Tài nguyên nước - Lê Quốc Tuấn

TÀI NGUYÊN NƯỚC TS. Lê Quốc Tuấn Khoa Môi trường và Tài nguyên NƯỚC • Định nghĩa: Nước là một hợp chất hóa học của oxygen và hydrogen. • Công thức hoá học là H2O. • Mang các tính chất lý hóa đặc biệt: Lưỡng cực, liên kết hydrogen và tính bất thường của khối lượng riêng. Nước Acetone trong nước Nước 2-methyl propane trong nước Sự hydrate hoá có vai trò quan trọng vận chuyển các chất dinh dưỡng, chất độc vào và ra khỏi tế bào NƯỚC • Tính chất hóa lý của nước: nhiệt độ nóng chảy của nước là 00C, còn nhiệt độ sôi (760 mm Hg) bằng 1000C. • Nước là một dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực. Các hợp chất phân cực hoặc có tính ion như acid, rượu và muối đều dễ tan trong nước. • Nước tinh khiết không dẫn điện. Mặc dù vậy, do có tính hòa tan tốt, nước hay có tạp chất pha lẫn, thường là các muối, tạo ra các ion tự do trong dung dịch nước cho phép dòng điện chạy qua. • Nước có tính chất trung tính (pH=7) NƯỚC Các trạng thái tồn tại,sự phân bố và tỷ lệ nước trên trái đất • Hơn 70% diện tích của Trái Đất được bao phủ bởi nước. Lượng nước trên Trái Đất có vào khoảng 1,38 tỉ km³. Trong đó 97% là nước mặn trong các đại dương trên thế giới, phần còn lại, 3%, là nước ngọt, tồn tại chủ yếu dưới dạng băng tuyết đóng ở hai cực và trên các ngọn núi, chỉ có 0,3% nước trên toàn thế giới (hay 3,6 triệu km³) là có thể sử dụng làm nước uống. Việc cung cấp nước uống sẽ là một trong những thử thách lớn nhất của loài người trong vài thập niên tới đây. Nguồn nước cũng đã là nguyên nhân gây ra một trong những cuộc chiến tranh ở Trung Cận Đông. Trạng thái tồn tại của nước trên trái đất Trạng thái rắn: Là một trong ba trạng thái thường gặp của các chất, có đặc điểm bởi tính chất phản kháng lại sự thay đổi hình dạng. Nước ở trạng thái rắn lưu trữ dưới dạng băng và tuyết: Nước ngọt được trữ trong những sông băng, những cánh đồng băng và những cánh đồng tuyết những đỉnh núi băng… Trạng thái lỏng • Là một trạng thái vật chất khá phổ biến. Chất lỏng là một chất lưu mà các phân tử cấu tạo nên nó có liên kết không chặt so với vật chất rắn và có hình dạng phụ thuộc vào vật chứa nó. • Khối lượng của thuỷ quyển khoảng 1,4.1018 tấn. Trong đó đại dương có khối lượng chiếm 97% toàn bộ thuỷ quyển. Trạng thái hơi • Hơi nước là một quá trình nước chuyển từ thể lỏng sang thể hơi hoặc khí. Bốc hơi nước là đoạn đường đầu tiên trong vòng tuần hoàn mà nước chuyển từ thể lỏng thành hơi nước trong khí quyển. • Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng các đại dương, biển, hồ và sông cung cấp gần 90% độ ẩm của khí quyển qua bốc hơi, với 10% còn lại do thoát hơi của cây. Nước trong không khí • Trong khí quyển luôn luôn có nước: những đám mây là một dạng nhìn thấy được của nước khí quyển. • Trong không khí cũng chứa đựng nước. Những phần tử nước này quá nhỏ để có thể nhìn thấy được. Sự phân bố và tỉ lệ nước trên trái đất Nước thủy quyển A. Nước mặn Chiếm một lượng rất lớn, ước tính có khoảng 1.37 tỉ km3 nước được trữ trong đại dương, chiếm khoảng 97% lượng nước trên trái đất. Là thành phần quan trọng và phân bố ở khắp nơi trên trái đất: ở các đại dương, và các biển không có liên hệ với đại dương (biển Caxpi, biển Aran…) Sự luân chuyển trong các đại dương: Có những dòng chảy trong đại dương di chuyển một khối lượng lớn nước đi khắp thế giới. Những sự di chuyển này có ảnh hưởng lớn đến vòng tuần hoàn nước và khí hậu. Nước trong đại dương Phân bố nước mặn trên trái đất B. Nước ngọt • Nước ngọt trên mặt đất, một thành phần của chu trình nước, yếu tố cần thiết cho mọi sự sống trên trái đất • Nước ngọt bao gồm nước trên các đỉnh núi băng, dòng sông băng, trong các dòng sông, ao, hồ, hồ nhân tạo, và các đầm lầy nước ngọt. Nước ngọt trên đỉnh băng Nước khí quyển  Nước được trữ trong khí quyển dưới dạng hơi, như những đám mây và độ ẩm.  Thể tích nước trong khí quyển tại bất kỳ thời điểm nào vào khoảng 12.900 km3.  Nếu tất cả lượng nước khí quyển rơi xuống cùng một lúc, nó có thể bao phủ khắp bề mặt trái đất với độ dày 2,5 cm. Hơi nước tích tụ trong các đám mây Nước thạch quyển • Nước ngầm là một dạng nước dưới đất, tích trữ trong các lớp đất đá trầm tích như cặn, sạn, cát bột kết, trong các khe nứt, hang dưới bề mặt trái đất, có thể khai thác cho các hoạt động sống của con người. • Nước ngầm có trong lòng đất có vị trí quan trọng đối với thực vật và con người, nguồi nước này thường xuyên được bổ sung và thay thế bằng nước mưa và các dòng chảy mạch khác. • Một phần lượng mưa rơi trên mặt đất và thấm vào trong đất trở thành nước ngầm. TÀI NGUYÊN NƯỚC Nước là một thành phần rất quan trọng và không thể thiếu được trong hệ sinh thái, để duy trì sự sống, sự trao đổi chất, cân bằng sinh thái trên toàn cầu. Nhưng chính bản thân nó cũng là một dạng môi trường đầy đủ, nó có hai phần chính là nước và các chất hòa tan trong nó. Môi trường nước bao gồm các dạng nước ngọt, nước mặn, nước ao hồ, sông ngòi, nước đóng băng, tuyết, hơi nước, nước ngầm. NÖÔÙC Chaát höõu cô vaø voâ cô hoøa tan Khoâng khí Chaát raén lô löõng Vi sinh vaät Ñoäng vaät thuûy sinh Thöïc vaät thuûy sinh Aùnh saùng Naêng löôïng Nöôùc caáp Noâng nghieäp Coâng nghieäp Con ngöôøi vaø hoaït ñoäng Thöïc vaät Ñoäng vaät Nöôùc thaûi Khí quyeån Aùnh saùng Nöôùc bieån Nöôùc ñoùng baêng Nöôùc hoà Nöôùc soâng, suoái Nöôùc trong ñaát Nöôùc ngaàm Nöôùc trong cô theå sinh vaät Nöôùc mao quaûn Nöôùc thoå nhöôõng KHỐI LƯỢNG VÀ THỜI GIAN LƯU TRỮ CỦA CÁC DẠNG NƯỚC TRONG CHU TRÌNH THỦY HÓA DẠNG NƯỚC KHỐI LƯỢNG (KM3) Nước đại dương 1.370.223.000.000 Nước bốc hơi từ đại dương 430.000 Mưa trên đại dương 390.000 Nước trên đất liền 110.000 Bốc hơi từ đất liền 70.000 Chảy tràn từ đất liền 40.000 Sông, hồ 281.200 Băng tuyết 24.000.000 Nước ngầm 60.000.000 ÑÒA ÑIEÅM THÔØI GIAN LÖU TRÖÕ Khí quyeån 9 ngaøy Caùc doøng soâng (vôùi toác ñoä 1m/s) 2 tuaàn Ñaát aåm 2 tuaàn ñeán 1 naêm Caùc hoà lôùn 10 naêm Nöôùc ngaàm noâng (vôùi toác ñoä 1-10m/ngaøy) 10-100 naêm Taàng pha troän cuûa caùc ñaïi döông 120 naêm Ñaïi döông theá giới 300 naêm Nöôùc ngaàm saâu 10.000 naêm Choùp baêng nam cöïc 10.000 naêm Vai troø cuûa nöôùc trong moâi tröôøng sinh thaùi 1. Nöôùc caàn cho söï soáng – Nöôùc tham gia vaøo caáu taïo chaát soáng – Nöôùc tham gia vaøo caùc quaù trình trao ñoåi chaát vaø naêng löôïng – “Ở ÑAÂU COÙ NÖÔÙC ÔÛ ÑOÙ COÙ SÖÏ SOÁNG” • Nước có vai trò đặc biệt quan trọng đối với thực vật, không có nước thực vật sẽ khô héo và chết. • Nước chiếm một khối lượng lớn trong cơ thể động vật, nước tham gia vào quá trình điều hòa nhiệt độ và các quá trình sinh hóa phức tạp khác. • Ngoài ra nước còn là môi trường sống của nhiều loài động thực vật Tham gia vào quá trình sinh hóa Nhu cầu của nước đối với thực vật Nước là nhân tố quan trọng đối với các cơ thể sống. Nước quyết định sự phân bố của thực vật trên Trái Đất. Trao đổi nước diễn ra trong suốt quá trình sống của thực vật, bao gồm 3 quá trình: quá trình hấp thụ nước ở rễ, quá trình vận chuyển nước ở thân, quá trình thoát hơi nước ở lá. Các dạng nước trong cây và vai trò của nó: Có 2 dạng nước chính: Dạng tự do: Chứa trong các thành phần của Tế bào, trong các khoảng gian bào, trong mạch dẫn…, không liên kết với các thành phần hóa học khác. Vẫn giữ được tính chất lí, hóa, sinh học bình thường. Vai trò: làm dung môi, điều hòa nhiệt, tham gia vào một số quá trình trao đổi chất, đảm bảo độ nhớt của chất nguyên sinh, giúp cho quá trình trao đổi chất diễn ra bình thường. Dạng liên kết + Liên kết với các phần tử khác trong Tế bào. + Vai trò: đảm bảo độ bền vững của hệ thống keo trong chất nguyên sinh. Nhu cầu của nước đối với thực vật: - Thực vật không thể sống thiếu nước. - Cây cần một lượng nước rất lớn trong đời sống của nó. - Thiếu một lượng nước lớn và kéo dài cây sẽ héo và chết Vai trò của nước trong tế bào • Trong tế bào, nước phân bố chủ yếu ở chất nguyên sinh. Nước là dung môi phổ biến nhất, là môi trường khuếch tán và môi trường phản ứng chủ yếu của các thành phần hoá học trong tế bào. • Nước còn là nguyên liệu cho các phản ứng sinh hoá trong tế bào. Do có khả năng dẫn nhiệt, toả nhiệt và bốc hơi cao nên nước đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi nhiệt, đảm bảo sự cân bằng và ổn định nhiệt độ trong tế bào nói riêng và cơ thể nói chung. • Nước liên kết có tác dụng bảo vệ cấu trúc của tế bào. Vai trò của nước trong cơ thể sống Trong cơ thể của sinh vật, những phản ứng hóa học xảy ra liên tục và phức tạp ngay trong mỗi tế bào chỉ lớn độ vài micro-mét. Những diễn biến sinh hóa ấy cùng một lúc với nhiều “công đoạn” khác nhau nhưng không hề sai lệch và tất cả đều nằm trong một môi trường có sự tồn tại của nước và thường "thích nghi" với tác động của bên ngoài Nước trong sinh hoạt Nguồn nước sinh hoạt của con người được sử dụng vào nhiều việc tắm giặt, ăn uống, vệ sinh… Nguồn nước sinh hoạt chiếm một phần khá nhỏ trong tổng số nước ngọt hiện nay, nó đóng một vai trò như là một thứ không thể thiếu của con người… Nhưng hiện nay tình trạng nước sinh hoạt đang dần có nguy cơ bị cạn kiệt do việc sử dụng không hợp lý của con người. Mỗi người dân cần phải có ý thức tiết kiệm và sử dụng nguồn nước một cách hợp lý. Nước cho sản suất nông nghiệp • Để sản xuất ra 1 kg lúa cần một lượng nước là 750 kg (gấp 100 lần sản xuất 1 kg thịt) • Để đảm bảo 2 vụ lúa cần một lượng nước ngọt 14-25.000 m3/ha. • Đối với cây trồng cần 5000 m3/ha, với hoa màu cũng tương đương là 5000 m3/ha. • Hiện nay ta phải dùng 80% nguồn nước ngọt cho sản xuất nông nghiệp. Nước cho sản xuất công nghiệp • Làm lạnh động cơ, hơi nước làm quay tuabine, làm dung môi hòa tan chất màu và các phản ứng hóa học. • Mỗi ngành công nghiệp, mỗi khu chế xuất, mỗi công nghệ yêu cầu một lượng nước khác nhau. • Người ta tính để có: » 1 tấn nhôm cần đến 1400 m3 nước, » 1 tấn thép cần đến 600 m3 nước, » 1 tấn nhựa cần 500 m3 nước. • Nước cũng cần cho công nghệ thực phẩm chế biến lương thực, công nghiệp thuộc da, CN giấy, chế biến rượu, chế biến rau quả tổng hợp Nước để chữa bệnh • Người ta chữa một số bệnh bằng uống nhiều nước để quá trình phân giải chất độc, trao đổi chất mạnh hơn. • Có một phương pháp khác là người tắm nước khoáng nóng ở các suối tự nhiên để chữa các bệnh thấp khớp, ngoài da, bệnh tim mạch, thần kinh. • Nước làm giảm chất độc, làm cho cơ thể hoạt hóa mạnh hơn lên, trao đổi chất tăng, ăn ngon, ngủ khỏe Nước cần cho giao thông vận tải • Giao thông vận tải bằng đường thủy thì nước bề mặt là yếu tố tất yếu. • Các sông ngòi, kênh rạch, biển đại dương, hồ ao, vịnh đều là những môi trường thuận lợi để giao thông vận tải. • Bên cạnh đó ta lại có 1 triệu km đường biển rất thuận lợi cho phát triển giao thông. • Tính chung cho phát triển thế giới 7/10 là diện tích mặt nước biển, mà vận chuyển đường thủy giá thành rất rẻ, chỉ bằng 1/10 đường không và 1/2-1/3 đường bộ. Nước cho phát triển du lịch • Du lịch nếu không có nước thì không thể phát triển được. • Nước không chỉ cung cấp cho sinh hoạt du lịch (ăn uống, tắm giặt) mà nước còn là môi trường phát triển các dạng du lịch: »Du lịch trên sông Hương, »Du lịch trên sông Mekong, »Du lịch trên hồ Tây, Trị An, Ba Bể, Chùa Hương... »Du lịch trên biển, bãi biển, bờ biển