GIÁO TRÌNH TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA part 1

Chia sẻ: Asd Avfssdg | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:20

Thêm vào BST

Báo xấu

190
lượt xem 59
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'giáo trình tài nguyên nước lục địa part 1', khoa học tự nhiên, công nghệ môi trường phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: GIÁO TRÌNH TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA part 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG GIÁO TRÌNH TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA Biên soạn NGUYỄN VÕ CHÂU NGÂN Cần Thơ, tháng 11 năm 2003
THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG CỦA GIÁO TRÌNH 1. THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ Họ và tên: NGUYỄN VÕ CHÂU NGÂN Sinh năm: 1976 Cơ quan công tác: - Bộ môn Kỹ thuật Môi trường - Khoa Môi trường và Tài nguyên thiên nhiên - Trường Đại học Cần Thơ Địa chỉ email: nvcngan@ctu.edu.vn 2. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG - Giáo trình có thể dùng tham khảo cho những ngành nào? Giáo trình được biên soạn làm tài liệu giảng dạy cho sinh viên chuyên ngành Khoa học Môi trường. Ngoài ra sinh viên học các chuyên ngành có liên quan đến lĩnh vực tài nguyên nước hoặc môi trường cũng có thể sử dụng để tham khảo trong quá trình học tập. - Có thể dùng cho các trường nào? Đại học Cần Thơ. - Các từ khóa: Tài nguyên nước mặt, tài nguyên nước ngầm, thủy văn, ô nhiễm nguồn nước, quản lý tổng hợp tài nguyên nước. - Yêu cầu kiến thức trước khi học môn này: Không. - Đã xuất bản in chưa, nếu có thì Nhà xuất bản nào? Chưa xuất bản. 1
MỤC LỤC THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ ................................................................................................1 MỤC LỤC ...........................................................................................................................2 DANH SÁCH BẢNG ..........................................................................................................8 DANH SÁCH HÌNH .........................................................................................................10 DANH SÁCH KHUNG.....................................................................................................12 DANH SÁCH T Ừ VIẾT TẮT ..........................................................................................13 LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................................15 U CHƯƠNG I: TÀI NGUYÊN NƯỚC.................................................................................17 I.1. NHU CẦU VỀ NƯỚC ............................................................................................17 I.1.1. Môi trường nước tự nhiên .................................................................................17 I.1.2. Nhu cầu sử dụng nước.......................................................................................17 I.1.3. Nhu cầu nước trong tương lai ...........................................................................22 I.2. TÀI NGUYÊN NƯỚC - LƯỢNG NƯỚC CÓ THỂ KHAI THÁC........................24 I.2.1. Chu trình thủy văn ............................................................................................25 a) Định nghĩa ..........................................................................................................25 b) Đặc điểm.............................................................................................................27 I.2.2. Đánh giá tài nguyên nước .................................................................................29 I.3. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NƯỚC .................................................................35 I.3.1. Nguyên tắc ........................................................................................................35 I.3.2. Phương trình cân bằng nước thông dụng ..........................................................36 I.3.3. Phương trình cân bằng nước một lưu vực trong một thời đoạn bất kỳ .............36 a) Lưu vực kín.........................................................................................................36 b) Lưu vực hở .........................................................................................................37 I.3.4. Phương trình cân bằng nước trong nhiều năm ..................................................37 I.4. QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC .........................................................................38 I.4.1. Khoa học quản lý môi trường ...........................................................................38 I.4.2. Quản lý tài nguyên nước ...................................................................................39 1. Yêu cầu quản lý ..................................................................................................39 2. Giáo dục trong cộng đồng...................................................................................40 3. Tăng cường khả năng tự làm sạch của nguồn nước ...........................................40 I.4.3.Các chính sách liên quan đến tài nguyên nước ở Việt Nam ..............................40 a) Các chính sách và chiến lược cấp quốc gia ........................................................40 b) Các thể chế chính trong quản lý nguồn nước .....................................................42 c) Các tiêu chuẩn về chất lượng nước.....................................................................44 I.5. CÂU HỎI ÔN TẬP..................................................................................................45 CHƯƠNG II: TÀI NGUYÊN NƯỚC MẶT .....................................................................46 II.1. SỰ HÌNH THÀNH DÒNG CHẢY SÔNG NGÒI.................................................46 II.1.1. Hệ thống sông ngòi ..........................................................................................46 II.1.2. Lưu vực sông ...................................................................................................47 2
a) Đường phân nước của lưu vực ...........................................................................48 b) Các đặc trưng của lưu vực..................................................................................48 c) Đặc trưng của dòng sông ....................................................................................49 II.2. SỰ HÌNH THÀNH DÒNG CHẢY SÔNG NGÒI.................................................51 II.2.1. Dòng chảy sông ngòi .......................................................................................51 a) Định nghĩa ..........................................................................................................51 b) Các đặc trưng biểu thị dòng chảy .......................................................................52 II.2.2. Các quá trình tạo thành dòng chảy ..................................................................53 a) Quá trình mưa .....................................................................................................53 b) Quá trình tổn thất................................................................................................53 c) Quá trình chảy tràn trên sườn dốc ......................................................................54 d) Quá trình tập trung dòng chảy............................................................................54 II.3. NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN DÒNG CHẢY ......................................55 II.3.1. Yếu tố khí hậu..................................................................................................55 a) Chế độ bức xạ .....................................................................................................55 b) Chế độ nhiệt........................................................................................................56 c) Áp suất không khí...............................................................................................57 d) Gió ......................................................................................................................57 e) Bão ......................................................................................................................58 f) Độ ẩm không khí.................................................................................................58 g) Bốc hơi ...............................................................................................................59 h) Mưa.....................................................................................................................61 II.3.2. Yếu tố mặt đệm................................................................................................62 a) Vị trí địa lý và địa hình của khu vực ..................................................................62 b) Đặc tính thổ nhưỡng và địa chất của lưu vực.....................................................62 c) Lớp phủ thực vật.................................................................................................63 d) Hồ ao và đầm lầy................................................................................................63 e) Hoạt động của con người....................................................................................63 II.4. TÀI NGUYÊN NƯỚC MẶT TẠI VIỆT NAM ....................................................64 II.4.1. Việt Nam có nguồn nước mặt phong phú........................................................64 II.4.2. Những khó khăn trong khai thác nguồn nước mặt ..........................................67 II.5. CÂU HỎI ÔN TẬP ................................................................................................77 CHƯƠNG III: TÀI NGUYÊN NƯỚC NGẦM.................................................................78 III.1. SỰ XUẤT HIỆN NƯỚC NGẦM .........................................................................78 III.1.1. Một số khái nệm về nước ngầm .....................................................................78 III.1.2. Phân loại hệ tầng ngậm nước .........................................................................80 III.1.3. Dòng chảy ngầm .........................................................................................83 III.2. PHÂN BỐ NƯỚC NGẦM THEO PHƯƠNG THẲNG Đ Ứ NG..........................84 III.2.1. Vùng thoáng khí .............................................................................................84 a) Vùng rễ cây.........................................................................................................84 3
b) Vùng trung gian..................................................................................................85 c) Vùng mao dẫn.....................................................................................................85 III.2.2. Vùng bão hòa..................................................................................................85 a) Hệ số giữ nước....................................................................................................85 b) Hệ số thoát nước.................................................................................................86 c) Hệ số chứa nước .................................................................................................86 III.3. CÁC HỆ TẦNG ĐỊA CHẤT NGẬM NƯỚC ......................................................86 III.3.1. Bồi tích phù sa ................................................................................................86 III.3.2. Đá vôi .............................................................................................................87 III.3.3. Đá do núi lửa hình thành ................................................................................87 III.3.4. Đá cát..............................................................................................................87 III.3.5. Hóa thạch và đá biến chất...............................................................................87 III.3.6. Đất sét .............................................................................................................88 III.3.7. Lưu vực nước ngầm........................................................................................88 III.4. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN NƯỚC NGẦM.......................................................88 III.4.1. Định luật thấm ................................................................................................88 III.4.2. Phương trình thấm cơ bản ..............................................................................89 III.5. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MỰC NƯỚC NGẦM ................................90 III.5.1. Yếu tố khí tượng.............................................................................................90 a) Áp suất khí quyển ...............................................................................................90 b) Mưa.....................................................................................................................92 c) Gió ......................................................................................................................92 III.5.2. Ảnh hưởng của thủy triều...............................................................................92 III.5.3. Ảnh hưởng đô thị hóa.....................................................................................93 III.6. TÀI NGUYÊN N ƯỚC NGẦM Ở NƯỚC TA .....................................................94 III.6.1. Trữ lượng nước ngầm ........................................................................................94 III.6.2. Động thái tầng nước ngầm ............................................................................96 a) Đồng bằng Bắc bộ ..............................................................................................96 b) Đồng bằng Nam Bộ ............................................................................................99 c) Vùng Tây Nguyên.............................................................................................103 III.6.3. Khai thác nguồn nước ngầm.........................................................................104 III.7. CÂU HỎI ÔN TẬP.............................................................................................107 CHƯƠNG IV: CÁC VẤN ĐỀ VỀ Ô NHIỄM NGUỒN NƯỚC ....................................108 IV.1. Ô NHIỄM NGUỒN NƯỚC................................................................................108 IV.1.1. Thế nào là ô nhiễm nguồn nước...................................................................108 a) Định nghĩa ........................................................................................................108 b) Quá trình gây ô nhiễm chất lượng nước...........................................................109 IV.1.2. Phân loại nguồn gây ô nhiễm .......................................................................110 a) Nguồn xác định (point sources)........................................................................110 b) Nguồn không xác định (non-point sources) .....................................................111 4
IV.2. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC......................................112 IV.2.1. Đặc điểm lý học............................................................................................113 a) Nhiệt độ ............................................................................................................ 113 c) Chất rắn lơ lửng ................................................................................................114 d) Ðộ đục ..............................................................................................................114 e) Mùi và vị ...........................................................................................................115 f) Trọng lượng riêng .............................................................................................115 IV.2.2. Đặc điểm hóa học.........................................................................................115 a) Độ cứng.............................................................................................................116 b) Độ pH ...............................................................................................................117 c) Muối kim loại ...................................................................................................117 d) Các hợp chất của nitơ .......................................................................................117 e) Khí hòa tan........................................................................................................118 IV.2.3. Đặc điểm sinh học ........................................................................................118 a) Vi khuẩn và sinh vật khác trong nước ..............................................................118 b) Các vi sinh vật chỉ thị việc nhiễm bẩn nguồn nước bởi phân ..........................119 IV.3. CÁC NGUỒN GÂY NHIỄM BẨN CHẤT LƯỢNG NƯỚC............................120 IV.3.1. Nguồn nhiễm bẩn do sinh hoạt.....................................................................120 a) Nước thải từ khu dân cư ...................................................................................120 b) Sự rò rỉ của hệ thống cống dẫn.........................................................................121 c) Chất thải rắn......................................................................................................122 IV.3.2. Nguồn ô nhiễm do công nghiệp ...................................................................124 a) Nước thải công nghiệp......................................................................................124 b) Thẩm lậu qua bể chứa và ống dẫn....................................................................128 c) Hoạt động khai khoáng ....................................................................................128 d) Khai thác dầu mỏ .............................................................................................130 IV.3.3. Nguồn ô nhiễm do nông nghiệp ..................................................................131 a) Chảy tràn do mưa .............................................................................................131 b) Nước tưới tiêu và chất thải động vật ................................................................132 c) Phân bón và các loại thuốc trừ sâu ...................................................................132 IV.2.4. Ô nhiễm vi sinh vật trong nước ngầm..........................................................135 a) Tổng quan .........................................................................................................135 b) Các nguồn gây bệnh từ nước ngầm ..................................................................135 c) Di chuyển của vi sinh vật .................................................................................136 IV.4. CÂU HỎI ÔN TẬP.............................................................................................138 CHƯƠNG V: BẢO VỆ CHẤT LƯỢNG NGUỒN NƯỚC ............................................139 V.1. CHẤT LƯỢNG NGUỒN NƯỚC........................................................................139 V.1.1. Chất lượng nước uống ...................................................................................139 V.1.2. Nước dùng cho các ngành công nghiệp.........................................................141 V.1.3. Nước cho sản xuất nông nghiệp ....................................................................142 5
V.1.4. Nước cho đời sống thủy sinh.........................................................................147 V.2. QUÁ TRÌNH TỰ LÀM SẠCH NƯỚC MẶT .....................................................149 V.2.1. Hiện tượng tự làm sạch..................................................................................149 V.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của dòng chảy ..................150 a) Nồng độ oxy hòa tan.........................................................................................150 b) Loại chất hữu cơ ...............................................................................................151 c) Lực sinh học .....................................................................................................151 d) Các chất độc .....................................................................................................152 e) Các đặc tính vật lý của dòng chảy ....................................................................152 f) Sự pha loãng......................................................................................................152 g) Các điều kiện thời tiết khí hậu..........................................................................152 h) Sự lắng đọng.....................................................................................................152 i) Nhiệt độ .............................................................................................................152 V.3. QUẢN LÝ LƯU VỰC NƯỚC NGẦM ...............................................................153 V.3.1. Những nội dung về quản lý lưu vực nước ngầm ...........................................153 V.3.2. Quá trình tự làm sạch của nước ngầm ...........................................................154 a) Quá trình lọc .....................................................................................................154 b) Cơ chế hấp thụ ..................................................................................................154 c) Các quá trình hóa học .......................................................................................155 d) Cơ chế loại trừ vi khuẩn, virus .........................................................................155 e) Cơ chế pha loãng ..............................................................................................155 V.4. CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ CHẤT LƯỢNG NƯỚC.........................................155 V.4.1. Kiểm soát ô nhiễm bằng quy định xử lý nước thải .......................................156 a) Tiêu chuẩn nước thải ........................................................................................156 b) Tiêu chuẩn nguồn nước ....................................................................................156 c) So sánh hai tiêu chuẩn quản lý nguồn nước .....................................................156 V.4.2. Cải thiện điều kiện của dòng sông.................................................................157 a) Thông gió dòng sông ........................................................................................157 b) Bổ sung nước cho sông trong thời kỳ lưu lượng thấp ......................................157 c) Bảo vệ lớp phủ thực vật trên toàn lưu vực .......................................................157 V.4.3. Phương pháp đánh giá nhanh tải lượng chất ô nhiễm ...................................158 V.5. XỬ LÝ NƯỚC THẢI ..........................................................................................160 V.5.1. Khái niệm ......................................................................................................160 V.5.2. Phân loại nước thải ........................................................................................161 a) Nước thải sinh hoạt...........................................................................................161 b) Nước thải công nghiệp .....................................................................................161 c) Nước thải từ vùng sản xuất nông nghiệp..........................................................161 V.5.3. Lựa chọn biện pháp xử lý ..............................................................................161 V.5.4. Một số phương pháp xử lý đơn giản..............................................................162 a) Xử lý bằng ao hồ tự nhiên ................................................................................162 6
b) Bãi tưới .............................................................................................................162 c) Phương pháp pha loãng ....................................................................................162 d) Hệ thống ao xử lý .............................................................................................162 e) Phương pháp khống chế ô nhiễm nước ............................................................163 V.6. CÂU HỎI ÔN TẬP ..............................................................................................166 CHƯƠNG VI: QUẢN LÝ TỔNG HỢP NGUỒN NƯỚC..............................................167 VI.1. QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ NGUỒN NƯỚC ..............................................167 VI.1.1. Nhiệm vụ của quy hoạch và quản lý nguồn nước ........................................167 VI.1.2. Các bài toán cơ bản về quy hoạch và quản lý nguồn nước ..........................168 a) Quy hoạch hệ thống ..........................................................................................168 b) Phát triển nguồn nước.......................................................................................168 c) Quản lý nguồn nước .........................................................................................169 VI.1.3. Chương trình quốc gia các dạng quy hoạch nguồn nước.............................169 a) Chương trình quốc gia về phát triển nguồn nước .............................................169 b) Quy hoạch lưu vực về nguồn nước ..................................................................170 c) Quy hoạch chuyên ngành hoặc các quy hoạch cấp tiểu vùng ..........................171 VI.2. QUẢN LÝ TỔNG HỢP TÀI NGUYÊN NƯỚC ...............................................172 VI.2.1. Khái niệm .....................................................................................................172 VI.2.2. Tiến trình thực hiện quản lý tổng hợp tài nguyên nước...............................175 a) Xác định các thành phần...................................................................................175 b) Tiến trình thực hiện ..........................................................................................176 VI.2.3. Nghiên cứu quản lý tổng hợp tài nguyên nước ............................................180 VI.3. MỘT SỐ CÔNG CỤ HỖ TRỢ CHO IWRM .....................................................181 VI.3.1. Quản lý tài nguyên nước dựa vào cộng đồng ..............................................181 a) Định nghĩa ........................................................................................................181 b) Quản lý tài nguyên nước dựa vào cộng đồng ở Việt nam: góc nhìn từ chính sách và thể chế ..............................................................................................................182 VI.3.2. Quản lý nước theo lưu vực sông .................................................................183 a) Khái niệm..........................................................................................................183 b) Một số kinh nghiệm của thế giới về quản lý lưu vực sông ..............................184 c)Áp dụng quản lý nước theo lưu vực sông ở Việt Nam......................................186 VI.4. CÂU HỎI ÔN TẬP.............................................................................................190 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................191 7
DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Ước tính lượng nước sử dụng trong quá khứ và nhu cầu nước cho tương lai ...19 Bảng 1.2 Tổng lượng nước cấp tại các châu lục............................................................ 20 Bảng 1.3 Nước sử dụng cho công nghiệp ở Việt Nam .................................................. 22 Bảng 1.4 Thời gian tuần hoàn nước................................................................................. 27 Bảng 1.5 Ước tính lượng nước phân bố trên Trái đất ..................................................... 30 Bảng 1.6 Lưu lượng dòng chảy cực đại đo tại một số sông lớn ...................................... 31 Bảng 1.7 Số liệu cân bằng nước giữa các châu lục.......................................................... 34 Bảng 1.8 Cân bằng nước trung bình nhiều năm trên thế giới và Việt Nam .................... 38 Bảng 2.1 So sánh tài nguyên nước ngọt tái tạo được của một số quốc gia ..................... 65 Bảng 2.2 Phân bố trữ lượng nước hình thành một số sông chính ở nước ta ................... 68 Bảng 2.3 Lượng mưa tại một số địa phương ................................................................... 71 Bảng 2.4 So sánh suất dòng chảy năm của các vùng....................................................... 72 Bảng 3.1 Trữ lượng nước ngầm nhạt ở một số vùng đến năm 1995 ............................... 96 Bảng 3.2 Độ cao tuyệt đối mực nước bình quân tháng năm 2007 đồng bằng Bắc bộ .... 97 Bảng 3.3 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu hóa học nước ngầm đồng bằng Bắc bộ .............. 98 Bảng 3.4 Độ cao tuyệt đối mực nước bình quân tháng năm 2007 đồng bằng Nam bộ . 100 Bảng 3.5 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu hóa học nước ngầm đồng bằng Nam bộ ... 102 Bảng 3.6 Độ cao tuyệt đối mực nước bình quân các tháng vùng Tây Nguyên ............. 103 Bảng 3.7 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu hóa học nước ngầm ở Tây Nguyên .......... 104 Bảng 4.1 Chất gây ô nhiễm từ các nguồn gây ô nhiễm xác định và không xác định .... 112 Bảng 4.2 Phân loại nước theo độ cứng .......................................................................... 116 Bảng 4.3 Thành phần đặc trưng của các loại nước thải từ khu dân cư .......................... 121 Bảng 4.4 Tải lượng ô nhiễm nước thải sinh hoạt........................................................... 122 8
Bảng 4.5. Thành phần nước thải của một số ngành công nghiệp ...................................125 Bảng 4.6. Hệ số nước mưa chảy tràn K ...........................................................................132 Bảng 5.1 Tiêu chuẩn nước uống của WHO.....................................................................140 Bảng 5.2 Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống của Bộ Y tế .................................................141 Bảng 5.3 Yêu cầu chất lượng nước cho các ngành công nghiệp .....................................142 Bảng 5.4 Một số hóa chất bảo vệ thực vật có độc tính sử dụng ở ĐBSCL .....................144 Bảng 5.5 Mức chất lượng nước bảo vệ đời sống thủy sinh .............................................148 Bảng 5.6 Một số ưu điểm và hạn chế của các bể chứa ngầm và chứa mặt......................154 Bảng 5.7 Tải lượng ô nhiễm trong nước thải của một số ngành công nghiệp.................159 Bảng 5.8 Các yêu cầu chất lượng nước để bổ sung vào hệ thống cấp nước tuần hoàn trong công nghiệp hóa học ........................................................................................................165 Bảng 5.9 Các yêu cầu đối với chất lượng nước công nghiệp ..........................................166 9
DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1 Xu hướng tiêu thụ nước tại Việt Nam ............................................................ 22 Hình 1.2 Ước tính lượng nước khai thác năm 1999 ...................................................... 23 Hình 1.3 Sơ đồ cân bằng nước....................................................................................... 26 Hình 1.4 Mức độ cấp nước giữa vùng đô thị và nông thôn trên thế giới năm 2006........ 32 Hình 1.5 Tỉ lệ sử dụng nước máy giữa vùng đô thị và nông thôn trên thế giới năm 2006 33 Hình 1.6 Số dân chưa được tiếp cận nguồn nước uống hợp vệ sinh năm 2006 .............. 33 Hình 1.7 Lưu vực sông và các thành phần cân bằng nước .............................................. 36 Hình 2.1 Một số dạng của hệ thống sông ........................................................................ 46 Hình 2.2 Đường phân nước và giới hạn của lưu vực....................................................... 47 Hình 2.3 Lưu vực sông và các đặc trưng của lưu vực ..................................................... 48 Hình 2.4 Mặt cắt dọc sông Llyn ở Afon Glaslyn, x ứ Wales, Anh .................................. 50 Hình 2.5 Đồ thị biểu diễn các mặt cắt ngang khác nhau dọc theo một con sông và mối liên hệ giữa lưu lượng và các yếu tố dòng chảy theo các mặt cắt ngang đó.................... 51 Hình 2.6 Sơ đồ cân bằng bức xạ bề mặt .......................................................................... 55 Hình 2.7 Chiều gió xoáy trong một cơn bão.................................................................... 58 Hình 3.1 Sơ đồ mô tả loại tầng ngậm nước ..................................................................... 81 Hình 3.2 Sơ đồ mô tả tầng ngậm nước bán áp................................................................. 82 Hình 3.3 Sơ đồ mô tả nước ngầm treo ............................................................................. 82 Hình 3.4 Sự hình thành dòng chảy ngầm......................................................................... 83 Hình 3.5 Sơ đồ phân bố theo phương thẳng đứng của nước ngầm ................................. 84 Hình 3.6 Minh họa tầng ngậm nước và các thông số tính toán ....................................... 91 Hình 3.7 Độ chênh mực nước và áp suất khí quyển trong giếng nước ........................... 91 Hình 3.8 Dao động mực nước lỗ khoan quan trắc P.41a, tầng chứa nước Pleistocen ........... 97 10
Hình 3.9 Dao động mực nước lỗ khoan quan trắc Q.167a, tầng chứa nước Pleistocen .. 98 Hình 3.10 Dao động mực nước lỗ khoan quan trắc Q.17704T tầng chứa nước Pliocen ..... 101 Hình 3.11 Dao động mực nước lỗ khoan quan trắc Q.015030 tầng chứa nước Pleistocen 101 Hình 3.12 Dao động mực nước lỗ khoan quan trắc C.5o .............................................. 103 Hình 4.1 Các nguồn có thể gây ô nhiễm nước ngầm.......................................................136 Hình 5.1 Sự thay đổi DO theo khoảng cách về phía hạ lưu tính từ điểm nhận nước thải119 Hình 5.2 Sơ đồ cấp nước tuần hoàn.................................................................................150 Hình 6.1 Ý kiến của các nhóm người, yếu tố môi trường con người và các khía cạnh của hệ thống nước tự nhiên trong IWRM...............................................................................173 Hình 6.2 Phương thức tiếp cận của IWRM .....................................................................174 Hình 6.3 Các nguyên tắc chung của IWRM ....................................................................176 Hình 6.4 Tiến trình thực hiện IWRM ..............................................................................179 11
DANH SÁCH KHUNG Khung 2.1 Đồng bằng sông Cửu Long: Nước mặn sẽ tiếp tục xâm nhập vào đất liền sâu hơn ................................................................................................................................... 69 Khung 2.2 Lũ ở Đồng bằng sông Cửu Long ................................................................... 72 Khung 2.3 Hạn hán ở Tây Nguyên ngày càng khốc liệt.................................................. 74 Khung 2.4 Quanh việc Vedan gây ô nhiễm sông Thị Vải ............................................... 75 Khung 3.1 Hà Nội đang sụt lún do khai thác nước ngầm.............................................. 105 Khung 4.1 Ô nhiễm nước sinh hoạt: 20.000 người tử vong mỗi năm ........................... 123 Khung 4.2 Ô nhiễm nguồn nước do nước thải chưa xử lý từ các Khu công nghiệp và doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh Đồng Nai đã và đang báo động.................................... 126 Khung 4.3 Khai thác khoáng sản tại mỏ Trại Cau - Thái Nguyên: Sống chung với mìn nổ, đất sụt, nước cạn ............................................................................................................ 128 Khung 4.4 Ô nhiễm trong sản xuất nông nghiệp gia tăng ...............................................134 Khung 4.5 Vi khuẩn làm tăng mức... nhiễm asen trong nước ngầm ...............................137 Khung 5.1 Thực trạng và nguyên nhân gây lãng phí nước phục vụ sản xuất nông nghiệp114 Khung 6.1 Cứu nguy sông Sài Gòn - cần một giải pháp tổng hợp..................................188 12
DANH SÁCH T Ừ VIẾT TẮT DEM Mô hình độ cao số (Digital Elevation Model) ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long EPA Cục bảo vệ môi trường (Environmental Protecttion Agency) FAO Tổ chức Lương Nông Quốc tế (Food and Agriculture Organization) GIWA Chương trình Đánh giá Nước Quốc tế (Global International Waters Assess- ment) GWP Tổ chức hợp tác về nguồn nước toàn cầu (Global Water Partnership) HĐND Hội đồng nhân dân IRBM Quản lý tổng hợp lưu vực sông (Integrated River Basin Management) IWRA Hội Tài nguyên nước Quốc tế (International Water Resources Association) IWRM Quản lý tổng hợp tài nguyên nước (Integrated Water Resources Manage- ment) KCN Khu công nghiệp MARD Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (Ministry of Agriculture and Rural Development) MONRE Bộ Tài nguyên và Môi trường (Ministry of Natural Resources and Environ- ment) MRC Ủy ban sông Mê-Kông (Mekong River Commission) NGO Tổ chức phi chính phủ (Non-Governmental Organization) NWRC Hội đồng Quốc gia về tài nguyên nước (National Water Resources Council) RA Phương pháp đánh giá nhanh (Rapid Assessment) TCLVS Tổ chức lưu vực sông UNEP Chương trình Môi trường Liên hiệp quốc (United Nations Environment Programme) UNESCO Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa của Liên hiệp quốc (United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization) 13
UN WVLC Trung tâm học thuật ảo về nước Liên hiệp quốc (United Nation Water Vir- tual Learning Centre) USGS Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (United State Geological Survey) WEPA Hiệp hội môi trường nước châu Á (Water Environment Partnership in Asia) WQI Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index) WRI Viện Tài nguyên Thế giới (World Resources Instutute) WWAP Chương trình Đánh giá Nước Thế giới (World Water Assessment Pro- gramme) 14
LỜI NÓI ĐẦU Trong quá trình phát triển không ngừng của xã hội, loài người đã đạt được nhiều thành tựu to lớn trong các lĩnh vực kinh tế xã hội với một trình độ khoa học kỹ thuật hiện đại, nhưng đồng thời cũng gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng cho môi trường sinh thái. Đó là lượng chất thải khổng lồ mà con người thải bỏ vào môi trường. Lượng chất thải này lớn hơn nhiều so với lượng mà các quá trình tự nhiên của các hệ sinh thái có thể đồng hóa được; do đó đưa đến tình trạng giảm nhỏ nồng độ oxy trong các dòng chảy, các chất độc hại đi vào nguồn nước và các đại dương… Những lượng chất thải do các hoạt động của con người tạo ra làm cho môi trường mất đi một ít khả năng nuôi dưỡng sự sống, một số loài bị tiêu diệt và chính con người cũng phải chịu sự hủy hoại sinh học. Sự suy giảm các quần thể đã làm cho tính đa dạng trong các hệ sinh thái ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Và chính con người đã khai thác các nguồn lợi tự nhiên đến mức cạn kiệt tạo ra những biến đổi bất lợi về nhiều mặt. Nhằm giúp các em sinh viên nắm được một số kiến thức đại cương về tài nguyên nước, sự ô nhiễm môi trường nước, việc ngăn ngừa ô nhiễm nguồn nước và công tác quản lý tài nguyên nước. Tác giả biên soạn quyển giáo trình “TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA” làm tài liệu học tập dành cho sinh viên chuyên ngành Khoa học Môi trường. Ngoài ra sinh viên các chuyên ngành có liên quan cũng có thể sử dụng để tham khảo trong quá trình học tập. Giáo trình gồm 6 chương được phân bố như sau: CHƯƠNG 1. TÀI NGUYÊN NƯỚC CHƯƠNG 2. TÀI NGUYÊN NƯỚC MẶT CHƯƠNG 3. TÀI NGUYÊN NƯỚC NGẦM CHƯƠNG 4. CÁC VẤN ĐỀ VỀ Ô NHIỄM NGUỒN NƯỚC CHƯƠNG 5. BẢO VỆ CHẤT LƯỢNG NGUỒN NƯỚC CHƯƠNG 6. QUẢN LÝ TỔNG HỢP NGUỒN NƯỚC Tài liệu này được biên soạn dựa vào nhiều tài liệu tham khảo và nghiên cứu khác nhau mà tác giả tích lũy được. Trong tài liệu có những thông tin, trích dẫn, hình vẽ... được trích dịch từ các tài liệu của các tác giả có nêu trong tài liệu tham khảo. Do không có điều kiện tiếp xúc, trao đổi để xin phép trích dẫn nguồn tài liệu, mong quí vị vui lòng miễn chấp. Tài liệu này chỉ sử dụng cho việc giảng dạy, không mang tính kinh doanh vụ lợi. Tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, đồng nghiệp đã hỗ trợ và giúp đỡ tác giả hoàn thành bài giảng. Do kiến thức còn hạn chế, tài liệu này không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự góp ý của quý độc giả và các em sinh viên. 15
Chương I. Tài nguyên nước CHƯƠNG I: TÀI NGUYÊN NƯỚC I.1. NHU CẦU VỀ NƯỚC I.1.1. Môi trường nước tự nhiên Trái đất là một hành tinh xanh với ba phần tư được bao phủ bởi nước. Nước là yếu tố quyết định đến sự tồn tại và phát triển của môi trường sống. Lịch sử tiến hóa của loài người bắt đầu từ nước và nước chính là thành phần quan trọng nhất cấu thành cơ thể con người - trung bình cơ thể một người có khoảng 50 lít nước. Nếu xét về cấu trúc phân tử riêng biệt, nước được xem là một dung môi lý tưởng để hòa tan, phân bố các hợp chất vô cơ và hữu cơ tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển thế giới thủy sinh, phát triển các loài thủy sản và cả các loài động thực vật trên cạn. Sự vận chuyển của nước trên bề mặt trái đất là nguyên nhân chính hình thành nên địa mạo của địa cầu. Chúng ta có thể thấy rằng các nền văn hóa, thực phẩm, phong cách sống của một địa phương gắn kết chặt với điều kiện khí hậu của nơi ấy, trong khi nguồn nước tự nhiên là bảo đảm cho cân bằng về khí hậu của một khu vực. Nhà triết học người Hy Lạp Empedocles đã coi nước là một trong bốn nguồn gốc tạo ra vật chất (bên cạnh lửa, đất và không khí). Nước cũng nằm trong năm trạng thái Ngũ Hành (kim, mộc, thủy, hỏa và thổ) của triết học cổ Trung Hoa. Do đó trong số các thành phần cơ bản của môi trường tự nhiên, nước là một loại tài nguyên thiên nhiên quý giá song nó lại có giới hạn. Con người chúng ta sử dụng nước trong hầu hết các hoạt động hàng ngày, từ phục vụ sinh hoạt gia đình như ăn uống, vệ sinh, chăm sóc sức khỏe đến sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy sản, công nghiệp và cả đến giao thông vận tải. Nguồn tài nguyên quan trọng này đã tạo dựng nên xã hội loài người với sự đa dạng về xã hội, văn hóa và tôn giáo tín ngưỡng ở khắp mọi nơi. Là nguồn động lực cho các hoạt động kinh tế của con người, song nước cũng gây ra những hiểm họa ghê gớm. Những rủi ro từ nước như hạn hán, có thể là nguyên nhân làm cho một nền văn minh suy tàn; hoặc những trận lũ lụt, lũ quét có thể gây ra những thiệt hại lớn về người và của. Trong đức tin của một vài tôn giáo, một ngày nào đó sự sống trên hành tinh này có thể bị hủy diệt bởi một trận đại hồng thủy. Nước ngọt là một yếu tố không thể thiếu trong việc phát triển kinh tế xã hội của mọi quốc gia. Chúng ta có thể thấy rằng những nền văn minh xuất hiện sớm nhất trong lịch sử nhân loại đều tập trung bên cạnh những con sông lớn, chẳng hạn nền văn minh sông Nile (Ai Cập), nền văn minh Lưỡng Hà (hai con sông Euphrates và Tigris - Iraq), nền văn minh Ấn - Hằng (Ấn Độ), ở nước ta có nền văn minh sông Hồng... Nguyên nhân là do các dân tộc ở gần nguồn nước có được nguồn nước sạch dồi dào phục vụ cho sinh hoạt, giao thông thuận tiện, điều kiện sản xuất thuận lợi, điều kiện vi khí hậu thích hợp cho sự phát triển nói chung. I.1.2. Nhu cầu sử dụng nước Con người khai thác tài nguyên nước phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau trong đời sống của mình. Tuy nhiên lượng nước có thể khai thác và sử dụng trong tổng trữ lượng nước trên thế giới lại không nhiều, do đó nước có một giá trị kinh tế nhất định. Bên cạnh Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 17
Chương I. Tài nguyên nước đó, mỗi một loại hình sử dụng nước có những yêu cầu về chất lượng nước khác nhau. Chẳng hạn như tiêu chuẩn nước dùng để uống yêu cầu chất lượng cao trong khi yêu cầu nước phục vụ cho tưới tiêu sẽ có chất lượng thấp hơn. Rõ ràng nguồn nước được khai thác không thể đáp ứng toàn bộ các tiêu chuẩn được thiết lập cho các mục đích sử dụng khác nhau. Hiện nay đã xảy ra các xung đột giữa các đối tượng sử dụng nguồn nước làm ảnh hưởng đến việc khai thác nguồn nước. Một ví dụ điển hình là tình trạng xung đột giữa nhu cầu nước ngọt phục vụ canh tác lúa và nhu cầu lấy nước mặn nuôi trồng thủy hải sản ở vùng bán đảo Cà Mau. Vì vậy cần có những chính sách quản lý hợp lý hỗ trợ cho việc khai thác tài nguyên nước. Tính hữu dụng của nước có thể thấy được thông qua nhiều khả năng phục vụ khác nhau. Theo truyền thống, nước được khai thác chủ yếu phục vụ cho hai nhu cầu xã hội thiết yếu là sinh hoạt của người dân và sản xuất nông nghiệp. Ngoài ra cũng phục vụ cho những loại hình sử dụng nước khác như thủy điện, giao thông thủy, giải trí… Tuy nhiên ngày nay mức độ khai thác nguồn tài nguyên nước đã mở rộng sang nhiều lĩnh vực khác nhau. Kiểm soát ô nhiễm, ngăn mặn, bảo tồn hệ sinh thái trong sông, bổ sung nước ngầm… dần đòi hỏi nhiều mối quan tâm hơn bên cạnh các mục tiêu kinh tế. Mức độ yêu cầu sử dụng nước và khả năng cung cấp nước khác nhau theo thời gian và không gian. Nhưng có thể thấy rõ rằng mức độ này ngày một tăng trong thế giới hiện nay. Vào những năm đầu thế kỷ 20, tổng lượng nước được khai thác hàng năm trên thế giới vào khoảng 580 km3. Nhưng đến năm 2000, con số này đã tăng đến mức 4000 km3 /năm vượt xấp xỉ 7 lần so với đầu thế kỷ. Lượng nước khai thác và sử dụng tại các châu lục trong những thời điểm khác nhau của thế kỷ 20 được Shiklomanov (1998) ước tính theo bảng 1. Gleick, 1997 cũng đã ước tính lượng nước cần cung cấp cho năm 2025. Giả sử lượng nước sinh hoạt cần thiết cung cấp từ 50 L/người/ngày (phục vụ cho những nhu cầu cơ bản) đến 300 L/người/ngày (tham khảo từ nhu cầu nước sinh hoạt tại những quốc gia phát triển hiện nay), khi đó tổng lượng nước cần phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt là 340 km3/năm. Trong lĩnh vực nông nghiệp, giả định một mức cung cấp lương thực bình quân 2.500 calo/người/ngày cho tất cả mọi vùng đất, thêm vào đó là các vấn đề kỹ thuật như điều chỉnh mùa vụ, kiểm tra hiệu suất tưới, thay đổi khu vực tưới… khi đó tổng lượng nước tiêu thụ cho sản xuất nông nghiệp vào khoảng 2.930 km3/năm. Sản xuất công nghiệp cũng sẽ cần một lượng nước xấp xỉ 1.000 km3/năm, và hàng năm có thêm một lượng nước mất đi do bốc hơi từ các hồ chứa khoảng 225 km3/năm. Như vậy tổng lượng nước khai thác và tiêu thụ của toàn thế giới vào năm 2025 theo Gleick là 4.500 km3. Con số này thấp hơn ước tính của Shiklomanov (1998). Lĩnh vực sử dụng nước nhiều nhất trong thế kỷ qua là sản xuất nông nghiệp với trên 50% tổng lượng nước tiêu thụ. Theo Biswas (1998), sản xuất nông nghiệp chiếm gần 90% lượng nước sử dụng toàn cầu trong năm 1900 nhưng đã giảm còn 62% trong năm 2000. Xu hướng này sẽ còn tiếp diễn trong thế kỷ 21 tương ứng với nhu cầu an ninh lương thực của một thế giới đông dân cư. Lượng nước cần cho sản xuất nông nghiệp trong những năm đầu thế kỷ này vào khoảng 10.000 km3/năm. Nhu cầu nước cho công nghiệp và các khu đô thị lần lượt là 2.500 km3 và 24 km3/năm; khu vực nông thôn cần khoảng 135 km3 nước sử dụng hàng năm. Với xu hướng sử dụng nước hiện tại, sản xuất công nghiệp và sinh hoạt đòi hỏi lượng nước khoảng 180 m3/người/năm trong khi sản xuất nông nghiệp cần một lượng nước vào khoảng 700 m3/người/năm. Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 18
Chương I. Tài nguyên nước Bảng 1.1. Ước tính lượng nước sử dụng trong quá khứ và nhu cầu nước cho tương lai Ước tính lượng nước sử dụng trong quá khứ (km3) Ước tính nhu cầu nước (km3) N ăm Lục địa 1900 1940 1950 1960 1970 1980 1990 1995 2000 2010 2025 37,5 71,0 93,8 185 294 445 491 511 534 578 619 Europe 17,6 29,8 38,4 53,9 81,8 158 183 187 191 202 217 70 221 286 410 555 677 652 685 705 744 786 North America 29,2 83,8 104 138 181 221 221 238 243 255 269 41,0 49,0 56,0 86,0 116 168 199 215 230 270 331 Africa 34,0 39,0 44,0 66,0 88,0 129 151 160 169 190 216 414 689 860 1.222 1.499 1.784 2.067 2.157 2.245 2.483 3.104 Asia 322 528 654 932 1.116 1.324 1.529 1.565 1.603 1.721 1.971 15,2 27,7 59,4 68,5 85,2 111 152 166 180 213 257 South America 11,3 20,6 41,7 44,4 57,8 71,0 91,4 97,7 104 112 122 Australia + 1,6 6,8 10,3 17,4 23,3 29,4 28,5 30,5 32,6 35,6 39,6 Oceania 0,6 3,4 5,1 9,0 11,9 14,6 16,4 17,6 18,9 21,0 23,1 579 1.065 1.366 1.989 2.573 3.214 3.590 3.765 3.927 4.324 5.137 Total 415 704 887 1.243 1.536 1.918 2.192 2.265 2.329 2.501 2.818 [Nguồn: Shiklomanov (1998)] Ghi chú: Số liệu phía trên đường đứt khúc biểu hiện lượng nước được khai thác, số liệu bên dưới trình bày lượng nước tiêu thụ Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 19
Chương I. Tài nguyên nước Bảng 1.2. Tổng lượng nước cấp tại các châu lục Lục địa Tổng trữ Năm Lượng khai thác hàng năm Lĩnh vực khai thác lượng nước thống kê 1012 m3 (1012 m3) * % Sinh hoạt (%) Công nghiệp (%) Nông nghiệp (%) Châu Phi 3,996 1995 0,15 4 7 5 88 Châu Âu 6,235 1995 0,46 7 14 55 31 Bắc Mỹ 5,309 1991 0,51 10 13 47 39 Trung Mỹ 1,057 1987 0,10 9 6 8 86 Nam Mỹ 9,526 1995 0,10 1 18 23 59 Châu Á 13,206 1987 1,63 12 6 9 85 Châu Đại Dương 1,614 1995 0,02 1 64 2 34 Thế giới 41,022 1987 3,24 8 8 23 69 [Nguồn: World Resources Instutute (1998)] *: lưu lượng trung bình hàng năm của dòng chảy mặt và lượng bổ sung nước ngầm Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 20