Nước ngầm đã và đang đóng một vai trò to lớn trong việc cung cấp nước thường xuyên cho các sông suối, cung cấp nước sinh hoạt cho cư dân và sản xuất một cách bền vững ở vùng núi cao, vùng trung du và hải đảo. Đưa ra phỏng đoán về thay đổi mực nước ngầm là rất quan trọng.

1. Giới thiệu

Ở một số nước trên thế giới từ lâu khai thác sử dụng nước ngầm rất lớn vào mục đích sinh hoạt và chăn nuôi. Ví dụ như, Đan Mạch sử dụng hoàn toàn nước ngầm cho sinh hoạt cuộc sống hằng ngày. Một số nước khác tỉ lệ sử dụng nước ngầm đáp ứng nhu cầu sinh hoạt cũng rất cao. Ví dụ như ở Bỉ tỷ lệ nước ngầm sử dụng cho sinh hoạt chiếm 90%, Phần Lan và Thủy Điển chiếm 85-90%, Hà Lan chiếm 75% [1]. Bên cạnh đó, vai trò của nước trong sản xuất công nghiệp, trồng trọt, chăn nuôi và các ngành kinh tế khác cũng rất quan trọng. Trong nông nghiệp, dân gian có câu “Nhất nước, nhì phân, tam cần, tứ giống”. Tất cả cây trồng và vật nuôi đều cần nước để phát triển. Trong công nghiệp, nước được dùng làm nguội các động cơ, là dung môi làm tan các hóa chất màu và các phản ứng hóa học. Mỗi ngành công nghiệp và mỗi loại hình sản xuất đều cần một lượng nước, loại nước khác nhau [2]. Nếu không có nước thì hầu hết các hoạt động sinh hoạt, sản xuất đều bị ngừng hoạt động.

Do khai thác tràn lan quá mức và chưa được kiểm soát chặt chẽ, hiện nguồn nước ngầm đã và đang bị sụt giảm và ô nhiễm ở mức báo động. Bên cạnh đó, khai thác nguồn nước ngầm quá mức khiến cho hạ tầng sụt lún trên diện rộng [4]. Nguồn nước ngầm còn lại sẽ bị ô nhiễm xâm nhập. Ngày nay, tốc độ đô thị hóa tăng nhanh, nhu cầu sử dụng nước lớn, như thành phố Hà Nội nguồn cung cấp nước chủ yếu là nước ngầm [5]. Vì vậy, các thành phố khai thác nước ngầm sâu và nhiều hơn làm tài nguyên nước ngầm đang dần cạn kiệt. Hậu quả của nó là làm ô nhiễm nguồn nước, các mạch nước ngầm tụt sâu, nguy hiểm hơn là gây sụt lún trong đô thị.

Vì vậy, chúng tôi đã tìm hiểu, nghiên cứu và đưa ra phỏng đoán về mực nước ngầm góp phần vào việc bảo vệ và khai thác nguồn nước được tốt hơn.

2. Thu thập dữ liệu

Tại các khu công nghiệp hay các vùng dân sinh, nước ngầm được khai thác sử dụng từ các giếng khoan. Mỗi vùng được giới hạn với một độ rộng nhất định về mặt địa lý. Tại mỗi vùng này, những hiện tượng trong cuộc sống sinh hoạt và sản xuất đều cần được quản lý để xác định nhu cầu nước tại mỗi thời điểm.

Trong một vùng có thể có nhiều giếng khoan được lắp đặt. Mỗi giếng khoan được xác định bởi vị trí dưới dạng điểm và gắn tên nhãn. Nhằm mục đích đánh giá chất lượng nước và quyết định độ sâu khai thác nước, tại mỗi giếng khoan người ta lắp đặt các thiết bị đo thông tin. Những thông tin này biến đổi theo thời gian và để theo dõi đánh giá đưa ra quyết định trong khai thác người ta cần phải thu thập dữ liệu trong một thời gian đủ lớn nào đó. Ví dụ từ thực tế quan sát cho thấy mực nước ngầm vào mùa khô sẽ tụt giảm và vào mùa mưa mực nước ngầm sẽ tăng lên. Chính vì thế, về mùa khô để có nước sử dụng người ta phải khoan giếng ở độ sâu cao hơn so với mùa mưa. Trong công tác quản lý để tránh khoan khai thác nước bừa bãi dẫn tới thiếu nước sử dụng về lâu dài, độ sâu khai thác luôn được giới hạn và quyết định bởi các nhà quản lý.

Những thông số cơ bản được thu thập từ một giếng khoan bao gồm: mực nước, độ dẫn điện, nhiệt độ và độ sâu. Trong trường hợp thiết bị điều khiển bằng tay ta có thể thực hiện lặp đi lặp lại thao tác mỗi lần đo để tránh sai số do thiết bị hay kỹ thuật đo gây ra, đảm bảo độ chính xác cao. Trong trường hợp dữ liệu đo tự động bằng máy người ta sẽ thiết lập tần suất đo tùy thuộc vào dung lượng lưu trữ của bộ nhớ máy móc cũng như nhu cầu về độ chính xác của ứng dụng. Trong nghiên cứu này, tôi thu thập dữ liệu bằng thiết bị đo bằng tay.

3. Phỏng đoán mực nước ngầm của cùng một giếng theo năm

3.1. Công thức phỏng đoán mực nước ngầm của cùng một giếng khoan theo năm

 

Thông qua Hình 3.1 ta có thể thấy:

Độ cao là khoảng cách từ miệng giếng đến bề mặt nước ngầm, còn mực nước là khoảng cách được tính từ bề mặt nước ngầm tới đáy giếng. Do đó khi độ cao nước giếng càng tăng lên thì mực nước lại càng giảm xuống.

Thông số về độ cao và mực nước của mỗi giếng sẽ có sự thay đổi theo thời gian, sự thay đổi đó có thể do sự khai thác của con người hoặc do lưu lượng nước mưa. Khi đi sâu nghiên cứu ta thấy mực nước có thể thay đổi theo từng buổi trong ngày, từng mùa và từng năm. Mực nước ngầm ngày càng có xu hướng giảm xuống, độ sâu khai thác nước ngầm tất nhiên cũng phải  tăng lên. Để tăng  độ sâu khai thác  là bài toán  nan giải cho chúng ta. Một số vấn đề có thể kể đến là thời gian và chi phí. Khi độ sâu khai thác tăng đến một mức nhất định nào đó, mà một máy khoan bình thường không thể khoan sâu hơn được nữa, thì ta cần đến máy khoan công nghiệp, tuy nhiên với một mũi khoan công nghiệp có thể lên đến  hàng  trăm triệu đồng.

Vì vậy, việc dự đoán về sự thay đổi mực nước là cần thiết để người dân, ban quản lý nước tại các vùng sản xuất nông nghiệp, sản xuất công nghiệp biết cách sử dụng, quản lý nước ngầm một cách hợp lý, vì nước ngầm cũng không phải là một nguồn tài nguyên vô tận.

Dựa vào những dữ liệu thu thập, tính trung bình độ cao của nước theo năm bằng công thức sau:

 

h =

Với:        n là số lần đo;

   i là chỉ số chạy từ 1 đến n;

   S_i là giá trị mỗi lần đo độ cao của nước ngầm.

Phỏng đoán độ cao của cùng một giếng khoan vào năm N so với năm N’, sẽ dùng công thức sau:

H_N = H_N’ + (N-N’)*a

Với:        H là độ cao trung bình của một giếng trong năm nào đó;

   N, N^’ là năm cụ thể;

   a là trung bình độ lệch độ cao qua một số năm.

Ví dụ: Trung bình độ cao nước ngầm của giếng W đo được qua các năm 2008, 2009, 2010, 2011, 2012 tương ứng là 7,3m, 8,1m, 9m, 10,1m, 11,3m.

Tiếp theo, chúng tôi sẽ tính độ lệch độ cao năm này qua năm khác như sau:

N₂₀₀₉ – N₂₀₀₈ =0,8

N₂₀₁₀ – N₂₀₀₉ =0,9

N₂₀₁₁ – N₂₀₁₀ =1,1

N₂₀₁₂ – N₂₀₁₁ =1,2

Trung bình độ cao nước ngầm của giếng khoan W trong năm năm sẽ tăng lên là: a= (0,8+0,9+1,1+1,2)/4 = 1.

Phỏng đoán độ cao nước ngầm của giếng khoan W vào năm 2040 sẽ là:

H₂₀₄₀ = H₂₀₀₈ + (2040-2008)*1 = 39,3m

Kết luận: Vào năm 2012 tại giếng khoan W, độ cao nước ngầm là 11,3m, tăng so với năm 2008 là 4m. Vậy mực nước tại giếng khoan W vào năm 2040 so với năm 2008 bị giảm lên đáng kể.

3.2. Cài đặt phần mềm phỏng đoán mực nước ngầm của cùng một giếng theo năm

 Hình 1. Giao diện nhập điều kiện truy vẫn

Hình 2. Kết quả truy vấn

Phỏng đoán sự thay đổi của mực nước ngầm: Tại giếng w1, vào năm 2040 độ cao nước sẽ là bao nhiêu so với năm 2008.

Hình 1 là giao diện để người dùng nhập các điều kiện cần thiết cho truy vấn trên. Điều kiện truy vấn bao gồm:

Lấy thuộc tính độ cao nước năm 2040 trong bảng dữ liệu TSNAMSAU.

Lấy thuộc tính độ cao nước năm 2008 trong bảng dữ liệu TS2008.

Hình 2 thể hiện kết quả của câu truy vấn trên.

Truy vấn này thể hiện được độ cao nước năm 2008 và năm 2040 tại giếng w1. Qua thông số đó, người dùng sẽ biết được độ chênh lệch về độ cao nước của năm 2040 so với năm 2008 và dựa vào đó để phỏng đoán được mực nước tăng hay giảm.

4. Kết luận

Trong bài báo này, chúng tôi đã thu thập được những dữ liệu từ các vùng cụ thể. Với những dữ liệu đó, chúng tôi đã tìm hiểu, nghiên cứu và đưa ra phỏng đoán về sự thay đổi mực nước ngầm. Cài đặt phần mềm để đưa ra kết quả cho người dùng chính xác và nhanh chóng. Nghiên cứu này có ý nghĩa trong việc bảo vệ và khai thác nguồn nước.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] TS.Phạm Ngọc Hải và TS.Phạm Việt Hòa. Kỷ thuật khai thác nước ngầm

[2] http://www2.hcmuaf.edu.vn/data/quoctuan/Tai%20nguyen%20nuoc%20va%20 hien%20trang%20su%20dung%20nuoc.pdf

[3] http://laodong.com.vn/Xa-hoi/Nguy-co-can-kiet-nguon-nuoc-ngam-tai-Dong- bang-song-Cuu-Long/122767.bld

[4] http://www.sggp.org.vn/moitruongdothi/2013/9/328131/

[5] http://vi.wikipedia.org/wiki/N%C6%B0%E1%BB%9Bc _ng%E1%BA%A7m