Biện pháp lạ để ngăn các thành phố không bị lún xuống

Nước ngầm trong lịch sử đã từng là huyết mạch ở Thung lũng Coachella, bang California, Mỹ. Nước cho canh tác, cho gia đình và cộng đồng đều đến từ dưới chân chúng ta, nhưng việc hút nó lên lại không được chú ý. Và giống như việc lấy không khí ra khỏi quả bóng bay, mặt đất bắt đầu lún xuống.

Từ năm 1995 đến năm 2010, nhiều nơi ở thung lũng đã sụt giảm tới 0,6 mét, một quá trình được gọi là sụt lún đất. Mặt đất trở nên mất ổn định, tạo ra những vết nứt lớn. Sụt lún không đều đã làm hư hại nền móng của các tòa nhà và đường xá. Kênh Coachella bắt đầu sụt đến mức dòng nước bị gián đoạn.

Kịch bản dường như đã quá quen thuộc, đặc biệt là ở những nơi khô hạn, đông dân cư. Một thành phố khác đã hút quá nhiều nước ngầm và bắt đầu bi sụt lún, phải vật lộn với nhu cầu nước và đất đai không ổn định. Nhưng không giống như các thành phố đang chìm xuống khác, các nhà quản lý nước ở Coachella Valley đã thực hiện một kỳ tích hiếm có: họ đã tạm dừng được quá trình lún xuống, thậm chí đảo ngược một phần quá trình này.

Các nhà quản lý nước đã thúc đẩy các phương pháp bảo tồn nước mới, sử dụng sông Colorado và nước tái chế cho các mục đích không uống được (nông nghiệp, sân golf) và thậm chí đưa nước trở lại lòng đất. Tỷ lệ sụt lún giảm từ 50 - 75% ở nhiều khu vực. Phần phía bắc của thung lũng đã trải qua quá trình nâng lên tới 60 mm trong những năm tiếp theo.

“Tôi đã nghiên cứu về sụt lún đất trong một thời gian dài và chúng tôi thực sự không nhận được quá nhiều câu chuyện hay ho để kể, nhưng Thung lũng Coachella là một trong số đó” - Michelle Sneed, nhà thủy văn học tại Cơ quan Địa chất Mỹ nhận xét.

Trên khắp thế giới, việc bơm nước ngầm quá mức là một trong những thủ phạm chính khiến các thành phố bị lún sụt. Một số cộng đồng chỉ bị lún một milimet nên không nhận thấy những thay đổi mạnh mẽ, nhưng những cộng đồng bị sụt lún với tốc độ cao hơn sẽ phải đối mặt với lũ lụt gia tăng dọc theo bờ biển và thiệt hại với các công trình kiến ​​trúc.

Đến năm 2024, các nhà nghiên cứu ước tính rằng gần 1/5 dân số thế giới có thể sống trên vùng đất đang dần chìm xuống dưới chân họ do khai thác nước ngầm.

Cho đến nay, chỉ một phần nhỏ những nơi bị ảnh hưởng đang giải quyết cách làm chậm hoặc tạm dừng sụt lún đất.

Đưa nước trở lại lòng đất

Khắc phục tình trạng sụt lún đất không phải là giải pháp đơn giản, trừ khi bạn ngừng bơm nước ngầm. Nhưng việc không sử dụng nước ngầm là không khả thi đối với các cộng đồng cần cung cấp nước cho một lượng lớn cư dân.

Thay vào đó, một cách tiếp cận khác là bổ sung nước ngầm. Cách tiếp cận này được gọi là nạp lại tầng chứa nước có quản lý, còn được gọi là "ngân hàng nước".

Để hiểu cách thức hoạt động của nó, trước tiên chúng ta phải tìm hiểu cách nước ngầm được lưu trữ và khai thác. Mặt đất có nhiều lớp trầm tích khác nhau. Tầng chứa nước, có thể xuất hiện gần bề mặt hoặc rất sâu bên dưới, là một lớp đá hoặc trầm tích có nhiều khoảng trống xốp giữa các hạt. Những không gian trống này được kết nối tốt, giống như một miếng bọt biển. Các tầng chứa nước có thể chứa nước và cũng cho phép nước dễ dàng chảy qua nó. Để lấy nước, hãy tưởng tượng như ta cắm ống hút vào tầng ngậm nước và hút nước lên.

Một hệ thống nạp lại được quản lý sẽ thu thập nước để đưa trở lại tầng ngậm nước. Nguồn nước có thể đến từ lượng nước mưa, lũ lụt, nước thải đã xử lý hoặc nước sông. Nước có thể được rút ra để cung cấp nước cho cộng đồng. Chất lỏng được thêm vào cũng có thể làm tăng thể tích trở lại lòng đất, nhưng chỉ ở một mức độ nhất định vì các lớp đất sét nén chặt trong đất.

Manoochehr Shirzaei, chuyên gia lĩnh vực kỹ thuật viễn thám, cho biết: “Nếu bạn thực hiện hoạt động nạp lại tầng chứa nước ngầm được quản lý này khi có nước, chẳng hạn như lũ lụt theo mùa mưa, thì nước đó có thể được xử lý và bơm vào lòng đất để được lưu trữ ở đó. Bạn đảo ngược tình trạng sụt lún và tiết kiệm nước cho năm sau hoặc nhiều năm sau đó.”

Một số nơi trên thế giới đã sử dụng hệ thống tái nạp tầng ngậm nước và chứng kiến ​​những thay đổi về sụt lún, trong đó có Thung lũng Coachella, Santa Clara và Santa Ana của California, quận El Carracillo của Tây Ban Nha, khu vực sa mạc Negev của Israel, Đảo Hilton Head ở Nam Carolina, Perth của Australia và Bắc Kinh.

Tuy nhiên, hầu hết các nơi đều lắp đặt hệ thống này để cung cấp tốt hơn nhu cầu nước ngầm của họ. Giải quyết vấn đề sụt lún đất chỉ là một phần thưởng tuyệt vời.

Ví dụ, tại Quận Cam (California), hơn 2,5 triệu cư dân nhận được 85% nguồn cung cấp nước từ lòng đất thông qua hệ thống nạp lại. Nhà địa chất thủy văn trưởng của quận, Roy Herndon cho biết họ thấy vùng đất có những thăng trầm nhỏ, nhưng không thấy tình trạng sụt lún trở nên tồi tệ hơn - đó là một dấu hiệu tốt.

Tại Perth, Australia, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng một hệ thống nạp lại tầng ngậm nước được quản lý đã nâng các phần của vùng đất lên khoảng 20 mm trong 3,5 năm.

Các nhà quản lý nước cũng đang thử nghiệm các hệ thống nạp lại tầng ngậm nước được quản lý xung quanh Norfolk, nơi đang bị sụt lún đất nhiều nhất ở Bờ Đông Mỹ.

Jamie Heisig-Mitchell, Giám đốc chất lượng nước của quận Hampton Roads, cho biết trong khi một số hiện tượng sụt lún đất là do quá trình tự nhiên, thì phần lớn sự thay đổi là do khai thác nước ngầm.

Trong một dự án thí điểm, Hampton Roads đã thiết lập một hệ thống nạp lại để xử lý nước thải và nạp lại 1 triệu gallon mỗi ngày cho tầng ngậm nước. Heisig-Mitchell cho biết ban đầu họ thiết lập hệ thống này để tìm kiếm nguồn cung cấp nước ngầm bền vững cho khu vực vì hệ thống sông Potomac đang bị sử dụng quá mức. Nhưng họ thấy mặt đất cũng đang nâng lên.