Giáo trình tài nguyên nước

Giáo trình tài nguyên nước

Nguyễn Thị Phương Loan

NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2005, 111 Tr.

Từ khoá: tài nguyên nước, nguồn nước tự nhiên, khái niệm tài nguyên nước, nguồn

gốc nước tự nhiên, tính chất, ý nghĩa của nước, cân bằng nước, tuần hoàn nước, phân

bố của nước, sông ngòi, tài nguyên nước sông, nghiên cứu về sông ngòi, tài nguyên

nước hồ, hồ chưa, nghiên cứu về hồ, tài nguyên nước việt nam, hồ đầm việt nam, hồ

đầm.

Tài liệu trong Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiên có thể được sử dụng cho mục

đích học tập và nghiên cứu cá nhân. Nghiêm cấm mọi hình thức sao chép, in ấn phục

vụ các mục đích khác nếu không được sự chấp thuận của nhà xuất bản và tác giả.

Mục lục

CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TÀI NGUYÊN NƯỚC ................................7

1.1 Thế nào là tài nguyên nước? ...................................................................................7

1.2 Nguồn gốc nước tự nhiên......................................................................................10

1.3 Thể tồn tại của nước, tính chất và ý nghĩa ............................................................10

1.4 Tuần hoàn nước tự nhiên.......................................................................................11

1.5 Cân bằng nước.......................................................................................................12

1.6 Quy luật phân bố nước theo không gian ...............................................................14

1.7 Quy luật biến động nước theo thời gian................................................................17

1.7.1 Tính chu kỳ........................................................................................................17

1.7.2 Tính ngẫu nhiên.................................................................................................17

1.8 Khả năng tự tái tạo của tài nguyên nước...............................................................19

1.8.1 Khả năng tái tạo lượng và năng lượng nước .....................................................19

1.8.2 Khả năng tự tái tạo chất nước............................................................................19

1.9 Tính địa đới của tài nguyên nước..........................................................................21

1.10 Tính lưu vực của tài nguyên nước.........................................................................21

1.11 Các yếu tố tự nhiên hình thành tài nguyên nước...................................................22

1.11.1 Khí hậu ..........................................................................................................22

1.11.2 Địa hình, địa chất, thổ nhưỡng ......................................................................24

1.11.3 Lớp phủ thực vật ...........................................................................................26

1.12 Ảnh hưởng của biến động khí hậu tới tài nguyên nước ........................................27

1.13 Tác động nhân sinh tới tài nguyên nước ...............................................................29

1.13.1 Tác động trực tiếp .........................................................................................29

1.13.2 Tác động gián tiếp.........................................................................................30

1.14 Tai biến môi trường liên quan tới tài nguyên nước...............................................30

1.14.1 Tổng quan......................................................................................................30

1.14.2 Lũ lụt .............................................................................................................31

1.14.3 Lũ quét...........................................................................................................33

1.14.4 Lũ bùn đá.......................................................................................................33

1.14.5 Hạn hán .........................................................................................................34

1.14.6 Các dạng tai biến, rủi ro môi trường khác liên quan tới nước.......................35

CHƯƠNG 2 SÔNG NGÒI VÀ TÀI NGUYÊN NƯỚC SÔNG.................................39

2.1 Tổng quan..............................................................................................................39

2.2 Chế độ nước sông..................................................................................................42

2.3 Năng lượng dòng nước..........................................................................................44

2.4 Quy luật chuyển động của nước............................................................................45

2.4.1 Quá trình sinh dòng chảy từ mưa trên lưu vực..................................................45

2.4.2 Quy luật chảy tập trung trên lưu vực.................................................................46

2.4.3 Quy luật chuyển động của nước trong sông......................................................48

2.5 Hình dạng lòng sông và tương tác dòng nước lòng sông......................................50

2.5.1 Hình dạng lòng sông trên mặt bằng ..................................................................50

2.5.2 Hình dạng đáy sông...........................................................................................51

2.5.3 Chỉ tiêu ổn định lòng sông ................................................................................52

2.5.4 Dòng chảy phù sa ..............................................................................................52

CHƯƠNG 3 TÀI NGUYÊN NƯỚC HỒ VÀ HỒ CHỨA..........................................54

3.1 Tài nguyên nước hồ...............................................................................................54

3.2 Tài nguyên nước hồ chứa......................................................................................57

3.2.1 Tổng quan..........................................................................................................57

3.2.2 Các đặc trưng hình thái kho nước dạng đập......................................................58

3.2.3 Những vấn đề đặc biệt của kho nước nhân tạo .................................................59

CHƯƠNG 4 TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT.......................................................65

4.1 Khái niệm ..............................................................................................................65

4.1.1 Khái niệm chung về nước dưới đất ...................................................................65

4.1.2 Trữ lượng nước dưới đất ...................................................................................65

4.1.3 Quan hệ giữa nước mặt và nước dưới đất .........................................................66

4.2 Phân bố nước dưới đất theo thế nằm.....................................................................66

4.2.1 Nước trong đới thông khí..................................................................................66

4.2.2 Nước trong đới bão hoà.....................................................................................67

4.3 Chế độ nước dưới đất ............................................................................................68

CHƯƠNG 5 HIỆN TRẠNG KHAI THÁC, SỬ DỤNG NƯỚC VÀ TÁC ĐỘNG

ĐẾN MÔI TRƯỜNG ..............................................................................69

5.1 Nhu cầu, phương thức khai thác nước và hệ quả ..................................................69

5.1.1 Tiêu thụ nước trong nông nghiệp ......................................................................69

5.1.2 Tiêu thụ nước trong công nghiệp ......................................................................71

5.1.3 Tiêu thụ nước trong sinh hoạt ...........................................................................72

5.1.4 Dùng nước trong thuỷ điện ...............................................................................73

5.1.5 Dùng nước trong giao thông thuỷ .....................................................................74

5.1.6 Dùng nước trong thuỷ sản .................................................................................74

5.1.7 Ứng xử tai biến liên quan tới nước....................................................................75

5.2 Quản lý tổng hợp nguồn nước...............................................................................76

5.2.1 Lịch sử vấn đề ...................................................................................................76

5.2.2 Quản lý tổng hợp nguồn nước...........................................................................77

5.2.3 Quản lý tài nguyên nước theo lưu vực ..............................................................79

5.2.4 Giám sát lượng nước .........................................................................................80

5.2.5 Giám sát chất lượng nước .................................................................................82

5.2.6 Công cụ kinh tế trong quản lý nguồn nước .......................................................82

CHƯƠNG 6 TÀI NGUYÊN NƯỚC VIỆT NAM.......................................................86

6.1 Tổng quan chung...................................................................................................86

6.1.1 Đặc điểm chung tài nguyên nước Việt Nam .....................................................86

6.1.2 Đặc điểm tài nguyên nước sông Việt Nam .......................................................87

6.1.3 Đặc điểm tài nguyên nước dưới đất Việt Nam..................................................90

6.1.4 Hồ đầm Việt Nam .............................................................................................91

6.1.5 Tai biến rủi ro liên quan đến nước ở Việt Nam.................................................93

6.1.6 Nhu cầu về nước................................................................................................97

6.1.7 Quản lý tài nguyên nước ở Việt Nam ...............................................................99

6.2 Các lưu vực sông lớn ở Việt Nam.......................................................................101

6.2.1 Lưu vực sông Hồng - Thái Bình .....................................................................101

6.2.2 Lưu vực sông Kỳ Cùng - Bằng Giang.............................................................103

6.2.3 Lưu vực sông Mã ............................................................................................104

6.2.4 Lưu vực sông Cả .............................................................................................105

6.2.5 Lưu vực sông Thu Bồn....................................................................................106

6.2.6 Lưu vực sông Ba .............................................................................................106

6.2.7 Lưu vực sông Đồng Nai ..................................................................................107

6.2.8 Sông Mê Công.................................................................................................109

6

Lời nói đầu

Nước có vai trò không thể thay thế trong toàn bộ sự sống và các quá trình xảy ra trên Trái

Đất. Nước gúp phần thành tạo bề mặt đất, hình thành đất thổ nhưỡng, thảm thùc vật, tạo thêi

tiết, điều hoà khớ hậu, gây hiệu ứng nhà kính, phân phối lại nhiệt ẩm... Nước là môi trường

cho các phản ứng hóa sinh tạo chất mới, giúp chuyển dịch nhiều loại vật chất. Môi trường

nước là cái nôi phát sinh và phát triển các cá thể sống đầu tiên. Nước là môi trường bảo đảm

dẫn chất, trao đổi chất, thải chất và giúp điều hoà thân nhiệt cho nhiều loại sinh vật. Nước có

vai trò quyết định trong các hoạt động kinh tế và đêi sống văn hóa tinh thần của loài người.

Trong lịch sử, các thuỷ vực lớn thưêng là những cái nôi của nhiều nền văn minh vĩ đại, đồng

thêi sự suy thóai vực nước cũng là nguyên nhân chính dẫn đến suy tàn một số trung tâm chính

trị, kinh tế và văn hóa lớn.

Thuỷ quyển là thành tố hài hoà của Trái Đất mang tính nhất thể và thống nhất, gúp phần

tạo ra giá trị thẩm mĩ, văn hóa và tính đặc thù riêng cho mỗi địa phương. Thuỷ quyển đồng

thêi là một môi trường tự nhiên có những quy luật sinh thành biến động riêng. Từ lâu nước đó

là đối tượng nghiên cứu của nhiều ngành khoa học khác nhau. Hóa học nghiên cứu nước như

một hợp chất (cấu tạo, tính chất hóa học...). Thuỷ văn học, hải văn học và địa chất thuỷ văn

nghiên cứu thuỷ quyển như một thành tố tự nhiên của Trái Đất. Thuỷ lợi, thuỷ điện, giao

thông, thuỷ sản, cấp nước... nghiên cứu nước để phục vô việc khai thác một giá trị sử dụng

nào đó, như cấp nước, năng lượng, môi trường, tuyến giao thông... hoặc nhằm khắc phục

những tác động bất lợi của nước trong quá trình thùc thi các dự án liên quan đến nó. Khi con

người tác động một cách riêng rẽ, khai thác thuỷ quyển theo từng tính năng và giá trị sử dụng

của nó, cố gắng tiến tới đạt được hiệu suất khai thác đơn cao nhất, họ đó vô tình gây ra những

tác động bất lợi, trước tiên là cho chính họ và sau đó là cho môi trường sống của mình.

Giáo trình "Tài nguyên nước" được biên soạn phục vụ chương trình đào tạo cử nhân khoa

học môi trường của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Giáo trình

trình bày những vấn đề cơ bản về nước trong các thuỷ vực lục địa như một loại hình tài

nguyên thiên nhiên đặc biệt, trong mối quan hệ giữa nó với các yếu tố tự nhiên và nhân sinh

khác nhau, nhằm hướng tới sự sử dụng nước hợp lý và tối ưu cho cả con người và tự nhiên.

Trong lần biên soạn và in ấn đầu tiên này, tác giả chân thành cảm ơn những đóng gúp xây

dựng từ TS. Vũ Văn Tuấn, PGS.TS. Hoàng Xuân Cơ, ThS. Nguyễn Thanh Sơn. Đồng thêi tác

giả rất mong nhận được sự trao đổi chân thành của các quý vị quan tâm để giáo trình ngày

càng hoàn thiện hơn.

Tác giả

7

Chương 1

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TÀI NGUYÊN NƯỚC

1.1 Thế nào là tài nguyên nước?

Tài nguyên thiên nhiên là các dạng vật chất, năng lượng, thông tin có giá trị tự thân, thể

hiện qua các đặc tính cơ, lý, hoá, sinh... của chúng mà con người đã biết hoặc chưa biết, tồn

tại khách quan và tuân theo những quy luật tự nhiên nhất định, mà con người có thể sử dụng

được trong hiện tại hoặc tương lai.

Theo “Thuật ngữ thuỷ văn và môi trường nước”, tài nguyên nước là lượng nước trên một

vùng đã cho hoặc lưu vực, biểu diễn ở dạng nước có thể khai thác (nước mặt và nước dưới

đất). Điều 2 Luật Tài nguyên nước Việt Nam (1998) quy định "Tài nguyên nước (của Việt

Nam) bao gồm các nguồn nước mặt, nước mưa, nước dưới đất, nước biển thuộc lãnh thổ Việt

Nam". Rõ ràng, tài nguyên nước của một lãnh thổ là toàn bộ lượng nước có trong đó mà con

người có thể khai thác sử dụng được, xét cả về mặt lượng và chất, cho sinh hoạt, sản xuất,

trong hiện tại và tương lai.

Nước là dạng tài nguyên đặc biệt. Nó vừa là thành phần thiết yếu của sự sống và môi

trường, quyết định sự tồn tại, phát triển của xã hội, vừa có thể mang tai họa đến cho con

người. Nước có khả năng tự tái tạo về lượng, về chất và về năng lượng.

J.A.Jonnes chia tài nguyên nước thành ba loại:

Tài nguyên tiềm năng tương lai, là toàn bộ lượng nước có trên Trái Đất mà trong điều

kiện hiện nay loài người hầu như chưa có khả năng khai thác, như nước ngầm nằm rất sâu,

nước trong băng tuyết hai cực, nước biển và đại dương…

Tài nguyên tiềm năng thực tại, là lượng nước có trong lãnh thổ, nhưng ở trạng thái tự

nhiên con người khó khai thác và có nguy cơ bị nó gây hại, hoặc xảy ra rủi ro, ví dụ như

nước lũ, nước ngầm nằm sâu…

Tài nguyên hiện thực của một vùng, là khái niệm trùng với quan điểm truyền thống hiện

nay, chỉ toàn bộ lượng nước có trong các thuỷ vực mặt và ngầm mà con người dễ dàng khai

thác sử dụng.

Giáo trình này giới hạn nội dung trình bày vào những vấn đề liên quan đến loại thứ hai và

thứ ba tức tài nguyên nước lục địa. Từ đây về sau, các loại nước này sẽ được gọi theo quy ước

là tài nguyên nước.

Hộp 1.1.

Một số đại lượng biểu thị tài nguyên nước

1. Mực nước H (cm): Là độ cao mặt nước so với một mặt chuẩn quy ước

bất kỳ (tương đối), hoặc mặt biển trung bình (tuyệt đối). H cho biết vị trí

mặt nước, cung cấp thông tin về lượng nước, dòng chảy, khả năng khai

thác, cấp nước và rủi ro. H tương đối dùng để nghiên cứu các vấn đề về

nước tại điểm đo. H tuyệt đối cho phép đánh giá các vấn đề về nước tại

nơi đo đạc và so sánh, lập tương quan giữa các số liệu đo đạc ở những

điểm khác nhau.

2. Độ sâu h (m): Là khoảng cách từ mặt nước tới đáy theo phương thẳng

đứng. h cho biết thông tin liên quan tới lượng nước, đặc tính thuỷ lực, khả

8

năng tự làm sạch, chế độ nhiệt của dòng chảy... Độ sâu được đo bằng

thước, dây tại từng điểm, hoặc bằng máy đo liên tục theo tuyến.

3. Vận tốc V (m/s): V biểu thị mức độ chảy, động năng của dòng nước,

mức độ cực đoan của chế độ dòng chảy. Với cùng một lưu lượng, V tỷ lệ

nghịch với diện tích mặt cắt hoạt động và để điều chỉnh V có thể thay đổi

diện tích mặt cắt hoạt động bằng các giải pháp khác nhau.

4. Lưu lượng nước Q (m3

/s, l/s): Là lượng nước chuyển qua mặt cắt ngang

của dòng chảy trong thời gian một giây. Q nước biểu thị lượng và động

năng của dòng chảy trong sông.

5. Tổng lượng nước W = Q. ΔT (m3

, km3

), là lượng nước chảy qua mặt cắt

ngang dòng chảy trong thời đoạn nghiên cứu. W đặc trưng tốt nhất cho lượng

nước có trong lưu vực. Trong cùng điều kiện hình thành dòng chảy, diện tích

lưu vực (F) càng lớn, W sinh ra trên đó và chảy trong sông càng lớn. W được

dùng để tính toán cân bằng, điều tiết, phân phối sử dụng nước.

6. Mô đun dòng chảy M = Q/F (l/s.km2

) biểu thị trung bình lượng nước hình

thành trên một đơn vị diện tích lưu vực (km2

), trong một đơn vị thời gian

(s), chảy về và đo được tại điểm nghiên cứu. M đặc trưng cho khả năng

sinh thuỷ của lưu vực, dùng để so sánh khả năng sinh thuỷ của các lưu

vực khác nhau, xây dựng bản đồ tài nguyên nước.

7. Lớp dòng chảy, tức độ sâu dòng chảy Y = W/F (mm) đặc trưng cho khả

năng sinh thuỷ của lưu vực, giúp so sánh khả năng sinh thuỷ của các lưu

vực, xây dựng bản đồ tài nguyên nước và tính cân bằng nước.

8. Mức đảm bảo về nước nhạt (m3

/người/năm): Là lượng dòng chảy bình quân

đầu người năm, có giá trị phụ thuộc vào điều kiện khí hậu thuỷ văn tự nhiên và

giảm theo sự tăng dân số.

Nước có vai trò to lớn trong các quá trình trên Trái Đất:

Tham gia thành tạo bề mặt Trái Đất.

Tham gia vào quá trình hình thành thời tiết, phân phối nhiệt ẩm theo không gian, thời

gian, điều hoà khí hậu.

Hấp thụ một lượng đáng kể CO2, tạo điều kiện ổn định CO2 khí quyển.

Tham gia hình thành thổ nhưỡng và thảm thực vật.

Là môi trường cho các phản ứng hoá sinh tạo chất mới, chuyển dịch vật chất, tạo mỏ

khoáng.

Là nơi khởi nguồn sự sống và môi trường sống của thuỷ sinh vật.

Thuỷ vực nước có những chức năng, giá trị đa dạng sau:

Trực tiếp duy trì sự sống của con người và sinh vật.

Là nguồn cung cấp loại vật chất cần thiết chưa thể thay thế trong nhiều quá trình sản xuất,

kinh tế, xã hội.

Là nơi nhận, chứa, xử lý chất thải làm sạch môi trường.

Là đường giao thông và nguồn cung cấp năng lượng.

Là một thành tố tự nhiên không thể thiếu của cảnh quan, tạo nên tính hệ thống, hoàn

chỉnh, nhất thể của nó và các quá trình diễn ra trong nó, từ đó tạo ra các giá trị khoa học, văn

hoá, thẩm mỹ, phong thuỷ…

Các giá trị sử dụng trên của nước không hoàn toàn song hành, mà có thể có những đối

nghịch, triệt tiêu nhau và việc khai thác một chức năng nào đó có thể dẫn đến làm giảm hoặc

mất hẳn những chức năng còn lại. Do vậy giá trị tổng hợp của tài nguyên không phải là phép

cộng số học các giá trị trên và việc sử dụng hợp lý, hiệu quả tài nguyên nước là một bài toán

vô cùng phức tạp. Nhiều cộng đồng đã và đang có xu thế khai thác quá mức một vài chức

9

năng nào đó của tài nguyên nước địa phương, gây tổn thương toàn hệ thống, suy giảm, thậm

chí triệt tiêu các chức năng còn lại của nó. Nhiều hoạt động nhân tạo đang làm tổn thương

điều kiện hình thành thời tiết, khí hậu, thuỷ văn tự nhiên ở tầm vĩ mô và toàn cầu, làm thay

đổi các quy luật hình thành, biến đổi tài nguyên nước vốn tương đối ổn định, gây bất lợi cho

các đối tượng sử dụng. −

Thực tiễn dùng nước của một địa phương phụ thuộc:

1- Đặc điểm, tính chất của tài nguyên (như số lượng, chất lượng, phân bố theo thời gian

và không gian, khả năng tự phục hồi…).

2- Đặc điểm của đối tượng dùng nước (nhu cầu, thói quen, nhận thức, năng lực, khả năng

tài chính, công nghệ…). Việc người dân dùng loại nước nào, dùng như thế nào phụ thuộc

trước tiên vào khả năng của họ có thể đầu tư ban đầu và chi trả thường kì ở mức nào. Ngoài

ra, nó cũng phụ thuộc đáng kể vào thói quen cộng đồng và văn hoá truyền thống. Có những

nhóm cư dân chỉ chấp nhận sử dụng một số loại nước nào đó cho sinh hoạt theo thói quen, ví

dụ như pha chè bằng nước giếng làng, ăn bằng nước mưa, uống bằng nước mưa không đun

sôi… Có lẽ câu ca dao “Toét mắt là tại hướng đình” cũng nên được hiểu đúng hơn là “...tại

dùng nước giếng đình đã ô nhiễm để rửa mặt”

Nước càng khan hiếm, giá nước càng cao và mặt bằng kinh tế càng phát triển thì giá

thành nước cao sẽ càng dễ được chấp nhận. Sự phát triển nhanh của khoa học công nghệ sẽ

giúp tìm ra những cách rẻ tiền hơn để khai thác nước từ các nguồn khác nhau, dẫn tới những

loại nước kém phù hợp, hoặc khó khai thác, sẽ được đưa vào sử dụng nhiều hơn.

Bảng 1.2.

Khai thác sử dụng tài nguyên nước tiềm năng

Nước lũ khi được giữ lại trong các kho nước để phát điện, phục vụ tưới, giao thông… sẽ trở thành tài nguyên.

Điều tiết dòng chảy bằng kho nước đòi hỏi phải có kỹ thuật công nghệ và nguồn lực tài chính ban đầu lớn nên

không dễ được lựa chọn và không phải cộng đồng nào cũng thực hiện được.

Nước mặn có thể được ngọt hoá, trở thành nguồn cấp quan trọng, nhiều khi là duy nhất cho một số vùng khan

hiếm nước. Trên thế giới hiện có trên 1.800 điểm ngọt hoá nước với quy mô và công nghệ khác nhau. Có một

công nghệ ngọt hoá nước đơn giản được dân gian áp dụng từ lâu, như xây bể chứa nước mặn có mái bằng

kính, nước bốc hơi lên gặp kính sẽ ngưng tụ, chảy theo độ dốc về máng hứng. Sa mạc khô hạn nhất thế giới

Atacama - Chi Lê có một loại sương mù từ Thái Bình Dương mang theo nhiều hơi nước. Dân làng Cgungundo đã

khai thác được mỗi ngày 11.000 lít nước ngọt bằng cách căng 75 chiếc màn polypropylene, mỗi cái dài 12 mét, rộng

4 mét, cách mặt đất 2 mét để đón gió ẩm và tạo ra nước ngưng tụ.

Một số dân tộc và quốc gia, như Ixraen, Liên Xô, Mỹ, Ấn Độ... đã sử dụng thành công nước có độ khoáng hoá

cao để tưới liên tục trong thời gian dài, mà không gây thoái hoá đất. Nguyên tắc chung khi dùng nước mặn để

tưới là phải thu hết nước thừa, không cho chúng bốc hơi làm mặn đất, không cho chúng ngấm xuống sâu làm

dâng mực nước ngầm tới mức tầng mao dẫn có thể lên sát mặt đất, làm nước ngầm bay hơi gây mặn đất.

Nước mặn cũng đang được nghiên cứu sử dụng trực tiếp cho sản xuất trong một số công nghệ đặc biệt, như làm

nguội máy...

Bảng 1.3.

Một số phương pháp phân loại nước

1. Phân loại theo độ khoáng hoá (ĐKH):

Phân loại chung: Nhạt - ĐKH <1g/l ; Lợ - ĐKH 1 - 25g/l ; Mặn - ĐKH >25g/l.

Phân loại nước nhạt: ĐKH thấp <200mg/l; ĐKH trung bình 200 - 500mg/l; ĐKH cao 500 - 1.000mg/l và ĐKH rất

cao >1.000mg/l.

2. Phân loại theo độ cứng:

Thang độ cứng thông thường H(me/l) có năm loại: Rất mềm, H < 1,5 ; mềm, H = 1,5 - 3,0; hơi cứng,

H = 3,0 - 6,0; cứng, H = 6,0 - 9,0; rất cứng, H > 9,0.

Thang độ cứng Đức (1o

= 10mg muối Ca + Mg quy về Oxit canxi /l) có năm loại: rất mềm < 4o

; mềm 4 - 8o

; TB

8 - 18o

; cứng 18 - 30o , rất cứng > 30o

.

3. Phân loại của Aliokin theo thành phần hoá học:

Phân lớp theo 3 anion chính: Lớp bicacbonat + cacbonat ( , ĐKH nhỏ; Lớp sunphat ( S);

Lớp clorua (Cl

HCO CO 3

− + 3

−− SO4

−−

−

), có ĐKH lớn.

Phân lớp thành 3 nhóm theo cation chính: Nhóm canxi (Ca++); Nhóm magiê (Mg++); Nhóm kali + natri (Na+

+

10

K+

).

Phân nhóm thành 4 kiểu theo tương quan giữa các ion:

Kiểu I: >Ca HCO3

− ++ + Mg++, ĐKH nhỏ, thường thuộc về thuỷ vực lưu thông ít, phong hoá macma, trao đổi

Ca++ và Mg++ thành Na+

Kiểu II: < Ca HCO3

− ++ + Mg++< + HCO3

− SO4

−− -

, ĐKH trung bình, thường liên quan với đá trầm tích, macma, nước

sông, hồ, ngầm.

Kiểu III: + HCO3

− SO4

−− < Ca++ + Mg++ hoặc Cl > Na − +

, ĐKH thường cao, gặp trong các liman, hồ, nước

ngầm.

Kiểu IV: = 0, nước axit, thường gặp ở đầm lầy, hầm mỏ... HCO3

−

1.2 Nguồn gốc nước tự nhiên

Có rất nhiều các giả thuyết đã được đưa ra để giải thích sự phát sinh và tồn tại của nước

trong tự nhiên. Mỗi giả thuyết phù hợp với đặc điểm về mặt lượng và chất của một loại nước

nào đó. Do chưa có giả thuyết nào phù hợp nhất với mọi loại nước, nên hiện nay nhiều giả

thuyết vẫn song song tồn tại. Dưới đây là một số giả thuyết đáng chú ý nhất.

Nguồn gốc nguyên sinh của nước là giả thuyết được nhiều người công nhận nhất, theo đó

khi Trái Đất được hình thành từ khối khí bụi vũ trụ nóng bỏng co lại, nguội đi, thì phản ứng

giữa hyđro và ôxy đã sinh ra hơi nước, tạo thành một đám mây dày đặc bao phủ Trái Đất. Khi

nhiệt độ hạ thấp, các đám mây biến thành nước, gây ra một trận mưa như trút trong suốt

60.000 năm, làm đầy các vùng trũng bề mặt đất và nguội lạnh đất. Ngày nay quá trình phun

trào và nguội đi của macma từ lòng đất vẫn tiếp tục sinh ra loại nước này nhưng không đáng

kể và cân bằng với lượng nước mất đi trong các quá trình phong hoá vật chất và bị giữ lại

trong trầm tích. Do đó mức nước biển và lượng nước trên Trái Đất gần như không thay đổi.

Thuyết ngưng tụ cho rằng hơi nước dịch chuyển theo các dòng khí giữa các lỗ hổng trong

đất, gặp điều kiện thuận lợi sẽ ngưng tụ. Trong điều kiện khí hậu khô hạn, dòng chuyển dịch

hơi nước từ khí quyển vào tầng đất thoáng khí là nguồn cấp ẩm quan trọng cho hệ sinh thái

địa phương.

Thuyết chôn vùi lí giải việc một số mỏ nước dưới đất có thành phần hoá học rất gần với

nước biển, có nguồn gốc biển cổ, bị chôn vùi trong quá trình kiến tạo địa chất.

Thuyết trầm tích cho rằng một số loại nước có độ khoáng hoá cao trong các thuỷ vực mặt

và ngầm, có thể có nguồn gốc khoáng chất từ sự hoà tan trong quá trình chảy tràn trên đất,

thấm qua đất và chứa trong đất, hoặc do tích luỹ muối khoáng từ quá trình bốc hơi liên tục

trong điều kiện khí hậu khô hạn.

1.3 Thể tồn tại của nước, tính chất và ý nghĩa

Trong biên nhiệt độ Trái Đất, nước tồn tại được ở cả ba thể rắn, lỏng, hơi và dễ dàng

chuyển hoá được từ thể này sang thể khác. Đây là một dị thường tính chất lý học quý báu

khiến nước trở thành hợp chất hoá học có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực tự nhiên, xã

hội và khép kín tuần hoàn nước. Khi áp suất tăng, nước có điểm đóng băng giảm, điểm sôi

tăng. Ở độ sâu 4.000m trong thuỷ vực, khi nhiệt độ nước <-3o

C nước vẫn chưa đóng băng.

Đây cũng là nguyên nhân góp phần làm thuỷ vực không băng cứng hoàn toàn trong các vùng

nước sâu.

Hơi nước trong khí quyển là yếu tố khép kín tuần hoàn nước và phân phối ẩm theo không

gian, hấp thụ bức xạ sóng dài, góp phần tạo ra hiệu ứng nhà kính, cung cấp 1/3 năng lượng

cho sự hình thành tuần hoàn khí quyển, tạo biên nhiệt lý tưởng cho sự sống và các quá trình tự

11

nhiên khác; Hơi nước trong khí quyển tạo ra hiệu ứng nhà kính lớn gấp gần hai lần hiệu ứng

gây nên bởi các khí nhà kính còn lại; Không có hơi nước, nhiệt độ trung bình Trái Đất sẽ thấp

hơn hiện nay 16o

C. Trong vùng khô hạn hơi nước là nguồn ẩm quan trọng, góp phần hình

thành nước ngưng tụ duy trì sự sống.

Nước đóng băng thì nở ra, tăng 11% thể tích, giảm tỷ trọng, nên luôn nổi trên mặt nước.

Khi nước trong các lỗ hổng đóng băng, sự trương nở làm lỗ hổng vỡ rộng hơn, tác động tích

cực vào quá trình phong hoá vật lý và hỗ trợ cho các quá trình phong hoá hoá học, xói mòn.

Nếu nước đóng băng trong không gian kín, sẽ xuất hiện áp lực dư cực lớn, có khả năng phá

vỡ mọi kết cấu bao bọc, làm nứt vỡ các tầng nham thạch chứa nước, các vỏ bì… gây chết

thực vật và làm tăng phong hoá vật lý đất đá tạo lỗ hổng, khe nứt, hoặc vật chất bở rời.

Nước lỏng tồn tại ở nhiều dạng, nhưng chỉ có nước màng, mao dẫn, trọng lực là có khả

năng dịch chuyển tốt và hệ sống tiêu thụ được, nên thực sự có ý nghĩa là tài nguyên. Nước

màng tồn tại quanh các hạt đất nhờ tác động của lực liên kết vật lý (hấp phụ), nước mao dẫn

hình thành và được duy trì trong các mao mạch, lỗ hổng nhỏ, nhờ tác động của lực mao dẫn.

Chúng đều có vai trò tạo độ ẩm cho tầng đất thoáng khí, cấp nước cho bốc hơi và thực vật.

Nước có nhiệt dung riêng cao, hệ quả là:

1- Trong cùng một điều kiện tự nhiên biên độ nhiệt của khối nước nhỏ hơn nhiều so với

biên độ nhiệt của không khí và đất đá, tạo điều kiện thuận lợi cho sự sống của thuỷ sinh và vi

khí hậu.

2- Khi bị đốt nóng khối nước tích nhiệt, còn khi nguội đi sẽ toả nhiệt, giúp điều hoà nhiệt năng

theo thời gian, tạo vi khí hậu; Khi chuyển dịch theo phương kinh độ, dòng nước sẽ tạo ra sự phân

phối lại nhiệt năng theo phương chuyển dịch và góp phần hình thành các đặc điểm khí hậu địa

phương. Xích đới, miền bị Mặt Trời đốt nóng mạnh nhất, lại không phải là miền khô nóng nhất, bởi

vùng này hầu hết là đại dương, nhiệt năng bị hấp thụ làm nước bốc hơi hoặc đốt nóng khối nước và

theo dòng nước nóng đi khỏi khu vực. Các dòng biển lạnh gây khô hạn ở bờ Tây, dòng nóng gây

ẩm ướt ở bờ Đông các lục địa. Chỉ riêng dòng Gơnxtrim cung cấp cho mỗi cm2

bờ biển châu Âu 4

tỷ Kcal/năm, tương đương lượng nhiệt toả ra khi đốt 0,5 triệu tấn than.

Mật độ nước đạt cực đại tại 4o

C và giảm khi nhiệt độ giảm từ 4o

C xuống 0o

C. Nước

truyền nhiệt phân tử kém và nở ra khi đóng băng, do đó tại các tầng nước sâu nhiệt độ nước

không xuống dưới 4o

C và băng luôn nổi trên mặt nước. Hệ quả là tạo đường giao thông trên

băng, lưu thông nước dưới băng, nguồn cấp nước liên tục và môi trường sống liên tục cho các

loài thuỷ sinh xứ lạnh trong mùa đông.

Dị thường biến đổi mật độ theo nhiệt độ đã tạo ra hai kiểu đối lưu nhiệt khác nhau trong

khối nước: Trên 4o

C, đối lưu nhiệt xảy ra khi mất nhiệt và lạnh đi từ trên mặt hoặc nóng lên

và được cấp nhiệt từ đáy (trường hợp rất ít gặp). Dưới 4o

C, đối lưu nhiệt xảy ra khi được cấp

nhiệt và nóng lên từ trên mặt. Mọi quá trình đối lưu đều có vai trò đồng nhất hoá các đặc

trưng lý, hoá, sinh khác nhau của khối nước, tạo thuận lợi cho nhiều quá trình tự nhiên, đặc

biệt là sự sống.

Nước có khả năng hoà tan các chất cao, tạo thuận lợi cho các phản ứng hoá học và

chuyển dịch vật chất trong môi trường.

1.4 Tuần hoàn nước tự nhiên

Tuần hoàn nước là quá trình nước tự vận động khép kín, từ bốc hơi do bị đốt nóng bởi

bức xạ Mặt Trời, chuyển dịch theo dòng khí do chênh lệch áp suất, mật độ, đến ngưng tụ sinh

12

mưa rơi xuống mặt đất, tạo dòng chảy trên mặt hoặc trong đất, đổ vào lưới sông và chảy đến

các thuỷ vực nơi nó đã bốc hơi dưới tác động của trọng lực. Tuần hoàn nước diễn ra liên tục

trên quy mô toàn cầu, nhưng phân hoá về quy mô theo vùng địa lý. Lượng mưa hàng năm ở

lục địa là 111.000km3

. Nó có nguồn gốc từ bốc hơi trực tiếp là 70.000km3

, hơi nước đến từ

đại dương là 41.000km3

và tạo ra khoảng 41.000km3

dòng chảy hoàn trả cho đại dương.

Lượng dòng chảy này chính là khả năng tái tạo về lượng của tài nguyên nước.

Hệ thống thuỷ văn toàn cầu gồm 4 kiểu kho chứa tự nhiên là: đại dương, thuỷ vực lục địa,

băng, khí quyển và dòng trao đổi giữa chúng (ở cả ba thể rắn, lỏng, hơi). Dòng giữa các thủy

vực mặt và ngầm, giữa các thủy vực ngầm với nhau thường rất phức tạp và có thể có hướng

dòng thay đổi theo mùa hoặc pha khác nhau của chu kỳ nước. Khi hai thủy vực thông nhau,

những thủy vực có nguồn nuôi dồi dào, có mực nước hoặc mức áp lực thủy tĩnh cao hơn sẽ

tạo ra dòng chảy đến thủy vực còn lại.

Tuần hoàn nước có vai trò to lớn trong việc phân phối và tái tạo tài nguyên nước, điều tiết

nhiệt năng theo thời gian và không gian, tạo khí hậu thời tiết và làm sạch môi trường. Tuần

hoàn nước là một chu trình nhạy cảm với biến động, chỉ cần lượng bốc hơi đại dương tăng 2%

có thể khiến lượng mưa lục địa tăng 10%. Các hiện tượng khí hậu thời tiết bị chi phối bởi

hoàn lưu khí quyển rất nhạy cảm với những biến động thành phần và tính chất của môi trường

không khí.

1.5 Cân bằng nước

Phương trình cân bằng nước, của một khu vực trong một thời đoạn nhất định, là biểu thức

toán học biểu diễn tương quan giữa các phần nước đi vào, đi ra và sự biến đổi lượng nước có

sẵn trong khu vực trong khoảng thời gian đó, được cân bằng trên cơ sở định luật bảo toàn vật

chất. Biểu thức tổng quát của phương trình như sau:

P + N + Mv + Đv – E – Mr – Đr + Vm1 + Vn1 – Vm2 – Vn2 = 0 (1.1)

(phần đến) ( phần đi) ( phần thay đổi )

Hay: P = ( E –N ) + ( Mv + Đv ) – ( Mr + Dr ) ± ΔVm ± ΔVn (1.1’)

trong đó: P- lượng mưa; E- lượng bốc hơi; N- lượng ngưng tụ; M- dòng chảy mặt; Đ￾dòng dưới mặt; V- lượng trữ trong khu vực; ΔV- biến động lượng trữ trong thời đoạn tính; 1-

đầu thời đoạn; 2- cuối thời đoạn; m- mặt; n- ngầm; v- vào; r- ra.

Khi lượng ngưng tụ không lớn và trong lưu vực có các công trình nhân tạo quy mô lớn

chuyển nước vào (Cv ) ra (Cr ) khỏi khu vực, phương trình cân bằng nước (1.1) được biến đổi như

sau:

P = E +(Mv + Dv + Cv) – (Mr + Dr + Cr) ± ΔVm ± ΔVn (1.2)

Độ lớn của dòng nhân tạo so với các thành phần còn lại trong cán cân nước khu vực, tuỳ

thuộc trữ lượng nước tự nhiên, nhu cầu và khả năng của con người. Từ góc độ môi trường,

đây là thành phần cần quan tâm, vì nó liên quan trực tiếp với các hoạt động nhân sinh, tiềm ẩn

nhiều yếu tố gây ô nhiễm môi trường và nó là yếu tố ngoại lai của hệ tự nhiên, nên tiềm ẩn

những nguy cơ gây biến đổi bất thường trong hệ.

Phương trình cân bằng nước năm, trung bình nhiều năm, của một lưu vực sông kín, có

dạng tổng quát như sau:

P = E + Y (1.3)