Ứng dụng công nghệ dự báo tiềm năng nước ngầm

Nhiều khó khăn trong quản lý tài nguyên nước ngầm

Nguồn nước ngầm (nước dưới đất) vô cùng quý giá, có tác dụng lớn trong việc cung cấp nước cho các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của người dân. Tuy nhiên, trước sức ép về tăng trưởng kinh tế, dân số tăng nhanh, ô nhiễm môi trường… khiến nguồn nước đang dần bị suy giảm và cạn kiệt.

Theo kết quả nghiên cứu của Hội Địa chất thủy văn Việt Nam cho thấy, mỗi năm mực nước ngầm của Đồng bằng sông Cửu Long tụt giảm 40cm, kéo theo lún sụt mặt đất, tạo điều kiện cho nước biển dâng cao, mặn nhập sâu. Nếu như trước đây, giếng khoan cần độ sâu khoảng 100m là có thể khai thác được nguồn nước đáp ứng nhu cầu sinh hoạt thì nay phải khoan sâu gấp đôi.

Nghiêm trọng hơn, một tỷ lệ lớn nguồn nước ngầm ở Đồng bằng sông Cửu Long đã bị nhiễm mặn, nhiễm hóa chất không sử dụng được. Đây là hệ lụy của việc khai thác nước ngầm tràn lan, quá mức và tình trạng sử dụng hóa chất bừa bãi, xả thải nước chưa qua xử lý ra môi trường trong các hoạt động sản xuất nông nghiệp, công nghiệp…

Cùng với đó, tình trạng sụt lún và xâm nhập mặn do khai thác nước ngầm thiếu kiểm soát đe dọa đến diện tích trũng của đồng bằng, gây ra thiệt hại về cơ sở hạ tầng, mất đất và làm gia tăng lũ lụt. Tình trạng này còn ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất nông nghiệp và người dân buộc phải chuyển đổi hoạt động sinh kế cho phù hợp với tình hình thực tế.

Mặc dù vậy, hiện nay, vẫn chưa có con số cụ thể nào đánh giá, dự báo về trữ lượng nước ngầm. Điều này dẫn tới khó khăn trong công tác quản lý, điều hoà, phân bổ, sử dụng hợp lý nguồn nước dưới đất.

Quản lý tài nguyên nước và vị trí giếng

Để dự báo tiềm năng nước ngầm ở vùng Bắc Trung Bộ của Việt Nam, mới đây, các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp mới dựa trên viễn thám, mạng lưới thần kinh sâu (DNN) và các thuật toán tối ưu hóa Adam; Thuật toán thụ phấn hoa (FPA); Tối ưu hóa dựa trên hệ sinh thái nhân tạo (AEO); Thuật toán tìm đường (PFA); Thuật toán tối ưu hóa kền kền châu Phi (AVOA) và Thuật toán tối ưu hóa cá voi (WOA).

Nhóm nghiên cứu sử dụng 95 con suối hay giếng nước với 13 yếu tố điều kiện làm dữ liệu đầu vào cho mô hình học máy để tìm ra mối quan hệ thống kê giữa tình trạng có hoặc không có sự tồn tại của nước ngầm và các yếu tố điều kiện. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã dùng các chỉ số thống kê, cụ thể là sai số bình phương trung bình gốc (RMSE), diện tích dưới đường cong (AUC), độ chính xác, kappa (K) và hệ số xác định (R2) để xác minh các mô hình.

Các kết quả cho thấy, tất cả mô hình đề xuất đều có hiệu quả trong việc dự đoán nguồn nước ngầm tiềm tàng, với giá trị AUC lớn hơn 0,95. Trong số các mô hình được đề xuất, mô hình DNN-AVOA hiệu quả hơn các mô hình khác.

ThS Thân Văn Đón - Trung tâm Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước quốc gia - Thành viên nhóm nghiên cứu cho biết, công tác dự báo tài nguyên nước là một bài toán khó mang tính chất liên hoàn và phức tạp thể hiện mối liên quan chặt chẽ giữa các yếu tố khí tượng, khí hậu, hải văn, khai thác sử dụng nước với nguồn nước mặt, nước dưới đất. Theo bản đồ tiềm năng nước ngầm, khoảng 25 - 30% diện tích vùng nằm trong khu vực có tiềm năng nước ngầm cao và rất cao; 5 - 10% ở mức vừa phải và 60 - 70% ở mức thấp hoặc rất thấp. Kết quả của nghiên cứu này có thể được sử dụng trong việc quản lý tài nguyên nước nói chung và vị trí giếng thích hợp nói riêng.

Nhóm tác giả đã phân tích, lựa chọn và đề xuất công cụ mô hình tính toán liên quan đến tài nguyên nước phục vụ các mục đích nghiên cứu của đề tài đã được nghiên cứu kỹ lưỡng và được đánh giá lựa chọn.

Kết quả nghiên cứu cho thấy vùng khan hiếm nước khu vực Bắc Trung Bộ có 11 thành tạo chứa nước, trong các trầm tích lục nguyên, trầm tích biến chất với lưu lượng khai thác công trình dự báo là 10.237m3/ngày và có khả năng cung cấp cho tổng số 102.370 người với tiêu chuẩn sử dụng nước 100l/người/ngày.

Để khai thác, sử dụng và bảo vệ tài nguyên nước hợp lý, bền vững, vùng bảo hộ vệ sinh khu vực lấy nước sinh hoạt và vùng bảo vệ miền cấp (vùng bổ cập) tại các công trình với bán kính vùng cho từng công trình tối thiểu là 20m, diện tích bảo vệ vùng bổ cập từ 3 - 12km2.

Dựa vào kết quả nghiên cứu, nhóm nghiên cứu kiến nghị, các bộ, ban, ngành và địa phương cần xem xét xây dựng hệ thống cấp nước phù hợp với đặc điểm nguồn nước, tập quán sử dụng nước trên cơ sở kết quả nghiên cứu đảm bảo cung cấp cho sinh hoạt bền vững, an toàn tại các vùng núi cao, vùng khan hiếm nước khu vực Bắc Trung Bộ.

Ở Việt Nam, nguồn nước ngầm hiện nay đã và đang đứng trước nguy cơ cạn kiệt, ô nhiễm nghiêm trọng, ảnh hưởng đến an ninh nguồn nước, môi trường. Vì vậy, những đề xuất của nhóm nghiên cứu về bộ mô hình tương ứng để tính toán với những đánh giá cụ thể nhằm lượng hóa hiệu quả trong quy hoạch tài nguyên nước là cơ sở quan trọng để góp phần trong công tác quản lý, sử dụng và bảo vệ hiệu quả nguồn tài nguyên quý giá này.