Luận án được nghiên cứu với mục tiêu nhằm đánh giá ảnh hưởng của các nhân tố tự nhiên và nhân tạo đến phân bố và dịch chuyển As trong NDĐ; Nghiên cứu cơ chế và quá trình dịch chuyển As từ TCN qh vào TCN qp trong điều kiện tự nhiên; Đề xuất giải pháp giảm thiểu và bảo vệ TCN qp.
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
TRẦN VŨ LONG
NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ DỊCH CHUYỂN ASEN TỪ
TẦNG CHỨA NƯỚC HOLOCEN VÀO TẦNG CHỨA NƯỚC PLEISTOCEN LẤY VÍ DỤ VÙNG THẠCH THẤT - ĐAN PHƯỢNG,
Trang 2Công trình được hoàn thành tại:
Bộ môn Địa chất thủy văn, Khoa Khoa học và kỹ thuật Địa chất Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Người hướng dẫn khoa học: 1 PGS.TS Phạm Quý Nhân
2 PGS.TS Flemming Larsen
Phản biện 1: PGS TS Đoàn Văn Cánh
Phản biện 2: TS Nguyễn Thị Thanh Thuỷ
Phản biện 3: PGS TS Nguyễn Văn Đản
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại Trường đại học Mỏ - Địa chất vào hồi …giờ … ngày … tháng … năm …
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội
hoặc Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Trang 3Mở đầu
1 Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, NDĐ có hàm lượng As đang là vấn đề nghiêm trọng tới sức khoẻ người dân Rất nhiều các nghiên cứu khác nhau về As đã được tiến hành trên thế giới và tại Việt Nam Các nghiên cứu này tập trung vào nguồn gốc, biến đổi của As trong trầm tích và NDĐ Các nghiên cứu trong khu vực
Hà Nội và Thạch Thất - Đan Phượng đã chỉ ra hàm lượng As trong TCN Holocen (qh) cao hơn trong TCN Pleistocen (qp) rất nhiều và As chủ yếu được giải phóng vào NDĐ theo cơ chế khử hoà tan sắt oxi hydroxit hấp phụ
As xảy ra trong TCN qh Vấn đề dịch chuyển của NDĐ có hàm lượng As cao từ TCN qh vào TCN qp có thể gây ra sự biến đổi như thế nào đến hàm lượng As của TCN qp là vấn đề cần nghiên cứu kỹ do TCN qp trong 20 năm trở lại đây là đối tượng khai thác nước chính cho khu vực Hà Nội và lân cận
Xuất phát từ thực tiễn trên, vấn đề “Nghiên cứu cơ chế dịch chuyển Asen
từ tầng chứa nước Holocen vào tầng chứa nước Pleistocen Lấy ví dụ vùng Thạch Thất - Đan Phượng, Hà Nội” là rất cấp thiết để để xác định
các con đường và cơ chế khống chế chính quá trình dịch chuyển As, đánh giá sự thay đổi hàm lượng As trong NDĐ của TCN qp dưới ảnh hưởng của NDĐ có hàm lượng As cao trong TCN qh di chuyển tới tại khu vực nghiên cứu Đồng thời xây dựng các phương án giảm thiểu và ứng phó với ô nhiễm
As gây ra cho TCN qp nhằm đảm bảo an ninh nguồn nước cho các hoạt động kinh tế - dân sinh
2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của Luận án
Đánh giá ảnh hưởng của các nhân tố tự nhiên và nhân tạo đến phân bố và dịch chuyển As trong NDĐ; Nghiên cứu cơ chế và quá trình dịch chuyển As
từ TCN qh vào TCN qp trong điều kiện tự nhiên; Đề xuất giải pháp giảm thiểu
và bảo vệ TCN qp
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: As trong NDĐ của các TCN lỗ hổng trong trần
tích Đệ Tứ;
- Phạm vi nghiên cứu: Khu vực nghiên cứu là Thạch Thất - Đan Phượng,
Hà Nội Một tuyến mặt cắt đặc trưng được chọn để tập trung nghiên cứu Tuyến mặt cắt kéo dài qua các điểm nghiên cứu từ vùng rìa đồng bằng tại Phú Kim (Thạch Thất), Phụng Thượng (Phúc Thọ), Vân Cốc (Phúc Thọ) tới khu vực sát sông Hồng tại Trung Châu (Đan Phượng)
4 Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu chủ yếu được sử dụng, gồm:
Trang 4phương pháp thu thập xử lý và tổng hợp tài liệu; phương pháp khoan, khảo sát ĐVL trên mặt và trong lỗ khoan, thí nghiệm xác định thông số ĐCTV, quan trắc lâu dài động thái NDĐ; phương pháp nghiên cứu thuỷ địa hoá và đồng vị; phương pháp chuyên gia và phương pháp mô hình số NDĐ
5 Cơ sở tài liệu của Luận án
Thu thập các số liệu từ kết quả nghiên cứu về ĐCTV khu vực từ Liên đoàn Địa chất thủy văn miền Bắc, Trung tâm quan trắc tài nguyên nước Quốc gia và tác giả đã tiến hành nhiều công tác và thí nghiệm hiện trường như: đo ĐVL trên mặt đất và trong 64 lỗ khoan, thí nghiệm bơm và slugtest trong 12 lỗ khoan, phân tích thành phần hoá học NDĐ của 121 mẫu, phân tích đồng vị 269 mẫu, quan trắc mực tại 26 lỗ khoan với 400 lần đo trong khuôn khổ Dự án VietAS - Trường ĐH Mỏ - Địa chất phối hợp với Cục Đia chất Đan Mạch mà tác giả là thành viên
6 Các Luận điểm bảo vệ
- Luận điểm 1: As tồn tại trong NDĐ dưới dạng As hoá trị III với hàm lượng
rất cao thay đổi lớn tùy theo TCN và theo vị trí; từ 77µg/L (Phụng Thượng) đến 450µg/L (Đan Phượng) trong TCN qh và từ 55µg/L (Phụng Thượng) đến 170µg/L (Đan Phượng) trong TCN qp Sự phân bố và dịch chuyển của
As trong NDĐ chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm trầm tích, ĐCTV và thuỷ địa hoá
- Luận điểm 2: Sự dịch chuyển của As từ TCN qh vào TCN qp chủ yếu tuân
theo cơ chế thuỷ động lực Vận tốc di chuyển của NDĐ chậm, phản ứng hấp phụ trên trầm tích có điều kiện thuận lợi đạt tới trạng thái cân bằng và triệt
để thì hàm lượng As gia tăng trong TCN qp theo thời gian là rất thấp tương ứng với hệ số trễ lớn R = 69 - 162
7 Điểm mới của Luận án
Tác giả đã phân tích, xử lý các kết quả tài liệu khoan, ĐVL, quan trắc động thái NDĐ, phân tích hoá học và đồng vị của NDĐ, phân tích và định tuổi trầm tích tại khu vực nghiên cứu và phân tích các nhân tố tự nhiên và nhân tạo ảnh hưởng đến quá trình dịch chuyển của As trong NDĐ Tác giả
đã xây dựng mô hình số 3 chiều mô phỏng và dự báo quá trình dịch chuyển
As trong NDĐ từ TCN qh vào TCN qp; từ kết quả này đánh giá khả năng
và xác định cơ chế của quá trình dịch chuyển này là cơ chế thuỷ động lực
và cơ chế thuỷ địa hoá Kết quả của mô hình cho thấy ảnh hưởng lớn của hệ
số trễ (R, retardation) đến quá trình As dịch chuyển từ TCN qh vào TCN qp
Hệ số trễ càng lớn thì hàm lượng As gia tăng trong TCN qp càng thấp và ngược lại Khai thác NDĐ ảnh hưởng lớn đến quá trình dịch chuyển As,
Trang 5khai thác càng lớn thì hệ số trễ càng nhỏ và ngược lại.
8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án
- Ý nghĩa khoa học: Luận án đã đưa ra phân bố As trong NDĐ của khu vực
nghiên cứu Xác định được các nhân tố ảnh hưởng tới dịch chuyển As trong NDĐ từ TCN qh vào TCN qp thông qua việc đánh giá ảnh hưởng của điều kiện ĐCTV, đặc điểm thuỷ địa hoá, đặc điểm trầm tích Đồng thời đã đánh giá được ảnh hưởng của cơ chế thuỷ động lực và cơ chế thuỷ địa hoá đối với quá trình dịch chuyển As từ TCN qh vào TCN qp tại khu vực nghiên cứu và xác định được cơ chế khống chế chính của quá trình dịch chuyển này Từ
đó tính toán và dự báo hàm lượng As thay đổi theo thời gian dưới các ảnh hưởng của các quá trình dịch chuyển
- Ý nghĩa thực tiễn: Căn cứ vào kết quả nghiên cứu, luận án đã đưa ra được
định hướng quy hoạch khai thác hợp lý cho khu vực nghiên cứu đối với TCN
qp, đồng thời đề xuất các giải pháp giảm thiểu, bảo vệ tài nguyên NDĐ tại đây Luận án có thể là tài liệu tham khảo tốt cho các nhà quản lý, quy hoạch tài nguyên nước, nhà hoạch định chính sách và nhà khoa học phục vụ khai thác và sử dụng một cách bền vững nguồn tài nguyên NDĐ quý giá
9 Cấu trúc Luận án: Cấu trúc Luận án gồm 4 chương không kể mở đầu
và kết luận
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ASEN TRONG
NƯỚC DƯỚI ĐẤT
1.1 Các công trình nghiên cứu trên thế giới
Việc nghiên cứu, đánh giá As trong NDĐ trên thế giới đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm tập trung đánh giá hiện trạng và xác định cơ chế giải phóng As vào NDĐ, đánh giá con đường dịch chuyển As và khả năng tổn thương của TCN bên dưới trước As như: Michael Berg và nnk (2007), Shamsudduha và Uddin (2007), Benjamin D Kocar và nnk (2008), Ashraf và nnk (2008), Yilong Zhang và nnk (2013), Qi Guo và nnk (2014), Holly A Michael và Cliffor I Voss (2008) (2009), Burgess W G và nnk (2010), Radloff K A và nnk (2011), van Geen và nnk (2013)… Phần lớn các công trình khoa học đều tập trung nghiên cứu nghiên cứu phân bố của ô nhiễm As trong NDĐ của các TCN, làm sáng tỏ cơ chế giải phóng As vào NDĐ của TCN bên trên Các kết quả nghiên cứu đều chỉ ra hàm lượng As cao chủ yếu được phát hiện tại TCN trầm tích aluvi trẻ tuổi Holocen và cơ chế giải phóng chủ yếu là khử hoà tan sắt oxi hydroxit có hấp phụ As vào NDĐ Đồng thời các nghiên cứu khác lại tập trung vào thành lập các mô hình dòng chảy NDĐ mô phỏng mối quan hệ thuỷ lực giữa 2 TCN này Các
Trang 6nghiên cứu cũng sử dụng mô hình này đánh giá con đường vận động của dòng ngầm trong các TCN nhưng chưa đưa đánh giá chi tiết được cơ chế dịch chuyển của As trong NDĐ giữa các TCN Từ kết quả của mô hình số cũng chỉ ra khả năng tổn thương do ô nhiễm As di chuyển từ TCN bên trên tới TCN nằm bên dưới do tác động của quá trình khai thác
1.2 Tổng quan các công trình nghiên cứu tại Việt Nam
Nghiên cứu As ở Việt Nam được trú trọng trong khoảng 20 năm trở lại đây, đặc biệt là từ những năm 2000 tại khu vực Hà Nội Các nghiên cứu nói chung mới chỉ tập trung vào đánh giá phân bố As trong NDĐ TCN qh và qp, làm sáng tỏ cơ chế giải phóng As vào NDĐ và con đường dịch chuyển của
As Các nghiên cứu tập trung vào vấn đề thuỷ địa hoá NDĐ, đồng thời sử dụng mô hình số thuỷ địa hoá để mô phỏng quá trình biến đổi của As trong NDĐ của TCN qh Nghiên cứu về hệ số trễ của As đối với TCN qp được thực hiện ở nơi ít có các hoạt động khai thác với quy mô cấp công nghiệp Tuy nhiên một số nghiên cứu nổi bật tại khu vực nghiên cứu đã chỉ ra nguồn gốc
As trong NDĐ chủ yếu giải phóng từ các sắt oxi hydroxit trong trầm tích tuổi Holocen thông qua quá trình khử hoà tan với As hấp phụ trên nó Các quá trình này diễn ra tại TCN qh dưới tác động của lượng lớn vật chất hữu cơ trầm tích đồng thời với quá trình thành tạo TCN qh Tuy nhiên các nghiên cứu này chủ yếu sử dụng các mô hình thuỷ địa hoá nhằm giải thích quá trình hình thành của As trong NDĐ mà chưa có một nghiên cứu tổng thể nào kết hợp cả thuỷ động lực - thuỷ địa hoá NDĐ trong bối cảnh tác động tương hỗ giữa các nhân tố tự nhiên và nhân tạo Các công trình nổi bật có thể kể đến:
Đỗ Văn Bình (2007), Michael Berg và nnk (2008), Van Green và nnk (2013), Postma và nnk (2007), Larsen và nnk (2008), Jenny Norrman và nnk (2008), Postma và nnk (2010), Jensen và nnk (2012), Nguyen Thi Hoa Mai và nnk (2014), Postma và nnk (2016)a, b, Tran Vu Long và nnk (2018, 2019)…
1.3 Các cơ chế dịch chuyển của As trong NDĐ
Cơ chế dịch chuyển các chất hoà tan nói chung và As nói riêng là các phương thức hoặc cách thức dịch chuyển của các chất hoà tan và/hoặc As trong NDĐ từ nơi này đến nơi khác Trong điều kiện tự nhiên thì quá trình dịch chuyển của As có thể diễn ra theo các phương thức: 1) Dịch chuyển As trong cùng TCN 2) Dịch chuyển As từ TCN nằm bên trên có hàm lượng As cao xuống TCN bên dưới có hàm lượng As thấp hơn thông qua các cửa sổ ĐCTV hoặc các khu vực thiếu vắng lớp sét 3) Dịch chuyển As diễn ra từ nước lỗ rỗng của lớp thấm nước yếu đã hấp phụ một lượng As trong quá trình thành tạo đến các TCN bên trên và bên dưới nó
Các cơ chế dịch chuyển cơ học đối với các chất hòa tan nói chung và As
Trang 7nói riêng trong NDĐ có thể kể tới: 1) Vận động đối lưu (advection) là chất hoà tan được vận chuyển theo dòng chảy NDĐ 2) Phân tán (dispersion) là quá trình các chất hoà tan dịch chuyển qua môi trường lỗ rỗng, bao gồm 2 quá trình phân tán cơ học và khuếch tán phân tử Các cơ chế dịch chuyển thuỷ địa hoá đối với As có thể kể tới: 1) Hỗn hợp NDĐ là quá trình trộn lẫn NDĐ
có nguồn gốc và thành phần khác nhau, hàm lượng As khác nhau để tạo nên một loại nước mới có nguồn gốc và thành phần khác với ban đầu Quá trình này diễn ra khi có sự liên thông của NDĐ 2 TCN qh và qp 2) Oxi hoá khử là quá trình trao đổi điện tử xảy ra trong hệ thống khi cùng tồn tại các nguyên
tố hoá học có hoá trị thay đổi Quá trình này đối với As có thể diễn ra trong khu vực nghiên cứu là oxi hoá As(III) tới As(V) Tuy nhiên môi trường thuỷ hoá NDĐ là môi trường khử, không thuận lợi diễn ra quá trình này do đó trong nghiên cứu này không được xét đến 3) Hấp phụ - giải hấp phụ và cơ chế trễ là quá trình As dính bám lên bề mặt trầm tích của TCN Quá trình này
sẽ làm chậm lại sự di chuyển của As trong NDĐ As(III) được chứng minh tuân thủ đường hấp phụ đẳng nhiệt phi tuyến Langmuir và có khả năng giải hấp từ trầm tích TCN Đặc trưng hấp phụ As(III) trên trầm tích khá tương đồng tại các đồng bằng châu thổ trên thế giới, không phụ thuộc vào điều kiện
tự nhiên của trầm tích hoặc của vị trí mấy mẫu (Nguyen Thi Hoa Mai và nnk (2014))
CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ VÀ CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ TỒN TẠI VÀ DỊCH CHUYỂN AS TRONG NDĐ
KHU VỰC NGHIÊN CỨU
2.1 Khái quát khu vực nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu Thạch Thất - Đan Phượng phân bố từ vùng rìa đồng bằng vào tới sông Hồng Địa hình bằng phẳng, dốc về phía sông Hồng Trong khu vực này đã thành lập các bãi giếng nghiên cứu ở Đan Phượng, Vân Cốc, Phụng Thượng và Phú Kim Khu vực có đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa, mùa nóng ẩm mưa nhiều thường bắt đầu vào tháng 5 và kết thúc tháng 10 Trong khu vực nghiên cứu có sông Hồng và sông Đáy chảy qua Địa tầng khu vực nghiên cứu từ trên xuống dưới có các phân vị địa tầng gồm: giới Proterozoi, giới Mesozoi, giới Kainozoi - hệ Neogen và hệ Đệ tứ (trầm tích Pleistocen hạ - hệ tầng Lệ Chi, trầm tích Pleistocen trung - thượng
- hệ tầng Hà Nội, trầm tích Pleistocen thượng - hệ tầng Vĩnh Phúc, trầm tích Holocen hạ - trung - hệ tầng Hải Hưng và trầm tích Holocen thượng - hệ tầng Thái Bình)
2.2 Đặc điểm phân bố As trong khu vực nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu Thạch Thất - Đan Phượng là một trong những khu
Trang 8vực có hàm lượng As trong NDĐ rất cao của ĐBBB Phân bố của As trong NDĐ được tập trung nghiên cứu theo chiều sâu trên tuyến nghiên cứu chính
Hình 1: Phân bố As TCN qh Hình 2: Phân bố As TCN qp
Hình 3 Phân bố As theo chiều sâu trong khu vực nghiên cứu
Phân bố As biến đổi mạnh theo không gian, ở gần sông Hồng, điểm Đan Phượng cách 600 - 700m, hàm lượng As trung bình 300µg/L, lớn nhất 550µg/L trong TCN qh, và trung bình 150µg/L, lớn nhất 172µg/L trong TCN
qp Ở điểm Vân Cốc cách sông Hồng 3km, hàm lượng As trung bình 151µg/L, lớn nhất 275µg/L trong TCN qh, và 80µg/L trong TCN qp Ở điểm Phụng Thượng cách sông Hồng 9km, hàm lượng As trung bình 31µg/L, lớn nhất 77µ/L, và 30µg/L trong TCN qp Điểm Phú Kim cách sông Hồng 10,5km, hàm lượng As trung bình 47µg/L, lớn nhất 110µg/L trong TCN qh,
10,0
10 9,7 10,5 11,1
1,0
11,3
11,5 11,4
10,9 10,5
10
10,1 9,5 11,4
7,2 7,1 8,0 7,7
9,3
9,7 9,4
7,3
11,8
5,4 11,6 7,4
8,8
15,6 8,3
10,9
9,7 7,4
11,8
7,6
5,6
16,1 11,4
10,2 11,7
11,3 10,4 6,8
10
10,7 9,4
11,4
10
10,5 9,2
7,6 7,6 12,4
10,3 7,5 11,4
9,2 9,4 9,5 9,2
9,9 14,6
10
10,2
11,0
9,5 11,5 11,5
9,7
9,8
9,4
8,7 9,7
9,2 8,5 11,9
9,1 9,2 7,8 7,3
9,7 7,9 8,7 8,9
7,3 7,4
6,8
9,0 8,9 7,6
8,2 8,2 7,7
10,3
10
9,7 8,5 8,9 11,5 8,2 7,7 8,8
11,1
8,7
9,7
8,6 7,7 7,5
9,7
9,5 10,2 9,0
§ång V©n x& §ång Th¸p
ub x& Ph−¬ng §×nh
§¹c B¶y
§¹c S¸u Cùc Nam ub
§¹c ChÝn
§¹c ChÝn
§¹c ChÝn
B¾c Hµ B¾c Hµ
B¾c Hµ
An ThÞnh
§¹c Bèn Hoµ B×nh
Thä Xu©n x&
§¹i ThÇn Song (x&
Ph−îng) ub Tam
La Th¹ch
Ph−¬ng M¹c th«n T¸o x&
HiÖp
ub Thä Vùc Trung D−¬ng Thä
§«ng H¶i
Chu Phan
x& Trung Ch©u
X Mét Thanh §iÒn Trung Hµ th«n 1
Phó An
§¹c Mét §¹c Mét §¹c Mét
§Þch Th−îng
QuÕ L©m QuÕ L©m
QuÕ L©m
Yªn Dôc xãm Ba x& HiÖp ThuËn
HiÖp Léc ub
ub HiÖp ThuËn
HiÕn HiÖp L.sÜ
T©y S¬n
H÷u Tr−ng
V©n M«n Trung Hµ Lµng Trung L−¬ng x& Thä An
ub ub
ub
th«n Néi
th«n Ngo¹i iiiiiiii
i
ææææææææ
æ
Hßa Th«n x& Tam ThuÊn
ub
§−êng Hång x& Thanh §a T¨ng Nãn Thanh M¹c Phó §a
TÕ Gi¸p Yªn Trung
L.sÜ ub xãm 3
xãm 8 xãm 9
x& H¸t M«n H¸t M«n xãm 6 ub ub
ub
Mü Giang th«n
HiÖp C¸t
x& V©n Hµ VÜnh ThuËn th«n 2 ub
ub x& V©n Nam VÜnh Léc
x& H−¬ng Ng¶i
x& Tam HiÖp Yªn D−¬ng Th−îng HiÖp
th«n 1 th«n 2 th«n 1 th«n 2A
chî HiÖp
ub ub
ub
H−¬ng T¶o Phó VÜnh
x& Ngäc T¶o th«n Trung
Phó ThÞnh Ngäc T¶o
Kim Lò
Phó Mü Thu Vi Kim Lò ub x& Th−îng Cèc x& V©n Phóc
VÜnh Khang
chî B&i VÜnh Thä
th«n Nam
Néi Th«n
x& Phó Kim x& Phông Th−îng
Thuý Lai Phó NghÜa
Cùc Lùc ub
ub ub
Q™š†Î¼
2335700 2336700 2337700 2338700
562600 561600
10,0
10
9,7
10,5 11,1
1,0
11,3
11,5 11,4
10,9 10,5
10
10,1 9,5 11,4
7,2 7,1 8,0 7,7
9,3
9,7 9,4
7,3
11,8
5,4 11,6
7,4
8,8
15,6 8,3
10,9
9,7 7,4
11,8
7,6
5,6
16,1 11,4
10,2 11,7
11,3 10,4 6,8
10
10,7 9,4
11,4
10
10,5 9,2
7,6 7,6 12,4
10,3 7,5 11,4
9,2 9,4 9,5 9,2
9,9 14,6
10
10,2
11,0
9,5 11,5 11,5
9,7
9,8
9,4
8,7 9,7
9,2 8,5 11,9
9,1 9,2 7,8 7,3
9,7 7,9 8,7 8,9
7,3 7,4
6,8
9,0 8,9 7,6
8,2 8,2 7,7
10,3
10
9,7 8,5 8,9 11,5 8,2 7,7 8,8
11,1
8,7
9,7
8,6 7,7 7,5
9,7
9,5 10,2 9,0
10
10,4 9,8 9,8 9,3 9,5 9,2
9,2
9,4
9,2 10,3 11,7
9,7
7,8 9,4
11,1 9,8 8,1 10,3
8,9 12,7
11,9 8,2 12,9
10
10,5
11,6 12,4 11,6
12,3
12,4 11,7
5,0
12,4
11A (8) 6 nhùa
(6 ùa
TL B
g
S §¸y
ch
Sg TÝPR£-¤È½
th«n Ph−îng
viÖn NC ng« ph−îng
th«n Thôy B&i Th¸p
§ång V©n x& §ång Th¸p
ub ub
ub
x& Ph−¬ng §×nh
§¹c B¶y
§¹c S¸u Cùc Nam ub
Thä Xu©n x&
§¹i ThÇn Song (x&
Ph−îng) ub Tam
La Th¹ch
Ph−¬ng M¹c th«n T¸ox&
HiÖp
ub ub Thä Vùc Trung D−¬ng Thä
§«ng H¶i
Chu Phan
x& Trung Ch©u
X Mét Thanh §iÒn Trung Hµ th«n 1
x& HiÖp ThuËn
HiÖp Léc ub
ub HiÖp ThuËn
HiÕn HiÖp L.sÜ
T©y S¬n
H÷u Tr−ng
V©n M«n Trung Hµ Lµng Trung L−¬ng x& Thä An
ub th«n Néi
th«n Ngo¹i iiiiiiii ææææææææ
Hßa Th«n x& Tam ThuÊn
ub
§−êng Hång x& Thanh §a T¨ng Nãn Thanh M¹c Phó §a
TÕ Gi¸p Yªn Trung
L.sÜ ub xãm 3
xãm 8 xãm 9
x& H¸t M«n H¸t M«n xãm 6 ub
ub x& V©n NamVÜnh Léc
x& H−¬ng Ng¶i
x& Tam HiÖp Yªn D−¬ng Th−îng HiÖp
th«n 1 th«n 2 th«n 1 th«n 2A
chî HiÖp
ub H−¬ng T¶o Phó VÜnh
x& Ngäc T¶o th«n Trung
Phó ThÞnh Ngäc T¶o
Kim Lò
Phó Mü Thu Vi Kim Lò ub x& Th−îng Cèc x& V©n Phóc
VÜnh Khang
chî B&i VÜnh Thä
Phó Ch©u
xãm G¹o
X LÇy
ub ub
ub
th«n §«ng ub ub
th«n Nam
Néi Th«n x& Phó Kim x& Phông Th−îng
Thuý Lai Phó NghÜa ub
Cùc Lùc ub
ub
Xu©n Chï Xu©n §oµi
B¶o Léc
Thµnh PhÇn TriÖu Xu©n
xãm Tr¹i
Minh §øc Minh §øc Minh §øc
B¶o VÖ B¶o VÖ
x& Phóc Hßa
ub
Ngò S¬n L¹i Kh¸nh B¸ch Kim
Ngo¹i Th«n
ub xãm Guét
GÊp Ba
§¹i §ång
Minh NghÜa
x& §¹i §ång L.sÜ ub Ngäc L©u
H−¬ng Lam
Vâng Néi
Yªn §×nh x& CÈm §×nh
xãm T¸m Phóc Tr¹ch
Q™š†Î¼
2335700 2336700 2337700 2338700
562600 561600
LK 58
LK 89
63.0 55.5
2328700 2329700 2330700 2331700 2332700
5
As (T) ug/L Phú Kim
Trang 9và 55µg/L trong TCN qp Hàm lượng As biến đổi theo chiều sâu với quy luật gần như không có ở sát mực NDĐ, sau đó tăng dần lên cực đại trong TCN qh
và giảm dần xuống tới thấp hơn trong TCN qp
2.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến sự tồn tại và dịch chuyển As trong NDĐ
2.3.1 Thành phần khoáng vật - thạch học của trầm tích:
Ở khu vực nghiên cứu, khu vực gần mặt đất tới độ sâu 5m hàm lượng bột sét chiếm 90%, bên dưới chủ yếu là cát Thành phần mẫu cát chủ yếu là thạch anh và felspat Các quá trình phong hoá silicat sẽ sinh ra bicacbonat và các khoáng vật sét Sắt trong các khoáng vật biotit, hoblen sẽ tạo thành hydroxit sắt dạng không hoà tan, và As dễ hấp phụ lên chúng Các khoáng vật khác như magnhetit, gơtit, ferrihydrite cũng được tìm thấy khi phân tích thạch học trầm tích và đều là các oxit hydroxit của sắt có khả năng hấp phụ đáng kể As Kết quả thí nghiệm chiết cho thấy hàm lượng As tổng trong trầm tích khá cao so với ngưỡng trung bình là ~10mg/kg, chủ yếu tồn tại trên 2 pha sắt oxi hydroxit vô định hình và kết tinh Pha sắt vô định hình dễ giải phóng As ra môi trường nước hơn pha sắt kết tinh Phân tích nhiễu xạ tia X còn cho thấy hàm lượng vật chất hữu cơ lớn trong trầm tích TCN qh và qp, nhưng trong trầm tích TCN qh cao hơn hẳn trầm tích TCN qp Phân tích chiết cũng cho thấy hàm lượng As có quan hệ rõ ràng với thành phần hạt, hạt càng mịn hàm lượng As càng cao
Hình 4 Phân bố As theo độ sâu tuyệt đối
Bảng 1 Phân bố hàm lượng As trong các khoáng vật cỡ hạt (355-600µm), (mg/kg)
Muscovit 9,77 0,69 1,52 1,75 0,69 1,08 3,12 0,64 1,27 2,09 0,59 1,09 - - - 7,02 0,72 1,42
Cát ven sông Bùn đáy sông 11.33 m 10.33 m 9.33 m 8.33 m 7.33 m 6.83 m 6.28 m 5.83 m 5.18 m 4.33 m 2.83 m 0.33 m -1.17 m -3.16 m -5.81 m
Hàm lượng As (mg/kg)
As không tham gia tương tác bề mặt
As tương tác bề mặt yếu
As trên pha cacbonat
As tái hấp phụ sau khi thoát ly khỏi pha cacbonat
As trên phâ sắt oxit vô định hình
As trên pha sắt oxit tinh thể
As trên pha silicat/sunfua
Mực nước ngầm
Trang 10Chlorit 6,66 2,06 3,50 1,762 1,762 1,762 1,27 1,20 1,23 4,31 1,50 2,35 2,95 0,52 1,41 9,25 1,08 3,07 Mảnh đá 322,49 2,45 40,95 23,42 4,16 14,40 206,70 4,79 37,21 40,38 1,48 10,84 20,94 2,31 9,78 26,65 1,19 6,06 Các kv
Trang 11cứu với hàm lượng As cao hơn hẳn TCN qp nằm bên dưới
Hình 6 Dao động mực nước NDĐ và nước sông Hồng tại Đan Phượng
Hình 7 Dao động mực nước NDĐ và nước sông Hồng tại Vân Cốc
Hình 8 Dao động mực nước NDĐ và nước sông Hồng tại Phú Kim
Hệ thống thuỷ động lực khu vực nghiên cứu là sự liên quan mật thiết giữa TCN qh, qp và sông Hồng Khu vực nghiên cứu cũng là vùng rìa vào trung tâm và dựa theo các số liệu quan trắc động thái NDĐ thì khu vực nghiên cứu có động thái tự nhiên và chịu ảnh hưởng mạnh của khí tượng và hoạt động sông Hồng Biên độ mực nước tại Đan Phượng gần sông Hồng nhất là 2,71m và dao động đồng pha Điểm Phú Kim xa sông nhất có biên
độ dao động chỉ 0,5m
Từ tài liệu khoan cho thấy tại Đan Phượng, Vân Cốc và Phú Kim thì giữa 2 TCN qh và qp không có lớp sét ngăn cách NDĐ của 2 TCN này tiếp xúc trực tiếp với nhau Tại liệu quan trắc cho thấy mực NDĐ của 2 TCN tại
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Trang 122 điểm này gần như trùng khớp trong năm Ở Đan Phượng, mùa mưa nước sông cung cấp cho NDĐ còn mùa khô NDĐ cung cấp ngược lại cho nước sông Diều này tạo điều kiện thuận lợi cho As dịch chuyển từ TCN qh vào
TN qp
2.3.3 Thuỷ địa hoá học
As là một nguyên tố á kim phổ biến trong vỏ trái đất Đây là nguyên tố khá linh động trong môi trường khử của NDĐ với pH=6-8, eH<0 và chủ yếu có hoá trị III trong môi trường này Các cơ chế giải phóng As vào NDĐ
có thể kể đến: 1) Cơ chế khử hoà tan sắt oxy hydroxit có chứa As với sự có mặt của vật chất hữu cơ hoạt động; 2) Cơ chế cạnh tranh hấp phụ giữa các anion AsO43-, AsO33-, PO43-, HCO3-; 3) Cơ chế oxi hoá các khoáng vật sắt pyrit có chứa As Cơ chế thứ 1 được chấp nhận rộng rãi và xảy ra trong điều kiện môi trường NDĐ có tính khử mạnh đặc biệt phổ biến trong các đồng bằng châu thổ Cơ chế này cần có các chất hữu cơ hoạt động thường được trầm tích đồng thời với quá trình thành tạo các trầm tích tuổi Holocen trẻ Các sắt oxit hydroxit này là nguồn rất giàu As hấp phụ do ái lực cao
Hình 9 Phân chia các đới thuỷ địa hoá tại Đan Phượng
Hình 10 Tương quan giữa As(III) với Fe(II), NH 4 , CH 4 tại Đan Phượng
Môi trường thuỷ địa hoá là nhân tố quan trọng khống chế các quá trình
10
-20 -10 0
10
Fe(II) mg/L
-20 -10 0
10
0 10 20 30
-20 -10 0
10
-20 -10 0
10
0 300 600 As(III) ug/L
Trang 13dịch chuyển cũng như phân bố của As trong NDĐ Phân bố As trong khu vực nghiên cứu liên quan mật thiết tới với môi trường oxi hoá khử của NDĐ
As hầu như không xuất hiện trong môi trường oxi hoá với hàm lượng DO lớn Trong môi trường khử thì hàm lượng As cũng lớn Hàm lượng As trong NDĐ có quan hệ chặt chẽ với hàm lượng NH4+, CH4 và Fe(II) là chỉ dấu cho môi trường khử và liên quan tới quá trình phân giải vật chất hữu cơ
2.3.4 Khai thác NDĐ
Khai thác NDĐ là nhân tố ảnh hưởng rất lớn tới dịch chuyển As trong NDĐ Khai thác sẽ thay đổi mực nước, đường dòng và vận tốc di chuyển của NDĐ Gần các bãi giếng khai thác công nghiệp, vận tốc di chuyển của nước lớn và có luôn có hướng tập trung vào giếng khai thác Điều này sẽ kéo theo các chất hoà tan nói chung và As dịch chuyển cùng với nước vào
lỗ khoan khai thác Việc hạ thấp mực nước sẽ tạo thành chênh lệch mực NDĐ giữa 2 TCN và làm tăng dòng thấm xuyên giữa các TCN này đặc biệt
là các khu vực có cửa sổ ĐCTV gần sông
Khu vực nghiên cứu Thạch Thất - Đan Phượng chủ yếu tồn tại hình thức khai thác nước bằng các giếng khoan kiểu UNICEF, hầu như không
có các công trình cấp nước tập trung quy mô công nghiệp Quan trắc mực nước tại các điểm nghiên cứu trên tuyến nghiên cứu đều cho thấy khu vực không bị ảnh hưởng bởi khai thác
Ảnh hưởng của khai thác NDĐ gây ra không chỉ với mực NDĐ mà cả đến dịch chuyển As trong NDĐ theo thời gian Lấy ví dụ khu vực Nam Dư chịu ảnh hưởng mạnh của Nhà máy nước Nam Dư với công suất 60.000m3/ngày khai thác trong TCN qp Các tài liệu quan trắc NDĐ và hàm lượng As trong NDĐ chỉ rõ điều này Mực NDĐ của cả TCN qh và qp đều suy giảm theo thời gian và mực NDĐ TCN qh luôn cao hơn TCN qp vào khoảng ~2m điều này làm cho As có điều kiện thuận lợi dịch chuyển từ TCN qh vào TCN qp Hàm lượng As trong các giếng khoan TCN qp (ND_02, ND_04) cũng tăng lên theo thời gian rất lớn (+50-55%) (Tran Vu Long và Pham Quy Nhan (2019))
CHƯƠNG 3: CƠ CHẾ DỊCH CHUYỂN ASEN
TRONG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
3.1 Vấn đề và phương pháp nghiên cứu
Quá trình dịch chuyển As trong NDĐ là tổng hợp của nhiều quá trình khác nhau Để đánh giá ảnh hưởng của các quá trình này, đồng thời xác định
cơ chế khống chế chính, mô hình số NDĐ MODFLOW kết hợp với mô hình dịch chuyển vật chất hoà tan MT3D-USGS được sử dụng để mô phỏng