Nghiên cứu ứng dụng công nghệ khai thác nước thấm lọc từ sông phục vụ cấp nước sinh hoạt và sản xuất.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN TRUNG HIẾU

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHAI THÁC NƯỚC
THẤM LỌC TỪ SÔNG PHỤC VỤ CẤP NƯỚC
SINH HOẠT VÀ SẢN XUẤT

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2023


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN TRUNG HIẾU

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHAI THÁC NƯỚC
THẤM LỌC TỪ SÔNG PHỤC VỤ CẤP NƯỚC
SINH HOẠT VÀ SẢN XUẤT

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Ngành: Kỹ thuật cấp thoát nước
Mã số: 9580213

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. ĐOÀN THU HÀ

HÀ NỘI, NĂM 2023


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã
được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận án

Nguyễn Trung Hiếu

i


LỜI CÁM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận án cũng như trong những năm học vừa qua, tác giả đã
nhận được sự chỉ bảo và hướng dẫn tận tâm của PGS.TS. Đồn Thu Hà. Em xin gửi
tới cơ lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất.
Ngoài ra, tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo, cán bộ Khoa Kỹ thuật
tài nguyên nước, Phòng đào tạo trường Đại học Thủy lợi Hà Nội, và Bộ môn Khoa học
nước, Khoa xây dựng và kiến trúc, Trường khoa học Ứng dụng Dresden (HTWD) đã
tận tình đóng góp ý kiến cho việc soạn thảo tài liệu Luận án tiến sĩ này.
Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên, khuyến khích và tạo
điều kiện cho em trong quá trình học tập và quá trình thực hiện luận án này.

ii

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH...........................................................................................vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU..........................................................................................xi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT............................................................................xii
MỞ ĐẦU........................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu..................................................................................................3
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................................4
4. Nội dung nghiên cứu.................................................................................................4
5. Phương pháp nghiên cứu..........................................................................................5
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của kết quả nghiên cứu.........................................6
7. Cấu trúc của luận án.................................................................................................6
CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN...........................................................8
1.1 Tổng quan sử dụng nước thấm từ sông làm nguồn nước cấp......................8
1.1.1

Giải pháp sử dụng nước thấm từ sông làm nguồn nước cấp trên thế giới 8

1.1.2

Giải pháp sử dụng nước thấm từ sông làm nguồn nước cấp ở Việt Nam
10

1.2

Các cơng trình nghiên cứu và dự án khai thác nước thấm từ sông...........14

1.2.1

Tổng quan công nghệ nước thấm lọc từ sông.........................................14

1.2.2

Những nghiên cứu trên thế giới..............................................................14

1.2.3

Những nghiên cứu tại Việt Nam.............................................................17

1.3

Tình hình cung cấp nước và nhu cầu dùng nước tại Việt Nam.................19

1.3.1

Tình hình cấp nước đơ thị.......................................................................19

1.3.2

Tình hình cấp nước nơng thơn................................................................20

1.4 Tổng quan nguồn nước mặt, nước ngầm, đặc điểm về chất lượng, trữ
lượng và khả năng khai thác...................................................................................21
1.4.1

Nguồn nước mặt......................................................................................21

1.4.2

Nguồn ngước dưới đất.............................................................................25

1.4.3

Các giải pháp khai thác nước mặt, nước ngầm.......................................31

1.4.4

Hiện trạng khai thác sử dụng nguồn nước tại Việt Nam.........................32

1.4.5

Tổng quan về xử lý nước mặt, nước ngầm..............................................34

1.5

Định hướng nghiên cứu................................................................................37

ii


CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ỨNG
DỤNG CÔNG NGHỆ KHAI THÁC THẤM LỌC TỪ SÔNG...............................39
2.1

Cơ sở lý thuyết và thực tiễn giải pháp công nghệ thấm lọc từ sông RBF..39

2.1.1

Mô tả công nghệ RBF.............................................................................39

2.1.2

Khả năng cải thiện chất lượng nước........................................................42

2.1.3

Vấn đề tắc nghẽn và tự làm sạch trong RBF...........................................49

2.1.4

Khả năng khôi phục khả năng thấm nhờ dịng chảy xói.........................50

2.2 Lựa chọn khu vực nghiên cứu, đặc điểm khu vực nghiên cứu và các yếu tố
ảnh hưởng.................................................................................................................51
2.2.1

Lựa chọn khu vực nghiên cứu.................................................................51

2.2.2

Đặc điểm dịng chảy sơng Hồng khu vực nghiên cứu............................53

2.2.3

Đặc điểm địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu...................................53

2.2.4

Chất lượng nước sông Hồng vùng Hà Nội..............................................61

2.2.5

Chất lượng nước ngầm vùng Hà Nội......................................................62

2.2.6

Địa chất thủy văn và nước ngầm khu vực ven sông Cẩm Giàng............63

2.3

Cơ sở khoa học xác định tiềm năng khai thác nước thấm từ sông............64

2.3.1

Cơ sở khoa học........................................................................................64

2.3.2

Phương pháp xác định tiềm năng khai thác nước thấm từ sông..............65

2.4

Cơ sở khoa học xác định vị trí và lưu lượng nước thấm từ sơng...............78

2.4.1

Cơ sở xác định vị trí khai thác nước thấm..............................................78

2.4.2

Cơ sở xác định lưu lượng khai thác nước thấm......................................79

2.5 Các hình thức cơng trình khai thác nước thấm lọc từ sơng và phương pháp
tính tốn giếng thấm.................................................................................................80
2.5.1

Các hình thức cơng trình khai thác nước thấm lọc từ sơng.....................80

2.5.2

Phương pháp tính tốn giếng thấm..........................................................82

2.6 Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu tính khả thi của việc loại bỏ
sắt, mangan và amoni trong lịng đất trong cơng nghệ RBF.................................87
2.6.1

Sơ đồ bãi giếng thí nghiệm......................................................................87

2.6.2

Cấu tạo giếng thí nghiệm........................................................................88

2.6.3
Đánh giá diễn biến chất lượng nước thấm so với nước sông tại địa điểm
nghiên cứu.............................................................................................................89
2.6.4

Phương pháp lấy mẫu và phân tích.........................................................90

i


2.7 Kết luận chương 2.........................................................................................92
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHAI THÁC NƯỚC
THẤM TỪ SÔNG PHỤC VỤ CẤP NƯỚC..............................................................93
3.1 Đánh giá tiềm năng khai thác nước thấm từ sơng khu vực nghiên cứu điển
hình 93
3.1.1

Vị trí khu vực lựa chọn nghiên cứu tiềm năng khai thác nước thấm......93

3.1.2

Kết quả nghiên cứu cấu trúc địa chất, địa chất thủy văn.........................94

3.1.3

Tiềm năng khai thác nước thấm tại vùng nghiên cứu.............................97

3.1.4
Các nội dung thực hiện xác định lưu lượng khai thác nước thấm tại 04
địa điểm nhằm xác định tiềm năng khai thác nước thấm vùng nghiên cứu..........99
3.1.5
Kết quả đánh giá tiềm năng khai thác nước thấm ven sông Hồng thuộc
khu vực nghiên cứu điển hình.............................................................................103
3.2 Đánh giá xác định vị trí và lưu lượng khai thác nước thấm tại địa điểm
nghiên cứu tại Tân Trường, Cẩm Giàng, Hải Dương..........................................104
3.2.1

Đánh giá điều kiện địa tầng, khả năng thấm ven sông ở khu vực Cẩm
Giàng, Hải Dương...............................................................................................104
3.2.2

Chất lượng nước sông và nước dưới đất...............................................106

3.2.3

Vị trí nghiên cứu RBF sơng Cẩm Giàng tại tỉnh Hải Dương................107

3.2.4

Các bài tốn nghiên cứu........................................................................108

3.2.5

Thuyết minh mơ hình............................................................................109

3.2.6

Kết quả mơ hình....................................................................................113

3.3 Đánh giá hiệu quả cải thiện chất lượng nước nhờ tầng thấm lọc ven sông
tại địa điểm nghiên cứu Tân trường, Cẩm Giàng, Hải Dương............................120
3.3.1
Đánh giá chất lượng nước sông Cẩm Giàng và nước ngầm tại khu vực
nghiên cứu...........................................................................................................120
3.3.2 Kết quả phân tích mẫu nước sơng và nước thấm lọc từ sơng tại vị trí
nghiên cứu...........................................................................................................120
3.3.3

Đánh giá sự thay đổi chất lượng nước giữa nước sông và nước thấm 124

3.3.4
Đánh giá khả năng loại bỏ sắt, mangan, amoni và chất hữu cơ nhờ tầng
thấm lọc ven sông................................................................................................130
3.4

Đề xuất công nghệ xử lý nước thấm từ sông.............................................132

3.4.1

Cơ sở đề xuất công nghệ xử lý nước thấm từ sông...............................132

3.4.2

Tiêu chí đề xuất cơng nghệ xử lý nước thấm từ sông...........................132

v


3.4.3

Đặc điểm chất lượng nước thấm cần xử lý...........................................133

3.4.4

Công suất trạm xử lý.............................................................................133

3.4.5

Các sơ đồ công nghệ xử lý nước thấm từ sơng.....................................134

3.5

Đề xuất quy trình áp dụng cơng nghệ RBF...............................................135

3.5.1

Xác định khu vực áp dụng công nghệ RBF..........................................136

3.5.2

Xác định vị trí xây dựng cơng trình khai thác nước thấm.....................137

3.5.3

Thiết kế cơng trình khai thác nước thấm...............................................139

3.5.4

Thiết kế cơng trình xử lý nước thấm.....................................................142

3.6

Kết luận chương 3.......................................................................................143

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................................145
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ...............................................149
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................150

PHỤ LỤC...................................................................................................................158

v


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình M.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu của luận án..........................................................7
Hình 1.1 Nhà máy khai thác nước thấm ở Mainz- Đức..................................................9
Hình 1.2 Các giếng khai thác nước thấm từ sơng dọc theo sơng Ruhn ở Hattingen Đức
.........................................................................................................................................9
Hình 1.3 Các cơng trình thấm lọc ven sơng Yamuna-Delhi-Ấn Độ [9]........................10
Hình 1.4 Các bãi giếng khai thác và các nhà máy xử lý nước ngầm ven sông Hồng khu
vực Hà nội.....................................................................................................................11
Hình 1.5. Một số bãi giếng ven sơng Hồng, TP Hà Nội...............................................11
Hình 1.6 Vị trí bãi giếng cung cấp nước cho thành phố Bắc Ninh gần sơng Cầu.........12
Hình 1.7 Mặt bằng hệ thống giếng giảm áp khu vực Sen Chiểu...................................13
Hình 1.8 Nguyên lý làm việc của giếng giảm áp lọc nước thấm ven sơng bảo vệ đê...13
Hình 1.9 Mặt cắt địa chất thủy văn qua sông Hồng với các công trình khai thác nước
thấm lọc theo các phương án khác nhau.......................................................................18
Hình 1.10 Bản đồ lưu vực các hệ thống sơng của Việt Nam........................................22
Hình 1.11 Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước mặt cơ bản......................................................35
Hình 1.12 Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước ngầm cơ bản...................................................36
Hình 2.1 Nguyên lý bổ cập Nước thấm lọc từ sơng......................................................39
Hình 2.2 Ngun lý thu nước từ q trình thấm lọc từ sơng.........................................40
Hình 2.3 Các hình thức và vị trí khai thác nước thấm lọc từ sơng................................41
Hình 2.4 Tổng hợp các quy trình loại bỏ các chất ơ nhiễm trong q trình RBF........42
Hình 2.5 Các trạng thái tồn tại của amoni theo pH.......................................................45
Hình 2.6 Những thay đổi hóa học trong nước trong vùng thấm ban đầu [1]................48
Hình 2.7 Cấu trúc địa chất thủy văn khu vực Hà Nội...................................................54
Hình 2.8. Bản đồ đẳng bề dày tầng chứa nước qh.........................................................55

Hình 2.9. Bản đồ địa chất thủy văn tầng qh..................................................................56
Hình 2.10 Bản đồ đẳng bề dày tầng chứa nước qp2......................................................58
Hình 2.11 Bản đồ địa chất thủy văn tầng chứa nước qp2.............................................58
Hình 2.12 Bản đồ đẳng bề dày tầng chứa nước qp1......................................................59
Hình 2.13 Bản đồ địa chất thủy văn tầng chứa nước qp1.............................................60
Hình 2.14 Bản đồ địa chất thủy văn đơ thị Hải Dương.................................................63
Hình 2.15 Cơ sở khoa học xác định tiềm năng khai thác nước thấm từ sơng...............64
Hình 2.16 Phương pháp xác định tiềm năng khai thác nước thấm từ sơng...................65
Hình 2.17 Cửa sổ địa chất thủy văn..............................................................................66
Hình 2.18 Các kiểu quan hệ thủy lực giữa nước sông và nước dưới đất [120].............67
Hình 2.19 Sơ đồ hóa tính tốn lượng thấm từ sơng.......................................................68
Hình 2.20 Điều kiện biên sơng (River).........................................................................73
Hình 2.21 Các ô lưới sai phân hai chiều xung quanh ơ có lỗ khoan.............................74
Hình 2.22 Điều kiện biên kênh thốt (Drain)................................................................76
v


Hình 2.23 Điều kiện biên bốc hơi trong mơ hình (ET).................................................76
Hình 2.24 Điều kiện biên tổng hợp trong mơ hình (GHB)...........................................77
Hình 2.25 Sơ đồ Tiêu chí xác định địa điểm và vị trí khai thác nước thấm..................79
Hình 2.26 Cơ sở xác định lưu lượng khai thác nước thấm............................................79
Hình 2.27 Cơ sở khoa học phương pháp xác định lưu lượng nước thấm từ sơng.........80
Hình 2.28 Các hình thức giếng đứng.............................................................................81
Hình 2.29 Cấu tạo giếng đứng điển hình.......................................................................82
Hình 2.30 Sơ đồ giếng khoan........................................................................................83
Hình 2.31 Sơ đồ ống lọc................................................................................................86
Hình 2.32 Mơ hình tính giếng khơng hồn chỉnh thu nước có áp.................................86
Hình 2.33 Sơ đồ chùm lỗ khoan thí nghiệm trên mặt bằng tại xã Tân Trường, huyện
Cẩm Giàng, tỉnh Hải dương..........................................................................................88
Hình 2.34. Cấu tạo giếng thí nghiệm tại Tân Trường, Cẩm Giàng, Hải Dương...........89

Hình 3.1 Bản đồ vị trí vùng nghiên cứu đánh giá khả năng khai thác nước thấm từ
sơng Hồng......................................................................................................................93
Hình 3.2 Sơ đồ vị trí tuyến mặt cắt địa chất thủy văn vùng nghiên cứu.......................94
Hình 3.3 Mặt cắt địa chất thủy văn tuyến IV................................................................95
Hình 3.4 Mặt cắt địa chất thủy văn tuyến II..................................................................95
Hình 3.5 Mặt cắt địa chất thủy văn tuyến VIII..............................................................96
Hình 3.6 Phân vùng cấu trúc địa chất ven sơng Hồng khu vực nghiên cứu..................97
Hình 3.7 Diện tích xây dựng mơ hình các vùng nghiên cứu xác định tiềm năm khai
thác nước thấm............................................................................................................100
Hình 3.8. Đồ thị tương quan giữa kết quả tính tốn của mơ hình với giá trị đo thực tế
tại lỗ khoan quan sát bài toán chỉnh lý ổn định...........................................................103
Hình 3.9 Bản đồ phân vùng khả năng khai thác nước thấm ven sơng Hồng thuộc khu
vực nghiên cứu............................................................................................................104
Hình 3.10 Sơ đồ khối cấu trúc địa chất thủy văn đơ thị Hải Dương...........................105
Hình 3.11 Sơ đồ khối các lớp địa tầng qh và qp của huyện Cẩm Giàng.....................105
Hình 3.12 Bản đồ vị trí nghiên cứu RBF Thơn Tràng Kỹ, xã Tân Trường, huyện Cẩm
Giàng, tỉnh Hải Dương................................................................................................108
Hình 3.13 Mặt cắt địa chất thủy văn ngang sơng Cẩm Giàng.....................................108
Hình 3.14 Giới hạn phạm vi mơ hình..........................................................................109
Hình 3.15 Các lớp của mơ hình mơ phỏng theo tài liệu khoan khảo sát tại Tân Trường
.....................................................................................................................................110
Hình 3.16 Một số hình ảnh khoan lấy mẫu và thi cơng giếng tại vị trí thí điểm Tân Trường
.....................................................................................................................................110
Hình 3.17 Phân bổ hạt tại lớp 12-12.5m....................................................................112
Hình 3.18: Độ hạ thấp tối đa 11m...............................................................................113
Hình 3.19: Độ hạ thấp trong thiết kế giếng và đặt máy bơm 7m................................114
Hình 3.20 Sơ đồ mô phỏng giếng với khoảng cách từ giếng đến sông khác nhau.....115

v

Hình 3.21 Lưu lượng khai thác tối đa của giếng với khoảng cách tới sơng khác nhau
.....................................................................................................................................115
Hình 3.22 Tổng lưu lượng tối đa của bãi giếng (m3/ngày)..........................................116
Hình 3.23 Lưu lượng tối đa của một giếng trong bãi giếng (m3/ngày).......................117
Hình 3.24 Sơ đồ mô phỏng giếng với khoảng cách giữa các giếng là 80m................117
Hình 3.25 Sơ đồ mơ phỏng giếng với khoảng cách giữa các giếng là 50m................118
Hình 3.26 Sơ đồ mô phỏng xác định thời gian và lượng nước thấm từ sơng..............119
Hình 3.27 Sơ đồ chùm lỗ khoan thí nghiệm trên mặt bằng tại xã Tân Trường, huyện
Cẩm Giàng, tỉnh Hải dương........................................................................................121
Hình 3.28 Biểu đồ thể hiện độ dẫn điện của nước sơng và nước giếng khoan trong hai
đợt thí nghiệm.............................................................................................................124
Hình 3.29 Biểu đồ thể hiện độ dẫn điện của nước sơng và nước giếng khoan đợt tháng 5
.....................................................................................................................................124
Hình 3.30 Biểu đồ thể hiện độ dẫn điện của nước sông và nước giếng khoan đợt tháng 11
.....................................................................................................................................125
Hình 3.31 Hàm lượng COD và NH4+ của nước sông và nước thấm đợt tháng 5........126
Hình 3.32 Hàm lượng COD và NH4+ của nước sơng và nước thấm đợt tháng 11......126
Hình 3.33 Hàm lượng Fe của nước sông và nước thấm theo đợt lấy mẫu tháng 5.....127
Hình 3.34 Hàm lượng Fe của nước sơng và nước thấm theo đợt lấy mẫu tháng 11...128
Hình 3.35 Hàm lượng Mn của nước sông và nước thấm theo đợt lấy mẫu tháng 5. .129
Hình 3.36. Hàm lượng Mn của nước sông và nước thấm theo đợt lấy mẫu tháng 11 129
Hình 3.37 Hàm lượng Mn của nước sơng và nước thấm theo đợt lấy mẫu tháng 11130
Hình 3.38 Hàm lượng Fe2+, Mn2+, NH4+ và COD nước sông và nước thấm các lỗ
khoan thuộc mặt cắt vng góc sơng..........................................................................131
Hình 3.39 Hàm lượng NH +4NO
NO
và
TN của nước sông và nước thấm các lỗ
,

2,
3
khoan thuộc mặt cắt vng góc sơng..........................................................................131
Hình 3.40 Quy trình áp dụng cơng nghệ RBF............................................................136
Hình PL. 1 Kết quả mực nước động hạ thấp sau khi hiệu chỉnh các thơng số............158
Hình PL. 2 Lỗ khoan cách sơng 50m..........................................................................159
Hình PL. 3 Lỗ khoan cách sơng 40m..........................................................................159
Hình PL. 4 Lỗ khoan cách sơng 20m..........................................................................160
Hình PL. 5 Lỗ khoan cách sơng 10m..........................................................................160
Hình PL. 6 Kết quả mơ phỏng cho thấy cần khi chuyển lỗ khoan ra gần sông và cách
sông khoảng 8-10m.....................................................................................................161
Hình PL. 7 Kết quả mực nước động sau khi hiệu chỉnh các thơng số........................162
Hình PL. 8 Lỗ khoan cách sơng 15,9m, mực nước động Hđ = 10,18m......................163
Hình PL. 9 Lỗ khoan cách sông 5,0m, mực nước động Hđ = 9,96m..........................163
Hình PL. 10 Lỗ khoan cách sơng 3,5m, mực nước động Hđ = 9,87m........................164
Hình PL. 11 Lỗ khoan cách sơng 3,5m, mực nước động Hđ = 10,07m......................164

i


Hình PL. 12 Lỗ khoan cách sơng 3,5m, mực nước động Hđ = 10,26m......................165
Hình PL. 13 Lỗ khoan cách sơng 3,5m, mực nước động Hđ = 10,59m......................165
Hình PL. 14 Lỗ khoan cách sơng 3,5m, mực nước động Hđ = 10,89m......................166
Hình PL. 15 Lỗ khoan cách sông 3,5m, mực nước động Hđ = 11,03m......................166
Hình PL. 16 Lỗ khoan cách sơng 3,5m, mực nước động Hđ = 11,09m......................167
Hình PL. 17 Kết quả mực nước động sau khi hiệu chỉnh các thơng số......................168
Hình PL. 18 Lỗ khoan cách sông 213m, mực nước động Hđ = 12,55m.....................168
Hình PL. 19 Lỗ khoan cách sơng 100m, mực nước động Hđ = 10,12m.....................169
Hình PL. 20 Lỗ khoan cách sơng 50m, mực nước động Hđ = 9,33m.........................169
Hình PL. 21 Lỗ khoan cách sông 20m, mực nước động Hđ = 8,96m.........................169

Hình PL. 22 Lỗ khoan cách sơng 20m, mực nước động Hđ = 18,79m.......................170
Hình PL. 23 Lỗ khoan cách sơng 50m, mực nước động Hđ = 18,86m.......................170
Hình PL. 24 Lỗ khoan cách sông 100m, mực nước động Hđ = 18,91m.....................171
Hình PL. 25 Kết quả mực nước động sau khi hiệu chỉnh các thơng số......................172
Hình PL. 26 Lỗ khoan cách sơng 58m, mực nước động Hđ = 16,79m.......................172
Hình PL. 27 Lỗ khoan cách sông 30m, mực nước động Hđ = 13,3m.........................172
Hình PL. 28 Lỗ khoan cách sơng 10m, mực nước động Hđ = 10,91m.......................173
Hình PL. 29 Lỗ khoan cách sơng 30m, mực nước động Hđ = 15,97m.......................173
Hình PL. 30 Lỗ khoan cách sơng 30m, mực nước động Hđ = 17,79m.......................174
Hình PL. 31 Lỗ khoan cách sông 30m, mực nước động Hđ = 18,33m.......................174
Hình PL. 32 Lỗ khoan cách sơng 30m, mực nước động Hđ = 18,88m.......................175
Hình PL. 33 Lỗ khoan cách sơng 30m, mực nước động Hđ = 19,86m.......................175
Hình PL. 34 Lỗ khoan cách sông 10m, mực nước động Hđ = 12,96m......................176
Hình PL. 35 Lỗ khoan cách sơng 10m, mực nước động Hđ = 14,07m.......................176
Hình PL. 36 Lỗ khoan cách sông 10m, mực nước động Hđ = 18,13m.......................177

x


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Tỷ lệ dân số nông thôn được cấp nước đến năm 2020..................................21
Bảng 1.2 Sự phân bố của các tầng chứa nước lỗ hổng ở các đồng bằng châu thổ Việt Nam
.......................................................................................................................................29
Bảng 1.3 Tiềm năng nước ngầm vùng ven biển, 103 m3/ngày......................................29
Bảng 2.1 Phân chia mức độ giàu nước của các tầng chứa nước...................................54
Bảng 2.2 Thông số thiết kế giếng thí nghiệm................................................................89
Bảng 3.1 Kết quả khoan khảo sát địa tầng (Lỗ Khoan Trung Tâm TT).....................111
Bảng 3.2 Khoảng cách từ giếng tới sông và lưu lượng khai thác tối đa.....................114
Bảng 3.3 Kết quả tính tốn lưu lượng tối đa cho cả bãi giếng....................................116
Bảng 3.4 Kết quả tính tốn mơ phỏng chiều dài đường dịng chảy và thời gian dịch

chuyển từ sơng.............................................................................................................119
Bảng 3.5 Kết quả phân tích các chỉ tiêu ToC, EC, COD, NH4, Fe, Mn mẫu nước sông
Cẩm Giàng và nước thấm LKTT đợt tháng 5 tại địa điểm nghiên cứu.......................122
Bảng 3.6 Kết quả phân tích các chỉ tiêu ToC, EC, COD, NH4, Fe, Mn mẫu nước sông
Cẩm Giàng và nước thấm LKTT đợt tháng 11 tại địa điểm nghiên cứu.....................123
Bảng 3.7 Hàm lượng Fe2+, Mn2+, NH4+ và COD trong nước mặt và các lỗ khoan trên
mặt cắt vng góc với sơng Cẩm Giàng.....................................................................130
Bảng PL.8 Tổng hợp kết quả mực nước động với khoảng cách từ sông đến lỗ khoan
khác nhau.....................................................................................................................161

x


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BĐKH Biến đổi khí hậu
Bộ TN&MT Bộ Tài Nguyên và Môi Trường
CNN Cụm công nghiệp
ĐBSCL Đồng Bằng Sông Cửu Long
ĐCTV Địa chất thủy văn
ĐHTL Đại học Thủy lợi
ĐNB Đông Nam Bộ
GDP Gross Domestic Product Tổng sản phẩm quốc nội
HVS Hợp vệ sinh
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
KCN Khu công nghiệp
KTTĐ Kinh tế trọng điểm
LVS Lưu vực sơng
MNDBT Mực nước dâng bình thường
NTCN Nước thải công nghiệp
NTNN Nước thải nông nghiệp

NTSH Nước thải sinh hoạt
NTYT Nước thải y tế
QCVN Quy chuẩn Việt Nam
RBF Riverbank Filtration Nước thấm từ sơng
TBNN Trung bình nhiều năm
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam.

x


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Tổng dân số Việt Nam là gần 98 triệu dân vào năm 2020, trong đó khoảng 34% dân
số đơ thị, 66% dân số nông thôn. Bộ Xây dựng (BXD) và Bộ Nông nghiệp và Phát
triển Nông thôn (NN&PTNT) là các cơ quan chịu trách nhiệm cấp thoát nước và
quản lý vệ sinh khu vực đô thị và khu vực nông thôn. Hiện tại, khoảng 80% dân số
đô thị được cấp nước từ các hệ thống cấp nước tập trung. Ở khu vực nông thôn,
khoảng 88% dân số nông thôn sử dụng nước Hợp vệ sinh, trong đó khoảng 57% dân
số nơng thơn sử dụng nước đạt tiêu chuẩn QCVN 01-1:2018/BYT. Tỷ lệ dân được sử
dụng nước từ các hệ thống cấp nước tập trung ở mức thấp, dưới 30%.
Nước cấp cho đô thị ở Việt Nam có 70% từ nguồn nước mặt và 30% từ nước ngầm.
Xử lý nước mặt thường áp dụng công nghệ truyền thống gồm: Keo tụ tạo bông cặn,
lắng, lọc và khử trùng Clo. Nhiều nguồn nước mặt tại Việt Nam hiện đang bị ô
nhiễm bởi nước thải sinh hoạt và sản xuất. Hiện nay hơn 80% lượng nước thải sinh
hoạt đô thị chưa được xử lý trước khi xả ra nguồn. Nhiều nguồn nước mặt đang bị ô
nhiễm nghiêm trọng về vi sinh và chất hữu cơ, là nguy cơ gây bệnh ảnh hưởng sức
khỏe con người, đòi hỏi phải có các biện pháp xử lý phù hợp đảm bảo chất lượng
nước đạt tiêu chuấn trước khi cấp cho người sử dụng. Nước mặt thường có chất
lượng và trữ lượng không ổn định và thay đổi theo mùa, khó khăn trong khai thác và
xử lý nước. Việc xử lý nước mặt cũng yêu cầu xử lý lượng bùn cặn tại trạm xử lý với

chi phí khá cao.
Nước cấp nông thôn chủ yếu từ nguồn nước ngầm. Đối với các hệ thống cấp nước
nhỏ và cấp nước hộ gia đình, người dân chỉ sử dụng nước mặt khi khơng có nguồn
nước ngầm hoặc nước ngầm bị nhiễm mặn hoặc nhiễm phèn với nồng độ cao. Nước
ngầm thường được sử dụng trực tiếp hoặc qua xử lý đơn giản, không đảm bảo chất
lượng. Nước ngầm thường có hàm lượng sắt và mangan cao. Ở một số vùng, nước
ngầm có chứa hữu cơ, amoni và asen cao. Nước ngầm ở nhiều vùng chứa hàm lượng
mangan vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Trong những năm gần đây, nước ngầm đã bị

1


khai thác quá mức tại một số khu vực, làm sụt giảm tầng nước ngầm, giảm chất
lượng nước và gây hiện tượng sụt lún, chẳng hạn như ở Hà Nội, TP Hồ Chí Minh,
Đồng bằng sơng Cửu Long v.v…
Trước tình hình nhu cầu dùng nước cho sinh hoạt và các hoạt động sản xuất, phát
triển kinh tế ngày càng cao. Nguồn nước ngày càng khan hiếm, cạn kiệt và ô nhiễm.
Các nghiên cứu tìm kiếm các giải pháp nguồn nước càng cần thiết và cấp bách.
Công nghệ khai thác nước thấm từ sông RBF được sử dụng phổ biến ở Châu Âu hơn
100 năm qua, cụ thể ở các Quốc gia như Thụy Sỹ, Pháp, Hà Lan, Hungary, Đức, và
Hà Lan. Tại Mỹ, công nghệ khai thác nước thấm đã được áp dụng trên 50 năm. Các
quốc gia khác như Ấn Độ, Trung Quốc và Hàn Quốc gần đây đã bắt đầu khai thác
RBF để cung cấp nước uống. Ở nước ta, hiện nay cũng có nhiều cơng trình khai thác
nước dưới đất được xây dựng ở ven sông cho lưu lượng khai thác lớn nhờ nguồn bổ
cập nước mặt từ sông như: Lâm Thao, Bãi Bằng tỉnh Phú Thọ, thành phố Tuyên
Quang, thị xã Phúc Yên tỉnh Vĩnh Phúc, thành phố Bắc Ninh, thị xã Quảng Ngãi,
thành phố Quy Nhơn… Ở thành phố Hà Nội, các nhà máy nước Bắc Thăng Long,
Gia Lâm, Cáo Đỉnh, Yên Phụ, Đồn Thủy, Lương Yên, Nam Dư…, khai thác nước
dưới đất ven sông Hồng cho tổng cộng đạt sấp xỉ 400.000 m 3/ngày, chiếm khoảng
2/3 sản lượng nước của Công ty Kinh doanh nước sạch cung cấp cho thành phố Hà

Nội.
Trên phạm vi cả nước, nước thấm từ sông chưa được đầu tư nghiên cứu ứng dụng và
chưa được xem là một giải pháp khai thác nguồn nước. Trong thực tế, ở nhiều nơi
trong nước, các cơng trình giếng khoan, giếng đào ở ven các sơng, rất nhiều giếng có
mực nước liên quan chặt chẽ với mực nước sông; khi nước sông dâng cao thì nước
giếng cũng dâng theo và ngược lại. Đây thực chất là hiện tượng nước thấm từ sông
vào các giếng. Mặc dù như vậy, cho đến nay ở Việt Nam có rất ít những nghiên cứu
để đánh giá đúng về bản chất, ý nghĩa và cơ sở khoa học của hiện tượng nước thấm
từ sông, cũng như công nghệ, kỹ thuật khai thác nước thấm từ sông nhằm ứng dụng
công nghệ này phục vụ kinh tế, dân sinh.

2


Gần đây các nghiên cứu áp dụng giải pháp khai thác nước thấm đã được thực hiện tại
một số nước trên thế giới, nhưng hầu hết các nghiên cứu chỉ tập trung vào khả năng
khai thác tại các vị trí cụ thể, và chủ yếu tập trung các nghiên cứu về chất lượng
nước và khả năng xử lý nước của việc áp dụng giải pháp.
Ở Việt Nam, giải pháp khai thác nước thấm chưa được chính thức áp dụng, nhưng từ
thực tế khai thác nước dưới đất ven sông Hồng và một số kết quả nghiên cứu về mối
quan hệ giữa nước sông và nước dưới đất vùng đồng bằng sông Hồng đã cho thấy
một số giếng ven sông Hồng nhận nước mặt từ sông với tỷ lệ lớn và cho thấy khả
năng khai thác nước thấm từ sông ở một số vùng ở Việt Nam.
Trong điều kiện hiện nay, bên cạnh việc nghiên cứu, đánh giá, nâng cao hiệu quả sử
dụng các công nghệ xử lý nước mặt và nước ngầm phổ biến ở Việt Nam, rất cần thiết
phải nghiên cứu phát triển công nghệ khai thác và xử lý nước thấm từ sông, khẳng
định thêm một giải pháp nguồn nước mới, có ý nghĩa trong tình hình khan hiếm
nguồn nước và ô nhiễm môi trường hiện nay.
Trong bối cảnh này, tác giả đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng
công nghệ khai thác nước thấm lọc từ sông phục vụ cấp nước sinh hoạt và sản xuất”,

nghiên cứu được thực hiện trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu khoa học về giải pháp
nước thấm từ sông hợp tác giữa Trường Đại học Thủy lợi và trường Đại học khoa
học ứng dụng Dresden, Cộng hòa liên bang Đức. Kết quả nghiên cứu nhằm đánh giá
khả năng ứng dụng và hồn thiện cơng nghệ khai thác nước thấm từ sơng, có thể áp
dụng ở các khu vực có điều kiện tương tự, góp phần giải quyết được vấn đề về nguồn
nước cấp đang ngày càng khan hiếm hiện nay tại Việt Nam.

2. Mục tiêu nghiên cứu
-

Nghiên cứu đánh giá được tiềm năng khai thác và ứng dụng công nghệ khai
thác nước thấm lọc từ sông phục vụ cấp nước sinh hoạt và sản xuất;

-

Đánh giá được hiệu quả làm sạch nước của tầng thấm lọc ven sông.

3


3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1 Đối tượng nghiên cứu: Nước thấm từ sông, chất lượng nước thấm, địa tầng ven
sông, khả năng thấm lọc, hiệu quả làm sạch, q trình áp dụng cơng nghệ...
3.2 Phạm vi nghiên cứu:
+ Nghiên cứu khả năng khai thác nước thấm: khu vực nghiên cứu điển hình thuộc
ĐBSH, gồm các khu vực ven sơng Hồng từ Minh Châu Ba Vì tới Thượng Cát,
Nhật Tân Hà Nội và vùng ven sông Cẩm Giàng thuộc địa phận xã Tân Trường,
Huyện Cẩm Giàng, Hải Dương.
+ Nghiên cứu công nghệ khai thác nước thấm từ sông, xác định lưu lượng và vị trí
khai thác nước thấm, đánh giá khả năng cải thiện chất lượng nước nhờ tầng lọc

thềm sơng được thực hiện tại vị trí nghiên cứu điển hình thuộc xã Tân Trường,
Cẩm Giàng, Hải Dương.

4. Nội dung nghiên cứu
-

Nghiên cứu tổng quan về khả năng áp dụng giải pháp khai thác nước thấm từ sông;
+ Tổng quan về vấn đề nghiên cứu và khu vực nghiên cứu;
+ Đánh giá về thủy văn, địa chất thủy văn, tình hình nguồn nước các vùng nói
chung tại Việt Nam;
+ Đánh giá tình hình nguồn nước, chất lượng, trữ lượng, khả năng khai thác,
tình hình khan hiếm nước;
+ Phân tích lựa chọn khu vực nghiên cứu điển hình.

-

Phân tích cơ sở lý thuyết, đề xuất cơ sở khoa học, phương pháp nghiên cứu và
thiết lập cơ sở dữ liệu phát triển ứng dụng công nghệ khai thác nước thấm từ
sông phục vụ cấp nước sinh hoạt và sản xuất;

-

Nghiên cứu đánh giá tiềm năng và khả năng ứng dụng công nghệ khai thác
nước thấm từ sông phục vụ cấp nước sinh hoạt và sản xuất;

-

Đánh giá tiềm năng khai thác nước thấm từ sông tại khu vực nghiên cứu điển hình;

-

Nghiên cứu xác định vị trí và lưu lượng khai thác nước thấm từ sơng;

-

Mơ phỏng dịng chảy và chất lượng nước dưới đất;

-

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả làm sạch nước nhờ tầng thấm lọc ven sông;

-

Nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý nước thấm từ sông phục vụ cấp nước;

-

Đề xuất quy trình áp dụng cơng nghệ RBF.

4


5. Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận án:
-

Phương pháp khảo sát thu thập dữ liệu và số liệu: Đề tài nghiên cứu đòi hỏi bộ
dữ liệu lớn. Các dữ liệu thu thập gồm có: các tài liệu về nguồn nước, thủy văn
và địa chất thủy văn, vv…

-

Phương pháp phân tích, đánh giá và tổng hợp số liệu

-

Phương pháp kế thừa: Nghiên cứu áp dụng phương pháp kế thừa có chọn lọc
các kết quả nghiên cứu đã thực hiện ở trong và ngoài nước.

-

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết về các q trình biến đổi
chất loại bỏ chất ơ nhiễm, làm sạch nước, phân tích lý thuyết là cơ sở khoa học để
đề xuất phương pháp nghiên cứu, phương pháp xác định lưu lượng nước thấm…

-

Phương pháp mơ hình tốn: Nghiên cứu sử dụng phần mềm Modflow mơ
phỏng dịng chảy nước dưới đất xác định lưu lượng và khả năng khai thác nước
thấm lọc từ sông. Được áp dụng với khu vực nghiên cứu điển hình từ xã Minh
Châu, Ba Vì tới khu vực cầu Nhật Tân, Tây Hồ, Hà Nội.

-

Phương pháp phân tích mẫu đất, nước: Thực hiện lấy mẫu và phân tích chất
lượng đất thềm sơng, nước mặt, nước dưới đất, nước thấm, xác định khả năng
thấm của đất và hiệu quả làm sạch nước nhờ tầng lọc thềm sông.

-

Phương pháp khoan: Được thực hiện trong nghiên cứu đánh giá cấu trúc địa
chất, địa chất thủy văn, nghiên cứu thử nghiệm khả năng khai thác nước thấm,
được thực hiện với hai địa điểm nghiên cứu: 1) Minh Châu, Ba Vì Hà Nội và 2)
Tân Trường, Cẩm Giàng, Hải Dương.

-

Nghiên cứu thực nghiệm: Thực nghiệm bơm xác định diễn biến mực nước và
lưu lượng khai thác, lấy mẫu phân tích chất lượng nước. Nghiên cứu thực
nghiệm xác định nhu cầu oxy hóa nước thấm là cơ sở để đề xuất công nghệ xử
lý nước thấm lọc ven sông đáp ứng yêu cầu chất lượng nước cấp cho sinh hoạt
và sản xuất.

5


-

Phương pháp chuyên gia: Tổ chức mở rộng lấy ý kiến của các chuyên gia về
nội dung để hoàn thiện trong luận án. Tham vấn chuyên gia trong quá trình
nghiên cứu thực hiện đề tài.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của kết quả nghiên cứu
6.1 Ý nghĩa khoa học:
-

Góp phần cung cấp một giải pháp về kỹ thuật khai thác tài ngun nước hiệu
quả, có tính ứng dụng cao, chi phí thấp, phục vụ cấp nước sinh hoạt và sản xuất,
có thể áp dụng trong cấp nước đơ thị và nơng thơn. Các giếng thấm có thể khai
thác với quy mô từ nhỏ 200-500 m3/ngày, cho tới lớn đến 3000 m3/ngày.

6.2 Ý nghĩa thực tiễn:
-

Giảm khai thác nước ngầm, bảo vệ tài nguyên nước ngầm. Khai thác được
lượng nước có chất lượng ổn định nhờ tầng thấm, ứng phó với tình trạng nước
mặt có chất lượng suy giảm và diễn biến phức tạp hiện nay.

-

Góp phần tìm kiếm giải pháp nguồn cấp và xử lý nước cấp hợp lý, giải quyết
khó khăn về nguồn nước, về chi phí xử lý nước, phục vụ mở rộng và phát triển
hệ thống cấp nước, phát triển doanh nghiệp

7. Cấu trúc của luận án
Cấu trúc của Luận án bao gồm:
PHẦN MỞ ĐẦU
Chương 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG
CÔNG NGHỆ KHAI THÁC THẤM LỌC TỪ SÔNG Ở VIỆT NAM PHỤC VỤ
SINH HOẠT VÀ SẢN XUẤT
Chương 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHAI THÁC NƯỚC THẤM
TỪ SÔNG PHỤC VỤ CẤP NƯỚC
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Sơ đồ nội dung nghiên cứu của luận án được trình bày trên Hình M.1

6