Cần dữ liệu nước ngầm cho các nhà hoạch định chính sách

Trong suốt chiều dài lịch sử, nước ngầm đóng vai trò thiết yếu cho sự tồn tại và phát triển của con người cũng như nền nông nghiệp.

Ở thế kỷ 16, Leonardo da Vinci đã trình bày nhiều lý thuyết của mình về cách Trái đất hình thành, trong đó đặc biệt nhấn mạnh những cơ chế vận động của nước ngầm. Ông cho rằng nước ngầm di chuyển theo một mạng lưới các mạch và có các điểm thoát ra khỏi bề mặt như suối - một nguồn nước ngọt cực kỳ quan trọng thời bấy giờ. Ông đã phán đoán chính xác rằng có một lượng lớn nước ngọt ẩn sâu dưới lòng đất mà mắt thường không nhìn thấy được. Thật vậy, theo ước tính hiện nay, hơn 95% nước ngọt trên Trái Đất tồn tại dưới dạng nước ngầm.

Trong suốt thế kỷ 19 và 20, các tầng chứa nước ngầm khổng lồ như Great Artesian Basin ở Úc và Ogallala ở miền trung nước Mỹ đã cung cấp nước cho hàng triệu người dân và hỗ trợ cho sự phát triển nông nghiệp mạnh mẽ. Những tầng chứa nước khổng lồ này đóng vai trò “bảo hiểm” cho thời kì hạn hán. Chẳng hạn, những năm gần đây, California đã phải bơm một lượng lớn nước ngầm để duy trì hoạt động nông nghiệp trong các tháng khô hạn. Một nghiên cứu cho thấy nước ngầm cung cấp 2/3 lượng nước sử dụng của California trong thời kỳ hạn hán và 1/3 trong thời kỳ không hạn hán.

Các quốc gia khác, chẳng hạn như Vương quốc Tonga ở Nam Thái Bình Dương, phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn nước ngầm ở gần bề mặt. Quốc gia này nằm giữa biển và cực kỳ dễ bị ảnh hưởng bởi mực nước biển dâng.

Trên khắp các lục địa, hầu như tất cả các thành phố và làng mạc đều có những giếng lấy nước từ những tầng nước ngầm trong lòng đất để sử dụng cho sinh hoạt hằng ngày.

Nhiều tầng chứa nước chính của Trái Đất đang cạn kiệt nghiêm trọng, và nước ngầm sẽ ngày càng trở nên quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu với các đợt nắng nóng xảy ra nhiều hơn và dữ dội hơn, diện tích đất đai bị khô cằn tăng lên và thiên tai bão lũ diễn biến bất thường. Các nguồn nước trên bề mặt sẽ bị ảnh hưởng và chắc chắn nước ngầm sẽ trở thành một nguồn quan trọng.

Tuy nhiên, chúng ta vẫn không biết chính xác trữ lượng nước ngầm ẩn giấu của Trái Đất là bao nhiêu. Chúng ta chỉ có thể nhận thấy sự suy giảm thông qua mực nước giếng khoan giảm hoặc qua các nghiên cứu địa vật lý quy mô toàn cầu. Việc thiếu hụt dữ liệu về nước ngầm gây ra khó khăn khi xây dựng chính sách giúp các cộng đồng và ngành công nghiệp ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu.

Xét theo góc độ hoạch định chính sách, việc quản lý nước ngầm thường thiếu minh bạch. Tờ The New York Times năm ngoái đã đề cập rằng ở Mỹ rất thiếu các quy định nhất quán giữa các bang và trong nội bộ các bang về tiếp cận nước ngầm. Trong nhiều trường hợp, việc khai thác nước ngầm hoàn toàn không được quản lý hoặc bị “lạc lối” trong một mớ bòng bong các quy định - thực chất là để mọi người “tự do khai thác”.

Tình trạng này càng trở nên trầm trọng do thiếu dữ liệu cơ bản, chẳng hạn như không biết có bao nhiêu giếng khoan trên địa bàn quận hạt, chứ đừng nói đến khối lượng nước đang được bơm là bao nhiêu. Tình huống tương tự cũng diễn ra ở nhiều nơi trên thế giới.

Một trong những khó khăn trong việc phát hiện những thay đổi của nguồn nước ngầm là các tầng chứa nước này không phản ứng theo cách rõ ràng như các nguồn nước mặt trong các sự kiện thời tiết khắc nghiệt. Những mô hình khí hậu thậm chí còn cung cấp ít thông tin về sự thay đổi của nguồn nước ngầm trong những hiện tượng thời tiết cực đoan hơn là trong trạng thái bình thường.

Ngay cả khi tốc độ khai thác nước ngầm đạt đến trạng thái ổn định (tức lượng nước được lấy ra cân bằng bởi lượng nước được bổ sung tự nhiên) thì cũng rất khó để xác định các chuyển động của nước sẽ phản ứng như thế nào trước những thay đổi về mô hình khí hậu.

Chúng ta hiện không có đủ dữ liệu về nước ngầm để ra các quyết định chính sách quan trọng. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, tại một số nơi như New Zealand đã bắt đầu có các cuộc thảo luận về hệ thống nước ngầm nông (cách bền mặt từ một đến vài mét) trong những chương trình nghị sự về biến đổi khí hậu.

Ở đô thị, những hệ thống nước ngầm này không được dùng như một nguồn cung cấp nước do nguy cơ ô nhiễm, nhưng chúng có thể ảnh hưởng đáng kể đến kết cấu của các tòa nhà, công trình và cơ sở hạ tầng ngầm.

Năm 2010 và 2011, thành phố ven biển Christchurch của New Zealand đã trải qua những trận động đất lớn. Vì nằm trên một chuỗi các tầng chứa nước nên một vài khu vực có mực nước ngầm cao đã bị lỏng hóa (liquefaction). Đất bão hòa nước bị hóa lỏng và nhiều ô tô đã bị lún trong đất.

Gần đây, khi biến đổi khí hậu thay thế động đất, tầngnước ngầm quá gần mặt đất cùng với mực nước biển dâng đang tạo thêm nhiều thách thức kỹ thuật cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng ngầm và các tòa nhà chống chịu ở Christchurch. Lớp đất đệm khô vốn có vai trò chống sụt lún bề mặt đang bị giảm đáng kể.

Mặc dù động đất là điều không ai muốn nhưng sự kiện động đất ở Christchurch đã tạo ra một tác động tích cực cho New Zealand là hình thành nên một cơ sở dữ liệu địa kỹ thuật quốc gia và thay đổi mô hình dữ liệu mở trong ngành công nghiệp.

Sau các trận động đất, người ta đã thực hiện hàng ngàn thử nghiệm để đánh giá độ bền và phản ứng của đất đối với ứng suất động và tĩnh. Đồng thời, hơn 1.000 thiết bị đo áp suất nước ngầm (piezometer) được lắp đặt để theo dõi mực nước ngầm. Lượng nước là yếu tố quan trọng quyết định độ bền của đất. Ở những khu vực tại Christchurch có mực nước ngầm cách mặt đất hơn 3m, thiệt hại ít hơn đáng kể, chỉ bằng 1/10 so với các khu vực đất hóa lỏng ở phía đông.

Các hoạt động theo dõi mực nước ngầm quy mô lớn tại Christchurch trong 10 năm qua cho thấy hệ thống nước ngầm nông nằm bên dưới thành phố là một mạng lưới cực kỳ phức tạp. Hệ thống này biến động liên tục và phản ứng mạnh mẽ với các yếu tố bên ngoài như lượng mưa, cùng các tác động khác ít rõ ràng hơn.

Bên cạnh đó, hệ thống cũng không đồng nhất theo từng khu vực. Điều này được minh chứng bởi dữ liệu từ 250 thiết bị đo áp suất nước ngầm tự động. Đồng thời, nó cũng cho thấy những khoảng trống đáng kể trong dữ liệu, vì mực nước ngầm có thể thay đổi đáng kể trên những khoảng cách ngắn.

So với Christchurch, các thành phố ven biển khác của New Zealand có mức độ không chắc chắn cao hơn đáng kể. Người ta không biết rõ tình hình nước ngầm dưới chân mình và chỉ có thể phỏng đoán.