Nước mặt (Surface water)

Phân loại nước mặt

Nước mặt có thể được phân loại theo nhiều cách, bao gồm:

• Theo vị trí: Nước mặt lục địa (sống, suối, hồ, ao, đầm lầy) và nước mặt đại dương (biển, đại dương).
• Theo độ mặn: Nước ngọt (độ mặn thấp) và nước mặn (độ mặn cao). Cụ thể hơn, nước ngọt thường có độ mặn dưới 0.5 ppt (phần nghìn), trong khi nước biển có độ mặn trung bình khoảng 35 ppt.
• Theo tính chất động: Nước chảy (sông, suối) và nước đứng (hồ, ao, đầm lầy). Sự phân loại này dựa trên sự di chuyển của nước. Nước chảy di chuyển theo một hướng xác định, trong khi nước đứng tương đối tĩnh.

Việc phân loại nước mặt theo các tiêu chí khác nhau giúp chúng ta hiểu rõ hơn về đặc điểm và vai trò của từng loại nước trong tự nhiên.

Nguồn gốc nước mặt

Nguồn gốc chính của nước mặt là lượng mưa. Nước mưa rơi xuống bề mặt Trái Đất, một phần thấm xuống đất tạo thành nước ngầm, phần còn lại chảy trên bề mặt tạo thành dòng chảy bề mặt. Ngoài ra, nước mặt còn được bổ sung từ các nguồn khác như băng tan, nước ngầm trồi lên và các nguồn nước nhân tạo. Một phần nhỏ nước mặt cũng có thể đến từ sự ngưng tụ của hơi nước trong khí quyển trực tiếp trên bề mặt nước.

Chu trình thủy văn và vai trò của nước mặt

Nước mặt đóng vai trò quan trọng trong chu trình thủy văn. Nó là một mắt xích quan trọng trong quá trình tuần hoàn của nước giữa khí quyển, đất liền và đại dương. Nước mặt bốc hơi vào khí quyển, ngưng tụ thành mây và sau đó rơi xuống đất dưới dạng mưa, tuyết hoặc mưa đá. Quá trình này được gọi là tuần hoàn nước, và nước mặt đóng vai trò là cầu nối giữa các giai đoạn khác nhau của chu trình.

Vai trò của nước mặt

Nước mặt có vai trò vô cùng quan trọng đối với sự sống trên Trái Đất và các hoạt động của con người:

• Cung cấp nước cho sinh hoạt và sản xuất: Nước mặt là nguồn nước quan trọng cho sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp và nhiều hoạt động khác của con người. Việc tiếp cận nguồn nước mặt sạch và an toàn là yếu tố then chốt cho sự phát triển bền vững.
• Hỗ trợ hệ sinh thái: Nước mặt là môi trường sống của nhiều loài động thực vật. Nó cung cấp nước uống, thức ăn và nơi sinh sản cho chúng. Sự đa dạng sinh học của các hệ sinh thái nước ngọt phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng và sự ổn định của nguồn nước mặt.
• Điều hòa khí hậu: Nước mặt có khả năng hấp thụ và tỏa nhiệt, giúp điều hòa khí hậu ở khu vực xung quanh. Sự hiện diện của nước mặt có thể làm giảm biên độ nhiệt giữa ngày và đêm, cũng như giữa các mùa.
• Giao thông vận tải: Sông ngòi, biển cả là những tuyến đường giao thông quan trọng. Nước mặt cung cấp một phương tiện vận chuyển hàng hóa và hành khách hiệu quả và tiết kiệm chi phí.
• Du lịch và giải trí: Nhiều khu vực nước mặt có cảnh quan đẹp, thu hút khách du lịch. Các hoạt động giải trí liên quan đến nước mặt cũng rất đa dạng, từ bơi lội, câu cá đến chèo thuyền và lướt ván.

Ô nhiễm nước mặt

Hoạt động của con người đang gây ra ô nhiễm nghiêm trọng cho nguồn nước mặt. Các chất ô nhiễm phổ biến bao gồm chất thải công nghiệp, nông nghiệp (như phân bón hóa học và thuốc trừ sâu), nước thải sinh hoạt và rác thải nhựa. Ô nhiễm nước mặt gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, hệ sinh thái và kinh tế. Cụ thể, ô nhiễm nước mặt có thể dẫn đến các bệnh truyền nhiễm qua đường nước, suy giảm đa dạng sinh học, và thiệt hại cho ngành du lịch và thủy sản.

Quản lý nước mặt

Quản lý nước mặt bền vững là rất quan trọng để đảm bảo nguồn nước cho hiện tại và tương lai. Các biện pháp quản lý bao gồm:

• Bảo vệ nguồn nước: Giảm thiểu ô nhiễm từ các nguồn khác nhau, bao gồm việc kiểm soát chặt chẽ việc xả thải từ các khu công nghiệp và khu dân cư.
• Sử dụng nước hiệu quả: Tiết kiệm nước trong sinh hoạt, nông nghiệp và công nghiệp. Áp dụng các công nghệ tưới tiêu tiết kiệm nước trong nông nghiệp và tái sử dụng nước trong công nghiệp là những ví dụ điển hình.
• Xử lý nước thải: Xây dựng hệ thống xử lý nước thải hiệu quả trước khi xả ra môi trường. Việc nâng cấp và mở rộng các hệ thống xử lý nước thải hiện có cũng rất quan trọng.
• Phục hồi nguồn nước: Khôi phục các khu vực nước mặt bị ô nhiễm thông qua các biện pháp làm sạch và cải tạo môi trường. Việc trồng cây ven bờ sông cũng giúp cải thiện chất lượng nước mặt.

Nước mặt là một tài nguyên quý giá và không thể thiếu đối với sự sống trên Trái Đất. Việc bảo vệ và quản lý bền vững nguồn nước mặt là trách nhiệm của tất cả chúng ta.

Các tính chất lý hóa của nước mặt

Một số tính chất lý hóa quan trọng của nước mặt bao gồm:

• Nhiệt độ: Nhiệt độ nước mặt ảnh hưởng đến độ hòa tan của oxy và các chất khác, cũng như đến sự sống của các sinh vật thủy sinh. Nhiệt độ nước mặt thường biến động theo mùa và theo vị trí địa lý.
• Độ pH: Độ pH đo lường tính axit hay bazơ của nước. Giá trị pH lý tưởng cho hầu hết các sinh vật thủy sinh nằm trong khoảng 6.5-8.5. Nước mặt có pH quá thấp hoặc quá cao có thể gây hại cho sinh vật.
• Độ đục: Độ đục của nước do sự hiện diện của các hạt lơ lửng trong nước. Độ đục cao có thể làm giảm lượng ánh sáng xuyên qua nước, ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh.
• Độ dẫn điện: Độ dẫn điện đo lường khả năng dẫn điện của nước, phụ thuộc vào nồng độ của các ion hòa tan. Độ dẫn điện cao cho thấy nước chứa nhiều muối khoáng hòa tan.
• Nồng độ oxy hòa tan (DO): Oxy hòa tan trong nước là yếu tố quan trọng cho sự sống của các sinh vật thủy sinh. Nồng độ DO thấp có thể gây ra hiện tượng chết ngạt cho cá và các sinh vật khác.
• Nồng độ các chất dinh dưỡng: Các chất dinh dưỡng như nitơ và phốt pho là cần thiết cho sự phát triển của thực vật thủy sinh. Tuy nhiên, nồng độ quá cao của các chất dinh dưỡng này có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng, dẫn đến sự phát triển quá mức của tảo và làm giảm nồng độ DO trong nước.

Mô hình thủy văn và ứng dụng công nghệ

Các mô hình thủy văn được sử dụng để mô phỏng và dự đoán dòng chảy, mực nước và chất lượng nước mặt. Các mô hình này có thể dựa trên các phương trình vật lý, như phương trình Saint-Venant cho dòng chảy không ổn định một chiều:

$ \frac{\partial A}{\partial t} + \frac{\partial Q}{\partial x} = q_l $

$ \frac{\partial Q}{\partial t} + \frac{\partial}{\partial x} (\frac{Q^2}{A} + gA\bar{y}) = gA(S_0 – S_f) + q_l v_x $

Trong đó:

• $A$: Diện tích mặt cắt ngang dòng chảy
• $Q$: Lưu lượng dòng chảy
• $q_l$: Lưu lượng dòng chảy bên vào/ra
• $g$: Gia tốc trọng trường
• $\bar{y}$: Độ sâu trung bình thủy lực
• $S_0$: Độ dốc đáy kênh
• $S_f$: Độ dốc ma sát
• $v_x$: Vận tốc dòng chảy bên vào/ra theo phương x

Các công nghệ hiện đại như viễn thám, GIS và mô hình thủy văn đang được ứng dụng rộng rãi trong quản lý nước mặt, giúp giám sát, phân tích và dự đoán chất lượng và số lượng nước mặt. Việc ứng dụng công nghệ giúp nâng cao hiệu quả quản lý và bảo vệ nguồn nước mặt.

• Chow, V. T., Maidment, D. R., & Mays, L. W. (1988). Applied hydrology. McGraw-Hill.
• Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam. (2005). Thủy văn học. NXB Khoa học và Kỹ thuật.
• United States Geological Survey (USGS). (Website). Truy cập từ https://www.usgs.gov/

Câu hỏi và Giải đáp

Làm thế nào biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến chất lượng và số lượng nước mặt?

Trả lời: Biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến nước mặt theo nhiều cách. Nhiệt độ tăng làm tăng tốc độ bốc hơi, dẫn đến hạn hán ở một số khu vực và lũ lụt ở những khu vực khác. Mưa lớn hơn và thường xuyên hơn có thể gây ra lũ quét và xói mòn đất, làm tăng độ đục và nồng độ chất ô nhiễm trong nước mặt. Sự tan chảy của sông băng và băng tuyết làm tăng mực nước biển và thay đổi dòng chảy của sông ngòi. Biến đổi khí hậu cũng có thể ảnh hưởng đến nhiệt độ nước, độ pH và nồng độ oxy hòa tan, gây stress cho các sinh vật thủy sinh.

Ngoài ô nhiễm từ các nguồn điểm như nhà máy, còn những nguồn ô nhiễm nước mặt khuếch tán nào khác?

Trả lời: Ô nhiễm nguồn khuếch tán khó xác định nguồn cụ thể và thường xảy ra trên diện rộng. Một số ví dụ bao gồm:

• Dòng chảy nông nghiệp: Phân bón, thuốc trừ sâu và chất thải động vật từ các hoạt động nông nghiệp có thể bị rửa trôi vào sông suối.
• Dòng chảy đô thị: Nước mưa chảy tràn trên các bề mặt không thấm nước ở đô thị có thể mang theo dầu mỡ, rác thải và các chất ô nhiễm khác vào nguồn nước.
• Khai thác mỏ: Các hoạt động khai thác mỏ có thể gây ra ô nhiễm kim loại nặng và axit trong nước mặt.
• Lắng đọng không khí: Các chất ô nhiễm trong không khí, như oxit nitơ và sulfur, có thể lắng đọng xuống nước mặt.

Mô hình SWAT (Soil & Water Assessment Tool) được sử dụng như thế nào trong quản lý nước mặt?

Trả lời: SWAT là một mô hình thủy văn được sử dụng rộng rãi để mô phỏng tác động của việc quản lý đất đai đến chất lượng và số lượng nước mặt ở các lưu vực sông. Mô hình này có thể được sử dụng để đánh giá tác động của các hoạt động nông nghiệp, đô thị hóa và biến đổi khí hậu đến nguồn nước, từ đó hỗ trợ việc đưa ra quyết định quản lý tài nguyên nước bền vững. SWAT sử dụng các phương trình vật lý và kinh nghiệm để mô phỏng các quá trình thủy văn như dòng chảy bề mặt, thấm, bốc hơi và dòng chảy ngầm.

Chỉ số chất lượng nước (WQI – Water Quality Index) được tính toán như thế nào?

Trả lời: WQI là một con số tổng hợp phản ánh chất lượng nước dựa trên nhiều thông số. Có nhiều phương pháp tính WQI khác nhau, nhưng thường bao gồm các bước sau:

1. Chọn các thông số chất lượng nước quan trọng (ví dụ: DO, pH, BOD, coliform).
2. Đo lường nồng độ của các thông số này.
3. Gán trọng số cho từng thông số dựa trên tầm quan trọng của nó.
4. Tính toán điểm số cho từng thông số dựa trên nồng độ đo được.
5. Tính toán WQI bằng cách tổng hợp các điểm số của từng thông số.

Làm thế nào để cân bằng giữa nhu cầu sử dụng nước và bảo vệ hệ sinh thái nước mặt?

Trả lời: Cân bằng giữa nhu cầu sử dụng nước và bảo vệ hệ sinh thái là một thách thức lớn. Một số giải pháp bao gồm:

• Sử dụng nước hiệu quả: Áp dụng các công nghệ tiết kiệm nước trong nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt.
• Xử lý nước thải: Đảm bảo nước thải được xử lý đạt tiêu chuẩn trước khi xả ra môi trường.
• Bảo vệ và phục hồi các vùng ven sông: Vùng ven sông đóng vai trò quan trọng trong việc lọc nước và cung cấp môi trường sống cho sinh vật.
• Quản lý tổng hợp tài nguyên nước: Tiếp cận tổng hợp, xem xét tất cả các nhu cầu sử dụng nước và các tác động đến hệ sinh thái.
• Tham gia cộng đồng: Nâng cao nhận thức và khuyến khích sự tham gia của cộng đồng trong việc bảo vệ nguồn nước.