Nước ngầm là gì? Các công bố khoa học về Nước ngầm

Việc trộn lẫn phân tán do dòng chảy phức tạp trong môi trường xốp không đồng nhất ba chiều được phân tích bằng cách sử dụng lý thuyết continuum ngẫu nhiên. Các nghiệm ngẫu nhiên của phương trình dòng chảy ổn định nhiễu loạn và phương trình vận chuyển chất tan được sử dụng để xây dựng dòng chảy phân tán vĩ mô và đánh giá tensor phân tán vĩ mô thu được theo một hiệp phương sai đầu vào ba chiều, không đồng nhất thống kê mô tả độ dẫn thủy lực. Với hiệp phương sai đầu vào đồng nhất thống kê, phân tán vĩ mô theo chiều dài bị kiểm soát bởi dòng chảy, nhưng phân tán vĩ mô theo chiều ngang tỉ lệ thuận với phân tán địa phương và nhỏ hơn nhiều lần so với yếu tố theo chiều dài. Với hiệp phương sai độ dẫn không đồng nhất được định hướng một cách tùy ý, tất cả các thành phần của tensor phân tán vĩ mô đều được kiểm soát bởi dòng chảy, và tỷ lệ giữa phân tán chiều ngang và chiều dài có giá trị khoảng 10⁻¹. Trong trường hợp này, các thành phần không đối角 của tensor phân tán là quan trọng, có giá trị lớn hơn về mặt số so với các thành phần đối角 chiều ngang, và quá trình phân tán chiều ngang có thể rất không đồng nhất. Các phân tán được dự đoán bởi lý thuyết ngẫu nhiên được chứng minh là nhất quán với các thí nghiệm trên trường có kiểm soát và các mô phỏng Monte Carlo. Lý thuyết này, xem xét điều kiện tiệm cận của di chuyển lớn, chỉ ra rằng mối quan hệ truyền tải gradient cổ điển (Fickian) là hợp lệ cho các di chuyển quy mô lớn.

Một thí nghiệm trong chậu được thực hiện để so sánh hai chiến lược xử lý ô nhiễm bằng thực vật: tích tụ tự nhiên sử dụng thực vật siêu tích tụ Zn và Cd là Thlaspi caerulescens J. Presl & C. Presl so với chiết xuất cải tiến hóa học sử dụng ngô (Zea mays L.) được xử lý bằng axit ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA). Nghiên cứu sử dụng đất bị ô nhiễm công nghiệp và đất nông nghiệp bị ô nhiễm kim loại từ bùn thải. Ba vụ mùa của T. caerulescens trồng trong vòng 391 ngày đã loại bỏ hơn 8 mg kg⁻¹ Cd và 200 mg kg⁻¹ Zn từ đất bị ô nhiễm công nghiệp, tương đương 43% và 7% các kim loại trong đất. Ngược lại, nồng độ Cu cao trong đất nông nghiệp đã làm giảm nghiêm trọng sự phát triển của T. caerulescens, do đó hạn chế tiềm năng chiết xuất của nó. Quá trình xử lý bằng EDTA đã tăng đáng kể tính hòa tan của kim loại nặng trong cả hai loại đất, nhưng không dẫn đến tăng lớn hàm lượng kim loại trong chồi ngô. Chiết xuất Cd và Zn bằng ngô + EDTA nhỏ hơn nhiều so với T. caerulescens từ đất bị ô nhiễm công nghiệp, và nhỏ hơn (Cd) hoặc tương tự (Zn) so với đất nông nghiệp. Sau khi xử lý bằng EDTA, kim loại nặng hòa tan trong nước lỗ chân lông của đất chủ yếu tồn tại dưới dạng phức hợp EDTA-kim loại, duy trì trong vài tuần. Hàm lượng cao của kim loại nặng trong nước lỗ chân lông sau quá trình xử lý EDTA có thể gây nguy cơ môi trường dưới dạng ô nhiễm nước ngầm.

Phân bón đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì nông nghiệp hiện đại, nhưng số phận lâu dài của nitơ từ phân bón trong hệ thống cây trồng - đất - nước vẫn chưa được hiểu rõ. Nghiên cứu sử dụng chất chỉ thị này cho thấy rằng ba thập kỷ sau khi áp dụng phân bón N có dán nhãn đồng vị vào đất nông nghiệp vào năm 1982, 12–15% N từ phân bón vẫn đang tồn tại trong chất hữu cơ của đất, trong khi 8–12% N từ phân bón đã rò rỉ xuống nước ngầm. Một phần N từ phân bón còn lại vẫn đang tồn tại trong đất dự đoán sẽ tiếp tục được cây trồng hấp thụ và rò rỉ xuống nước ngầm dưới dạng nitrat ít nhất trong năm thập kỷ nữa, lâu hơn nhiều so với dự đoán trước đây.

Xã hội đang đối mặt với tình thế khó xử đa chiều về việc cân bằng một cách bền vững đời sống hiện tại với nhu cầu tài nguyên trong tương lai. Hiện tại, nông nghiệp đang khai thác Tầng chứa nước Ngầm Cao nguyên với mức độ vượt quá khả năng tự bù đắp tự nhiên, nhằm trồng trọt các cây trồng tưới nước và chăn nuôi gia súc để tăng cường kho lương thực toàn cầu, do đó cần có thông tin dựa trên cơ sở khoa học để hướng dẫn các quyết định. Chúng tôi giới thiệu các phương pháp mới để dự đoán xu hướng bơm nước ngầm và sản xuất ngô tưới tiêu và gia súc. Mặc dù sự suy giảm sản xuất là điều không thể tránh khỏi, nhưng phân tích kịch bản chỉ ra tác động của việc tăng cường tiết kiệm nước trong ngắn hạn, điều này sẽ kéo dài tuổi thọ khả dụng của tầng chứa nước, tăng sản lượng ròng và tạo ra sự suy giảm sản xuất ít rõ rệt hơn.

Việc chôn lấp chất thải rắn tại các bãi rác không được thiết kế đúng quy cách là rất phổ biến ở các nước đang phát triển. Trong số những bất lợi khác nhau của loại hình chôn lấp này, nước rỉ là mối quan tâm chính đối với sức khỏe cộng đồng, là sản phẩm độc hại tạo ra từ bãi rác; và có thể ngấm vào nước ngầm và do đó di chuyển vào nước mặt. Thông qua việc tiến hành đánh giá hệ thống dữ liệu đã công bố, nghiên cứu hiện tại cố gắng so sánh tiềm năng ô nhiễm nước rỉ của bốn bãi rác chính tại Bangladesh, bao gồm Amin Bazar, Matuail, Mogla Bazar và Rowfabad; nằm ở 3 trong số 6 thành phố lớn của Bangladesh và đánh giá tác động của nước rỉ lên các nguồn nước xung quanh cũng như đến sức khỏe con người. Nghiên cứu này, lần đầu tiên tính toán chỉ số ô nhiễm nước rỉ (LPI) cho các địa điểm chôn lấp tại Bangladesh và phát hiện rằng LPI của bãi rác Matuail (19,81) là rất cao, so sánh được với một số bãi rác ô nhiễm ở Ấn Độ và Malaysia. Nồng độ của một số kim loại độc hại tiềm tàng trong nước mặt và nước ngầm xung quanh các bãi rác cao hơn giới hạn tối đa cho phép của Cục Môi trường Bangladesh và Tổ chức Y tế Thế giới (WHO). Chỉ số rủi ro sức khỏe con người đối với các kim loại nặng độc hại trong các loại rau và gạo cho thấy tiềm năng rủi ro sức khỏe cao cho Pb, Cd, Ni và Mn. Rủi ro gây ung thư tổng thể cho Ni và Pb được phát hiện rất cao trong các cây ăn được gần những bãi rác đó, gợi ý về nguy cơ gây ung thư do Ni và Pb thông qua việc tiêu thụ những cây này. Tình trạng hiện tại của nước mặt, nước ngầm và sản phẩm nông nghiệp gần các bãi rác tại Bangladesh là rất đáng lo ngại đối với sinh vật và cư dân địa phương.

Quá trình hòa tan oxy hóa của nhiên liệu UO₂ đã qua sử dụng trong hơi nước và nước ngầm nhỏ giọt ở 90°C xảy ra thông qua sự ăn mòn chung tại các bề mặt mảnh vụn. Hòa tan dọc theo các ranh giới hạt nhiên liệu cũng rõ ràng ở những mẫu tiếp xúc với thể tích nước ngầm lớn nhất, và các ranh giới hạt bị ăn mòn kéo dài ít nhất 20 hoặc 30 hạt sâu (> 200 μm), có thể xuyên suốt các mảnh kích thước mm. Hòa tan rõ ràng của nhiên liệu dọc theo các khuyết tật cắt ngang các ranh giới hạt đã tạo ra các hố hòa tan có đường kính từ 50 đến 200 nm, xâm nhập 1–2 μm vào mỗi hạt, hình thành kết cấu “giống như sâu” dọc theo các ranh giới hạt nhiên liệu. Các mảnh nhiên liệu có kích thước dưới micromet là phổ biến giữa các hạt nhiên liệu và có thể góp phần vào diện tích bề mặt phản ứng của nhiên liệu tiếp xúc với nước ngầm. Bề mặt bên ngoài của các mảnh nhiên liệu đã phản ứng phát triển một lớp sản phẩm ăn mòn có kích thước mịn bên cạnh nhiên liệu (dày 5–15 μm). Một lớp sản phẩm ăn mòn tinh thể thô hơn thường bao phủ lớp mịn, độ dày của nó thay đổi đáng kể giữa các mẫu (từ dưới 5 μm đến lớn hơn 40 μm). Các lớp ăn mòn dày nhất và xốp nhất hình thành trên các mảnh nhiên liệu tiếp xúc với thể tích nước ngầm lớn nhất. Thành phần của các lớp ăn mòn phụ thuộc mạnh mẽ vào lưu lượng nước, với uranyl oxy-hydroxides chiếm ưu thế trong các thí nghiệm hơi nước, và silicate uranyl kiềm và kiềm thổ chiếm ưu thế trong các thí nghiệm có tốc độ nhỏ giọt cao. Các thí nghiệm có tốc độ nhỏ giọt thấp thể hiện một sự kết hợp phức tạp của các sản phẩm ăn mòn, bao gồm các pha được xác định trong các thí nghiệm hơi nước và tốc độ nhỏ giọt cao.

Các mẫu nước ngầm từ vùng mưa của một nhà máy loại bỏ sắt và mangan tại chỗ đã được vận hành trong 10 năm đã được phân tích để tìm các khoáng chất sắt và mangan. Các phép đo được thực hiện bằng nhiều kỹ thuật chiết xuất hóa học (5 M HC1, 0,008 M Ti(III)‐EDTA, 0,114 M axit ascorbic), nhiễu xạ tia X và quang phổ Mössbauer. Các phương pháp chiết xuất hóa học cho thấy sắt đã được kết tủa dưới dạng oxit sắt, trong khi mangan không bị oxi hóa mà được lắng đọng dưới dạng Mn(II) có khả năng nằm trong các cacbonat. Các oxit sắt, đặc biệt, tích tụ ưu tiên trong các phân đoạn kích thước hạt nhỏ hơn. Xu hướng này được quan sát thấy ít hơn đối với mangan. Nhiễu xạ tia X và quang phổ Mössbauer cho thấy các oxit sắt chủ yếu là dạng tinh thể (goethit, 50% đến 100% lượng sắt). Ferrihydrit cũng đã được tìm thấy, nhưng chỉ với tỷ lệ nhỏ (≤ 12%). Không tìm thấy khoáng chất mangan tinh khiết bằng nhiễu xạ tia X. Các lượng sắt kết tủa (5 đến 27 μmol/g Fe dưới dạng oxit sắt) và mangan (1 đến 4 μmol/g Mn) trong 10 năm hoạt động của nhà máy xử lý phù hợp với các giá trị ước tính từ các tham số vận hành (9 đến 31 μmol/g Fe và 3 đến 6 μmol/g Mn). Dựa trên các lượng sắt và mangan kết tủa nhỏ, không dự kiến có nguy cơ lâu dài về việc tắc nghẽn của tầng phreatic.

Đới nước ngầm Upper Castle Hayne (UCH) từ kỷ Eocen - Oligocen, là một đá vôi có độ cứng cao với tỷ lệ độ rỗng moldic thứ cấp rất cao, là một trong những đới nước ngầm sản xuất nhiều và phát triển rộng rãi nhất ở vùng Đồng bằng duyên hải Bắc Carolina. Nước ngầm từ các giếng phía tây trong UCH có hàm lượng Ca và HCO₃ cao, trong khi nước ngầm từ các giếng phía đông nhất lại giàu kiềm và Cl. Nói chung, từ tây sang đông trong khu vực nghiên cứu, nồng độ Sr [Sr] và tỷ lệ đồng vị của nước ngầm từ UCH và các đới nước ngầm khác phát triển theo hướng gần gũi với nước của các đới nước ngầm mẹ. Tại cùng một điểm giếng, nước từ các đới nước ngầm cũ thường có tỷ lệ ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr thấp hơn so với nước từ các đới nước ngầm trẻ hơn, do sự tương tác giữa nước ngầm và vật liệu trầm tích trong các đới nước ngầm mẹ. So sánh các tỷ lệ ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr và [Sr] cho thấy hầu hết nước UCH đại diện cho sự pha trộn giữa nước nạp ít strontium từ Đới Nước Ngầm Bề Mặt với một lượng strontium từ đá đới nước ngầm. Đối với các mẫu lệch ra khỏi đường pha trộn tính toán, tỷ lệ strontium thường có thể được dùng để chỉ nguồn gốc của strontium không đến từ đá UCH. Nước bề mặt được đặc trưng bởi tỷ lệ ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr cao và [Sr] biến thiên tùy thuộc vào tỷ lệ nước biển đã pha trộn. Nước từ các đới nước ngầm ở trên là như Yorktown và Pungo River có thể được nhận biết bởi tỷ lệ ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr cao hơn so với UCH, trong khi nước từ các đới nước ngầm ở dưới như LCH, Beaufort và Peedee có thể được nhận biết bởi tỷ lệ ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr thấp hơn và [Sr] cao hơn.

Sự hứng thú trong việc sử dụng các mô hình đập lửng (BDA) để phục hồi các kênh rạch bị cắt xén và hành lang ven sông đang ngày càng gia tăng. BDA được kỳ vọng sẽ tạo ra phản ứng kênh tương tự như đập lửng tự nhiên bằng cách khiến lòng kênh nâng lên và nước tràn, từ đó nâng cao mực nước ngầm và hỗ trợ sự phát triển của thực vật. Tuy nhiên, việc thiếu kinh phí cho các dự án giám sát sau phục hồi đã hạn chế nghiên cứu về việc liệu BDA có thực sự gây ra sự thay đổi kênh như mong đợi ở Front Range và nơi khác hay không. Phản ứng địa hình và thủy văn đối với BDA đã được giám sát tại hai lưu vực 1 năm sau phục hồi. BDA đã được nghiên cứu tại Fish Creek, một vùng lưu vực miền núi dốc, và Campbell Creek, một vùng lưu vực phía đồng bằng có độ dốc thấp từ tháng 5 đến tháng 10 năm 2018. Tại mỗi vị trí phục hồi, các BDA gần nhất ở đầu nguồn và cuối nguồn được chọn để nghiên cứu sâu hơn so với các đoạn tham chiếu không phục hồi. Việc giám sát tập trung vào việc định lượng khối lượng trầm tích trong các ao BDA và ghi lại sự thay đổi mực nước dòng chảy và nước ngầm ven sông. Mặc dù có sự khác biệt trong các đặc trưng lưu vực vật lý, các ao BDA tại cả hai địa điểm lưu trữ khối lượng trầm tích tương tự và lưu trữ nhiều trầm tích hơn so với các ao tham chiếu. Lưu trữ trầm tích có mối tương quan dương với chiều cao BDA và diện tích bề mặt ao. Tuy nhiên, BDA không có ảnh hưởng đáng kể đến nước ngầm nông. Sự thiếu phản ứng nước ngầm gần các BDA có thể chỉ ra rằng các yếu tố lưu vực địa phương có ảnh hưởng mạnh mẽ hơn đến phản ứng nước ngầm so với thiết kế phục hồi 1 năm sau phục hồi. Cần có những nghiên cứu hệ thống, dài hạn về phản ứng của kênh rạch và vùng ngập lũ đối với BDA để hiểu rõ hơn về cách mà BDA sẽ ảnh hưởng đến địa hình và thủy văn.

Đảo Jeju là đảo lớn nhất ở Hàn Quốc. Gần đây, việc khai thác nước ngầm quy mô lớn đã được ghi nhận từ tầng nước nông ở khu vực đông bắc của đảo. Nghiên cứu này đã mô phỏng nguồn tài nguyên nước ngọt của tầng nước để ước lượng tính bền vững của việc sử dụng nước ngầm trên đảo Jeju về mức độ dễ tổn thương trước hiện tượng nước biển xâm nhập. Các mô hình nước ngầm số liệu ba chiều dùng phương pháp sai phân hữu hạn đã được mô phỏng bằng mã SEAWAT thuộc họ MODFLOW. Dữ liệu chính xác và gần đây về mực nước ngầm và độ mặn ở nhiều độ sâu thu được từ khu vực nghiên cứu đã được sử dụng để hiệu chỉnh mô hình; các kết quả mô phỏng cho thấy sự tương đồng tốt với dữ liệu quan sát. SEAWAT đã được sử dụng để xác định ranh giới hiện tại giữa nước biển và nước ngọt nhằm ước lượng định lượng tài nguyên nước ngầm tươi ven biển. Các kịch bản áp lực trong tương lai cũng đã được mô phỏng để đáp ứng với việc tăng cường bơm nước và các thay đổi khác nhau trong việc bổ sung nước. Các kết quả cho thấy việc sử dụng nước ngầm hiện tại trong tầng nước ven biển không gây ra hiện tượng xâm nhập nước biển, nhưng xâm nhập nước biển sẽ xảy ra nếu mùa khô tiếp tục trong vòng mười năm tới. Đánh giá tính dễ tổn thương dựa trên các mức nước ngầm dự đoán và nồng độ ion sử dụng mô phỏng số cho thấy sự dễ tổn thương trong tương lai ở tầng nước; do đó, việc đánh giá và hình dung liên tục về tính bền vững của tầng nước là rất quan trọng. Các dự đoán trong tương lai qua mô phỏng SEAWAT tích hợp và đánh giá GALDIT cho thấy sự gia tăng trong việc bơm nước ngầm có thể làm gia tăng tình trạng dễ tổn thương của nguồn nước ngầm ven biển từ mức độ vừa phải lên cao ở một số khu vực trong khu vực nghiên cứu, do gây ra hiện tượng xâm nhập nước biển bên cạnh trong các khu vực sâu hơn của tầng nước không được giới hạn.