Những luận điểm chung

Sử dụng hợp lý và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên - nhiệm vụ quan trọng nhất của thời đại. Những vấn đề sử dụng nước, đặc biệt ở các quốc gia với tài nguyên nước hạn chế, đang là nỗi lo đặc biệt. Hiểm họa không chỉ do sự cạn kiệt về lượng, mà cả do suy giảm chất lượng ở qui mô lớn, không cho phép sử dụng tài nguyên hiện có, đang trở nên hiện thực.

Vì vậy, vấn đề sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường đang được rất chú ý ở cấp quốc gia và pháp lý. Thật vậy, ngay từ những năm đầu tiên tồn tại nhà nước Xô viết, sở hữu quốc gia về nước đã được đề ra, mở ra những khả năng rộng lớn để sử dụng tổng hợp và có kế hoạch tài nguyên nước nhằm phát triển kinh tế quốc dân, đồng thời bảo vệ nước khỏi ô nhiễm và cạn kiệt.

Năm 1919, ở nước Nga đã thành lập Uỷ ban Trung ương về Bảo vệ nước, với nhiệm vụ nghiên cứu các thủy vực tiếp nhận nước thải từ các xí nghiệp, tìm kiếm các biện pháp đấu tranh chống ô nhiễm mọi nguồn nước, kiểm tra và tư vấn về mọi vấn đề liên quan tới làm sạch nước thải. Năm 1947, Hội đồng Bộ trưởng Liên Xô đã thông qua nghị định “Về những biện pháp loại trừ ô nhiễm và bảo tồn vệ sinh các nguồn nước”. Năm 1959, Hội đồng Bộ trưởng Liên Xô đã thông qua nghị định “Về tăng cường kiểm soát nhà nước đối với sử dụng nước ngầm và các biện pháp bảo vệ nó”, còn năm 1960, nghị định “Về những biện pháp lập lại trật tự sử dụng và tăng cường bảo tồn tài nguyên nước ở Liên Xô“. Tương ứng với những nghị định này, đã thành lập những cơ quan về bảo vệ tài nguyên nước và xây dựng những giải pháp giữ trong sạch các thủy vực.

Trong nhiệm vụ của các cơ quan thuộc Thanh tra Nhà nước bao gồm việc thực hiện kiểm tra về sử dụng hợp lý tài nguyên nước của các xí nghiệp, tiến hành các biện pháp bảo vệ thủy vực khỏi ô nhiễm, bẩn và cạn kiệt; thống kê tài nguyên nước mặt và đảm bảo sử dụng một cách có kế hoạch; xây dựng cân bằng thủy lợi và những phương án sử dụng và bảo vệ tài nguyên nước tương lai; những kế hoạch và nguyên tắc sử dụng tổng hợp tài nguyên nước v.v...

Theo nghị định trên, việc xây dựng và đưa vào khai thác những cơ sở công nghiệp chỉ được cho phép nếu tuân thủ toàn bộ các biện pháp bảo vệ nước đảm bảo sự trong sạch của nguồn nước mặt.

Từ năm 1978, Tổng cục Khí tượng Thủy văn Liên Xô chuyển đổi thành Uỷ ban Nhà nước về Khí tượng Thủy văn và Kiểm soát Môi trường Thiên nhiên Liên Xô - Ủy ban Nhà nước về Khí tượng Thủy văn Liên Xô - được giao trách nhiệm nghiên cứu các chỉ tiêu định tính và định lượng của nước mặt và biến đổi của chúng do ảnh hưởng hoạt động kinh tế của con người.

Từ giữa những năm bảy mươi, Tiêu chuẩn Nhà nước Liên Xô đã đề xuất hệ thống tiêu chuẩn trong lĩnh vực bảo vệ chất lượng nước.

Các cơ quan thanh tra vệ sinh của Bộ Y tế Liên Xô và các nước cộng hòa (các trạm vệ sinh - dịch tễ) thực hiện gìn giữ vệ sinh các thủy vực dùng trong cung cấp nước ăn, trong các mục đích chữa bệnh và nghỉ dưỡng cũng như các mục đích khác.

Bộ Ngư nghiệp, thông qua các cơ quan bảo ngư, phải thực hiện công tác thanh sát đối với các thủy vực có giá trị kinh tế nghề cá.

Bộ Địa chất có chức năng kiểm soát việc sử dụng nước ngầm và bảo vệ chúng khỏi cạn kiệt và ô nhiễm.

Ở tất cả các nước cộng hoà thuộc Liên bang có các đạo luật về bảo vệ thiên nhiên, trong đó vấn đề về bảo vệ nước chiếm vị trí quan trọng. Trong luật hình sự của các nước cộng hoà, việc làm ô nhiễm các thủy vực được quy vào trách nhiệm hình sự.

Năm 1970, đã thông qua “Cơ sở pháp chế về nước của Liên Xô và các nước cộng hoà liên bang”. Bằng văn bản pháp chế này đã khẳng định rằng nước tự nhiên là tài sản toàn dân, sử dụng hợp lý và bảo vệ chúng khỏi ô nhiễm là sự nghiệp quan trọng quốc gia. Những xí nghiệp và tổ chức nào có hoạt động làm ảnh hưởng đến trạng thái nước phải có trách nhiệm tiến hành các biện pháp công nghệ, cải tạo đất - rừng, kĩ thuật nông nghiệp, thủy công, vệ sinh và các biện pháp khác đảm bảo giữ nước khỏi ô nhiễm, bẩn và cạn kiệt, cũng như cải thiện tình hình và chế độ nước. Các biện pháp bảo vệ nước được bao hàm trong kế hoạch nhà nước về phát triển kinh tế quốc dân.

Chúng ta đang xây dựng và hoàn thiện những quy tắc bảo vệ nước trong khi sử dụng. “Những quy chế bảo vệ nước mặt khỏi ô nhiễm bởi nước thải” hiện hành cũng đang được thường xuyên điều chỉnh và hoàn thiện.

Khai thác tài nguyên nước, ngày càng có nhiều xí nghiệp trở nên liên quan lẫn nhau khi giải quyết các vấn đề kinh tế nước. Vì vậy, trong khi đánh giá sử dụng nước mặt và nước ngầm hiện nay và trong tương lai, trong khi tìm hiểu các vùng thiếu tài nguyên nước tạm thời và thường xuyên, thì việc điều chỉnh lại các cán cân nhu cầu nước ở các vùng lãnh thổ có ý nghĩa to lớn.

Cán cân nước là cơ sở của các sơ đồ tổng thể, vùng và lưu vực về việc sử dụng tổng hợp và bảo vệ tài nguyên nước cho mọi thời kỳ.

Trong những năm 70, chúng ta đã thông qua hàng loạt những quyết sách nhằm tăng cường bảo vệ thiên nhiên và một số đối tượng nước lớn.

Trong “Chiến lược toàn cầu bảo vệ thiên nhiên” thông qua tại Đại hội đồng Liên minh Quốc tế về Bảo vệ Tự nhiên và Tài nguyên Thiên nhiên, khóa 14, năm 1979 đã nêu: “Mỗi dân tộc và mỗi vùng trên thế giới cần tuyên bố công khai ở cấp cao nhất chấp nhận những nghĩa vụ về bảo vệ thiên nhiên. Những nghĩa vụ đó cần phải bao gồm việc đảm bảo phát triển chiến lược quốc gia hoặc khu vực về bảo vệ thiên nhiên và chương trình thực hiện nó. Một cách lý tưởng, những nghĩa vụ về bảo vệ thiên nhiên cần được đưa vào hiến pháp quốc gia của đất nước”. Điều này đã phản ánh tại điều 18, Hiến pháp Liên Xô, trong đó viết: “Vì quyền lợi của các thế hệ hôm nay và tương lai, ở Liên Xô chấp nhận những biện pháp cần thiết để bảo vệ và sử dụng hợp lý, có căn cứ khoa học đất và lòng đất, tài nguyên nước, giớithực vật và động vật, để gìn giữ sự trong sạch của không khí và nước, đảm bảo tái tạo của cải tự nhiên và cải thiện môi trường xung quanh con người”. Tại điều 67, Hiến pháp Liên Xô đã ghi: “Công dân Liên Xô có trách nhiệm gìn giữ thiên nhiên, bảo vệ của cải tự nhiên”.

Ở Liên Xô việc bảo vệ thiên nhiên là một bộ phận của chính sách quốc gia, còn những biện pháp bảo vệ thiên nhiên là bộ phận cấu thành trong các kế hoạch nhà nước. Tuy nhiên, nếu như ở cấp độ lập pháp quốc gia, thái độ đối với các vấn đề bảo vệ tài nguyên nước đã được đề cao thích đáng, thì các cơ quan thực thi không hiếm khi còn chưa có những biện pháp cần thiết về bảo vệ nước khỏi ô nhiễm và cạn kiệt, để cho nảy sinh những vấn đề nổi cộm như về các biển Aral, Azov và Kaspi, các hồ Bai can và Ladoga, lưu vực sông Vonga và nhiều đối tượng nước địa phương khác.

Tài nguyên nước của Liên Xô

Khái niệm “tài nguyên nước” bao gồm mọi loại nướcở trạng thái tự do (không liên kết hóa học) của hành tinh chúng ta: nước mặt và nước ngầm, ẩm lượng trong đất, nước băng hà, hồ, thủy vực nhân tạo được nhân loại sử dụng hay có thể sử dụng với mức độ phát triển hiện có của lực lượng sản xuất.

Hiện nay, tài nguyên nước chính ở nướcta là nước ngọt mặt và ngầm, có thể khai thác được.

Về tài nguyên nước, nước ta chiếm vị trí thứ nhất trên thế giới. Tại Liên Xô, tổng trữ lượng nước ngọt (không tính nước ngầm) được đánh giá cỡ 45.000 km³, ngoài ra, hàng năm lại tái tạo (tổng dòng chảy sông) khoảng 4.720 km³, trong đó 333 km³ xâm nhập từ các nước láng giềng. Tính trên một đầu người của Liên Xô có 17,5 ngàn m³ nước một năm, gần gấp đôi nhu cầu dùng nước trung bình toàn cầu. Sự phân bố tài nguyên nước theo lãnh thổ nước ta (theo vùng kinh tế) dẫn trong bảng 1.1.

Theo thể tích dòng chảy sông ngòi, Liên Xô nằm vào nhóm các nướclớn trên thế giới, tuy nhiên, chỉ số đảm bảo nước riêng (trên một đơn vị diện tích) của lãnh thổ nước ta thấp hơn 1,5 lần so với trung bìnhcác nước trên Trái Đất. Suất đảm bảo nước riêng lãnh thổ Liên Xô được ước lượng 6 l/(s.km²), nếu tính trên một đầu người thì trung bình có 55 m³/ngày. Phân bố tài nguyên nước mặt trên lãnh thổ Liên Xô rất không đồng đều. Hơn 64 % thuộc về các lưu vực Bắc Băng Dương, 22 % - các lưu vực Thái Bình Dương và hơn 13 % - các lưu vực Đại Tây Dương, biển Kaspi và Azov. Trên phần châu Âu của Liên Xô, lãnh thổ đông dân nhất của đất nước, chỉ có khoảng 1/4 tài nguyên nước.

Bảng 1.1. Tài nguyên nước các vùng kinh tế ở Liên Xô năm 1980

Bảng 1.2. Phân bố dòng chảy trung bình nhiều năm theo mùa

Như vậy, các vùng tây bắc, bắc và đông là những vùng được đảm bảo nhất về mặt tài nguyên nước, tỷ phần của các vùng đó bằng gần một nửa lãnh thổ Liên bang và gần 80 % toàn bộ tài nguyên nước. Trong phương diện kinh tế, các vùng này là những vùng kém phát triển và ít dân cư hơn.

Tổng dòng chảy của các sông lớn hay nhóm sông Liên Xô trải qua nhiều năm không biến đổi đáng kể. Sự phân bố dòng chảy theo mùa đặc trưng bởi tỷ lệ khá ổn định so với dòng chảy năm (bảng 1.2).

Với mục đích thoả mãn mọi nhu cầu về nước của các lĩnh vực kinh tế quốc dân khác nhau, đặc biệt là ở các lưu vực sông, nơi sự phân bố nước trong năm không đồng đều, người ta đã xây dựng các hồ chứa. Chúng phục vụ cho việc điều tiết dòng chảy, sử dụng cho thủy năng, tưới, chống ngập và các mục đích khác.

Trong các hồ tập trung phần lớn trữ lượng nước ngọt của đất nước. Tại Liên Xô thống kê được gần 3 triệu hồ, trong đó 95 % là hồ nước ngọt. Tổng diện tích mặt hồ bằng gần 500 ngàn km², hay khoảng 2 % lãnh thổ đất nước. Chủ yếu là các thủy vực không lớn.

Khi sử dụng tài nguyên nước hồ, nhất thiết phải tính đến các đặc điểm chế độ của nó: nước hồ thuộc loại tài nguyên chậm tái tạo. Trung bình đối với hồ lớn, tỷ phần nước tái tạo hàng năm chỉ bằng 1,5 % tổng trữ lượng, mặc dù chỉ số này biến đổi trong phạm vi khá rộng. Thật vậy, đối với Baican nó chiếm 0,3 %, còn đối với hồ Chuđski và Pskovski gộp lại là 57 %. Ngoài ra, cần tính đến một đặc điểm nữa của hồ - khả năng tích tụ của chúng. Do xói lở và phát thải nước thải vào hồ diễn ra sự lắng đọng và tích tụ các sản phẩm khác nhau. Kết quả là hồ bị ô nhiễm, thay đổi chế độ của chúng.

Càng ngày nước ngầm càng khẳng định ý nghĩa kinh tế nước to lớn của nó. Theo số liệu của N. N. Phavorin, hàng năm trữ lượng nước ngầm tái tạo ở nước ta không lớn lắm - gần 900 km² và phân bố theo lãnh thổ rất không đồng đều. Tổng trữ lượng nước ngầm khai thác trên lãnh thổ Liên Xô bằng gần 7000 m³/s (biểu thị bằng công suất khai thác trong một đơn vị thời gian).

Hiện nay, thể tích nước ngầm sử dụng ở Liên Xô đạt 5－ 6 % trữ lượng dự báo. Khi sử dụng nước ngầm, cần phải theo dõi tới việc khai thác đúng đắn, không để cho sản lượng các giếng khoan giảm đột ngột, sự hạ thấp mực nước trong nó, sự thay đổi thành phần chất lượng, không để cho tạo thành các phễu mặt nước - những hiện tượng ảnh hưởng xấu đến việc cung ứng nước cho toàn bộ lãnh thổ lân cận.

Vì nước ngầm trong nhiều vùng là nguồn nuôi dưỡng các sông, nên khai thác nước ngầm tất nhiên ảnh hưởng tới chế độ nước mặt. Tất cả điều đó cần phải tính đến và phải khai thác các mặt nước ngầm một cách đúng đắn.

Thông tin về trạng thái số lượng và chất lượng nước tự nhiên cần thiết để cho các chuyên gia thủy văn có thể nhận được trong các ấn phẩm chuyên ngành của Thủy bạ Quốc gia. Trong các ấn phẩm này đã tập trung mọi thông tin về chế độ nước mặt và nước ngầm, cũng như các dữ liệu về sử dụng chúng bởi các ngành kinh tế quốc dân khác nhau.

Như vậy, những ấn phẩm của Thủy bạ Quốc gia cho phép không chỉ thống nhất các thông tin được tích luỹ về chế độ thủy văn của đối tượng nước, mà còn sử dụng nó cho việc sử dụng hợp lý, có kế hoạch và bảo vệ tài nguyên nước.

Các thông tin thủy bạ về chế độ của các đối tượng nước cho phép:

- đưa ra những quyết định về cải tạo việc sử dụng nước và bảo vệ tài nguyên nước ở các tổ hợp sản xuất đang hoạt động, ở các thành phố và vùng nông thôn;

- lập và hiệu chỉnh các cán cân kinh tế nước như là các những bộ phận riêng biệt của lưu vực sông, cũng như đối với toàn lưu vực nói chung;

- đánh giá ảnh hưởng của các dạng hoạt động kinh tế khác nhau tới chế độ thủy văn của các đối tượng nước;

- dự báo việc sử dụng tài nguyên nước có tính đến mối tương tác của các nhân tố khác nhau.

Những đối tượng sử dụng nước chính

Theo mức độ phát triển của mình, nhân loại tiêu thụ nước ngày càng nhiều để thoả mãn những nhu cầu đa dạng: cấp nước sinh hoạt, công nghiệp, sản xuất điện năng, tưới tiêu đất đai, giao thông, ngư nghiệp v.v... Không có một lĩnh vực nào của kinh tế quốc dân mà không sử dụng nước.

So sánh sự tăng trưởng dân số, sự phát triển của một số lĩnh vực công nghiệp và sự tăng nhu cầu dùng nước trong nền kinh tế quốc dân của Liên Xô cho thấy rằng, từ năm 1960 đến 1980 tổng lượng tiêu thụ nước đã tăng hai lần. Trong những năm tới đây, nhu cầu đầy đủ hàng năm của nền kinh tế quốc dân Liên Xô về tài nguyên nước sẽ bằng khoảng 500 km³, còn trong một tương lai xa hơn sẽ là 700－800 km³.

Hiện nay, đối với toàn cầu, vấn đề đảm bảo nước sạch cho nhân loại đang trở thanh vấn đề cơ bản, bởi vì tài nguyên nước ngọt hiện có ở nhiều khu vực tỏ ra không đủ để thoả mãn những nhu cầu của dân cư đang tăng nhanh, công nghiệp và kinh tế nông nghiệp đang phát triển mạnh mẽ.

Để sử dụng hợp lý tài nguyên nước, trước hết phải biết cần lượng nước bằng bao nhiêu để thoả mãn tất cả các đối tượng dùng nước không chỉ ở ngày hôm nay mà còn cả trong tương lai.

Tất cả các lĩnh vực kinh tế xét theo quan hệ đối với tài nguyên nước được phân chia thành: những người tiêu dùng nước và những người sử dụng nước.

Những người tiêu dùng nước lấy nước trực tiếp từ nguồn, sử dụng để chế tạo sản phẩm công nghiệp và nông nghiệp hoặc các nhu cầu sinh hoạt của cư dân, sau đó hoàn trả vào đối tượng nước, nhưng ở một nơi khác, với số lượng ít hơn và chất lượng khác đi.

Những người sử dụng nước không trực tiếp lấy nước từ nguồn mà sử dụng nước như là môi trường (giao thông thủy, nghề cá, thể thao...) hay như là nguồn năng lượng (trạm thủy năng). Tuy nhiên, họ cũng có thể làm thay đổi chất lượng nước (ví dụ như giao thông thủy).

Cần lưu ý rằng, với việc sử dụng tài nguyên nước một cách tổng hợp hiện nay, thì ranh giới giữa các nhà tiêu dùng nước và các nhà sử dụng nước bị lu mờ. Thí dụ, khi xây dựng các hồ chứa lớn để sản xuất điện năng, không chỉ chế độ thủy văn và chất lượng nước thay đổi về căn bản, mà còn diễn ra sự gia tăng tổn thất nước do bốc hơi, tức bản thân hồ chứa đóng vai là nhà tiêu dùng nước.

Do đó, khi xem xét ảnh hưởng của các dạng hoạt động kinh tế khác nhau tới những biến đổi số lượng và chất lượng tài nguyên nước, hợp lý nhất là sử dụng thuật ngữ “nhà dùng nước”.

Sử dụng nước, tùy thuộc vào mục đích, có thể phân thành sử dụng làm nước uống, công cộng, nông nghiệp, công nghiệp, giao thông v.v...

Để đảm bảo nước cho các nhà sử dụng cần có một tổ hợp công trình kỹ thuật thủy đặc thù - hệ thống cấp nước.

Nét đặc trưng của nửa cuối thế kỷ XX là nhu cầu dùng nước ngày càng tăng ở tất cả các nước trên thế giới. Trong bảng 1.3 trình bày tỷ phần sử dụng nước trong các lĩnh vực sử dụng nước chính so với tổng lượng tiêu dùng nước trong nước.

Chúng ta sẽ xem xét chi tiết hơn về các dạng sử dụng nước.

Bảng 1.3. Sử dụng nước trong các nhóm dùng nước chính, % so với tổng nhu cầu

Cung cấp nước cho cư dân liên quan tới việc sử dụng nước để uống và các nhu cầu sinh hoạt - công cộng. Nhu cầu sinh hoạt - công cộng bao gồm hệ thống cấp nước tập trung để đảm bảo hoạt động bình thường của các xí nghiệp phục vụ công cộng, rửa đường phố, tưới cây, chống cháy v.v... Tổng thể tích nước sử dụng cho nhu cầu dân cư được xác định bằng lượng tiêu thụ riêng riêng và dân số. Lượng tiêu thụ riêng được tính như là thể tích nước ngày bằng lít trên một đầu người ở thành phố hay làng quê. Các giá trị lượng tiêu thụ riêng thay đổi trong một phạm vi khá rộng: từ 200-600 l/ ngày một người ở thành phố đến 100-200 l/ ngày một người ở nông thôn, khi thiếu đường dẫn nước chỉ có 30-50 l/ngày một người. Lượng tiêu thụ nước riêng ở thành phố phụ thuộc vào mức sống (sự hiện diện của đường ống nước, kênh dẫn, cấp nước nóng tập trung v.v...) tương ứng với các chuẩn mực hiện hành (bảng 1.4).

Bảng 1.4. Tiêu chuẩn dùng nước uống tại các điểm cư dân ở Liên Xô

(l/ ngày cho 1 người)

Ở các thành phố lớn mức sống cao trên Trái Đất hiện nay lượng tiêu thụ nước riêng là: Matxcơva và New York - 600 l/ ngày một người, Pari và Lêningrat - 500, Luân đôn - 263 l/ ngày một người (Belitrenco, Svexov, 1986).

Sự tăng trưởng liên tục nhu cầu dùng nước liên quan tới tăng trưởng dân số trên Trái Đất cũng như sự tăng trưởng phúc lợi vật chất ở các thành phố và làng mạc. Thí dụ, nếu như từ năm 1900 đến 1950 nhu cầu dùng nước tăng ba lần, thì từ 1950 đến 2000 tăng hơn bảy lần [2]. Tổng nhu cầu dùng nước nói chung trên địa cầu vào năm 1970 là 120 km³ nước.

Tổng lưu lượng nước (l/s) để đảm bảo những nhu cầu nước uống có thể xác định theo công thức:

$Q=\frac{{\text{NqK}}_g{K}_n}{\text{86},4\text{.}{\text{10}}^3}$, (1.1)

với $N-$ dân số trong tương lai; $q-$chuẩn nhu cầu dùng nước trung bình ngày, l; $K_n-$ hệ số bất đồng đều ngày; $K_g-$ hệ số bất đồng đều theo giờ.

Để đặc trưng định lượng về sử dụng tài nguyên nước, điều quan trọng là cần biết không chỉ tổng thể tích lấy nước, mà cả lượng tiêu thụ nước không hoàn lại. Lượng tiêu thụ nước không hoàn lại thường được tính bằng % của thể tích được cấp và phụ thuộc vào những điều kiện địa lý tự nhiên địa phương.

Trong điều kiện sự sử dụng nước của dân cư, phần lớn nước sau khi sử dụng sẽ hoàn trả vào mạng lưới thủy văn dưới dạng nước thải, phần còn lại tiêu phí cho bốc hơi (tổn thất không hoàn lại).

Tại Mỹ và Liên Xô, tỷ phần tiêu thụ nước không hoàn lại bằng 10-20 % thể tích nước cấp, ở các nước Tây Âu là 5-10 %. Khi bảo đảm nước cho cư dân nông thôn, tỷ phần nước tiêu thụ không hoàn lại cao hơn nhiều (20-40 % thể tích cấp) và phụ thuộc cả vào thể tích của nó cũng như vào các điều kiện khí hậu, sự hiện diện hệ thống kênh v.v...

Về tổng thể, đối với Trái Đất, thể tích tiêu thụ nước không hoàn lại, ví dụ, năm 1970 được ước lượng bằng 20 km³, tức khoảng 17 % tổng lượng cấp cho các mục đích này [1].

Cung cấp nước cho công nghiệp. Nhu cầu nước của công nghiệp dao động trong một phạm vi rộng và phụ thuộc không chỉ vào lĩnh vực, mà còn vào công nghệ của quá trình sản xuất đang sử dụng, vào hệ thống cấp nước (thải thẳng hay quay vòng), các điều kiện khí hậu v.v...

Trong hệ thống cấp nước cho xí nghiệp kiểu thải thẳng, nước từnguồn được đưa tới các đối tượng dùng riêng biệt của tổ hợp sản xuất, được sử dụng trong quá trình sản xuất sản phẩm, sau đó theo các tuyến kênh đi vào những hệ thống làm sạch, cuối cùng thải vào sông suối hoặc thủy vực ở một khoảng cách phù hợp cách nơi lấy nước.Với hệ thống cấp nước thải thẳng, thì lượng nước bị tiêu thụ lớn hơn, tuy nhiên lượng tiêu thụ không hoàn lại nhỏ.

Trong hệ thống cấp nước kiểu quay vòng, nước thải sau khi làm sạch, không phát thải vào thủy vực, mà dùng lại nhiều lần trong quá trình sản xuất, được tái sinh sau mỗi chu kỳ sản xuất. Lưu lượng nước trong sơ đồ cấp nước kiểu này không lớn và được xác định bằng lưu lượng cần thiết để bổ sung nhu cầu dùng nước không hoàn lại trong quá trình sản xuất và tái sinh, cũng như thay thế tuần hoàn nước trong các chu trình quay vòng. Thí dụ, nếutrạm nhiệt điện công suất 1 triệu kW, với chế độ cấp nước thải thẳng, hàng năm tiêu thụ 1,5 km³ nước, thì với hệ thống cấp nước quay vòngchỉ cần 0,12 km³, tức 13 lần ít hơn.

Sự phụ thuộc của thể tích tiêu thụ nước công nghiệp vào các điều kiện khí hậu như sau: thông thường, những xí nghiệp cùng một ngành phân bố ở các vùng phía bắc tiêu thụ nước ít hơn nhiều so với các xí nghiệp phân bố ở các vùng phía nam với nhiệt độ không khí cao.

Để đánh giá thể tích tiêu thụ nước công nghiệp, người ta sử dụng khái niệm “dung tích sản xuất”. Dung tích sản xuất - đó là lượng nước (m³) cần để sản xuất một tấn thành phẩm. Dung tích sản xuất của một số dạng sản xuất khác nhau dao động trong một phạm vi rộng (m³/s):

Tuy nhiên, nhà sử dụng nước chính trong công nghiệp là ngành nhiệt điện, nó đòi hỏi một lượng nước khổng lồ để làm nguội hệ thống. Nhu cầu dùng nước của trạm phát điện nguyên tử còn lớn hơn nhiều (1,5-2 lần lớn hơn so với những nhà máy nhiệt điện).

Thếkỷ XX đặc trưng bởi sự gia tăng sử dụng nước công nghiệp ngày càng nhanh. Thí dụ, nếu năm 1900 trên toàn thế giới đã sử dụng 30 km³ nước cho các nhu cầu công nghiệp, thì năm 1950 đã là 190 km³, năm 1970 - 510 km³, còn tới năm 2000 ước tính tiêu thụ 1900 km³ nước! Điều này được giải thích là do tốc độ tăng trưởng sản xuất công nghiệp nhanh ở tất cả các nước, cũng như xuất hiện những ngành sản xuất mới với hàm lượng nước cực lớn, như công nghiệp xelulo - giấy và cong nghiệp hóa dầu, nhiệt điện, tỷ phần của các ngành đó chiếm 80-90 % toàn bộ lượng nước cấp công nghiệp. Tuy nhiên, lượng tiêu thụ nước không hoàn lại trong công nghiệp không lớn và bằng 5-10 % tổng thể tích nước cấp, trong ngành nhiệt điện còn nhỏ hơn nữa - 0,5-2 %.

Nhu cầu dùng nước nông nghiệp. Ngành nông nghiệp hiện nay là một trong các nhà dùng nước chính, liên quan trước hết tới sự tăng diện tích đất tưới. Sự phát triển của nó là do sự tất yếu phải đảm bảo sản phẩm dinh dưỡng cho nhân loại. Mặc dù hiện nay không quá 15 % diện tích tất cả đất nông nghiệp được tưới nước, nhưng tỷ phần sản phẩm nông nghiệp từ đất được tưới lại chiếm tới hơn 50 % toàn sản phẩm về giá trị. Trong điều kiện nhịp độ gia tăng dân số nhanh và sự thiếu thực phẩm trầm trọng, tác động tới 2/3 cư dân của Trái Đất, thì công tác tưới đất canh tác có một vai trò ngày càng to lớn để tăng ngành nông nghiệp.

Diện tích đất được tưới trên thế giới không ngừng tăng: nếu vào đầu thế kỷ XX bằng 40 triệu ha, thì đến năm 1970 đã là 235 triệu ha, tức tăng6 lần, còn con số dự báo cho năm 2000 là 420 triệu ha.

Tổng chi phí nước cho tưới đất phụ thuộc vào diện tích đất được tưới, lượng tiêu thụ riêng, dạng cây nông nghiệp và lượng nước hoàn lại. Lượng tiêu thụ riêng được biểu diễn bằng m³ nước bị chi phí để tưới 1 ha đất.

Ở nước ta, đối với những loại cây trồng chính người ta chấp nhận những mức tưới giới hạn như sau:

Lượng tiêu thụ nước riêng và lượng nước hoàn lại phụ thuộc vào các điều kiện địa lý tự nhiên của vùng, thành phần cây trồng nông nghiệp, tình trạng kỹ thuật của hệ thống tưới và phương pháp tưới đang sử dụng. Lượng nước hoàn lại được biểu thị bằng % lượng nước cấp phát.

Lượng tiêu phí nước không hoàn lại khitưới (do bốc hơi) đạt những giá trị rất lớn. Theo số liệu của một số tác giả, lượng đó dao động từ 20 đến 60 % lượng nước cấp phát.

Tổng thể tích nước sử dụng ở nước ta cho tưới là 136 km³/năm, tức tương ứng 57 % tổng tiêu thụ nước, hoặc 75 % lượng tiêu thụ nước nông nghiệp.

Tổng lượng tiêu thụ nước nông nghiệp trên thế giới liên tục tăng: đầu thế kỷ là 350 km³/năm, năm 1970 - 1900 km³/năm và đến năm 2000 sẽ là 3400 km³/năm.

Hồ chứa. Việc xây dựng hồ chứa dẫn đến thay đổi về căn bản sự phân bố dòng chảy sông ngòi theo thời gian, làm tăng tài nguyên nước của vùng trong thời kỳ tới hạn và trong các năm ít nước.Đồng thời,do làm ngập những lãnh thổ lớn, hồ chứa làm tăng một cách đáng kể sự bốc hơi từ mặt nước (đặc biệt là ở các vùng thiếu ẩm) và dẫn tới làm giảm tài nguyên nước tổng cộng của vùng.Trong trường hợp này, hồ chứa đóng vai trò như là một nhà dùng nước. Số hồ chứa ở nước ta, cũng như trên khắp thế giới, không ngừng tăng. Đến nay, ở những vùng khác nhau của Liên Xô đã xây dựng gần 1000 hồ chứa với thể tích hơn 1 triệu m³ mỗi hồ. Tỏng diện tích mặt nước các hồ chứa ở Liên Xô vượt quá 65 ngàn km².

Lượng tổn thất bổ sung do bốc hơi khi xây dựng hồ chứa được tính bằng hiệu giữa các giá trị bốc hơi từ mặt nước hồ chứa và từ lãnh thổ tương ứng trước khi ngập nước. Thí dụ, đối với ba hồ chứa lớn ở nước ta, đã nhận được các giá trị tổn thất nước bổ sung sau đây do bốc hơi hàng năm:

Sự tăng số lượng các hồ chứa và sự tăng tương ứng diện tích mặt nước của chúng dẫn làm tăng liên tụclượng tổn thất nước do bốc hơi (nhu cầu dùng nước của hồ chứa). Về diễn biến các lượng tổn thất này ở Liên Xô và Hoa Kỳ được dẫn trong bảng 1.5.

Bảng 1.5. Tổn thất nước (km³/năm) do bốc hơi từ bề mặt hồ chứa

Tiêu thụ nước bởi các hồ chứa đối với toàn Trái Đất được ước lượng: năm 1970 bằng 70 km³, năm 2000 bằng 240 km³.

Nhu cầu dùng nước tổng cộng. Vì nguồn bảo đảm nước chính cho nhiều nhu cầu của nhân loại là nước mặt, chủ yếu là tài nguyên nước tái tạo, tức dòng nước sông, nên việc so sánh các lượng tiêu thụ hiện tại và tương lai với tổng dòng chảy sông sẽ cho chúng ta những thông tin lý thú.

Ở nước ta, tổng dòng chảy năm của các sông ngòi được ước lượng là 4720 km³, nhu cầu dùng nước tổng cộng vào giữa những năm 80 bằng 335 km³ và đến năm 2000 là 800 km³ (Belitrenko, Svexov, 1986). So sánh các tài nguyên hiện có và thể tích nhu cầu dùng nước cho thấy rằng, hiện nay chúng ta đang tiêu thụ khoảng 7 % dòng chảy sông ngòi mỗi năm, còn tới năm 2000 chúng ta sẽ tiêu thụ 17 %. Đối với toàn Trái Đất những giá trị này cũng có cỡ tương tự như vậy (bảng4.6).

Bảng 1.6. Dòng chảy năm tổng cộng và nhu cầu dùng nước

Những biến đổi định lượng và định tính của tài nguyên nước do ảnh hưởng hoạt động kinh tế

Chất lượng nước bị chi phối bởi các nhân tố tự nhiên cũng như nhân sinh. Kết quả sử dụng mạnh mẽ tài nguyên nước không chỉ làm thay đổi lượng nước dùng cho một lĩnh vực hoạt động kinh tế nào đó, mà còn làm thay đổi các thành phần cán cân nước, chế độ thủy văn của đối tượng nước và cái chính nhất là thay đổi chất lượng nước. Điều đó được giải thích là do đa số sông ngòi và hồ đồng thời vừa là nguồn cấp nước, vừa là nơi tiếp nhận các dòng chảy thải sinh hoạt - công cộng, công nghiệp và nông nghiệp. Điều này dẫn đến những vùng đông dân trên địa cầu hiện nay không còn những hệ thống sông lớn với chế độ thủy văn và thành phần hóa học tự nhiên, không bị phá hủy bởi hoạt động nhân sinh.

Những dạng hoạt động kinh tế chủ yếu, gây ảnh hưởng lớn nhất đến những biến đổi định lượng và định tính tài nguyên nước là: nhu cầu dùng nước cho công nghiệp và nhu cầu công cộng, phát thải nước thải, chuyển đổi dòng chảy, đô thị hóa, thành lập hồ chứa, tưới và làm ngập đất khô, tiêu, các biện pháp nông lâm nghiệp v.v... Trong đó, trên mỗi đoạn trữ nước, đồng thời có thể tác động nếu không phải là tất cả thì cũng số nhiều trong các nhân tố kể trên. Do đó, khi kế hoạch hóa kinh tế nước và điều tiết chất lượng nước, cần tính đến ảnh hưởng của từng nhân tố trong số đó một cách riêng biệt và một cách tổng thể. Khi xem xét mỗi nhân tố, chúng ta động chạm tới hai vấn đề: thay đổi chế độ thủy văn và thể tích dòng chảy và sự thay đổi chất lượng tài nguyên nước. Do các tác động nhân sinh, nước tự nhiên bị ô nhiễm, tức thành phần và tính chất của nó bị thay đổi, làm giảm chất lượng nước để sử dụng. Nguy hiểm nhất đối với nước tự nhiên và sinh vật là những chất thải phóng xạ. Nước ô nhiễm có thể trở nên vô dụng đối với những người sử dụng nước nhất định. Cho nên, vì sao khi đánh giá ảnh hưởng của hoạt động kinh tế tới tài nguyên nước, cần phải tính đến không chỉ những biến đổi về lượng của nó mà cả về chất.

Công nghiệp. Đặc điểm sử dụng nước trong công nghiệp là ở chỗ phần lớn nước sau khi sử dụng trong quá trình sản xuất được trả lại vào sông ngòi và hồ ở dạng nước thải. Nhu cầu dùng nước không hoàn lại chiếm phần không lớn trong nước dùng (5-10 %) và không thể ảnh đáng kể tới sự thay đổi về lượng tài nguyên nước các khu vực lớn. Nhưng chất lượng nước ở nguồn do ảnh hưởng của dòng chảy công nghiệp biến đổi rất mạnh, tức phát thải nước thải dẫn tới ô nhiễm sông suối và thủy vực.

Lượng nước và thành phần chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp phụ thuộc vào dạng sản xuất, nguyên liệu, các sản phẩm phụ tham gia vào các quá trình công nghệ.

Ngoài ra, thành phần nước thải của một nhà máy cụ thể phụ thuộc vào công nghệ hiện dùng ở nhà máy, vào dạng và sự hoàn thiện của máy móc v.v... Thành phần nước thải công nghiệp rất đa dạng, và thậm chí đối với một và chỉ một ngành sản xuất, cũng dao động trong phạm vi vô cùng rộng lớn. Với sự xuất hiện các ngành công nghiệp mới (hóa dầu, tổng hợp chất hữu cơ v.v...) sử dụng ngày càng nhiều các hợp chất hóa học mới, dẫn đến tăng tiếp tục nước thải công nghiệp và làm phức tạp hóa thành phần của chúng.

Làm nước mặt bị ô nhiễm mạnh nhất là các ngành công nghiệp như luyện kim, hóa học, giấy - xenlulô, chế biến dầu. Những chất ô nhiễm chủ yếu trong nước thải của các ngành công nghiệp này là: dầu, phenol, kim loại màu, các hợp chất phức tạp. Theo kết quả quan trắc những năm gần đây, nước mặt ở nước ta bị ô nhiễm bởi sản phẩm dầu trong 80 % các trường hợp, phenol - 60 %, kim loại nặng - 40 %.

Dầu và các sản phẩm dầu không phải là thành tố tự nhiên của thành phần nước sông và thủy vực, cho nên sự xuất hiện chúng trong các đối tượng nước có thể coi là ô nhiễm. Sự có mặt các sản phẩm dầu trong nước được phản ánh ở sự phát triển của trứng cá và cá bột, ở số lượng và thành phần nguồn thức ăn trong sông, ở chất lượng và sự thích hợp của thức ăn cho cá khai thác. Sự thành tạo các màng váng trên mặt nước làm giảm khả năng tự làm sạch của thủy vực. Sự phân hủy sinh hóa các sản phẩm dầu trong nước mặt diễn ra rất chậm. Tốc độ ôxy hóa sinh hóa phụ thuộc vào nhiều nhân tố: nhiệt độ nước, sự có mặt của ôxy và các dưỡng chất, thành phần hóa học của các sản phẩm dầu phát thải, sự có mặt của các thực vật bậc cao trong nước v.v... Tuy nhiên, thậm chí trong các điều kiện thuận lợi, sự phân hủy dầu dạng lơ lửng và dạng hoà tan trong nước (sự phân rã và loại ra khỏi thủy vực) diễn ra không nhanh hơn 100-150 ngày.

Ô nhiễm nước mặt bởi phenol (thường là các dạng phenol một nguyên tử dễ bay hơi, là dạng độc nhất trong nhóm hợp chất này) dẫn tới làm rối loạn những quá trình sinh học trong các đối tượng nước.

Do hoạt động của các xí nghiệp hóa chất, một lượng lớn các hợp chất hữu cơ đa dạng về thành phần và tính chất, trong số đó có những chất từ trước đến nay không tồn tại trong tự nhiên, sẽ đi vào các thủy vực. Một phần các chất này có hoạt tính sinh học rất cao, rất ít chịu làm sạch sinh học và tác động của các tác nhân vật lý, tức là rất khó tách ra khỏi nước thải. Trong số các chất đó, các chất tẩy rửa tổng hợp có vị đặc biệt - đó là những chất tẩy đang được sản xuất rất nhiều ở các nước. Theo các nghiên cứu ở Mỹ, đã xác định được rằng, việc sử dụng các chất tẩy dẫn đến làm tăng mạnh hàm lượng phôtpho trong các sông ở Mỹ và điều đó gây nên phát triển mạnh thủy thực vật, đổi màu nước sông và thủy vực, cạn kiệt ôxy trong khối nước. Đặc điểm tiêu cực thứ hai của các chất tẩy là ở chỗ chúng rất cản trở sự vận hành của các công trình kênh dẫn, làm giảm các quá trình kết vón trong khi làm sạch nước ở các trạm dẫn nước.

Nước thải chứa nhiều đồng và kẽm gây tác động rất bất lợi tới sông. Hàm lượng đồng và kẽm trong các thủy vực chưa ô nhiễm không lớn và phụ thuộc vào các điều kiện địa lý tự nhiên hình thành nên thành phần hóa học của nước, dao động mùa của nhiệt độ và chế độ thủy văn của sông. Hàm lượng đồng trong nước tự nhiên bằng 1-10 μg/l, kẽm - 1-30 μg/l. Sự tăng nồng độ các chất này trong nước sông hay thủy vực dẫn tới làm chậm quá trình tự làm sạch của nước khỏi các hợp chất hữu cơ, hủy hoại sự sống trong thủy vực. Tình hình càng nặng nề hơn do chỗ đồng và kẽm không thể bị loại trừ hoàn toàn ra khỏi thủy vực, mà chỉ thay đổi dạng tồn tại và tốc độ di chuyển của chúng. Như vậy, khi phát thải nước có chứa các kim loại nặng này, cần biết rằng muốn giảm thấp nồng độ các chất này chỉ có một cách pha loãng.

Một dạng ô nhiễm công nghiệp đặc biệt đối với các thủy vực là ô nhiễm nhiệt, do phát thải nước nóng từ các hệ thống năng lượng. Một lượng nhiệt lớn xâm nhập cùng nước thải nóng vào sông, hồ và các hồ chứa nhân tạo tác động mạnh tới chế độ nhiệt và sinh học của thủy vực. Các quan trắc tiến hành trong vùng tác động của nước nóng đã cho thấy rằng, trong vùng này điều kiện đẻ trứng của cá bị phá vỡ, động vật phù du có thể bị chết, cá bị nhiễm khuẩn kí sinh nhiều hơn v.v...

Cường độ tác động của ô nhiễm nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ đun nóng nước. Đối với mùa hè, người ta đã phát hiện được chuỗi tác động nhiệt độ cao đặc trưng như sau đối với các sinh quần của các hồ và các thủy vực nhân tạo:

- với nhiệt độ dưới 26 ^oC không thấy tác động có hại;

- trong khoảng 26-30 ^oC bắt đầu trạng thái ức chế hoạt động sống của cá;

- cao hơn 30 ^oC quan sát thấy tác động có hại với sinh quần;

- với 34-36 ^oC xuất hiện các điều kiện tử vong với cá và một số loài khác.

Việc xây dựng một số hệ thống làm lạnh để phát thải nước của các nhà máy nhiệt điện trong khi lưu lượng nước thải rất lớn dẫn tới làm tăng quá nhiều giá thành xây dựng và khai thác các nhà máy. Do đó, trong thời gian gần đây, người ta rất chú ý nghiên cứu ảnh hưởng của ô nhiễm nhiệt.

Nước thải sinh hoạt - công cộng chiếm khoảng 20 % tổng dòng thải vào các hồ chứa nước mặt (70-80 % thuộc tỷ phần nước thải công nghiệp). Tuy nhiên, nếu như thể tích nước thải công nghiệp và lượng chất ô nhiễm trong đó có thể làm giảm (nhờ áp dụng hệ thống cấp nước quay vòng, thay công nghệ sản xuất), thì nước thải sinh hoạt - công cộng thường đặc trưng bởi sự tăng thể tích không ngừng, do tăng trưởng dân số, tăng tiêu thụ nước, cải thiện điều kiện vệ sinh dịch tễ của đời sống ở những thành phố hiện đại và các điểm dân cư.

Lượng chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt - công cộng thường khá ổn định (lượng các chất ô nhiễm trên một đầu người), điều đó cho phép tính được lượng các chất ô nhiễm phát thải tùy thuộc vào số dân, thể tích tiêu thụ nước, điều kiện kinh tế - xã hội v.v...

Những chuẩn mực ô nhiễm trung bình tính cho một đầu người đối với Liên Xô dẫn trong bảng 1.7.

Bảng 1.7. Mức ô nhiễm cho phép của nước thải công cộng trên 1 đầu người

Sự ổn định của thành phần nước thải công cộng cho phép ta dự báo được chất lượng nước trong thủy vực thu gom tùy thuộc vào lượng nước và chế độ thủy văn quy định khả năng nước tự làm sạch cũng như lượng chất ô nhiễm do dân số quy định.

Hiện nay, thậm chí trên các sông lớn nằm phía dưới những thành phố lớn vẫn quan sát thấy ô nhiễm mạnh, điều này là do các nước thải công cộng có những tính chất đặc biệt - trong nó có nhiều loài vi khuẩn (chủ yếu các loài ruột khoang). Nước thải sinh hoạt gây sự chú ý đặc biệt bởi những tính chất chứa khuẩn của nó - có thể là nguyên nhân các bệnh viêm nhiễm.

Đô thị hóa. Đô thị hóa được hiểu là quá trình tập trung dân cư và lực lượng sản xuất ở các thành phố. Quá trình đô thị hóa liên quan mật thiết với tăng trưởng dân số và cách mạng khoa học kỹ thuật. Nhịp độ của quá trình này đã tăng đột ngột ở nửa cuối thế kỷ XX. Bắt đầu từ năm 1950, tốc độ tăng dân cư thành phố đã vượt trội tốc độ tăng trưởng dân cư nông thôn. Thật vậy, nếu năm 1960 trong tổng dân số trên Trái Đất gần 3 tỷ người, dân cư thành phố và nông thôn phân chia xấp xỉ theo tỷ lệ 1 : 2, thì đến năm 2000 phần lớn dân cư Trái Đất sẽ được sống ở các thành phố [2].

Sự tập trung dân cư, công nghiệp, xây dựng trên các diện tích hạn chế (ở những nước phát triển, diện tích các thành phố và làng mạc kiểu thành phố chiếm 5 % diện tích) dẫn tới sự thay đổi tất cả những yếu tố của môi trường tự nhiên: bầu không khí, thảm thổ nhưỡng và thực vật, nước ngầm và nước mặt. Khi xét những biến đổi tài nguyên nước trên một lãnh thổ đô thị hóa, cần tách bạch hai vấn đề chính: 1) dưới ảnh hưởng của những nhân tố nào và chất lượng nước mặt biến đổi ra sao; 2) cán cân nước và chế độ nước sông ngòi đang biến đổi như thế nào nào (tức là xét những biến đổi về lượng và về chất của tài nguyên nước do ảnh hưởng của đô thị hóa).

Sự biến đổi chất lượng nước tự nhiên ở lãnh thổ đô thị hóa bị chi phối bởi chỗ trong phạm vi thành phố hình thành một lượng lớn nước thải công nghiệp và công cộng, gia nhập vào các đối tượng nước, cũng như vào nước dưới đất trong vành đai thành phố hoặc ở lân cận. Ngoài ra, một lượng lớn các chất ô nhiễm xâm nhập vào các nguồn nước cùng với dòng chảy mặt từ lãnh thổ thành phố (còn gọi là nước tưới - rửa) và từ giáng thủy khí quyển (dòng chảy mưa rào).

Sự ảnh hưởng của nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt - công cộng đến chất lượng nước đã được xem xét ở trên.

Ảnh hưởng của nước mưa và nước tưới - rửa đến chất lượng nước các thủy vực là rất lớn. Các loại nước này chứa nhiều chất khoáng, tổng lượng các chất ô nhiễm trong đó ước tính bằng 8-15 % tổng lượng các chất xâm nhập cùng với nước thải sinh hoạt - công cộng từ cùng một lãnh thổ (Belitrenco, Svetxov, 1976).

Ảnh hưởng đồng thời của nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt - công cộng, nước mưa rào và nước rửa dẫn đến những biến đổi căn bản về thành phần nước tự nhiên trên lãnh thổ đô thị hóa: tăng nồng độ các chất hữu cơ hòa tan và các chất dinh dưỡng; giảm mạnh hàm lượng ôxy hòa tan; chất ô nhiễm đặc trưng ở đây là các chất tổng hợp hoạt tính bề mặt được dùng nhiều trong công nghiệp cũng như trong sinh hoạt; tăng ô nhiễm vi khuẩn.

Những biến đổi về lượng của tài nguyên nước trên lãnh thổ đô thị hóa bị chi phối trước hết bởi sự tăng nhu cầu dùng nước của cư dân và công nghiệp.

Nhu cầu tăng lên về nước có thể được thoả mãn bằng tài nguyên địa phương cũng như bằng việc thu hút tài nguyên từ bên ngoài phạm vi điểm cấp nước (biến đổi nhân tạo tài nguyên nước). Nhân tố quan trọng thứ hai là sự hiện diện trên lãnh thổ đô thị hóa các khu vực lớn không thấm nước hoặc ít thấm nước (các tòa nhà, lớp phủ mặt đường, các công trình công nghiệp hoặc sinh hoạt), cản trở sự thấm và làm tăng hệ số dòng chảy và hậu quả là sự tái phân bố các thành phần nước mặt và nước ngầm của tài nguyên nước.

Tất cả điều đó dẫn tới chỗ dòng chảy từ lãnh thổ đô thị hóa khác hẳn với dòng chảy từ lưu vực tự nhiên. Những khác biệt ở mức độ này hay mức độ khác liên quan tới thể tích dòng chảy, lưu lượng nước cực đại và cực tiểu, tương quan giữa thành phần dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm.

Dòng chảy năm từ lãnh thổ đô thị hóa có thể tăng lên 10 % hoặc hơn so với dòng chảy từ nơi không đô thị hóa (không thu hút các tài nguyên bổ sung từ bên ngoài). Nguyên nhân sự tăng này là các hệ số dòng chảy cao và các tổn thất không hoàn lại ít hơn, liên quan đến thấm cũng như tăng mưa ở các thành phố.

Trong cùng các trường hợp, khi sự cấp nước được thực hiện từ các tầng mang nước, bằng sông không thấm nước, hoặc chuyển nước từ các vùng khác, còn nước thải gia nhập vào sông, thì dòng chảy lòng sông có thể tăng lên một số lần.

Sự đô thị hóa có ảnh hưởng mạnh nhất tới sự thay đổi thể tích và thời gian kéo dài lưu lượng lũ, cái đó cũng do sự biến đổi các hệ số dòng chảy trong phạm vi lãnh thổ thành phố chi phối.

Sự chênh lệch lớn nhất giữa lưu lượng lũ trên các lưu vực tự nhiên và trên lãnh thổ đô thị hóa được nhận thấy qua các giá trị nhỏ và trung bình của chúng, khi đó sự khác nhau giữa các hệ số dòng chảy là cực đại. Tại những lưu lượng mưa rào với độ lặp lại bé, những khác biệt về các lưu lượng lũ giảm xuống (bởi vì trong những điều kiện đó, các hệ số dòng chảy của bề mặt tự nhiên và các lớp phủ nhân tạo gần như nhau).

Đặc điểm tác động của đô thị hóa đến dòng chảy mùa kiệt phụ thuộc vào chỗ những nguồn nào được sử dụng để cấp nước, Khi việc cấp nước được lấy từ các nguồn địa phương, thì thường nhiều khả năng dòng chảy kiệt sẽ giảm, do mức thấm nước mưa và tuyết tan hạ thấp. Sự tăng dòng chảy kiệt có thể xảy ra trong trường hợp đảm bảo nước cho thành phố từ các nguồn nằm bên ngoài phạm vi lưu vực cấp nước, trong khi đó sự phát thải nước thải lại thực hiện trong phạm vi của nó.

Ảnh hưởng của các biện pháp tưới tiêu. Sự cần thiết đảm bảo thực phẩm cho nhân loại dẫn tới tăng liên tục thể tích của các công trình tưới tiêu nhằm thu hút vào các sản xuất nông nghiệp những vùng đất mới như - các vùng đất khô cằn hoặc các vùng quá ẩm ướt. Cả tưới lẫn tiêu đều ảnh hưởng đáng kể tới tài nguyên nước ngọt tự nhiên của các lãnh thổ tưới tiêu, tuy nhiên, tính chất và cường độ của tác động này khác nhau tùy theo hình thức thực hiện biện pháp. Chúng ta nên xem xét một cách riêng biệt ảnh hưởng của tưới và tiêu tới sự biến đổi cán cân nước, chế độ của các đối tượng nước, biến đổi chất lượng nước mặt trên các lãnh thổ tưới tiêu.

Ảnh hưởng của tưới. Tưới có ảnh hưởng lớn nhất tới chế độ nước và tài nguyên nước của lãnh thổ. Do ảnh hưởng của tưới, sẽ thay đổi dòng chảy trung bình năm, sự phân bố trong năm của chúng, các cực trị của dòng chảy (đặc biệt là dòng chảy cực tiểu). Sự mang các muối từ các khoang được tưới vào sông sẽ làm tăng độ khoáng hóa của nước trong sông, dẫn tới thay đổi thành phần hóa học của chúng. Đặc điểm và mức độ biến đổi của các đặc trưng kể trên phụ thuộc vào nhiều điều kiện: địa lý tự nhiên, thủy văn, thủy hóa và thậm chí cả kỹ thuật (phương pháp tưới, trạng thái kỹ thuật của hệ thống tưới v.v...).

Ảnh hưởng của tưới tới các đặc trưng kể trên của dòng chảy sông là khác nhau đối với các sông nhỏ với nguồn nuôi chủ yếu là dòng chảy mặt, và đối với các hệ thống sông lớn được nuôi bởi mọi tầng cấp nước dưới đất.

Trên các lưu vực nhỏ ở vùng khô, thì lượng cấp nước tưới thực tế bị chi phí hết cho bốc hơi, điều này dẫn tới giảm hoặc chấm dứt hoàn toàn dòng chảy các sông bé.

Trên các sông lớn, sau khi sử dụng nước tưới, dòng chảy ra có thể giảm chút ít, hoặc thậm chí không thay đổi. Phương án này có thể xảy ra trên các lưu vực, nơi đồng thời với tưới người ta thực hiện các biện pháp sản xuất khác (diệt cỏ hoang, giảm rò rỉ nước sông và cắt giảm thời hạn ngập bãi bồi v.v...), làm cho giảm bốc hơi và bồi hoàn cho gia lượng bốc hơi trên các diện tích tưới. Tuy nhiên, sự thay đổi dòng chảy không đáng kể như vậy trên các sông lớn ở các vùng được tưới chỉ xảy ra dưới một giới hạn nào đó (tùy thuộc các điều kiện địa lý khu vực, sự hiện diện của các nhân tố bù trừ, diện tích các vùng đất được tưới trên lưu vực và v.v...), sau đó thì dòng chảy bắt đầu giảm mạnh.

Sự giảm dòng chảy do tác động của tưới là rất khác nhau trong các năm có pha nước khác nhau. Những năm ẩm ướt, lượng giảm này không đáng kể, còn những năm khô hạn - dòng chảy sông giảm mạnh hơn.

Sự ảnh hưởng của tưới tới phân phối dòng chảy trong năm và các trị số thực nghiệm của nó thể hiện như sau - giảm dòng chảy vào thời kỳ tăng trưởng (do tăng tổn thất nước qua sự toát hơi nước) và tăng dòng chảy vào mùa thu và đông, khi nước từ các khoang được tưới nhập lưu vào mạng lưới thủy văn.

Sự biến đổi thành phần hóa học và chất lượng nước sông ở vùng đất tưới được chi phối bởi sự mang muối ra từ các khoang tưới. Lượng muối xâm nhập vào sông là hàng chục, còn trong điều kiện đất nhiễm mặn, là hàng trăm tấn trên một ha. Nhập lượng muối như vậy vào sông làm tăng đáng kể độ khoáng hóa của nước và làm thay đổi thành phần hóa học của nó. Mức tăng độ khoáng hóa phụ thuộc vào tỷ số lưu lượng nước sông và lưu lượng nước hoàn lại, vào tỷ số độ khoáng hóa của chúng, vào tỷ phần giữa đất tưới và tổng diện tích lưu vực sông v.v...

Xâm nhập nước thấm và nước thu gom vào sông dẫn tới làm tăng độ khoáng hóa của nước trong đó. Ở đây, ảnh hưởng của dòng chảy từ các khoang tưới tỷ lệ thuận với tỷ phần diện tích của các khoang trên diện tích lưu vực. Một ví dụ điển hình về sự tăng độ khoáng hóa trong sông theo mức tăng diện tích tưới trong lưu vực của nó là sông Xưrơđaria. Sau 25 năm, diện tích đất tưới trong lưu vực sông tăng 800 ngàn ha (tức 1,5 lần), còn độ khoáng của nước tăng từ 400 lên 1000 mg/l, tức tăng 2,5 lần! Đồng thời cũng đã thay đổi thành phần ion của nước: nước hyđrô cacbonat - canxi trước đây đã trở thành nước sunphat - natri, hàm lượng clo tăng. Ví dụ này minh hoạ cho quy luật chung biến đổi độ khoáng và thành phần hóa học nước sông trong các lưu vực thực hiện tưới.

Ảnh hưởng của tiêu. Ở nước ta hiện nay có khoảng 10 triệu ha đầm lầy và vùng đất thừa ẩm được làm khô. Ảnh hưởng của tiêu biểu hiện chủ yếu ở sự thay đổi cán cân nước của lãnh thổ tưới tiêu (thay đổi các điều kiện dòng chảy từ đầm lầy, hạ thấp mực nước ngầm, thay đổi trữ lượng ẩm ở đới thông khí v.v...) và ở sự biến đổi các đặc trưng thủy văn của các sông lầy hóa (dòng chảy năm, cực đại và cực tiểu, phân bố trong năm của nó). Ở đây, biện pháp tiêu tác động theo cách khác nhau đến chế độ nước của các sông, tùy thuộc vào các điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng, địa lý thủy văn của lưu vực, mức độ đầm lầy hóa, kiểu đầm lầy được tiêu, tính chất tưới tiêu của đất v.v...; trong một số trường hợp ảnh hưởng này không đáng kể, còn trong các trường hợp khác lại thể hiện rất rõ ràng. Mặc dù có mâu thuẫn nào đó trong các kết quả nghiên cứu của một số tác giả, vẫn có thể rút ra những kết luận chung như sau về xu thế biến đổi dòng chảy sông ở các lưu vực tưới tiêu trong các vùng thiếu và đủ ẩm:

- những năm đầu tiên thực hiện tiêu, thường diễn ra tăng dòng chảy năm và mùa, do giảm lượng bốc hơi tổng cộng và hụt trữ lượng nước ngầm;

- tiếp theo, khi vùng đất tiêu úng được khai thác mạnh hơn, thì chế độ dòng chảy trở nên đều đặn hơn, bốc hơi tăng (do toát hơi), dòng chảy năm tiến dần về giá trị ban đầu của nó;

- các mô đun dòng chảy cực đại có thể là tăng và cũng có thể là giảm.

Một trong các nhân tố chính làm thay đổi các lưu lượng cực đại là đặc điểm biến đổi của dung tích tích tụ của lưu vực. Trong các lưu vực sông ngòi có bồn thu nước cấu tạo bởi đất đá thấm tốt, sau khi tiêu, người ta thấy sự suy giảm lưu lượng cực đại, còn trên các lưu vực cấu tạo bởi các đất thổ nhưỡng ít thấm, lại thấy đại lượng này tăng chút ít. Các tính chất thủy lý của đất thổ nhưỡng quyết định đặc điểm biến đổi thể tích dòng chảy lũ xuân và phân phối nội năm của dòng chảy. Đối với lưu vực cấu tạo bằng đất thấm tốt, sự suy giảm thể tích lũ xuân được bù bởi sự gia tăng dòng chảy mùa kiệt, tức phân bố lại dòng chảy trong năm.

Để xác định lượng giảm lưu lượng cực đại do ảnh hưởng của tiêu, người ta khuyến cáo dùng mối quan hệ sau [3]:

$\delta =1-\mathrm{0,}\text{016}{f}_m$, (1.2)

với δ - hệ số tính đến sự suy giảm lưu lượng cực đại do tác động của biện pháp tiêu; f_m - mức độ tưới tiêu của lưu vực, %.

Tính đến những biến đổi của lưu lượng cực đại của lũ xuân sẽ cho phép cắt giảm kích thước của thủy công trình và giảm giá thành của chúng.

Về tổng thể, suy giảm lưu lượng cực đại và gia tăng dòng chảy thời kỳ nước kiệt có thể xem như là những biến đổi tích cực mà công tác tưới tiêu mang lại.

Sự thay đổi chất lượng nước trong hồ chứa. Thành lập hồ chứa dẫn tới sự thay đổi chế độ thủy hóa và chất lượng nước trong nó so với nước sông trên đó nó được xây dựng.

Sự hình thành chế độ thủy hóa hồ chứa và chất lượng nước trong đó diễn ra dưới ảnh hưởng của hàng loạt các nhân tố, trong số đó chủ yếu là thủy hóa của dòng nhập, sự thay đổi chế độ nước và các quá trình thủy sinh bên trong thủy vực.

Tác động chính đến sự thay đổi chế độ thủy hóa là cường độ trao đổi nước trong hồ chứa (mức độ thông thoáng):

với W_hc - thể tích hồ chứa; W_n - dòng chảy năm. K càng lớn thì càng ít thay đổi chế độ khoáng hóa của nước trong hồ chứa so với nước sông nuôi dưỡng nó. Giữa độ khoáng hóa trung bình của nước trong hồ chứa $\sum I_h$ và độ khoáng hóa trung bình của nước trong sông $\sum I_s$ với mức trao đổi nước khác nhau (K > 1) có mối quan hệ:

$\frac{\sum I_h}{\sum I_s}=\mathrm{0,}\text{99}-\frac{\mathrm{0,}\text{26}}{K}$. (1.3)

Quan hệ này cho phép khi thiết kế hồ chứa ta tính được độ khoáng hóa dự kiến trong đó (ứng với các trị số cụ thể của $\sum I_s$ và K).

Sự thay đổi chất lượng nước trong các hồ chứa bị chi phối bởi sự thay đổi chế độ nước cũng như các quá trình sinh học trong thủy vực. Sự giảm vận tốc dòng chảy, sự tăng độ trong suốt, sự xuất hiện phân tầng nhiệt độ và khí trong điều kiện tăng hàm lượng các chất hữu cơ và chất dinh dưỡng trong nước (do cuốn theo từ các vùng đất ngập nước, do xâm nhập của nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt - công cộng và nông nghiệp) dẫn tới làm gia tăng mạnh các quá trình sản xuất sinh học trong các hồ chứa.

Làm giàu nước bởi các chất dinh dưỡng gây nên sự phát triển mạnh của phù du thực vật, làm cho nước phát màu. Nếu nước “phát màu” bởi các tảo lục lam (các loài này đặc trưng cho khí hậu ôn hòa và ấm), thì trong nước đó đang hình thành những chất độc, chất lượng nước giảm, xuất hiện mùi lạ, vị khó chịu. Nước bắt đầu không thích hợp để uống. Trong những thời kỳ chết một khối lượng lớn vi thực vật hay đại thực vật, chất lượng nước còn giảm mạnh hơn nữa, hàm lượng ôxy hoà tan giảm, các mùi khó chịu xuất hiện. Hiện tượng này (biến đổi chất lượng nước do phá vỡ tiến trình tự nhiên của các quá trình sinh học) được gọi là ô nhiễm thứ sinh (ô nhiễm sinh học).

Hiện nay, vấn đề “nở hoa” của nước được chú ý đặc biệt. Bằng những nghiên cứu sinh học, người ta đã chứng minh rằng tảo lục lam có những kẻ thù và những người sử dụng chúng trong thiên nhiên. Người ta đã phân lập được hơn 20 loại virut có ảnh hưởng tiêu cực tới sự phát triển của loại tảo này. Ngoài ra, hiện nay, người ta đang tiến hành nghiên cứu các hóa chất với độc tính đặc biệt đối với các tảo lục lam.

Để gìn giữ chất lượng nước trong các hồ chứa, cần làm sạch kỹ lưỡng đáy hồ khỏi thực vật và các chất ô nhiễm trước khi cấp nước, tuân thủ nghiêm chỉnh các thời hạn và chuẩn mực bón phân trên các vùng đất xung quanh, cắt giảm triệt để nồng độ chất dinh dưỡng của nước thải vào hồ chứa, chọn vị trí phát thải ở các khu vực có độ thông thoáng nước cao nhất v.v...

Những giải pháp bảo vệ nước mặt khỏi ô nhiễm

Bảo vệ nước khỏi ô nhiễm được hiểu là một tập hợp các biện pháp đảm bảo trạng thái bình thường của đối tượng nước (phù hợp với pháp luật về nước đang tồn tại) trong điều kiện gia tăng việc sử dụng nước. Thực hiện những biện pháp này đòi hỏi giải quyết hàng loạt các vấn đề khoa học và kỹ thuật, trong đó có những vấn đề chính là:

- định chuẩn chất lượng nước, tức soạn thảo các chỉ tiêu phù hợp đối với các loại hình sử dụng nước khác nhau;

- giảm thể tích phát thải ô nhiễm vào thủy vực, bằng cách hoàn thiện các quá trình công nghệ và cải tiến các phương pháp làm sạch nước thải;

- nghiên cứu và tính toán các quá trình tự làm sạch nước thải khi phát thải vào thủy vực.

Giải quyết đồng thời các vấn đề này và đưa chúng vào thực tiễn kinh tế nước sẽ cho phép thực hiện nhiệm vụ bảo vệ tài nguyên nước, sử dụng chúng hợp lý, tạo ra những điều kiện để tăng trưởng kinh tế và nâng cao hiệu quả nền sản xuất xã hội.

Định chuẩn chất lượng nước. Ở nước ta, việc định chuẩn chất lượng nước các thủy vực được thực hiện tuân theo “Những quy chế bảo vệ nước mặt khỏi ô nhiễm bởi nước thải” (1975). Mục tiêu xây dựng và khẳng định pháp luật của văn bản này là cảnh báo và khắc phục ô nhiễm bởi nước thải các sông, hồ, hồ chứa, đầm, các kênh nhân tạo được dùng để cung cấp nước ăn uống và các nhu cầu văn hóa - sinh hoạt khác của cư dân cũng như các mục tiêu của nghề cá. Trong “Những quy chế” đã phân hóa các yêu cầu về thành phần và các tính chất của nước đối với từng loại hình sử dụng nước và nhấn mạnh những nguyên tắc trách nhiệm bảo vệ của tất cả các nhà sử dụng nước. Trong những trường hợp đồng thời sử dụng thủy vực cho nhiều nhu cầu khác nhau của nền kinh tế quốc dân, thì phải xuất phát từ những yêu cầu chặt chẽ hơn trong loạt các chuẩn mực cùng tên về chất lượng nước. Đặc biệt lưu ý rằng, cấm phát thải vào thủy vực những nước thải có chứa các phế liệu quý, nguyên liệu sản xuất, hóa chất v.v... một khi chúng có thể được loại ra bằng phương pháp công nghệ hợp lý. Những điều kiện phát thải nước thải vào các thủy vực được xác định có tính đến mức độ hòa trộn có thể có, khi đó thành phần và các tính chất của nước sông hay thủy vực cần phải tương ứng với những chuẩn mực ở thủy trực nằm cách xa 1 km kể từ điểm dùng nước gần nhất.

Bảng 1.8. Những yêu cầu chung về thành phần và các tính chất

của nước dùng cho những mục đích ăn uống và nghỉ dưỡng

Bảng 1.9.Những yêu cầu chung về thành phần và các tính chất

của nước các thủy vực sử dụng trong nghề cá

Những yêu cầu chung về thành phần và các tính chất của nước ở các sông để ăn uống và nghỉ dưỡng được dẫn trong bảng 1.8, còn đối với các thủy vực sử dụng cho nghề cá - trong bảng 1.9. Khi sử dụng các đối tượng nước để uống hoặc để nghỉ dưỡng, thì người ta định chuẩn 11 chỉ tiêu về thành phần và các tính chất của nước, xác định những nồng độ tới hạn cho phép (NĐTHCP) có thể xẩy ra trong thủy vực tại thủy trực kiểm tra đối với 420 chất có độc. Đối với những thủy vực sử dụng trong nghề cá, thì người ta định chuẩn 8 chỉ tiêu chính và xác định các NĐTHCP đối với 72 chất có độc.

Nồng độ tới hạn cho phép của các chất có độc được xác định bởi các bác sĩ vệ sinh dịch tễ, các nhà sinh vật học và được duyệt y ở các cấp cao nhất. Tất cả các chất có độc, tùy theo ảnh hưởng của chúng tới cơ thể người và sự sống của thủy vực, được chia ra thành ba loại (các chỉ tiêu độc hại tới hạn － CTĐTH):

- những chất làm biến đổi các tính chất cảm quan của nước (màu, mùi, vị);

- những chất ảnh hưởng tới tình trạng vệ sinh chung của thủy vực (chẳng hạn, tốc độ của các quá trình tự làm sạch);

- những chất gây ảnh hưởng tới cơ thể người và động vật sống trong thủy vực (những chất độc).

Trong “Những quy chế bảo vệ nước mặt khỏi ô nhiễm bởi nước thải” chỉ ra rằng, hàm lượng mỗi chất có độc trong nước thủy vực không được vượt quá NĐTHCP. Còn nếu như trong thành phần của nước thải chứa một số chất có độc, thì để tính nồng độ cho phép của chúng trong nước thủy vực có nhiều cách tiếp cận khác nhau, tùy thuộc vào chỗ các chất đó thuộc vào một loại hay các loại khác nhau về CTĐTH. Nếu như các chất có độc thuộc các loại CTĐTH khác nhau, thì mỗi chất trong đó có thể có nồng độ bằng nồng độ tới hạn cho phép. Còn nếu các chất có độc thuộc vào một loại theo CTĐTH, thì nồng độ của chúng cần phải giảm sao cho tổng các tỷ số của chúng trên NĐTHCP không vượt quá đơn vị:

. (1.4)

Khi giải quyết vấn đề về khả năng xả nước thải vào thủy vực, người ta thực hiện đánh giá tình trạng vệ sinh của nó theo công thức (1.4). Nếu như $\sum \frac{C_i}{{\text{N§THCP}}_i}$ lớn hơn đơn vị, thì việc xả nước thải công nghiệp vào đối tượng nước ở nồng độ được hoạch định bị cấm.

Tính toán nồng độ các chất ô nhiễm ở các thủy trực kiểm tra được thực hiện có tính đến số lần pha loãng thứ n, đại lượng này được tính theo mối phụ thuộc:

$n=\frac{Q+Q_t}{Q_t}$, (1.5)

trong đó Q - lưu lượng trung bình tháng với suất đảm bảo 95 %, m³/s; Q_t - lưu lượng dòng chảy công nghiệp, m³/s.

Nếu tính tới số lần pha loãng, thì nồng độ tại thủy trực kiểm tra (C_kt) sẽ bằng:

$\frac{\partial S}{\partial t}=\left(D-\frac{Q_t}{\varphi H}\right)\frac{1}{r}\frac{\partial S}{\partial r}+D\frac{{\partial }^{2}S}{\partial r^2}$, (1.6)

với C_t - nồng độ của chất chỉ thị được xem xét trong nước thải.

Nồng độ tính toán ở thủy trực kiểm tra được so sánh với NĐTHCP để ước lượng mức độ có thể hay không thể phát thải nước thải công nghiệp vào đối tượng đã cho. Sự không phù hợp của C_kt với những yêu cầu chuẩn mực dẫn tới sự cần thiết phải tăng mức độ làm sạch, giảm thể tích nước thải, thiết lập nơi thu gom và phát thải với nhữngc điều kiện thủy văn thuận lợi v.v... Việc giải quyết các vấn đề này được thực hiện trong khi xem xét đồng bộ tất cả những biện pháp về bảo vệ thiên nhiên - giảm lượng các chất ô nhiễm, tính đến các quá trình tự làm sạch, kiểm tra việc tuân thủ các quy chế bảo vệ v.v...

Các phương pháp công trình bảo vệ nước. Quyết sách kỹ thuật trong vấn đề bảo vệ nước kết hợp trong nó việc sử dụng tối ưu tài nguyên nước, hạ thấp tối đa mức ô nhiễm các nguồn nước, đảm bảo cung cấp cho nền kinh tế quốc dân lượng nước cần thiết và chất lượng nước đạt yêu cầu. Các phương pháp công trình bảo vệ nước bao gồm không chỉ việc xây dựng phương pháp làm sạch nước thải, mà còn hoàn thiện công nghệ sản xuất cho phép cắt giảm hay loại trừ hoàn toàn sự gia nhập các chất ô nhiễm vào các đối tượng nước. Những biện pháp như lập các sơ đồ công nghệ loại bỏ hoàn toàn việc đổ nước thải vào sông và thủy vực, áp dụng quy trình cấp nước kín hay quay vòng, tận dụng phế liệu sản xuất, thay thế làm lạnh bằng nước thành làm lạnh bằng không khí, chuyển nước thải tới những xí nghiệp khác đòi hỏi với những yêu cầu “mềm hơn” về chất lượng nước, cần phải giữ một vai trò đáng kể trong việc ngăn ngừa ô nhiễm sông và thủy vực.

Làm sạch nước thải là biện pháp bắt buộc và đắt giá, bị chi phối ở chỗ hiện nay các quá trình công nghệ ở các xí nghiệp công nghiệp chưa đủ hoàn chỉnh về phương diện sử dụng nước. Ngày nay, việc làm sạch nước thải được xem như là phương pháp chủ yếu bảo vệ nước khỏi ô nhiễm.

Vấn đề làm sạch nước thải của các xí nghiệp và các điểm dân cư trước khi thải vào các thủy vực là bài toán cực kỳ phức tạp do sự đa dạng các chất ô nhiễm, sự hiện diện trong thành phần của chúng những hợp chất mới, thành phần của chúng liên tục phức tạp hơn. Nước thải có thể chia thành hai nhóm lớn: nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt - công cộng, khác nhau về các tính chất và thành phần.

Các phương pháp làm sạch nước thải hiện áp dụng ở nước ta và ngoại quốc có thể chia thành hai nhóm: các phương pháp làm sạch trong điều kiện nhân tạo (ở các công trình và hệ thống chuyên dụng) và các phương pháp làm sạch trong điều kiện tự nhiên (trên đất canh tác được tưới tiêu, các cánh đồng thấm, các đầm sinh học v.v...). Việc chọn phương pháp làm sạch nào là do thành phần và nồng độ các chất ô nhiễm có trong nước thải quyết định.

Làm sạch nước thải trong điều kiện nhân tạo. Các phương pháp làm sạch nước thải trong điều kiện nhân tạo rất đa dạng, nhưng có thể phân thành 4 dạng chính: làm sạch cơ học, hóa học, lý hóa và sinh hóa.

Làm sạch cơ học được áp dụng để tách ra khỏi nước thải những tạp chất hữu cơ và vô cơ hạt thô không hoà tan bằng phương pháp lắng, chắt, lọc, quay ly tâm. Để làm sạch cơ học, người ta sử dụng các lưới tách lọc thiết kế khác nhau như sàng, lưới, bể lắng, máy ly tâm, máy quay xoáy... Lưới và sàng thường đóng vai trò bảo vệ ngăn cản các hạt cỡ lớn như phế liệu sản xuất làm huỷ hoại các công trình. Lọc sỏi dùng để tách cát và các vật liệu lắng đọng khỏi nước thải. Cùng với các tạp chất khoáng, khi lọc trong sàng và bể lắng còn giữ lại các chất có nguồn gốc hữu cơ mà độ lớn thủy lực của chúng gần với độ lớn thủy lực của cát. Các công trình này dựa trên sự lắng đọng của các phần tử lơ lửng chứa trong nước thải khi thay đổi điều kiện động học của dòng. Theo đặc điểm chế tạo, người ta phân biệt các loại buồng lắng thẳng đứng, nằm ngang và tỏa tia.

Để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất cơ học, người ta cũng sử dụng máy quay cuộn xoáy, nhờ nó các chất trong dòng được tách ra dưới tác động của lực ly tâm xuất hiện trong chuyển động quay của chất lỏng. Vì lực ly tâm có thể lớn hơn khoảng hàng trăm lần lực trọng trường và tăng tỷ lệ thuận với vận tốc lắng đọng của phần tử, điều này dẫn đến thể tích và diện tích chiếm bởi máy quay hàng trăm và hàng chục lần nhỏ hơn lưới sàng cùng công suất. Theo số liệu của Viện Nghiên cứu Khoa học Cấp nước, Hệ thống kênh, Thủy công trình và Địa chất Thủy văn Công trình Toàn liên bang, việc áp dụng máy quay làm giảm chi phí nhiều lần cho công trình làm sạch nước.

Làm sạch hóa học và lý hóa được áp dụng để tách các tạp chất vô cơ mịn hoà tan và các chất hữu cơ khó ôxy hóa bằng các phương pháp sinh hóa ra khỏi nước thải bằng phương pháp phân tách, lắng đọng và phân huỷ nhờ các hợp chất hóa học, bằng cách kết hợp các phương pháp tác động vật lý và hóa học.

Làm sạch sinh hóa học thường được áp dụng sau khi các chất hạt thô được tách ra khỏi nước thải. Phương pháp làm sạch sinh hóa dựa trên khả năng của một số loại vi khuẩn sử dụng các chất hữu cơ có trong nước thải để ăn (các axit hữu cơ, chất đạm, chất đường...). Người ta phân biệt hai giai đoạn của quá trình làm sạch diễn ra với tốc độ khác nhau: hấp phụ từ nước thải các tạp chất hoà tan và hạt tinh hữu cơ và vô cơ vào bề mặt của các vi khuẩn và sau đó phân huỷ các chất thu gom được ở bên trong tế bào vi khuẩn nhờ các quá trình hóa học tại đó.

Quá trình xử lý sinh hóa có thể diễn ra cả trong điều kiện nhân tạo (trong các buồng lọc sinh học và buồng lọc sinh hóa khí), lẫn trong điều kiện tự nhiên (trên các ruộng tưới tiêu, các ruộng thấm lọc, các đầm sinh học...).

Làm sạch sinh hóa trong điều kiện nhân tạo được thực hiện trong các buồng lọc sinh hóa, các buồng trộn, buồng lọc sinh hóa với vòi phun nước thải, trong các bể lọc sinh học truyền khí tự nhiên và truyền khí nhân tạo.

Bể lọc sinh học là một bể chứa đầy bùn hoạt tính (bùn hoạt tính - là một khối nhũ tương các chất thành phần khoáng và hữu cơ, giàu vi khuẩn). Khi nước thải đi qua bể lọc sinh hóa, các vi khuẩn thu hút các khoáng chất và chất hữu cơ làm thức ăn cho chúng như nitơ từ aniac, nitrat, axit amin, phôtpho và kali từ các muối khoáng của các hợp chất đó. Để bể lọc vận hành bình thường, bùn hoạt tính cần được thay thế định kỳ.

Bể lọc sinh học là một công trình đổ đầy các vật liệu nghiền nhỏ, trên đó trước khi đổ nước thải cần tạo nên một màng sinh học hoạt tính bao gồm không chỉ các vi khuẩn mà cả các tảo, ấu trùng côn trùng... hợp thành một quần thể phức tạp tham gia vào quá trình làm sạch.

Trong các điều kiện tự nhiên,làm sạch sinh hóa được thực hiện trên các cánh đồng đất tưới, cánh đồng lọc, trên các khu vực tưới dưới đất, trong các đầm sinh học và các kênh ôxy hóa. Trong mọi trường hợp, quá trình làm sạch, làm vô hại diễn ra trong đất màu hoặc nước với sự tham gia của các quá trình tự nhiên. Làm sạch sinh học trong đất có ý nghĩa căn bản, phương pháp này bao gồm việc phân hủy từ từ các chất hữu cơ của nước thải thành các hợp chất khoáng đơn giản nhất nhờ tác động của các vi khuẩn trong đất. Các vi khuẩn của chất thải lỏng tập trung vào lớp đất trên cùng và tăng nhanh tính bão hoà sinh khối. Khi đó, một số trong chúng bị chết dưới tác động của những loài đối kháng, số còn lại tìm được trong đất những điều kiện thuận lợi, nhân bản nhanh và tự tham gia vào quá trình làm sạch đất khỏi các hợp chất hữu cơ do nước thải mang vào. Đất như giống như một phòng thí nghiệm tự nhiên, ở đó diễn ra một cách mạnh mẽ các quá trình sinh hóa phức tạp, dẫn tới khoáng hóa các chất hữu cơ chứa trong nước thải và giải nhiễm chúng - thực tế giải phóng hoàn toàn đất màu khỏi những thực vật gây bệnh. Điều đặc biệt quan trọng ở đây là phương pháp làm sạch bằng đất hoàn toàn loại bỏ các xâm nhập trực tiếp của nước thải vào thủy vực nước mặt, tức là bảo vệ chúng khỏi ô nhiễm một cách tốt nhất.

Những cánh đồng đất tưới là những diện tích chuyên dụng, trên đó tiến hành làm sạch nước thải kết hợp với trồng trọt một số cây kinh tế. Khi không có cây trồng, các khoảnh đất này được gọi là những cánh đồng lọc. Phương pháp làm sạch nước thải bằng thổ nhưỡng trong thời gian gần đây rất được chú ý, điều đó là do phương pháp này tạo ra khả năng giải quyết đồng thời nhiệm vụ bảo vệ nước khỏi ô nhiễm và tăng cường sản xuất nông nghiệp. Ngoài ra, mức độ làm sạch nước thải sinh hoạt công cộng cao hơn khi sử dụng phương pháp làm sạch bằng đất.

Bảng 1.10. Các chỉ số (%) làm sạch nước thải của các điểm dân cư

trên các công trình làm sạch nhân tạo và bằng các phương pháp thổ nhưỡng

Bảng 1.11. Mức độ làm sạch nước thải công nghiệp

Việc đều đặn tăng cường xây dựng các công trình làm sạch, hoàn thiện công nghệ sản xuất, sử dụng nhiều lần nước trong công nghiệp chắc chắn sẽ đem lại kết quả giảm thiểu những thể tích ô nhiễm xâm nhập vào thể tích nước thiên nhiên. Tuy nhiên, hiện nay hoàn toàn không phải tất cả nước thải đều được xử lý; ngoài ra với trình độ công nghệ làm sạch hiện tại, một phần ô nhiễm nhất định vẫn còn lại trong nước thải (bảng 1.10, 1.11), điều đó dẫn đến cần tính tới các quá trình tự làm sạch nước thải khi xả chúng vào các thủy vực.

Các đầm sinh học là những thủy vực nhân tạo độ sâu 0,5-1,5 m, được chia thành một số ngăn (2－5). Nước trong đầm được tuần tự bổ sung vào tùy theo mức độ làm sạch. Để phân bố nước thải đều đặn trên vùng nước của đầm, người ta bố trí việc xả nước thải vào và chắt ra ở những vị trí rải rác khắp trong đầm. Diện tích đầm － 0,5－1,0 ha. Kiểu làm sạch này hiệu quả nhất vào thời kỳ ấm trong năm. Cần nhận thấy rằng trong trường hợp này hiệu quả làm sạch nước thải trong những điều kiện nhân tạo cũng gần với hiệu quả làm sạch trong những điều kiện tự nhiên.

Những công trình cải tạo đất thúc đẩy việc bảo vệ tài nguyên nước khỏi ô nhiễm có thể được phân thành các dạng lâm nghiệp, nông nghiệp và thủy công.

Những biện pháp công trình lâm nghiệp - trồng các thực vật cây gỗ và thân bụi trong phạm vi các vùng thượng lưu và trung lưu của các lưu vực sông, làm giảm dòng chảy mặt và làm giảm các quá trình xói mòn do nước.

Việc thực hiện những công việc nghề nông một cách đúng đắn thuộc về nhóm các công trình cải tạo đất theo phương pháp kỹ thuật nông nghiệp.

Những biện pháp cải tạo thủy công - chủ yếu là điều tiết chế độ nước - không khí của đất, thổ nhưỡng để trồng trọt các loại cây kinh tế khác nhau, đồng thời giữ cho đất khỏi bị rửa trôi mất các chất dinh dưỡng. Những công việc nhằm ngăn ngừa sự tạo thành các rãnh xói, các dải trượt đất và xập đổ bờ cũng thuộc nhóm những biện pháp cải tạo thủy công.

Việc xúc tiến một cách có tổ chức những biện pháp cải tạo đất tổng hợp sẽ giảm thiểu đáng kể sự ô nhiễm nước tự nhiên.

Mức độ ô nhiễm khí quyển có ảnh hưởng đáng kể tới chất lượng nước. Vấn đề này đã được xem xét ở phần thứ nhất của giáo trình này.

Việc khai thác tài nguyên thiên nhiên có ảnh hưởng rõ rệt đến mức ô nhiễm của môi trường nước. Trong quá trình khai thác tài nguyên thiên nhiên, điều quan trọng là không được để xảy ra những vụ tràn dầu từ dàn khoan dầu, những vụ tràn dầu sự cố, những vụ vỡ đập các hồ chứa v.v...

Những gì đã liệt kê trên đây chưa phải là đã bao quát hết những biện pháp và phương pháp phòng ngừa ô nhiễm tài nguyên nước. Còn có nhiều biện pháp bảo về nước khác cho phép cắt giảm khối lượng và hạ thấp mức ô nhiễm nước thải. Tuy nhiên, cần nhớ rằng tất cả những phương pháp đó chỉ có thể tách loại bớt một phần ô nhiễm nước tự nhiên, mà không ngăn chặn được sự ô nhiễm. Vì vậy, vấn đề nước sạch sẽ chỉ có thể giải quyết trong điều kiện chuyển sang những hệ thống cấp nước kín.

Những quá trình tự làm sạch của nước tự nhiên. Nước thải chưa làm sạch hay được làm sạch một phần khi xả vào các đối tượng nước sẽ làm biến đổi những tính chất vật lý và thành phần hóa học của nước, biến đổi chất lượng nước, làm ô nhiễm các đối tượng nước.

Ở bên trong các đối tượng nước bị ô nhiễm luôn diễn ra những quá trình phức tạp dẫn tới khôi phục trạng thái tự nhiên của sông, hồ hay hồ chứa. Tập hợp các quá trình thủy động lực, sinh hóa, hóa học và vật lý, dẫn tới làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong nước được gọi là sự tự làm sạch của các khối nước. Tùy thuộc vào chỗ, những chất nào (bảo thủ hay không bảo thủ) và ở trạng thái pha nào (lơ lửng hay hòa tan) đi vào thủy vực cùng với nước thải, mà trong quá trình tự làm sạch sẽ áp đảo hoặc các quá trình thủy động lực, hoặc các quá trình hóa học hay các quá trình sinh học. Những chất hoà tan bảo thủ thì không chịu bất cứ một quá trình chuyển hóa nào, nồng độ của chúng chỉ giảm đi do hệ quả sự pha loãng nước (quá trình thủy động lực).

Khi trong nước thải coa mặt những chất lơ lửng, thì các quá trình kết lắng tạp chất xuống đáy (các quá trình vật lý và thủy động lực) sẽ đóng vai trò chủ yếu trong quá trình tự làm sạch các khối nước. Sự tự làm sạch các khối nước khỏi những chất hoà tan không bảo thủ diễn ra do kết quả pha loãng cũng như do tương tác với những thành tố khác chứa trong nước (các quá trình thủy động lực, hóa học và sinh hóa).

Để tính toán sức tải cho phép của các thủy vực và các dòng nước đối với những dòng thải ô nhiễm, để dự báo thành phần và các tính chất của khối nước có tính đến quá trình tự làm sạch, chúng ta cần biết đặc trưng định lượng về vai trò của từng quá trình trong sự chuyển hóa các chất hoà tan và lơ lửng có nguồn gốc hữu cơ và vô cơ. Tuy nhiên, hiện nay chưa phải tất cả các quá trình đều đã được nghiên cứu một cách đầy đủ. Do đó, trong khi nghiên cứu các quá trình ô nhiễm và tự làm sạch, hiện nay người ta phân biệt những hướng nghiên cứu chính sau đây:

- nghiên cứu các quá trình hòa trộn là pha loãng nước thải trong các thủy vực và các dòng nước có tính đến sự biến động của những nhân tố thủy văn và thủy động lực;

- xác lập mối quan hệ giữa sự biến đổi chất lượng nước và chế độ thủy văn và các đặc trưng tính toán của dòng chảy;

- nghiên cứu những quá trình chuyển hóa hóa học và lý hóa của các chất ô nhiễm trong những đối tượng nước;

- khảo sát các quá trình sinh hóa chuyển hóa những chất ô nhiễm.

Hai hướng đầu tiên, kết hợp với việc xây dựng những phương pháp tính toán pha loãng nước thải và những phương pháp tính toán kết lắng các chất ô nhiễm lơ lửng có thể được gọi là những khía cạnh thủy văn học của vấn đề tự làm sạch. Hiện nay, những vấn đề này đang được nghiên cứu rất thành công ở nhiều viện nghiên cứu khoa học của nước ta

, và hàng loạt những phương pháp kỹ thuật tính toán chất lượng nước đã được đề xuất.

Bên cạnh những nhân tố thủy văn, các quá trình lý hóa và sinh hóa có vai trò quan trọng trong quá trình tự làm sạch. Các trình hóa học trong nước tự nhiên liên quan mật thiết với các quá trình sinh học và nhiều khi rất khó nói ở đâu sẽ kết thúc một quá trình này và bắt đầu một quá trình khác. Vai trò quyết định trong tổ hợp này thuộc về các quá trình sinh học, tuy nhiên, các quá trình lý hóa sẽ thống trị, một khi trong nước có mặt những chất ô nhiễm độc tính cao, hoặc ở đó hình thành nên những điều kiện bất lợi cho hoạt động sống của các cơ thể động vật và thực vật, trong tình huống đó các quá trình sinh học chỉ có ý nghĩa tối thiểu.

Nghiên cứu các quá trình chuyển hóa lý hóa và sinh hóa những chất ô nhiễm trong các đối tượng nước đang được tiến hành ở nhiều cơ sở nghiên cứu khoa học của nước ta (Viện Nghiên cứu Khoa học Thủy hóa, Viện Nghiên cứu Khoa học Cấp nước, Hệ thống kênh, Thủy công trình và Địa chất Thủy văn Công trình Toàn liên bang, Viện Hóa học Các hợp chất Tự nhiên của Viện hàn lâm Khoa học Liên Xô, Viện Sinh vật học các biển nội địa thuộc Viện hàn lâm Khoa học Liên Xô v.v...).

Những kết quả các nghiên cứu cần phải là cơ sở để xây dựng, kiểm chứng và hiệu chỉnh các phương pháp dự báo và tính toán mức độ ô nhiễm và quá trình tự làm sạch của các dòng nước và các thủy vực.