Giới thiệu

Đồng bằng sông Cửu Long những năm gần đây chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của hạn hán, thiếu nước và xâm nhập mặn. Đây là vùng thường xuyên xảy ra tình trạng dư thừa nước vào mùa mưa nhưng khan hiếm nước về mùa khô, đặc biệt ở các tỉnh như: Bến Tre, Sóc Trăng, Kiên Giang, Cà Mau và Tiền Giang. Nguyên nhân chính là do nguồn nước có độ mặn vượt ngưỡng cho phép không thể sử dụng cho sinh hoạt. Có thể thấy, vấn đề hạn hán, thiếu nước, xâm nhập mặn ảnh hưởng một cách sâu rộng đến người dân ngay cả những khu vực cấp nước sạch tập trung và các khu vực dân cư đơn lẻ chưa được cấp nước sạch.

Bổ sung nhân tạo NDĐ là một loạt các hoạt động được thực hiện bởi sự can thiệp của con người, qua đó nước mặt được đưa vào lưu giữ trong hệ thống tầng chứa nước để tăng khả năng khai thác hoặc ngăn chặn sụt giảm mực nước ngầm và thúc đẩy việc sử dụng NDĐ bền vững. Tuy nhiên, việc xác định các khu vực tiềm năng để lưu giữ nước ngọt trong tầng chứa nước là rất khó và phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau gồm: Chiều sâu mực NDĐ, hệ số thấm tầng chứa nước, chiều dày tầng chứa nước, chất lượng NDĐ, lượng mưa, khoảng cách đến nguồn nước mặt, sử dụng đất, khoảng cách đến khu vực cấp nước, khoảng cách đến khu vực nguy cơ ô nhiễm.

Chiều sâu mực NDĐ (H) đóng vai trò quan trọng đối với các mô hình lưu giữ trực tiếp, nước bổ cập dưới dạng chảy trọng lực, do đó các khu vực có mực nước tĩnh nằm sâu sẽ có điều kiện áp dụng cao và ngược lại. Hệ số thấm của tầng chứa nước (K) cho biết khả năng thấm và chứa của tầng chứa nước cũng như hiệu quả thu hồi nước bổ sung (Singh, A. và nnk, 2013). Chiều dày của tầng chứa nước (M) đóng vai trò quan trọng trong việc xác định không gian lưu giữ nước. Chất lượng NDĐ (TDS) có vai trò quan trọng quyết định đến hiệu quả thu hồi nước để tái sử dụng trong việc lưu giữ nước trong các tầng chứa nước. Lượng mưa (X) là một trong những yếu tố ảnh hưởng chính đến việc lưu giữ nước trong các tầng chứa nước vì lượng nước mưa lớn sẽ được lưu giữ và bổ sung trong mùa mưa (Singh và cộng sự 2017). Khoảng cách đến nguồn nước mặt (KCNM) là một trong những ưu tiên lựa chọn khu vực phù hợp xây dựng hệ thống lưu giữ nước trong tầng chứa nước. Khi khoảng cách giữa vị trí lưu giữ nước và nguồn nước mặt vượt quá 5 km, chi phí xây dựng và nguy cơ ô nhiễm nguồn nước bổ sung sẽ tăng lên rất nhiều (Brema, J và nnk, 2012). Sử dụng đất (SDĐ) là một trong những yếu tố kiểm soát chính trong quá trình lưu giữ nước trong các tầng chứa nước thông qua các phương pháp hào, rãnh thu nước. Khoảng cách đến khu vực cấp nước (KCCN) tập trung thường là nơi có nhu cầu sử dụng nước lớn, việc khai thác NDĐ có nguy cơ làm cạn kiệt NDĐ (Brema, J và nnk, 2012). Khoảng cách đến khu vực nguy cơ ô nhiễm (KCON) môi trường phản ánh những lợi thế và bất lợi của việc lưu giữ nước trong tầng chứa nước đối với các điều kiện môi trường. Khoảng cách giữa khu vực lưu giữ nước với các khu vực nguy cơ ô nhiễm như bãi chôn lấp chất thải phải, bãi rác, nghĩa trang cần thiết phải lớn hơn 500 m để đảm bảo không hoặc ít bị tác động bởi các nguồn nguy cơ ô nhiễm (Li và nnk, 2013).

Công nghệ không gian địa lý (GIS) đã trở thành một công cụ quan trọng trong nghiên cứu NDĐ do khả năng của chúng trong việc phát triển không gian - thời gian và hiệu quả trong phân tích và dự đoán dữ liệu không gian (Ghayoumian và nnk, 2007). Nhiều nghiên cứu khác nhau đã được thực hiện để xác định các khu vực tiềm năng lưu giữ nước ngọt trong tầng chứa nước bằng cách sử dụng các kỹ thuật GIS (Riad và nnk, 2011b). Hầu hết các nghiên cứu đều sử dụng phương pháp tính chỉ số với việc ứng dụng công nghệ GIS để thành lập bản đồ tiềm năng lưu giữ nước ngọt trong tầng chứa nước. 

Hình 1. Sơ đồ vùng ĐBSCL

Địa điểm nghiên cứu

Địa điểm nghiên cứu là ĐBSCL nằm ở Tây Nam Bộ, cực Nam Việt Nam và trong vùng châu thổ sông Mê Công, phía Bắc giáp Campuchia, phía Tây-Nam là vịnh Thái Lan và phía Đông - Nam là Biển Đông (Hình 1). Vùng đồng bằng này bao gồm 13 tỉnh/thành phố: Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Đồng Tháp, Vĩnh Long, Trà Vinh, Cần Thơ, Hậu Giang, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau và Kiên Giang, với diện tích 39.945 km2.

Phương pháp

Các kỹ thuật GIS đã được sử dụng trong nghiên cứu này để xác định khu vực tiềm năng lưu giữ nước ngọt trong tầng chứa nước qp2-3. Việc xác định các khu vực thích hợp để lưu giữ nước trong tầng chứa nước được thực hiện qua phân tích các tiêu chí: Chiều sâu mực NDĐ, hệ số thấm tầng chứa nước, chiều dày tầng chứa nước, chất lượng NDĐ, lượng mưa, khoảng cách đến nguồn nước mặt, sử dụng đất, khoảng cách đến khu vực cấp nước, khoảng cách đến khu vực nguy cơ ô nhiễm. Phương pháp nghiên cứu xác định khu vực lưu giữ nước ngọt trong tầng chứa nước qp2-3 được áp dụng theo phương pháp phân tích thứ bậc với việc áp dụng công cụ GIS bằng phần mềm Arcgis 10.8. Quy trình thực hiện phương pháp xác định khu vực tiềm năng lưu giữ nước ngọt trong tầng chứa nước qp2-3 được thực hiện theo 6 bước: 1) Thiết lập các tiêu chí; 2) Chuẩn hóa các tiêu chí; 3) Xác định trọng số; 4) Tính toán chỉ số tiềm năng lưu giữ nước ngọt trong các tầng chứa nước; 5) Xây dựng bản đồ tiềm năng lưu giữ nước ngọt trong các tầng chứa nước; 6) Phân tích, đánh giá các khu vực tiềm năng lưu giữ nước ngọt trong các tầng chứa nước và được minh họa trong Hình 2.

Hình 2. Sơ đồ phương pháp xác định khu vực lưu giữ nước ngọt trong tầng chứa nước qp2-3 vùng ĐBSCL 

Chỉ số tiềm năng lưu giữ nước ngọt trong các tầng chứa nước thể hiện theo phương pháp phân tích thứ bậc với công thức tính toán như sau:

Trong đó: Ps là chỉ số tiềm năng lưu giữ nước ngọt trong tầng chứa nước; w là trọng số của các tiêu chí (tổng giá trị các trọng số bằng 1); X là điểm số của các tiêu chí; các ký hiệu: H là tiêu chí chiều sâu mực nước; K là tiêu chí hệ số thấm của tầng chứa nước; M là tiêu chí chiều dày của tầng chứa nước; TDS là tiêu chí chất lượng NDĐ; X là tiêu chí lượng mưa; KCNM là tiêu chí khoảng cách đến nguồn nước mặt; SDD là tiêu chí sử dụng đất; KCCN là tiêu chí khoảng cách đến khu vực cấp nước; KCON là tiêu chí khoảng cách đến khu vực nguy cơ ô nhiễm.

Các bản đồ giá trị chuẩn hóa của từng tiêu chí thu được nằm trong khoảng từ 0 đến 1 và được minh họa trong các hình sau:

Trên cơ sở các dữ liệu ở vùng ĐBSCL, sau khi thiết lập, tính toán và chuẩn hóa xác định được giá trị và trọng số của từng tiêu chí, trong đó trọng số để khoanh định khu vực lưu giữ nước ngọt trong tầng chứa nước qp2-3 xác định được là: wH = 0,16; wK = 0,14; wM = 0,16; wTDS = 0,16; wX = 0,08; wKCNM = 0,10; wSDD = 0,04; wKCCN = 0,13; wKCON = 0,03 với tỷ lệ nhất quán theo phương pháp AHP là CR = 2,52%.

Kết quả và thảo luận

Bản đồ tiềm năng lưu giữ nước ngọt trong tầng chứa nước qp2-3 vùng ĐBSCL được phân loại thành 5 mức độ là rất kém; kém; trung bình; cao; rất cao và minh họa trong Hình 12. Khu vực có tiềm năng lưu giữ nước ngọt trong tầng chứa nước qp2-3 cao đến rất cao có diện tích 3.922 km2 (chiếm 10,1% diện tích phân bố của tầng chứa nước). Các khu vực này phân bố tập trung ở TP. Cà Mau, các huyện Thới Bình, U Minh, Trần Văn Thời, Đầm Dơi tỉnh Cà Mau kéo qua Giá Rai, Phước Long đến Vĩnh Lợi tỉnh Bạc Liêu; rải rác ở TP. Cần Thơ và các tỉnh Sóc Trăng, Hậu Giang, Vĩnh Long, Trà Vinh, Kiên Giang. Khu vực có tiềm năng lưu giữ nước ngọt trong tầng chứa nước ở mức cao đến rất cao có thể thực hiện phương pháp lưu giữ NDĐ bằng kỹ thuật sử dụng giếng khoan bơm ép nước vào tầng chứa nước (ASR và ASTR). Những khu vực này ngoài các điều kiện tốt nhất về địa chất thủy văn còn gần các nguồn nước mặt đảm bảo chất lượng khai thác sử dụng sinh hoạt, gần các nhà máy nước, trạm cấp nước mặt hoặc cả nước mặt và NDĐ có quy mô lưu lượng khai thác trên 500 m3/ngày, cách xa các khu vực có nguy cơ ô nhiễm như bãi rác, nghĩa trang. 

Hình 3. Bản đồ giá trị chuẩn hóa chiều sâu mực nước; 

Hình 4. Bản đồ giá trị chuẩn hóa hệ số thấm tầng chứa nước

Hình 5. Bản đồ giá trị chuẩn hóa chiều dày tầng chứa nước

Hình 6. Bản đồ giá trị chuẩn hóa chất lượng nước (TDS) tầng chứa nước

Hình 7. Bản đồ giá trị chuẩn hóa lượng mưa trung bình năm

Hình 8. Bản đồ giá trị chuẩn hóa tiêu chí khoảng cách đến nguồn nước mặt

Hình 9. Bản đồ giá trị chuẩn hóa tiêu chí sử dụng đất

Hình 10. Bản đồ giá trị chuẩn hóa tiêu chí khoảng cách đến khu vực cấp nước

Hình 11. Bản đồ giá trị chuẩn hóa tiêu chí khoảng cách đến khu vực nguy cơ ô nhiễm 

Hình 12. Baûn ñoà phaân vuøng tieàm naêng löu giöõ nöôùc ngoït trong taàng chöùa nöôùc qp2-3

Phần kết luận

Việc xác định các khu vực có tiềm năng lưu giữ nước ngọt trong tầng chứa nước Pleistocen giữa trên vùng ĐBSCL đã được sử dụng các kỹ thuật GIS cung cấp một giải pháp hiệu quả về quản lý tài nguyên NDĐ bền vững. Kết quả của nghiên cứu này cho thấy, một lượng đáng kể phạm vi có khả năng lưu giữ nước ngọt trong tầng chứa nước qp2-3. Khoảng 10,1% diện tích phân bố của tầng chứa nước được phát hiện có khả năng lưu giữ nước ngọt ở mức cao đến rất cao. Bản đồ kết quả và phương pháp nghiên cứu này sẽ là kim chỉ nam cho các dự án, chương trình quản lý tài nguyên nước trong tương lai. Phương pháp được sử dụng ở đây có thể được áp dụng ở các khu vực khác trên thế giới cũng như ở Việt Nam có điều kiện căng tẳng về nước với những điều chỉnh thích hợp để đảm bảo sử dụng NDĐ bền vững.

Lời cảm ơn

Nội dung bài báo là một phần kết quả nghiên cứu của đề tài: “Nghiên cứu xây dựng công nghệ lưu giữ nước ngọt trong các tầng chứa nước ngầm vùng ĐBSCL. Áp dụng thử nghiệm tại bán đảo Cà Mau”, Mã số: TNMT.2022.02.12. Nhóm thực hiện đề tài chân thành cảm ơn Bộ TN&MT, Trung tâm QH&ĐT TNN quốc gia đã tạo điều kiện giúp đỡ.

Tài liệu tham khảo

1. Brema, J.; Arulraj, G, 2012. Identification of sites suitable for artificial recharging and groundwater flow modeling in Noyyal river basin, Tamilnadu, India. OIDA Int. J. Sustain;

2. Ghayoumian, J., Saravi, M.M., Feiznia, S., Nouri, B., Malekian, A., 2007. Application of GIS techniques to determine areas most suitable for artificial groundwater recharge in a coastal aquifer in southern Iran. Journal of Asian Earth Sciences 30, 364e374;

3. Li, H. Establishment and Application. Research on Suitability Evaluation System of Reclaimed Water Surface Infiltration Site. Master’s Thesis, China University of Geosciences, Beijing, China, 2013. (In Chinese);

4. Riad, P.H., Billib, M., Hassan, A.A., Salam, M.A., El Din, M.N., 2011b. Application of the overlay weighted model and Boolean logic to determine the best locations for artificial recharge of groundwater. Journal of Urban and Environmental Engineering 5 (2), 57e66;

5. Saaty, T.L. 1980. The Analytic Hierarchy Process. McGraw-Hill, New York;

6. Singh, A.; Panda, S.N.; Kumar, K.S.; Sharma, C.S. Artificial groundwater recharge zones mapping using remote sensing and GIS: A case study in Indian Punjab. Environ. Manag. 2013, 52, 61–71. [CrossRef];

7. Singh, L.K., Jha, M.K., and Chowdary, V.M. 2017. Multi- criteria analysis and GIS modeling for identifying prospective water harvesting and artificial recharge sites for sustainable water supply. J. Clean. Prod. 142, Part 4: 1436–1456. doi:10.1016/j.jclepro.2016.11. 163;

8. Wada, Y., van Beek, L.P., van Kempen, C.M., Reckman, J.W., Vasak, S., Bierkens, M.F., 2010. Global depletion of groundwater resources. Geophysical Research Letters 37 (20), L20402.

PHẠM BÁ QUYỀN^1,*, TRIỆU ĐỨC HUY¹, HOÀNG ĐẠI PHÚC²

¹Trung tâm Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước quốc gia (NAWAPI)

² Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước miền Bắc (NVWATER)

Nguồn: Tạp chí Tài nguyên và Môi trường số 5 (Kỳ 1 tháng 3) năm 2023