SmartpH: Hệ thống quan trắc nước ngầm tự động

Đồng bằng sông Cửu Long, vùng đồng bằng châu thổ rộng thứ ba thế giới, đóng góp đến hơn 50% sản lượng gạo và thủy sản toàn quốc, đang chìm dần và trở thành nơi khó sinh sống hơn, do tình trạng lún đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng.

Qua điều tra, các nhà khoa học nhận thấy có hai tác nhân chính gây ra tình trạng lún: những đê bao sông – đã ngăn chặn trầm tích từ sông vào bồi đắp cho đồng bằng; và hơn một triệu giếng khoan nước ngầm được khai thác từ những năm 1980, làm giảm áp lực nước lỗ rỗng và gây nén lớp trầm tích ở hệ thống tầng ngậm nước, thể hiện dưới dạng lún đất của bề mặt đồng bằng. Như vậy, khai thác nước ngầm là nguyên nhân chính gây ra lún, đây cũng là kết luận tương tự với nghiên cứu tại các đồng bằng châu thổ khác như sông Hoàng Hà, Chao Phraya, Tô Châu, Thượng Hải, Jakarta.

Gần 10 năm sau đó, tình hình vẫn không mấy cải thiện. Theo thống kê từ 2018 đến nay, “tổng lượng khai thác nước ngầm trên toàn quốc ước tính khoảng 10,5 triệu m3/ngày đêm (chiếm 17,2% trữ lượng nước dưới đất có thể khai thác). Trong đó có nhiều thành phố, đô thị lớn chủ yếu khai thác nguồn nước dưới đất (nước ngầm) như Hà Nội, TP.HCM, Cần Thơ, Vũng Tàu…”, bà Nguyễn Trần Quỳnh Ngân - đại diện Công ty Cổ phần Khoa học Kỹ thuật Phượng Hải - đưa ra các con số tại hội thảo “Giải pháp quan trắc nước ngầm tự động” do Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ (CESTI) tổ chức.

Riêng khu vực 13 tỉnh thành ĐBSCL đã có tổng lưu lượng khai thác hơn 2 triệu m3/ngày đêm. Trong đó, một số tỉnh như Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cần Thơ có lưu lượng khai thác trên 200 ngàn m3/ngày đêm. Nguồn nước dưới đất được khai thác để cấp nước cho nhiều mục đích khác nhau, trong đó chủ yếu cấp nước sinh hoạt (đô thị, nông thôn), sản xuất và phục vụ cho một số mục đích khác như tưới cà phê, cây công nghiệp, nuôi trồng thủy sản, nuôi tôm,…

Tại TP.HCM, chính quyền thành phố đang triển khai đồng bộ nhiều giải pháp để giảm khai thác nước dưới đất xuống còn 100.000m3/ngày đêm vào năm 2025, song sẽ cần rất nhiều nỗ lực để hiện thực hoá điều này, trong bối cảnh lưu lượng khai thác nước ngầm của thành phố hiện tại vào khoảng 635 ngàn m3/ngày đêm - một con số quá lớn.

Việc khai thác nước dưới đất quá mức không chỉ gây ra lún đất mà còn làm cạn kiệt nguồn nước ngầm, làm suy giảm chất lượng nước ngầm, vùng ven biển… Để hạn chế và xây dựng lộ trình giảm khai thác nước ngầm, Chính phủ đã ra Nghị định số 167/2018/NĐ-CP quy định việc hạn chế khai thác nước dưới đất. Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ban hành Thông tư 17/2021/TT-BTNMT quy định về giám sát khai thác, sử dụng tài nguyên nước, trong đó có quy định về quan trắc nước ngầm, giám sát hoạt động khai thác nước dưới đất.

Quy định mới này đã kéo theo nhiều câu hỏi khiến nhiều doanh nghiệp bối rối: Cần quan trắc những gì? Dữ liệu quan trắc sẽ được truyền đến đâu? Dữ liệu đó sẽ dùng làm gì? Những đơn vị nào sẽ cần phải quan trắc nước ngầm?

Khi ấy, Công ty Cổ phần Khoa học Kỹ thuật Phượng Hải đang là doanh nghiệp cung cấp các dịch vụ sử dụng các cảm biến để theo dõi và phân tích dữ liệu của mẫu (nước thải, khí thải…) mà không cần phải đưa đến phòng thí nghiệm cho các đơn vị như Công ty TNHH MTV Xi măng Sông Gianh (Quảng Bình). Nhà máy Xử lý nước thải KCN Sóng Thần 2, Nhà máy sản xuất ô tô, xe máy điện VinFast tại khu công nghiệp Đình Vũ - Cát Hải (Hải Phòng). Trước những câu hỏi mà các doanh nghiệp đang phải đối mặt, nhóm kỹ sư của công ty đã tìm thấy được cơ hội của mình: họ sẽ cung cấp hệ thống quan trắc nước ngầm tự động.

Đã có kinh nghiệm phát triển các hệ thống quan trắc, nhóm kỹ sư tại Công ty Phượng Hải lập tức nhận ra những tiêu chuẩn cần đáp ứng theo quy định: “Theo các quy định, quan trắc nước ngầm là việc đo lường các chỉ tiêu lưu lượng khai thác, mực nước và chất lượng nước trong các giếng sâu cách mặt đất từ vài chục đến vài trăm mét”, bà Nguyễn Trần Quỳnh Ngân lý giải, “Hiện tại, có ba hình thức khai thác nước dưới đất là khai thác tập trung của các công ty cấp nước, khai thác đơn lẻ của các đơn vị, xí nghiệp và khai thác của các hộ dân (cho sinh hoạt và tưới cây)”.

Quy định nêu rõ, các công trình khai thác nước ngầm từ 10 đến 200 m3/ ngày đêm thì chỉ cần quan trắc định kỳ, nhưng các công trình khai thác trên 200 m3/ ngày đêm thì phải quan trắc tự động và trực tuyến mực nước, và các công trình khai thác trên 1000 m3/ngày đêm thì phải quan trắc tự động và trực tuyến các chỉ tiêu như mực nước hồ, lưu lượng xả duy trì dòng chảy tối thiểu (nếu có), lưu lượng xả qua tràn.

Cùng với đó, hệ thống quan trắc nước ngầm phải gồm hệ thống truyền dẫn dữ liệu; thiết bị đo lưu lượng và mực nước được đặt tại mỗi giếng. Dữ liệu truyền từ data logger (thiết bị truyền dữ liệu) chính sẽ truyền về phòng điều khiển tại nhà máy phục vụ cho việc giám sát nội bộ 24/24 và truyền về Sở Tài nguyên và Môi trường bằng đường truyền Internet IP tĩnh, theo phương thức FTP và định dạng file.txt. Việc áp dụng các hệ thống quan trắc nước ngầm tự động sẽ giúp cho các cơ quan môi trường có thể kiểm soát được tình trạng khai thác sử dụng nước ngầm quá mức.

Từ những quy định này, các kỹ sư tại Công ty Phượng Hải đã phát triển giải pháp quan trắc nước ngầm tự động SmartpH với các thành phần chính gồm thiết bị đo lưu lượng, thiết bị đo mực nước, data logger và thiết bị truyền tín hiệu không dây. Trong đó, thiết bị đo lưu lượng (là đồng hồ dạng compact hoặc remote) được lắp trên đường ống khai thác, đồng hồ sẽ hiển thị lưu lượng tức thời và tổng lưu lượng, kết nối về bộ data logger. Thiết bị đo mực nước hiển thị cùng lúc giá trị đo mực nước và thời gian thực. Công nghệ đo dùng chênh lệch áp suất, khoảng đo mực nước từ 0 - 80m. Độ chính xác đạt theo yêu cầu của Thông tư 17/2021/TT-BTNMT (< 1cm).

Hiện tại, bộ data logger có thể kết nối kết nối đến 20 giếng trong cùng một lúc. Tại từng giếng, hệ thống sẽ đo lưu lượng và mực nước, sau đó gửi tín hiệu về bộ data logger, “điều này sẽ giúp tiết kiệm chi phí ban đầu cho bên chủ đầu tư, giúp họ không phải đầu tư mỗi giếng một bộ data logger”, anh Nguyễn Văn Trường, đại diện Công ty Phượng Hải lý giải. “Chẳng hạn, nếu doanh nghiệp có 67 giếng, họ chỉ cần lắp 7 data logger, mỗi data logger kết nối với khoảng 10 giếng, thay vì phải tốn kém lắp đặt mỗi giếng một bộ”.

Bên cạnh đó, một trong những ưu điểm lớn nhất đó là hệ thống có thiết bị truyền tín hiệu không dây sử dụng công nghệ không dây tầm xa, tiết kiệm năng lượng, có khả năng truyền dữ liệu với khoảng cách lên đến 3km mà không cần sử dụng sim 3G, phù hợp với địa hình khó khăn. “Trong quá trình khảo sát các công trình, chúng tôi nhận thấy doanh nghiệp thường khai thác các giếng ở nhiều vị trí xa - gần khác nhau”, anh Trường nhớ lại nguyên nhân nhóm kỹ sư quyết định phát triển thiết bị truyền tín hiệu không dây này. “Chúng tôi áp dụng phương án truyền không dây trong trường hợp các giếng có khoảng cách quá xa, có địa hình khó đi dây tín hiệu, việc đi dây tốn nhân công, thời gian và chi phí. Ngoài ra, khi xảy ra sự cố hay thiết bị hỏng hóc, chúng ta sẽ tốn nhiều thời gian lần theo đường dây đã đi để tìm ra được nguyên nhân. Từ đó, chúng tôi liền phát triển cái bộ sản phẩm truyền dữ liệu không dây để đáp ứng cho mọi công trình, bất chấp địa hình và khoảng cách giữa các giếng”.

Trong bối cảnh tài nguyên nước ngầm đang giảm mạnh qua các năm, việc lắp đặt thiết bị giám sát lượng nước ngầm được khai thác là giải pháp tất yếu, nếu muốn giảm thiểu tình trạng sụt lún trong tương lai. Hiện tại, giải pháp SmartpH đã được triển khai ứng dụng trong các công trình thực tế như đo lưu lượng - mực nước giếng khai thác tại Bình Dương, đo mực nước tại sông Đồng Nai phục vụ công tác nghiên cứu,… Các kỹ sư của công ty cho biết trong thời gian tới họ sẽ vẫn tiếp tục cải thiện các thông số của hệ thống, không chỉ để đáp ứng các quy định hiện hành về quản lý và sử dụng tài nguyên nước ngầm, mà còn nhằm đáp ứng yêu cầu của nhiều doanh nghiệp khác nhau.