Ứng dụng kỹ thuật thủy văn đồng vị trong nghiên cứu nước ngầm13:28:00 12/04/2018

Theo Giáo sư về địa chất và địa vật lý Douglas Kip Solomon của Đại học Utah (Hoa Kỳ), thủy văn đồng vị là kỹ thuật hiệu quả và đáng tin cậy nhất hiện nay có thể đánh giá nước ngầm một cách toàn diện. Với kỹ thuật thủy văn đồng vị, các nhà khoa học có thể xác định trữ lượng, chất lượng và tính bền vững của nguồn nước. Các đồng vị tự nhiên được sử dụng như chất đánh dấu để tìm ra nguồn nước ngầm xuất phát từ đâu, là nguồn nước mới hay đã lâu đời, có được bổ cấp không, có bị ô nhiễm không và nó di chuyển như thế nào.

Kỹ thuật thủy văn đồng vị được thực hiện trên nguyên lý nào?

Mỗi phân tử nước có nguyên tử Hydro và Oxy nhưng chúng không hoàn toàn giống nhau: một số nguyên tử nhẹ hơn và một số nặng hơn. Tất cả các dòng nước tự nhiên có thành phần đồng vị Hydro và Oxy khác nhau, vì vậy thành phần đồng vị được sử dụng như là “dấu vân tay” của nước.

Khi nước bốc hơi từ biển, các phân tử nước có các đồng vị nhẹ hơn có xu hướng bốc hơi lên trên cao. Khi mưa, các phân tử có đồng vị nặng hơn sẽ rơi sớm hơn. Các đám mây di chuyển càng sâu vào trong đất liền, các đồng vị nhẹ càng chiếm tỷ lệ cao hơn trong nước mưa.

Khi nước rơi xuống đất, nó làm đầy các hồ, sông ngòi và tầng chứa nước. Bằng việc đo đạc sự chênh lệch về tỷ lệ giữa các đồng vị nhẹ và nặng, chúng ta có thể dự đoán được nguồn gốc của các vùng nước khác nhau.

Sử dụng kỹ thuật đồng vị để phát hiện ra nguồn gốc của vùng nước (Nguồn: IAEA)

Ngoài ra, các đồng vị phóng xạ tự nhiên có trong nước như Tritium, Cacbon 14 và các khí hiếm có thể được sử dụng để ước lượng tuổi thọ của nước ngầm - từ vài ngày đến hàng nghìn năm. Khi nước ngầm được xác định có hàng chục nghìn năm tuổi, điều này có nghĩa là dòng chảy của nước rất chậm và nếu khai thác không đúng cách, có thể mất hàng chục nghìn năm nguồn nước đó mới được bổ cấp lại.

Các đồng vị tự nhiên cho biết tuổi thọ của nước ngầm (Nguồn: IAEA)

Giá trị của tất cả những dữ liệu này là các nhà hoạch định chính sách có thể sử dụng chúng trong việc thiết kế mô hình quản lý nước cải tiến. Ví dụ như biết rằng nước ngầm không được bổ cấp thường xuyên có thể dẫn đến việc đưa ra các quy định khai thác nước nghiêm ngặt hơn hoặc phát hiện thấy nguồn ô nhiễm tiềm ẩn trong một tầng nước ngầm có thể giúp các nhà chức trách bảo vệ khu vực đó và thúc đẩy việc triển khai các hoạt động đảm bảo tính bền vững.

Ứng dụng kỹ thuật thủy văn đồng vị trên thế giới và Việt Nam

Một trong những kết quả có ý nghĩa trong lĩnh vực này là việc phát hiện ra trữ lượng đáng kể  nguồn nước có chất lượng tốt ở vùng Sahel khô hạn của Châu Phi. Phát hiện này là kết quả của nỗ lực 4 năm của IAEA nhằm giúp 13 quốc gia châu Phi sử dụng các kỹ thuật đồng vị để đánh giá nguồn gốc và chất lượng nước ngầm trong 5 tầng chứa nước và lưu vực chung. Đây là đánh giá đầu tiên ở cấp vùng về nước ngầm ở Sahel trên diện tích 5 triệu km2.

Ở Argentina, các nhà thủy văn đồng vị đã thu thập và giải thích dữ liệu từ hai khu vực chiến lược với sự trợ giúp của IAEA từ năm 2016. Các nhà chức trách muốn tìm hiểu xem liệu nước ở các tầng nước ngầm khác nhau có đang được khai thác bền vững hay không, liệu các tầng nước ngầm có đủ trữ lượng để hỗ trợ việc sử dụng thêm nước, và liệu nguồn nước có chất lượng tốt không.

Nhờ kỹ thuật thủy văn đồng vị, các nhà khoa học Bolivia đã tìm ra những bí mật của tầng nước ngầm ở Purapurani. Kết quả nghiên cứu cho thấy ở khu vực phía Bắc của tầng nước ngầm, nước ở các tầng nông đã bị ô nhiễm, một phần nước ở khu vực phía đông có thể đã hơn 2000 năm tuổi và một phần nước ở tầng nước ngầm có nguồn gốc từ nước mưa ở dãy Andes. Những thông tin này thúc đẩy nghiên cứu khoa học về Purapurani và hoạch định các chính sách bảo vệ, quản lý nước trên cơ sở tiềm năng và giới hạn của tầng chứa nước ngầm.

Ở Việt Nam, tại đồng bằng Nam Bộ, toàn bộ các tầng nước ngầm đã được khảo sát để xác định nguồn gốc của nước ngầm cũng như một số thông số động học của các tầng nước ngầm hiện hữu. Các kết quả này đã góp phần hoạch định công tác nghiên cứu và điều tra, quy hoạch tài nguyên nước ngầm ở đồng bằng Nam Bộ. Tại khu vực Trung Bộ, việc áp dụng các đồng vị thủy văn, kết hợp với phương pháp địa hóa đã xác định được nhiệt độ của nước dưới các bể địa nhiệt và kết luận các nguồn nước nóng này không thích hợp cho mục đích năng lượng qui mô lớn. Kết luận này cũng giúp định hướng đầu tư hiệu quả để khai thác nguồn tài nguyên nước nóng ở khu vực này. Tại thành phố Hồ Chí Minh, các đồng vị thủy văn đã được sử dụng hiệu quả để làm rõ một số vấn đề trong nước ngầm khu vực. Sự sụt giảm mực nước tĩnh trong các tầng nước ngầm, nhiễm mặn, nhiễm arsen, hợp chất nitơ là những vấn đề nóng trong khai thác và quản lý nước ngầm tại khu vực trọng điểm phía Nam này. Việc áp dụng các đồng vị thủy văn đã và đang làm rõ khả năng bổ cấp hiện đại cho nước ngầm, các nguồn có thể bổ cấp chủ yếu và khoanh vùng khu vực bổ cấp nhằm duy trì bổ cấp hiện đại và giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm nước ngầm. Các đồng vị thủy văn cũng đã chỉ rõ sự hòa tan khoáng chất trong đất đá tầng chứa và do sự xâm nhập từ các khối nước ngầm mặn có nguồn gốc biển là các nguyên nhân chính gây nhiễm mặn nước ngầm tại một số khu vực. Nguồn gốc tự nhiên của arsen và nguồn gốc nhân tạo của nitrate trong nước ngầm tại khu vực TP.HCM cũng được chứng minh bằng các đồng vị thủy văn. Các kết quả này giúp Thành phố có những giải pháp hợp lý hơn trong quản lý, khai thác nước ngầm cho phát triển bền vững.

Vân Anh, Phòng Hợp tác quốc tế

(Tổng hợp từ website IAEA và website Trung tâm hạt nhân TP HCM)

Google translate
Liên kết
  • Bộ Khoa học và Công nghệ
    Bộ Khoa học và Công nghệ
Thư viện ảnh
Đối tác
Media
Thống kê truy cập