nước có tính trung tính

• Khi pH <7 nước có tính axit

•   Khi pH >7 nước có tính kiềm ( Trịnh Xuân Lai, 2003)

2. Độ cứng.

 Độ cứng: Độ cứng là đại lượng biểu thị hàm lượng các các ion hóa trị 2 mà chủ yếu là ion Ca2+ và Mg2+. Độ cứng làm tiêu hao nhiều xà phồng khi giặc giũ, đóng rắn trong các thành ống dẫn của nồi hơi làm giảm khả năng trao đổi nhiệt của thiết bị, làm tăng tính ăn mòn do tăng nồng độ ion H+. Độ cứng bao gồm 3 loại:

+ Độ cứng toàn phần biểu thị tổng hàm lượng ion Ca2+ và Mg2+ có trong nước;

+ Độ cứng tạm thời là hàm lượng các muối của ion HCO­­­3-, CO32-, với Ca2+ và Mg2+;

+ Độ cứng vĩnh cữu là hàm lượng các muối của ion Cl-, SO42-, HSO4- với Ca2+ và Mg2+.

3. Clorua (Cl-).

4. Hàm lượng đạm Nitrat (N-NO3).

Nitrat là dạng oxy hóa cao nhất trong chu trình nito và thường đạt đên những nồng độ đáng kể trong các giai đoạn cuối cùng của quá trình oxy hóa sinh học (Nguyễn Khắc Cường, 2002 ). Ngoài ra nitrat tìm thấy trong các thủy vực là sản phẩm của quá trình nitrat hóa hay do cung cấp từ nước mưa khi trời có sấm chớp.

Trong thủy vực có nhiều đạm ở dạng  N-NO3- ,chứng tỏ quá trình oxy hóa đã kết thúc. Tuy vậy, các nitrat chỉ bền trong điều kiện hiếu khí. Trong điều kiện yếm khí N-NO3- bị khử thành nito tự do tách ra khỏi nước, loại trừ được sự phát triển của tảo và các loại thực vật khác sống trong nước. Nhưng mặt khác khi hàm lượng nitrat trong nước khá cao có thể gây độc hại với người, vì khi vào điều kiện thích hợp, ở hệ tiêu hoa chúng sẽ chuyển hóa thành nitrit kết hợp với hồng cầu tạo thành chất không vận chuyển oxy, gây bệnh xanh xao thiếu máu ( Đặng Kim Chi,2001 ).

5. Hàm lượng Sunfat (SO42-).

Sunfat là một chỉ tiêu tiêu biểu của vùng nước nhiễm phèn. Sunfat cao, nước sẽ có vị chát, gây bệnh tiêu chảy, và gây xâm thực mạnh trên các công trình xây dựng. Ngoài ra, sunfat sẽ kết hợp với ion Ca2+ để tạo thành cặn cứng bám trên thành các thiết bị trao đổi nhiệt.

6. Sắt (Fe).

Sắt là kim loại phong phú tạo nên vỏ trái đất. Sắt hiện diện ở hầu hết các nguồn nước thiên nhiên:

Khi trong nước có chứa các ion sắt sẽ gây đục và màu trong nước do: Fe 2+ chuyển thành  Fe 3+ (màu nâu đỏ).

Đồng thời ảnh hưởng đến độ cứng, duy trì sự phát triển của một số vi khuẩn gây thoái rửa trong hệ thống phân phối nước. Hàm lượng sắt có thể xuất hiện trong nước là do nó hòa tan trong nước ngầm (dưới dạng  Fe2+), hay có trong nước thải công nghiệp.

Sắt thường có trong nước ngầm dưới dạng muối tan hoặc phức chất do hòa tan từ các lớp khoáng trong đá hoặc do ô nhiễm bề mặt nước bởi nước thải (Đặng Kim Chi,1998). Nước có hàm lượng sắt cao (lớn hơn 0.3 mg /l) gây trở ngại rất lớn cho việc sử dụng trong sinh hoạt. Nước đục do sắt có màu vàng nhiều cặn và thức ăn của các loại vi khuẩn ưa sắt.

7. Ecoli.

E.coli được xem là một chỉ tiêu đánh giá sự nhiễm bẩn của nguồn nước và đánh giá hiệu quả của việc khử trùng. Khi dùng nước có nhiễm khuẩn E.coli, nó gây cho người một số bệnh như: tả, lỵ, thương hàn, tiêu chảy…,nặng có thể gây tử vong. Những hạt chất lơ lững, gây ra độ đục trong nước thường có bề mặt hấp phụ các kim loại độc, các vi sinh vật gây bệnh. Chính những hạt này cản trở quá trình diệt trùng của chất diệt trùng khi cần sử lý nước ăn.