Tóm tắt Luận án tiến sĩ Địa chất: 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

Chia sẻ: Trần Văn Gan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

50
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Địa chất: 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

BỘ 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, HÀ NỘI Ngành: Kỹ thuật địa chất Mã số: 9520501 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội - 2019
Công 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
1 Mở 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:
2 phương 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,
3 khai 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
4 nghiên 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
5 nói 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
6 vực 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. 557600 558600 559600 560600 561600 562600 563600 564600 565600 566600 567600 557600 558600 559600 560600 561600 562600 563600 564600 565600 566600 567600 12,4 11,6 th«n 1 11,8 Thanh §iÒn 7,4 12,4 11,6 th«n th«n 1 11,8 Thanh §iÒn §iÒn 7,4 11,6 11,4 11,6 11,4 7,5 7,5 Trung Trung Hµ Trung Trung Hµ 12,9 12,4 10,9 12,4 8,3 X. Mét Mét 12,9 12,4 10,9 12,4 8,3 X. Mét 2340700 10,3 2340700 10,3 2340700 2340700 8,8 8,8 12,3 12,3 7,6 15,6 7,6 15,6 # LK A5 7,6 # LK LK A5 7,6 11,6 11,6 Chu Phan Chu Phan 10,9 10,9 2339700 2339700 2339700 2339700 5,4 5,4 7,6 7,6 5,0 VÜnh Khang x& V©n Hµ Hµ b ih 7,4 9,7 5,0 VÜnh Khang x& V©n Hµ Hµ b ih 7,4 9,7 Xu©n Chï th«n 2 LK 86 Xu©n Chï th«n 2 LK 86 6,8 # # 5,6 6,8 VÜnh ThuËn ThuËn VÜnh ThuËn 5,6 170 3,5 3,5 ub ub LK A8 ub 123.0 ub ub LK A8 ub 123.0 b ik 550 11,0 b ik 10,4 11,0 10,4 # # LK 83 2338700 12,4 Xu©n §oµi 2338700 LK 83 2338700 12,4 2338700 Yªn §×nh §×nh 11,8 chî 11,5 B&i x& Trung Ch©u 11,3 Yªn §×nh Xu©n §oµi 11,8 chî 11,5 B&i x& Trung Ch©u 11,3 # # b i v©n cèc b i v©n cèc 12,4 12,4 11,7 10 11,7 10 55.0 55.0 275 80 x& CÈm CÈm§×nh VÜnh Thä X. LÇy VÜnh Thä X. LÇy LÇy ub ub 12,0 x& CÈm §×nh §×nh ub ub 12,0 LK LK 84 Cùc Lùc x& V©n Phóc VÜnh Léc B¾c B¾c Hµ LK LK 84 Cùc Lùc x& V©n V©n Phóc VÜnh VÜnh Léc 11,2 H÷u Tr−ng H÷u H÷u Tr−ng B¾c B¾c Hµ LK 90 90 x& V©n Nam LK 90 11,2 x& x& V©n Nam Nam # 11,8 x& Xu©n Phó # 11,8 x& Xu©n Phó # 10 Phóc Tr¹ch 39.5 10,7 11,5 10,2 9,5 11,4 x& 10 Phóc Tr¹ch 39.5 # 11,5 10,2 9,5 11,4 x& 10 56.0 9,2 10,7 10 56.0 9,2 2337700 10,8 2337700 2337700 10,8 2337700 xãm T¸m Phó Ch©u An ThÞnh Thä Thä Xu©n xãm T¸m An ThÞnh Thä Xu©n Xu©n Phó Ch©u 10 10 LK 53 10,2 11,0 LK 53 10,2 Trung Trung Hµ Hµ Lµng V©n V©n M«n 11,0 Trung Hµ Hµ Lµng Lµng V©n M«n # ¢n Phó LK 89 xãm xãm8 11,7 # ¢n Phó LK 89 xãm xãm8 #LK A9 #LK LK A9 9,4 11,9 9,4 11,9 11,7 16,1 §an Ph−îng 16,1 §an Ph−îng 101.0 10 101.0 10 Vâng Néi xãm xãm9 Trung L−¬ng Vâng Néi Néi xãm 9 Trung L−¬ng 9,0 55.5 10 10 Trung Trung D−¬ng Thä Trung Trung D−¬ng Thä 9,0 55.5 10 10 Trung D−¬ng Thä 9,2 10 9,7 10,2 9,2 10 9,3 xãm G¹o 9,5 9,3 xãm G¹o 9,7 10,2 B¶o Léc x& Thä Thä An Thä Vùc 9,5 x& Thä An Thä Vùc 2336700 xãm 6 Hoµ B×nh 2336700 2336700 B¶o Léc xãm 6 2336700 ub ub ub Hoµ B×nh B×nh 9,8 x& Th−îng 9,8 Cèc H¸t9,2M«n 10,5 11,4 §«ng H¶i 9,8 x& x& Th−îng 9,8 Cèc H¸t H¸t M«n 10,5 11,4 §«ng H¶i 10,7 10,7 TriÖu Xu©n 10,8 T©y S¬n S¬n ub §¹c §¹c Bèn TriÖu Xu©n 9,2 10,8 T©y S¬n ub ub §¹c Bèn Bèn x& H¸t M«n M«n 9,5 x& H¸t M«n 9,5 9,0 9,8 Kim Kim Lò 10,2 9,0 Kim Lò 10,2 ub x& Long Long Xuyªn 9,8 ub §¹c B¶y ub x& Long Xuyªn b i th−îng cèc ub §¹c B¶y b i th−îng cèc ub ub 8,5 ub 8,5 9,7 xãm 3 9,7 xãm 3 9,2 9,2 9,4 9,4 2335700 8,7 Yªn 11,4 Trung 2335700 2335700 Yªn 11,4 Trung 2335700 Phï Long Thu Vi 10,6 §¹c §¹c Mét §¹c S¸u Phï Phï Long 8,7 Thu Vi 10,6 §¹c Mét §¹c S¸u Kim KimLò 11,4 Kim Lò Q™š†Î¼ 11,4 10,3 10 B¶o VÖ 9,2 9,2 TÕ Gi¸p 11,0 15,6 Cùc Cùc Nam §¹c §¹c ChÝn 10,3 10 B¶o B¶o VÖ 9,2 9,2 Q™š†Î¼ TÕ TÕ Gi¸p 11,0 15,6 Cùc Cùc Nam §¹c ChÝn ChÝn Phó Mü 92Phó §a11,8 Phó Mü LK 92Phó §a11,8 10,5 9,4 9,3 10 9,5 LK 92 10,4 10,5 10 9,5 9,4 9,3 10,4 9,3 ub T¨ng T¨ng Nãn §Þch §Þch Th−îng ub ub T¨ng Nãn §Þch Th−îng 14,6 10,6 9,3 14,6 ub ub 10,6 LK 54 9,4 LK 54 Phóc Thä 2334700 50.0 2334700 9,4 50.0 Phóc Thä 2334700 2334700 9,8 LK 58 x& Thanh §a x& Ph−¬ng §×nh x& x& Thanh §a x& Ph−¬ng Ph−¬ng §×nh 10 # Thanh M¹c 11,5 10 # 9,8 LK 58 Thanh M¹c 11,5 9,9 57.0 57.0 9,9 x& Phóc Hßa # Phó An # Phó An 10 x& Phóc Phóc Hßa 10 12,0 12,0 8,9 63.0 8,7 63.0 8,7 8,9 Phóc Thä La Th¹ch10,0 Phóc Thä Thµnh PhÇn 11,3 Thµnh Thµnh PhÇn 11,3 La Th¹ch10,0 10 10 8,7 9,8 11,4 L.sÜ 9,8 8,7 11,4 L.sÜ xãm xãmTr¹i §−êng Hång xãm Tr¹i 10 10 §−êng Hång 2333700 ub x& Ngäc7,9T¶o T¶o 9,5 11,4 11,5 2333700 2333700 ub x& Ngäc7,9T¶o 9,5 11,4 11,5 2333700 th«n Trung th«n Trung 9,7 9,7 H−¬ng T¶o 10,1 ub ub 11,0 H−¬ng T¶o 10,1 ub 11,0 10,4 Minh §øc §øc Ých ch Vinh 10,4 Minh Minh §øc Ých ch Vinh 10 10 th«n T©y th«n Néi Ph−¬ng M¹c M¹c 9,7 10 10 th«n T©y th«n Néi Ph−¬ng M¹c 10 9,7 10 9,0 10,4 9,0 10,4 b i phông th−îng Phó VÜnh 1,0 b i phông th−îng 10,8 th«n T¸o x& ph−îng Phó VÜnh 1,0 th«n T¸o T¸o Minh NghÜa x& Tam ThuÊn ThuÊn Minh Minh NghÜa 10,8 x& ph−îng x& Tam ThuÊn ThuÊn 30 9,7 LK 57 11,1 LK 57 57 9,7 11,1 10 Tam Tam 43 2332700 2332700 10 10 2332700 2332700 # 9,6 ub ub th«n §«ng ub ub th«n Ngo¹i Ngo¹i 10,5 9,6 th«n §«ng ub 10 10,5 TL 9,8 HiÖp TL # ub ub th«n th«n Ngo¹i HiÖp 21 B 100.0 Phó ThÞnh th«n Ph−îng 21 B 100.0 Phó ThÞnh 9,8 th«n Ph−îng 7,5 10,3 7,5 7,6 10,5 10,3 8,5 10,5 x& x& §¹i §ång x& §¹i §¹i §ång 7,6 8,5 LK 60 7,7 th«n æ i 10,9 th«n æ i 10,9 Ngäc Ngäc L©u 8,5 9,0 Ngäc T¶o 9,8 LK 60 7,7 Ngäc Ngäc T¶o 9,1 10,1 Ngäc L©u L©u 8,5 9,0 9,8 9,1 10,1 9,7 # 8,2 (8) 6 nhùa 11A viÖn NC ng« 9,7 # 8,2 (8) 6 nhùa 11A viÖn NC NC ng« ng« L.sÜ 8,1 64.2 8,7 L.sÜ 8,1 64.2 8,7 2331700 th«n Nam 8,2 9,2 th«n Thôy 2331700 th«n Nam 8,2 th«n Thôy Thôy Mü Giang 10 2331700 Mü Giang Giang 9,2 2331700 ub 8,6 9,0 LK 69-S 7,5 8,6 LK 69-S 10 9,4 Yªn Dôc ub 9,0 7,5 Yªn Dôc Dôc §¹i §ång 7,8 7,7 8,9 7,3 # B&i B&i Th¸p §¹i §ång 9,4 7,8 7,7 8,9 7,3 # B&i Th¸p 8,6 H−¬ng Lam x& Phông Th−îng 102.5 8,6 H−¬ng Lam x& Phông Th−îng Th−îng 102.5 9,7 Yªn D−¬ng Hßa Th«n xãm Ba Ba x& §ång Th¸p 9,7 Yªn D−¬ng HiÖp C¸t Hßa Th«n xãm Ba Ba x& §ång Th¸p 7,3 x& HiÖp ThuËn ub HiÖp C¸t C¸t x& x& HiÖp ThuËn ub 7,3 Th−îng HiÖp 7,3 9,5 7,4 7,8 ub Th−îng HiÖp 11,1 §¹i ThÇn ThÇn 9,5 7,4 7,3 7,8 ub 11,1 §¹i ThÇn PR£-¤È½ b i phó kim PR£-¤È½ b i phó kim 7,9 9,8 10,2 x& Tam HiÖp §ång V©n x& 7,9 x& Tam TamHiÖp 2330700 8,8 9,0 9,4 9,7 8,0 10,8 (x& 2330700 9,8 10,2 8,8 9,0 8,0 (x& 10,8 §ång V©n 10,3 chî HiÖp QuÕ L©m L©m Song Song 2330700 9,4 chî HiÖp 9,7 QuÕ L©m L©m 2330700 Song 10 10 6,8 10,3 10 10 L¹i Kh¸nh Kh¸nh 9,5 10 ub 9,5 10 6,8 ub 55 8,9 Ph−îng) Ph−îng) L¹i Kh¸nh 10,2 Ph−îng) Q™š†Î¼ 8,9 Q™š†Î¼ 10,2 HiÖp Léc Léc 10,4 HiÖp Léc 10,4 (6 ) 10 (6) 7,3 10 4n 10,6 7,3 4 11,1 7,6 9,5 10,6 hù nhù 7,7 11,1 9,5 7,6 7,7 a a 11,2 Q…™™™ÐÊ 11,2 B¸ch B¸ch Kim y Ngò S¬n Sg. §¸ B¸ch Kim Q…™™™ÐÊ y 11,7 HiÖp ThuËn Ngò S¬n Sg. §¸ 7,7 11,9 12,9 x& Phó Kim 10 7,8 12,9 x& Phó Kim Kim 7,7 7,8 HiÖp ThuËn ThuËn 11,7 ub 8,2 8,2 8,9 11,9 ub 10 Néi Th«n 11,5 8,2 8,2 Hàm lượng As(T) µg/L 8,9 2329700 2329700 Néi Th«n 7,5 Hàm lượng As(T) µg/L 11,5 7, 5 2329700 2329700 Thuý8,2Lai x& H−¬ng Ng¶i 8,0 L.sÜ x& H−¬ng Ng¶i 11,7 Phó NghÜa NghÜa 11,7 Phó Phó NghÜa Thuý Thuý8,2Lai 8,0 L.sÜ 9,1 7,2 9,1 xãm xãm 13,1 Guét 10,5 9,2 9,9 xãm 13,1 Guét 10,5 9,2 9,9 7,2 Th¹ch ThÊt Th¹ch ThÊt 10,3 9,2 7,1 9,5 11,6 ub 9,7 9,2 Sg 7,2 10,3 7,1 9,5 8,5 11,6 ub 9,7 Sg 9,4 7,2 th«n 1 9,4 8,5 th«n 1 .T th«n9,3 1 .T 12,7 10,8 th«n9,3 1 Ých 12,9 9,2 th«n 2A 12,7 10,8 Ých 10,3 8,8 HiÕn HiÖp ub 11,6 12,9 th«n 2A 9,2 GÊp GÊp Ba Ngo¹i Th«n 9,2 th«n 2 Ngo¹i Th«n 10,3 8,8 HiÕn HiÖp ub 11,6 8,9 9,7 LK 38-HN 7,6 GÊp Ba 8,9 9,2 LK 38-HN th«n 2 7,6 7,3 2328700 # ub 2328700 2328700 9,7 ub 7,3 2328700 # 557600 558600 559600 560600 561600 562600 563600 564600 565600 566600 567600 557600 558600 559600 560600 561600 562600 563600 564600 565600 566600 567600 Hình 1: Phân bố As TCN qh Hình 2: Phân bố As TCN qp 0.0 300.0 600.0 0 100 200 300 0 50 100 0 100 5 5 5 5 -15 -15 -15 -15 -35 -35 -35 -35 Phú Kim Đan Phượng Vân Cốc Phụng Thượng -55 -55 -55 As(T) ug/L -55 As (T) ug/L As (T) ug/L As (T) ug/L 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,
7 và 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. Cát ven sông Bùn đáy sông 11.33 m 10.33 m 9.33 m 8.33 m 7.33 m 6.83 m As không tham gia tương tác bề mặt Mực nước ngầm 6.28 m As tương tác bề mặt yếu 5.83 m As trên pha cacbonat 5.18 m As tái hấp phụ sau khi thoát ly khỏi pha cacbonat 4.33 m As trên phâ sắt oxit vô định hình 2.83 m 0.33 m As trên pha sắt oxit tinh thể -1.17 m As trên pha silicat/sunfua -3.16 m -5.81 m 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Hàm lượng As (mg/kg) 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) Tên 5m.b.s 9m.b.s 15m.b.s 25m.b.s 30m.b.s 41m.b.s khoáng vật Max Min TB Max Min TB Max Min TB Max Min TB Max Min TB Max Min TB Fenspat 5,21 0,76 1,99 2,04 0,50 1,03 5,02 0,83 2,14 3,39 0,72 1,51 5,17 0,41 1,67 3,43 0,57 1,53 Biotit 164,25 20,20 66,83 53,88 5,41 26,01 67,32 6,41 27,79 89,34 3,87 30,65 - - - 53,62 7,47 18,55 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
8 Chlorit 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 mafic 35,4 4,47 13,3 11,28 2,71 6,10 12,33 0,69 4,11 12,18 2,04 4,78 28,66 2,30 9,45 38,07 1,53 6,78 khác Tổng 543,8 30,6 128,0 94,13 15,2 50,38 295,8 14,5 73,75 151,7 10,2 51,22 57,7 5,5 22,3 138,0 12,5 37,4 Hình 5. Phân bố các khoáng vật trong cơ hạt (0,355-0,500mm) LK 1A 2.3.2. Đặc điểm ĐCTV và động thái NDĐ Khu vực nghiên cứu nằm ở vùng rìa tới trung tâm ĐBBB, được cấu tạo bởi các thành tạo địa chất Đệ Tứ bở rời ở bên trên và phủ trực tiếp lên các thành tạo gắn kết hoặc gắn kết yếu Neogen ở bên dưới. Các tập đất đá vụn thô xen kẽ hạt mịn là cơ sở để phân chia mặt cắt ĐCTV ra các tầng chứa nước khác nhau luân phiên với các thành tạo chứa nước kém hoặc cách nước, gồm các đơn vị ĐCTV: tầng chứa nước lỗ hổng (Holocen, Pleistocen) và các thành tạo cách nước Holocen dưới - giữa, Pleistocen giữa và lớp cách nước trầm tích Neogen. Trong đó, TCN qh phân bố ngay trên bề mặt khu vực nghiên
9 cứu với hàm lượng As cao hơn hẳn TCN qp nằm bên dưới. 9 400 8 350 7 Lượng mưa, mm 300 Mực nước, m 6 250 5 200 4 3 150 2 100 1 50 0 0 Thời gian Sông Hồng-Sơn Tây T2P_Pleistocen T2H_Holocen Mưa Sơn Tây Hình 6. Dao động mực nước NDĐ và nước sông Hồng tại Đan Phượng 10 400 350 Lượng mưa, mm 8 300 Mực nước, m 6 250 200 4 150 2 100 50 0 0 01/2010 02/2010 03/2010 04/2010 05/2010 06/2010 07/2010 08/2010 09/2010 10/2010 11/2010 12/2010 01/2011 02/2011 03/2011 04/2011 05/2011 06/2011 07/2011 08/2011 09/2011 10/2011 11/2011 12/2011 01/2012 02/2012 Thời gian Sông Hồng-Sơn Tây VCQP_Pleistocen VC06_Holocen Mưa Sơn Tây Hình 7. Dao động mực nước NDĐ và nước sông Hồng tại Vân Cốc 10 400 350 8 Lượng mưa, mm 300 Mực nước, m 6 250 200 4 150 100 2 50 0 0 01/2010 02/2010 03/2010 04/2010 05/2010 06/2010 07/2010 08/2010 09/2010 10/2010 11/2010 12/2010 01/2011 02/2011 03/2011 04/2011 05/2011 06/2011 07/2011 08/2011 09/2011 10/2011 11/2011 12/2011 01/2012 02/2012 Sông Hồng-Sơn Tây Thời gian PK12_Pleistocen PK01_Holocen Mưa Sơn Tây 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
10 2 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
11 dịch 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.
12 Trên cơ sở tổng quan các nghiên cứu về As trong NDĐ trên thế giới và ở Việt Nam cho thấy As trong NDĐ của khu vực nghiên cứu chủ yếu có nguồn gốc từ trầm tích aluvi trẻ và giải phóng vào NDĐ thông qua cơ chế khử hoà tan sắt oxi hydroxit có As hấp phụ diễn ra trong TCN qh. Lượng As này đã được hấp phụ trong suốt quá trình thành tạo trầm tích của TCN qh. NDĐ của TCN qh có hàm lượng As cao hơn hẳn NDĐ của TCN qp. Vì vậy trong nghiên cứu này, tác giả tập trung làm rõ quá trình dịch chuyển As từ TCN qh vào TCN qp cũng như cơ chế khống chế chính của quá trình này. Để làm rõ các vấn đề trên, phương pháp nghiên cứu chính ở đây là sử dụng mô hình số với 2 bước thực hiện: 1) Xây dựng mô hình dòng chảy ngầm bằng MODFLOW trong các TCN; 2) Xây dựng mô hình số mô phỏng dịch chuyển của As trong NDĐ bằng MT3D-USGS. Mô hình khu vực nghiên cứu được trích xuất từ mô hình số ĐBBB và bổ xung thêm các dữ liệu nghiên cứu, đồng thời lựa chọn điều kiện biên cho một cách phù hợp. Mô hình dịch chuyển As hòa tan trong NDĐ được xây dựng trên nền tảng mô hình dòng chảy của khu vực nghiên cứu. Các điều kiện ban đầu và điều kiện biên của mô hình dịch chuyển dựa trên cơ sở mô hình dòng chảy, các kết quả điều tra khảo sát cấu trúc ĐCTV, hiện trạng phân bố As trong NDĐ. Kết quả chỉnh lý mô hình dòng chảy và mô hình dịch chuyển As dựa trên kết quả quan trắc trong hệ thống các lỗ khoan quan trắc tại khu vực nghiên cứu. 3.2. Lý thuyết mô hình số mô phỏng dịch chuyển As hoà tan trong NDĐ: Mô hình dòng ngầm MODFLOW được dựa trên phương trình tổng quát đạo hàm riêng duy nhất: ∂ ∂h ∂ ∂h ∂ ∂h ∂h Kxx + Kyy + Kzz - W= Ss ∂x ∂x ∂y ∂y ∂z ∂z ∂t Với K Kxx, Kyy, Kzz [LT-1] là các hệ số thấm theo phương x, y và z. Với z là chiều thẳng đứng. h [L] là cốt cao mực nước tại vị trí (x, y, z) ở thời điểm t [T]. W [T-1] là mô đun dòng ngầm, hay là các giá trị bổ cập, giá trị thoát đi của NDĐ tính tại vị trí (x, y, z) ở thời điểm t. Ss [L-1] là hệ số nhả nước của môi trường lỗ rỗng. Ss = Ss(x, y, z), Kxx = Kxx(x, y, z), Kyy = Kyy(x, y, z), Kzz = Kzz(x, y, z):
13 các hàm này phụ thuộc vào vị trí không gian x, y, z. Mô hình dịch chuyển vật chất hoà tan trong môi trường NDĐ MT3D- USGS sử dụng các kết quả tính toán từ mô hình dòng ngầm MODFLOW. Phương trình vi phân tổng quát sử dụng trong MT3D-USGS mô tả hàm lượng và quá trình dịch chuyển vật chất hoà tan k trong môi trường 3 chiều và hệ thống dòng ngầm không ổn định được viết như sau: ∂ θCk ∂Ck θvi Ck + qs Cks + ∑ Rn ∂ ∂ = θDij - ∂t ∂xi ∂xj ∂xi Trong đó: Ck là hàm lượng chất hòa tan k, [ML-3];  là độ lỗ hổng hữu hiệu của mô trường thấm, không có đơn vị; t là thời gian, [T]; xi, xj là khoảng cách theo trục toạ độ tương ứng với thành phần i, j, [L]; Dij là hệ số phân tán thủy động lực, [L2T-1]; Hệ số này liên quan đến quá trình khuếch tán, phân tán thấm; vi là vận tốc thấm thực trong lỗ rỗng, [LT-1]; vận tốc này liên hệ với lưu lượng đơn vị thông qua công thức vi = qi/; qs là lưu lượng đơn vị của TCN đại điện cho nguồn cấp (giá trị dương) và nguồn thoát (giá trị âm), [T-1]; Cks là hàm lượng của nguồn cấp hoặc nguồn thoát của chất k, [ML-3]; ∑Rn là thành phần phản ứng hóa học, [ML-3T-1]. Thành phần phản ứng hoá học trong phương trình có thể mô phỏng cho các phản ứng với tỉ lệ bậc 1 và các quá trình hấp phụ - giải hấp phụ. 2 dạng hấp phụ đẳng nhiệt mà MT3D-USGS có thể mô phỏng được là đường hấp phụ tuyến tính, hấp phụ phi tuyến Langmuir và Freundlich. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được sử dụng mô phỏng quá trình dịch chuyển As trong NDĐ tại khu vực nghiên cứu thông qua các thông số được xác định bởi Nguyen Thi Hoa Mai và nnk (2014). 3.3. Mô số dịch chuyển As trong NDĐ tại khu vực nghiên cứu Thạch Thất - Đan Phượng 3.3.1. Mô hình số dòng chảy Mô hình mô phỏng tại khu vực nghiên cứu Thạch Thất - Đan Phượng
14 là một phần của mô hình ĐBBB. Mô hình này được trích xuất các dữ liệu từ mô hình ĐBBB và bổ xung các dữ liệu mới với độ chi tiết cao hơn. Mô hình số NDĐ Thạch Thất - Đan Phượng được xây dựng với 5 lớp, bước lưới 100×100m. Lớp 1: lớp thấm nước yếu không liên tục bề mặt; Lớp 2: là TCN trong trầm tích Holocen (qh); Lớp 3: là tầng thấm nước yếu kẹp giữa TCN qh và qp; Lớp 4: là TCN trong trầm tích Pleistocen (qp); Lớp 5: Đá gốc. Các dữ liệu về bề Hình 11. Sơ đồ phân lớp mô hình mặt địa hình, thông số ĐCTV được xác định qua các thí nghiệm hiện trường và qua các nghiên cứu trước đây. Bảng 2. Tổng hợp các thông số ĐCTV sử dụng trong mô hình Hệ số Hệ số nhả nước Hệ số dẫn Độ lỗ Lớp mô Bề dày TT thấm nước hổng phỏng (m) Trọng lực Đàn hồi (m/ngày) (m2/ngày) (%) 1 TCN qh 20 - 30 1,7 - 27,6 0,08 - 0,18 200 - 800 22 - 25 0,001 - 2 TCN qp 20 - 40 18 - 39,6 300 - 1.200 30 - 34 0,0022 Hệ thống khai thác nước được đưa vào mô hình theo tài liệu thống kế khai thác NDĐ trong thời gian từ 1994 - 2015. Trong khu vực nghiên cứu, hình thức khai thác NDĐ chủ yếu là các giếng khoan kiểu UNICEF, hầu như không có các hệ thống khai thác với quy mô công nghiệp. Lưới sai phân được sử dụng trong mô hình là các ô với bước lưới 100×100m với 145 hàng và 120 cột. Chính lý không ổn định với khoảng thời gian từ 31/12/1994 đến 31/12/2015 được chia 252 thời đoạn tương ứng 252 bước thời gian, tương ứng bước tính toán 01 tháng. Mô hình chỉnh lý được so sánh với các tài liệu quan trắc trong khu vực và trên tuyến nghiên cứu. Sau khi kết quả chỉnh lý là đáng tin cậy, mô hình số dòng ngầm được sử dụng làm cơ sở cho việc xây dựng mô hình số dịch chuyển As hòa tan trong NDĐ.
15 3.3.2 Mô hình dịch chuyển As hòa tan trong NDĐ khu vực nghiên cứu a. Mùa mưa b. Mùa khô Hình 12. Mô hình khái niệm dịch chuyển As tại khu vực nghiên cứu Phú Kim Phụng Thượng Vân Cốc Hình 13. Lưới tính toán được làm dày tại các bãi giếng Mô hình khái niệm về dịch chuyển As tại khu vực nghiên cứu được xây dựng dựa trên cơ sở các phân tích điều kiện ĐCTV, động thái và từ mô hình dòng chảy tại đây. Mùa mưa, nước mặt từ sông Hồng bổ cập qua đáy sông và nước mưa bổ cập trên mặt đất đi qua lớp cát bột trên mặt tới TCN qh tại Đan Phượng, sau đó di chuyển xuống TCN qp và theo đường dòng đi về phía Tây Nam. Trong quá trình di chuyển, NDĐ đem theo As giải phóng từ trầm tích của TCN qh vào TCN qp. Nước mưa bổ cập tại khu vực vùng rìa ở Phú Kim vào TCN qh và đi vào TCN qp hướng vè phía sông Hồng. Mùa khô, tại Phú Kim, nước mưa vẫn tiếp tục bổ cập vào TCN qh và đem theo As giải phóng vào TCN qp hướng về phía sông Hồng. Ở Đan Phượng, nước mưa bổ cập vào TCN qh, đem theo As giải phóng đi vào TCN qp và sau đó chảy ra phía sông Hồng, thoát vào sông thông qua TCN qh và lớp đáy sông. Trong quá trình dịch chuyển, As tham gia các quá trình đối lưu phân tán và hấp phụ - giải hấp phụ với trầm tích và biến đổi hàm lượng. Lưới sai phân của mô hình dòng ngầm được làm dày tại các vị trí bãi
16 giếng nghiên cứu. Ô lưới được chia với kích thước nhỏ hơn là 6×6m mục đích chi tiết và chính xác quá trình dịch chuyển tại các điểm nghiên cứu. Các thông số dịch chuyển và tính toán cho gói tính toán phản ứng hoá học được nêu trong bảng: Bảng 3. Tổng hợp thông số dịch chuyển As trong khu vực nghiên cứu D* (m2/s) αL (m) αHT (m) αVT (m) KsAs(III) (L/mol) stot (mol/g) 2×10-9 20 2 0,2 1.500 8,4 Phú Kim Phụng Thượng Vân Cốc µg/L Hình 14. Hàm lượng ban đầu theo chiều sâu thời điểm tháng 6/2009 Do nước mưa và bốc hơi không có As nên hàm lượng As được gán 0µg/L. Hàm lượng ban đầu mô phỏng tại các điểm nghiên cứu được gán dựa vào hàm lượng As phân tích trong NDĐ tại các lỗ khoan lấy mẫu vào cùng thời điểm. Các giá trị tại các vị trí khác được nội suy. Kết quả mô hình dịch chuyển As trong khu vực nghiên cứu được trích xuất theo các mốc thời gian. Phú Kim Phụng Thượng µg/L Vân Cốc Hình 14. Hàm lượng As theo chiều sâu thời điểm tháng 3/2010
17 Phú Kim Phụng Thượng Vân Cốc µg/L Hình 15. Hàm lượng As theo chiều sâu thời điểm tháng 10/2011 Để so sảnh ảnh hưởng của các cơ chế đến dịch chuyển As, mô hình dich chuyển không tính đến hấp phụ cũng được thực hiện. Kết quả được đưa ra trong hình bên dưới: Phú Kim Phụng Thượng Vân Cốc µg/L Hình 16. Hàm lượng As theo chiều sâu thời điểm tháng 10/2011 80 Hàm lượng As (µg/L) 75 70 65 60 55 50 45 40 30/6/2009 31/12/2009 30/6/2010 31/12/2010 30/6/2011 31/12/2011 Thời gian PK_12 có hấp phụ PK_12 Không có hấp phụ Hình 17. Hàm lượng As theo thời gian trong TCN qp tại Phú Kim
18 Hàm lượng As (µg/L) 30 28 26 24 22 20 30/6/2009 31/12/2009 30/6/2010 31/12/2010 30/6/2011 31/12/2011 Thời gian PT_03 có hấp phụ PT_03 Không có hấp phụ Hình 18. Hàm lượng As theo thời gian trong TCN qp tại Phụng Thượng 100 90 Hàm lượng As (µg/L) 80 70 60 50 40 30/6/2009 31/12/2009 30/6/2010 Thời gian 31/12/2010 30/6/2011 31/12/2011 VC_qp có hấp phụ VC_qp Không có hấp phụ Hình 19. Hàm lượng As theo thời gian trong TCN qp tại Vân Cốc Dựa trên các kết quả của mô hình cho Thạch Thất - Đan Phượng nêu trên có thể thấy, hai giả thuyết (hypothesis) gần như không có sự khác biệt trong quá trình biến đổi hàm lượng As theo thời gian tại các vị trí nghiên cứu trong TCN qp. Chênh lệch giữa hàm lượng giữa 2 mô hình nằm trong khoảng 1 - 12µg/L. Đối với điểm Phú Kim, hàm lượng As(III) chênh lệch giữa 2 mô hình lớn nhất là 5 - 6µg/L, vào khoảng 7 - 8% so với hàm lượng lớn nhất trong TCN qh tại đây. Với điểm Phụng Thượng, hàm lượng As(III) chênh lệch giữa 2 mô hình lớn nhất là 0,1 - 0,2µg/L, vào khoảng 1% so với hàm lượng lớn nhất trong TCN qh tại đây. Với điểm Vân Cốc, hàm lượng As(III) chênh lệch giữa 2 mô hình lớn nhất là 10 - 12µg/L, vào khoảng 5% so với hàm lượng lớn nhất trong TCN qh tại đây. Để đánh giá ảnh hưởng của lớp sét ngăn cách TCN qh - qp và quá trình giải phóng As từ TCN qh thì 2 giả thuyết được mô phỏng và so sánh kết quả biến đổi hàm lượng As trong TCN qp. 80 70 Hàm lượng As (µg/L) 60 50 40 06/2009 12/2009 06/2010 12/2010 06/2011 12/2011 Thời gian PK_12 có hấp phụ PK_12 Không có As giải phóng PK_12 Không có lớp sét Hình 20. Hàm lượng As theo thời gian trong TCN qp tại Phú Kim