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 Cơng trình hồn thành tại: Bộ mơn Địa chất thủy văn, Khoa Khoa học kỹ thuật Địa chất Trường Đại học Mỏ - Địa chất Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Quý Nhân 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 bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp Trường đại học Mỏ - Địa chất vào hồi …giờ … ngày … tháng … năm … Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất Mở đầu Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, NDĐ có hàm lượng As vấn đề nghiêm trọng tới sức khoẻ người dân Rất nhiều nghiên cứu khác As tiến hành giới Việt Nam Các nghiên cứu tập trung vào nguồn gốc, biến đổi As trầm tích NDĐ Các nghiên cứu khu vực Hà Nội Thạch Thất - Đan Phượng hàm lượng As TCN Holocen (qh) cao TCN Pleistocen (qp) nhiều As chủ yếu giải phóng vào NDĐ theo chế khử hoà tan sắt oxi hydroxit hấp phụ As xảy TCN qh Vấn đề dịch chuyển NDĐ có hàm lượng As cao từ TCN qh vào TCN qp gây biến đổi đến hàm lượng As TCN qp vấn đề cần nghiên cứu kỹ TCN qp 20 năm trở lại đối tượng khai thác nước cho khu vực Hà Nội lân cận Xuất phát từ thực tiễn trên, vấn đề “Nghiên cứu chế dịch chuyển Asen từ tầng chứa nước Holocen vào tầng chứa nước Pleistocen Lấy ví dụ vùng Thạch Thất - Đan Phượng, Hà Nội” cấp thiết để để xác định đường chế khống chế q trình dịch chuyển As, đánh giá thay đổi hàm lượng As NDĐ TCN qp ảnh hưởng NDĐ có hàm lượng As cao TCN qh di chuyển tới khu vực nghiên cứu Đồng thời xây dựng phương án giảm thiểu ứng phó với nhiễm As gây cho TCN qp nhằm đảm bảo an ninh nguồn nước cho hoạt động kinh tế - dân sinh Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu Luận án Đánh giá ảnh hưởng nhân tố tự nhiên nhân tạo đến phân bố dịch chuyển As NDĐ; Nghiên cứu chế trình dịch chuyển As từ TCN qh vào TCN qp điều kiện tự nhiên; Đề xuất giải pháp giảm thiểu bảo vệ TCN qp Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: As NDĐ TCN lỗ hổng trần tích Đệ Tứ; - Phạm vi nghiên cứu: Khu vực nghiên cứu Thạch Thất - Đan Phượng, Hà Nội Một tuyến mặt cắt đặc trưng chọn để tập trung nghiên cứu Tuyến mặt cắt kéo dài qua điểm nghiên cứu từ vùng rìa đồng Phú Kim (Thạch Thất), Phụng Thượng (Phúc Thọ), Vân Cốc (Phúc Thọ) tới khu vực sát sông Hồng Trung Châu (Đan Phượng) Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu chủ yếu sử dụng, gồm: phương pháp thu thập xử lý tổng hợp tài liệu; phương pháp khoan, khảo sát ĐVL mặt lỗ khoan, thí nghiệm xác định thơng số ĐCTV, quan trắc lâu dài động thái NDĐ; phương pháp nghiên cứu thuỷ địa hoá đồng vị; phương pháp chuyên gia phương pháp mơ hình số NDĐ Cơ sở tài liệu Luận án Thu thập số liệu từ kết nghiên cứu ĐCTV khu vực từ Liên đoàn Địa chất thủy văn miền Bắc, Trung tâm quan trắc tài nguyên nước Quốc gia tác giả tiến hành nhiều cơng tác thí nghiệm trường như: đo ĐVL mặt đất 64 lỗ khoan, thí nghiệm bơm slugtest 12 lỗ khoan, phân tích thành phần hố học NDĐ 121 mẫu, phân tích đồng vị 269 mẫu, quan trắc mực 26 lỗ khoan với 400 lần đo khuôn khổ Dự án VietAS - Trường ĐH Mỏ - Địa chất phối hợp với Cục Đia chất Đan Mạch mà tác giả thành viên Các Luận điểm bảo vệ - Luận điểm 1: As tồn NDĐ dạng As hoá trị III với hàm lượng cao thay đổi lớn tùy theo TCN theo vị trí; từ 77µg/L (Phụng Thượng) đến 450µg/L (Đan Phượng) TCN qh từ 55µg/L (Phụng Thượng) đến 170µg/L (Đan Phượng) TCN qp Sự phân bố dịch chuyển As NDĐ chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm trầm tích, ĐCTV thuỷ địa hố - Luận điểm 2: Sự dịch chuyển As từ TCN qh vào TCN qp chủ yếu tuân theo chế thuỷ động lực Vận tốc di chuyển NDĐ chậm, phản ứng hấp phụ trầm tích có điều kiện thuận lợi đạt tới trạng thái cân triệt để hàm lượng As gia tăng TCN qp theo thời gian thấp tương ứng với hệ số trễ lớn R = 69 - 162 Điểm Luận án Tác giả phân tích, xử lý kết tài liệu khoan, ĐVL, quan trắc động thái NDĐ, phân tích hố học đồng vị NDĐ, phân tích định tuổi trầm tích khu vực nghiên cứu phân tích nhân tố tự nhiên nhân tạo ảnh hưởng đến trình dịch chuyển As NDĐ Tác giả xây dựng mơ hình số chiều mơ dự báo trình dịch chuyển As NDĐ từ TCN qh vào TCN qp; từ kết đánh giá khả xác định chế trình dịch chuyển chế thuỷ động lực chế thuỷ địa hố Kết mơ hình cho thấy ảnh hưởng lớn hệ số trễ (R, retardation) đến trình As dịch chuyển từ TCN qh vào TCN qp Hệ số trễ lớn hàm lượng As gia tăng TCN qp thấp ngược lại Khai thác NDĐ ảnh hưởng lớn đến trình dịch chuyển As, khai thác lớn hệ số trễ nhỏ ngược lại Ý nghĩa khoa học thực tiễn Luận án - Ý nghĩa khoa học: Luận án đưa phân bố As NDĐ khu vực nghiên cứu Xác định nhân tố ảnh hưởng tới dịch chuyển As NDĐ từ TCN qh vào TCN qp thông qua việc đánh giá ảnh hưởng điều kiện ĐCTV, đặc điểm thuỷ địa hố, đặc điểm trầm tích Đồng thời đánh giá ảnh hưởng chế thuỷ động lực chế thuỷ địa hoá trình dịch chuyển As từ TCN qh vào TCN qp khu vực nghiên cứu xác định chế khống chế q trình dịch chuyển Từ tính tốn dự báo hàm lượng As thay đổi theo thời gian ảnh hưởng trình dịch chuyển - Ý nghĩa thực tiễn: Căn vào kết nghiên cứu, luận án đưa định hướng quy hoạch khai thác hợp lý cho khu vực nghiên cứu TCN qp, đồng thời đề xuất giải pháp giảm thiểu, bảo vệ tài nguyên NDĐ Luận án tài liệu tham khảo tốt cho nhà quản lý, quy hoạch tài nguyên nước, nhà hoạch định sách nhà khoa học phục vụ khai thác sử dụng cách bền vững nguồn tài nguyên NDĐ quý giá Cấu trúc Luận án: Cấu trúc Luận án gồm chương không kể mở đầu kết luận CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ASEN TRONG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 1.1 Các cơng trình nghiên cứu giới Việc nghiên cứu, đánh giá As NDĐ giới nhiều nhà khoa học quan tâm tập trung đánh giá trạng xác định chế giải phóng As vào NDĐ, đánh giá đường dịch chuyển As khả tổn thương TCN bên trước As như: Michael Berg nnk (2007), Shamsudduha Uddin (2007), Benjamin D Kocar nnk (2008), Ashraf nnk (2008), Yilong Zhang nnk (2013), Qi Guo nnk (2014), Holly A Michael Cliffor I Voss (2008) (2009), Burgess W G nnk (2010), Radloff K A nnk (2011), van Geen nnk (2013)… Phần lớn cơng trình khoa học tập trung nghiên cứu nghiên cứu phân bố ô nhiễm As NDĐ TCN, làm sáng tỏ chế giải phóng As vào NDĐ TCN bên Các kết nghiên cứu hàm lượng As cao chủ yếu phát TCN trầm tích aluvi trẻ tuổi Holocen chế giải phóng chủ yếu khử hồ tan sắt oxi hydroxit có hấp phụ As vào NDĐ Đồng thời nghiên cứu khác lại tập trung vào thành lập mơ hình dòng chảy NDĐ mơ mối quan hệ thuỷ lực TCN Các nghiên cứu sử dụng mơ hình đánh giá đường vận động dòng ngầm TCN chưa đưa đánh giá chi tiết chế dịch chuyển As NDĐ TCN Từ kết mơ hình số khả tổn thương ô nhiễm As di chuyển từ TCN bên tới TCN nằm bên tác động trình khai thác 1.2 Tổng quan cơng trình nghiên cứu Việt Nam Nghiên cứu As Việt Nam trú trọng khoảng 20 năm trở lại đây, đặc biệt từ năm 2000 khu vực Hà Nội Các nghiên cứu nói chung tập trung vào đánh giá phân bố As NDĐ TCN qh qp, làm sáng tỏ chế giải phóng As vào NDĐ đường dịch chuyển As Các nghiên cứu tập trung vào vấn đề thuỷ địa hố NDĐ, đồng thời sử dụng mơ hình số thuỷ địa hố để mơ q trình biến đổi As NDĐ TCN qh Nghiên cứu hệ số trễ As TCN qp thực nơi có hoạt động khai thác với quy mô cấp công nghiệp Tuy nhiên số nghiên cứu bật khu vực nghiên cứu nguồn gốc As NDĐ chủ yếu giải phóng từ sắt oxi hydroxit trầm tích tuổi Holocen thơng qua q trình khử hồ tan với As hấp phụ Các q trình diễn TCN qh tác động lượng lớn vật chất hữu trầm tích đồng thời với trình thành tạo TCN qh Tuy nhiên nghiên cứu chủ yếu sử dụng mơ hình thuỷ địa hố nhằm giải thích q trình hình thành As NDĐ mà chưa có nghiên cứu tổng thể kết hợp thuỷ động lực - thuỷ địa hoá NDĐ bối cảnh tác động tương hỗ nhân tố tự nhiên nhân tạo Các cơng trình bật kể đến: Đỗ Văn Bình (2007), Michael Berg nnk (2008), Van Green nnk (2013), Postma nnk (2007), Larsen nnk (2008), Jenny Norrman nnk (2008), Postma nnk (2010), Jensen nnk (2012), Nguyen Thi Hoa Mai nnk (2014), Postma nnk (2016)a, b, Tran Vu Long nnk (2018, 2019)… 1.3 Các chế dịch chuyển As NDĐ Cơ chế dịch chuyển chất hoà tan nói chung As nói riêng phương thức cách thức dịch chuyển chất hoà tan và/hoặc As NDĐ từ nơi đến nơi khác Trong điều kiện tự nhiên trình dịch chuyển As diễn theo phương thức: 1) Dịch chuyển As TCN 2) Dịch chuyển As từ TCN nằm bên có hàm lượng As cao xuống TCN bên có hàm lượng As thấp thông qua cửa sổ ĐCTV khu vực thiếu vắng lớp sét 3) Dịch chuyển As diễn từ nước lỗ rỗng lớp thấm nước yếu hấp phụ lượng As trình thành tạo đến TCN bên bên Các chế dịch chuyển học chất hòa tan nói chung As nói riêng NDĐ kể tới: 1) Vận động đối lưu (advection) chất hoà tan vận chuyển theo dòng chảy NDĐ 2) Phân tán (dispersion) trình chất hồ tan dịch chuyển qua mơi trường lỗ rỗng, bao gồm trình phân tán học khuếch tán phân tử Các chế dịch chuyển thuỷ địa hố As kể tới: 1) Hỗn hợp NDĐ trình trộn lẫn NDĐ có nguồn gốc thành phần khác nhau, hàm lượng As khác để tạo nên loại nước có nguồn gốc thành phần khác với ban đầu Q trình diễn có liên thông NDĐ TCN qh qp 2) Oxi hố khử q trình trao đổi điện tử xảy hệ thống tồn nguyên tố hố học có hố trị thay đổi Q trình As diễn khu vực nghiên cứu oxi hoá As(III) tới As(V) Tuy nhiên mơi trường thuỷ hố NDĐ mơi trường khử, khơng thuận lợi diễn q trình nghiên cứu không xét đến 3) Hấp phụ - giải hấp phụ chế trễ q trình As dính bám lên bề mặt trầm tích TCN Quá trình làm chậm lại di chuyển As NDĐ As(III) chứng minh tuân thủ đường hấp phụ đẳng nhiệt phi tuyến Langmuir có khả giải hấp từ trầm tích TCN Đặc trưng hấp phụ As(III) trầm tích tương đồng đồng châu thổ giới, không phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên trầm tích vị trí mẫu (Nguyen Thi Hoa Mai 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 vào tới sơng Hồng Địa hình phẳng, dốc phía sơng Hồng Trong khu vực thành lập bãi giếng nghiên cứu Đan Phượng, Vân Cốc, Phụng Thượng Phú Kim Khu vực có đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa, mùa nóng ẩm mưa nhiều thường bắt đầu vào tháng kết thúc tháng 10 Trong khu vực nghiên cứu có sơng Hồng sơng Đáy chảy qua Địa tầng khu vực nghiên cứu từ xuống có phân vị địa tầng gồm: giới Proterozoi, giới Mesozoi, giới Kainozoi - hệ Neogen 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 trầm tích Holocen thượng - hệ tầng Thái Bình) 2.2 Đặc điểm phân bố As khu vực nghiên cứu Khu vực nghiên cứu Thạch Thất - Đan Phượng khu vực có hàm lượng As NDĐ cao ĐBBB Phân bố As NDĐ tập trung nghiên cứu theo chiều sâu tuyến nghiên cứu 557600 558600 559600 560600 561600 562600 563600 564600 565600 th«n 11,6 12,4 11,6 566600 557600 567600 558600 559600 560600 561600 562600 563600 X Mét Mét 8,3 10,3 2340700 10,9 12,4 12,9 566600 567600 7,4 Thanh §iỊn §iỊn 11,8 11,4 7,5 Trung Trung Hµ 12,4 2340700 565600 th«n th«n 11,6 12,4 11,6 7,5 564600 7,4 Thanh Điền 11,8 11,4 10,9 12,4 12,9 Trung Trung Hà X Mét 8,3 12,4 10,3 2340700 2340700 8,8 8,8 12,3 12,3 7,6 # LK A5 15,6 7,6 7,6 # LK LK A5 15,6 7,6 11,6 11,6 Chu Phan Chu Phan 10,9 10,9 5,4 7,6 x& Vân Hà Hà 5,0 Vĩnh Khang b ih th«n ub ub LK 86 # 12,4 LK A8 11,5 chỵ B&i 11,8 12,4 x& CÈm CẩmĐình ub LK LK 84 10,7 275 # 9,4 #LK A9 101.0 Vâng Néi xãm xãm9 55.5 9,0 9,2 9,3 10 10 xóm Gạo 10 9,0 10,5 x& Hát Môn Môn 9,8 Long Xuyên ub ub x& Long Kim Kim Lò 8,5 9,2 10 9,2 Phó Mü 9,4 9,5 Phó VÜnh b i phơng th−ỵng Minh NghÜa # x& x& Đại Đồng Ngọc Ngọc Lâu L.sĩ 7,6 LK 60 9,0 8,5 8,1 Ngäc T¶o 8,6 7,3 10,5 12,7 GÊp GÊp Ba 7,5 9,9 ub 9,7 9,4 Thạch Thất 8,5 thôn th«n9,3 10,8 10,3 9,2 9,7 2328700 559600 560600 9,2 HiÕn HiÖp 562600 564600 565600 566600 GÊp Ba 300.0 600.0 ub 9,7 9,4 557600 558600 9,2 9,7 560600 LK 38-HN # 561600 th«n9,3 50 -15 -15 -15 -15 -35 -35 -55 As (T) ug/L 11,6 2328700 564600 565600 566600 100 As(T) ug/L ub 7,6 563600 -55 HiÕn HiÖp 7,3 562600 Đan Phượng 9,2 th«n ub 2329700 7,2 567600 Hình 2: Phân bố As TCN qp 100 200 300 Vân Cốc 9,5 th«n th«n 2A 8,8 9,2 559600 y Sg §¸ L.sÜ 7,2 7,1 10,8 10,3 2330700 10,4 11,7 HiƯp Thuận Thuận Hm lng As(T) àg/L 9,9 12,9 Ngoại Thôn 8,9 10,2 7,6 8,0 10,3 8,5 Q L©m L©m HiƯp Lộc 10 7,8 x& Hơng Ngải Thạch Thất x& Đồng Tháp ub Đại Thần 10,8 Đồng Vân (x& Song Phợng) 8,0 ub 7,7 7,7 11,5 Thuý Thuý8,2Lai 2328700 Hình 1: Phân bố As TCN qh 0.0 8,9 9,2 10,5 12,7 11,6 567600 ub 7,8 9,7 chỵ HiƯp 9,5 Q…™™™ÐÊ 9,1 11,6 ub Th−ỵng HiƯp 9,4 8,9 x& Phó Kim Kim 10 8,2 Néi Th«n Phó Phó NghÜa 13,1 Gt xãm 2328700 563600 7,3 7,3 11,1 B¸ch Kim 11,7 7,6 7,3 ub 561600 10,6 55 11,2 12,9 8,2 2329700 7,2 th«n LK 38-HN # 558600 9,5 7,1 th«n 2A 8,8 12,9 Ngoại Thôn 8,9 9,2 10,3 Ngũ Sơn ub 11,9 2329700 L.sÜ 7,2 Ých T Sg Ých T Sg 11,6 11,7 Hàm lượng As(T) µg/L 8,0 9,1 13,1 xãm xãm Guột y Sg Đá Hiệp Thuận 7,8 x& Hơng Ngải Qẻẳ 10,4 7,6 9,0 6,8 10 a Thuý8,2Lai 10 9,5 2331700 B&i Th¸p xãm Ba Ba x& x& HiƯp Thn 7,9 x& x& Tam TamHiệp 10,2 8,8 10,3 Lại Khánh Yªn Dơc Dơc 10 7,7 7,7 11,5 9,2 7,4 9,5 b i phó kim 9,8 2330700 th«n Thơy Thơy 10 7,5 102.5 Hòa Thôn Hiệp Cát Cát 11,1 PRÊ-Ôẩẵ 2330700 10 9,5 8,9 10,2 7,3 7,3 nhù Néi Th«n Phó NghÜa NghÜa Q L©m L©m ub HiƯp Léc Léc viƯn NC NC ngô ngô 11A 9,2 LK 69-S # Yên Dơng 9,7 2332700 10,5 thôn Phợng 10,1 9,1 7,7 7,8 th«n ỉ i 9,8 Mü Giang Giang 8,9 x& Phơng Thợng Thợng Hơng Lam Hiệp 8,7 9,0 phợng Tam 10,9 (8) nhùa 8,2 8,2 8,6 (6) a hù 4n 11,1 Q…™™™ÐÊ x& Phó Kim 10 8,2 11,7 9,7 chợ Hiệp 7,3 Bách Bách Kim 8,2 2329700 557600 ub 7,8 x& Đồng Tháp ub Đại Thần Thần 10,8 Đồng Vân (x& Song Song Phợng) Phợng) x& 9,7 10,5 Ngọc Ngäc T¶o 7,7 # 64.2 Ých ch Vinh 11,1 10 8,5 th«n Nam 8,6 xãm Ba Ba x& HiƯp Thn LK 60 8,1 9,4 Đại Đồng thôn thôn Ngoại 9,8 Phú Thịnh 7,6 9,0 L.sĩ 1,0 thôn Táo Táo 10,8 10 ub 7,5 2331700 ub Phơng Mạc x& Tam Thuấn Thuấn 9,7 thôn Đông ub ub 8,5 9,7 2331700 B&i B&i Tháp 10 (6 ) 12,9 102.5 Hòa Thôn Hiệp Cát 8,9 10,6 thôn Thụy Yên Dục 8,0 9,4 6,8 10 11,2 Ngũ Sơn ub 11,9 9,0 8,8 Qẻẳ 7,9 x& Tam HiƯp 10,2 10 9,5 viƯn NC ng« 11A 10 7,5 # 7,3 Th−ỵng HiƯp 7,4 9,5 b i phú kim 9,8 10,3 Lại Khánh Khánh # 100.0 B Ngọc Lâu Lâu 10,1 LK 69-S 11,1 PRÊ-Ôẩẵ 2330700 21 x& Đại Đại Đồng 9,2 Mỹ Giang Yên Dơng 9,7 9,6 TL 2333700 11,5 11,0 Phó VÜnh 30 LK 57 57 2332700 11,4 b i phơng th−ỵng Minh Minh NghÜa 2332700 10,5 10,9 (8) nhùa 7,3 x& Phơng Th−ỵng Hơng Lam thôn ổ i 8,9 7,7 7,8 phợng thôn Phợng Đờng Hồng ub thôn Nội 10,1 9,0 10,3 9,1 8,7 8,2 9,0 9,4 Đại Đồng 9,8 8,2 64.2 thôn Nam 8,6 ub Hiệp 10,5 L.sĩ 9,5 thôn Tây 10 10 9,7 La Thạch10,0 thôn Trung Hơng Tảo Minh Minh §øc 10,4 10,4 x& Tam 11,1 10 8,5 7,7 # 9,7 2331700 Ých ch Vinh Phó An 11,3 11,4 2334700 x& Phơng Phơng Đình 11,5 10 x& Ngọc7,9Tảo ub 1,0 thôn Ngoại Ngoại 9,8 Phú Thịnh 7,5 10,3 thôn Táo 10,8 ub ub thôn Đông ub ub 100.0 B 10 43 9,6 21 x& Tam ThuÊn ThuÊn 9,7 LK 57 TL Phơng Mạc Mạc 9,0 10,4 2332700 thôn Tây 10 10 2333700 9,7 ub ub th«n Néi 10,1 Phóc Thä 8,7 9,8 2333700 11,5 ub ub 10,6 8,9 11,0 10,4 Địch Thợng x& x& Thanh Đa Thanh Mạc 12,0 xóm Trại 11,4 Tăng Nón ub 50.0 63.0 8,7 Đờng Hồng Hơng Tảo Minh Đức Đức 10,4 L.sĩ 9,5 15,6 9,9 # Thành Thành Phần thôn Trung 9,7 LK 92Phú Đa11,8 LK 58 11,4 Đạc Chín Chín Cực Cực Nam Tế Tế Giáp 10 10 11,4 10 x& Ngọc7,9Tảo Tảo ub La Thạch10,0 2335700 Đạc Sáu Đạc Một 10 Phúc Thọ 8,7 9,8 xóm xómTrại 2333700 Yên 11,4 Trung 10,6 11,0 14,6 9,4 ub Đạc Bảy xóm Qẻẳ 9,3 9,3 9,8 57.0 x& Phóc Phóc Hßa 11,3 Phó Mü 9,4 9,5 Phóc Thä # 10 Phó An 10 63.0 8,7 Thành Phần 10 LK 54 2334700 x& Phơng Đình 11,5 12,0 8,9 Đạc Bốn Bốn 10,2 9,2 ub 2334700 x& Thanh Đa Thanh Mạc 9,9 # 10,5 10,4 Địch Địch Thợng 10,6 50.0 LK 58 9,8 57.0 9,2 2336700 Hoà Bình Bình 9,5 9,4 Thu Vi Bảo Bảo Vệ 10 Tây Sơn 10,8 Kim Lũ 8,5 Kim Lũ Thọ Vực Đông Hải ub ub 11,4 10,7 b i thợng cốc ub 8,7 Phù Phù Long 15,6 Tăng Tăng Nón ub 14,6 9,4 Phóc Thä # 10 x& Phóc Hßa Cùc Cùc Nam 11,0 9,3 LK 54 2334700 ub x& Long Xuyên 9,7 Tế Giáp LK 92 92Phú Đa11,8 9,3 10,5 x& Hát Môn 9,8 10 10,2 xóm ub 2335700 10,3 Đan Phợng Trung Dơng Thọ x& Thọ An 9,5 Hát Hát Môn 9,2 11,4 Đạc Đạc Chín 11,7 16,1 Trung Lơng 9,2 Qẻẳ Bảo Vệ 10 10,5 9,0 2335700 Đạc Sáu Đạc Đạc Một Vân Môn 9,7 Triệu Xuân ub Đạc Bảy 11,4 Trung Yên 10,6 Trung Hà Hà Làng Làng LK A9 9,4 #LK 10 10 xóm Gạo 9,8 x& x& Th−ỵng Cèc 9,8 xãm 9,4 Thu Vi Kim KimLũ 2337700 Xuân An Thịnh Thọ Xuân xóm 10 9,2 x& 11,4 xãm xãm8 B¶o Léc 2336700 Đạc Đạc Bốn Bắc Bắc Hà Hữu Hữu Trng 9,2 Ân Phú LK 89 55.5 9,0 2336700 Hoà Bình 10,2 b i th−ỵng cèc ub 9,7 8,7 80 9,5 9,5 9,2 Phù Long Tây Sơn Sơn 10,8 9,3 Thọ Vực Đông Hải ub 11,4 10,7 2335700 10,3 Trung Trung Dơng Thä x& Thä Thä An xãm ub ub 2338700 12,0 11,0 Võng Nội Nội 10,2 9,5 Hát9,2Môn Triệu Xuân 123.0 10,4 10 10,2 Phó Ch©u 11,9 5,6 11,3 x& Trung Châu 101.0 10 9,7 9,8 x& Thợng Cốc 9,8 Đan Phợng Trung Trung Dơng Thọ b ik b i vân cốc 11,5 xóm Tám 10,2 # 11,7 16,1 Trung Lơng Bảo Lộc 2336700 Vân Vân Môn # # 170 ub 11,0 56.0 10 10,8 LK 53 LK 86 10 Trung Trung Hµ Hµ Lµng xãm xãm8 LK 90 10,7 2337700 9,7 6,8 X Lầy Lầy ub x& Vân Vân Phóc VÜnh VÜnh Léc x& x& V©n Nam Nam Cùc Lực 11,2 x& Xuân Phú # 10 Phúc Trạch 39.5 x& VÜnh Thä ub 11,8 10 ¢n Phó LK 89 11,9 Bắc Bắc Hà Thọ Xuân An Thịnh Thọ LK A8 11,5 chỵ B&i 11,8 11,7 LK LK 84 11,4 9,2 11,0 thôn Vĩnh Thuận # Xuân Đoài 12,4 x& Cẩm Đình Đình 2337700 Phú Châu 12,4 Yên Đình # Hữu Trng 9,5 xóm Tám 10,2 # 2338700 55.0 10,2 11,5 LK 83 2338700 10 b ih 7,4 3,5 ub ub 10,4 11,3 x& Trung Ch©u 12,0 56.0 10 10,8 X Lầy ub x& Vân Phúc Vĩnh Lộc x& V©n Nam LK 90 90 x& Xu©n Phó 11,8 # 10 Phóc Tr¹ch 39.5 LK 53 VÜnh Thä Cùc Lùc 11,2 123.0 550 b ik b i v©n cèc 11,7 2337700 ub 11,0 # Xuân Đoài Yên Đình Đình # 55.0 Xu©n Chï 5,6 10 LK 83 2338700 2339700 5,4 Vĩnh Khang 9,7 3,5 7,6 x& Vân Hà Hà 5,0 6,8 VÜnh ThuËn ThuËn 2339700 7, Xu©n Chï 2339700 7,4 10 2339700 -35 -55 Phụng Thượng As (T) ug/L -35 -55 100 Phú Kim As (T) ug/L Hình Phân bố As theo chiều sâu khu vực nghiên cứu Phân bố As biến đổi mạnh theo không gian, gần sông Hồng, điểm Đan Phượng cách 600 - 700m, hàm lượng As trung bình 300µg/L, lớn 550µg/L TCN qh, trung bình 150µg/L, lớn 172µg/L TCN qp Ở điểm Vân Cốc cách sông Hồng 3km, hàm lượng As trung bình 151µg/L, lớn 275µg/L TCN qh, 80µg/L TCN qp Ở điểm Phụng Thượng cách sông Hồng 9km, hàm lượng As trung bình 31µg/L, lớn 77µ/L, 30µg/L TCN qp Điểm Phú Kim cách sông Hồng 10,5km, hàm lượng As trung bình 47µg/L, lớn 110µg/L TCN qh, 55µg/L TCN qp Hàm lượng As biến đổi theo chiều sâu với quy luật gần khơng có sát mực NDĐ, sau tăng dần lên cực đại TCN qh giảm dần xuống tới thấp TCN qp 2.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến tồn dịch chuyển As NDĐ 2.3.1 Thành phần khoáng vật - thạch học trầm tích: Ở khu vực nghiên cứu, khu vực gần mặt đất tới độ sâu 5m hàm lượng bột sét chiếm 90%, bên chủ yếu cát Thành phần mẫu cát chủ yếu thạch anh felspat Các trình phong hố silicat sinh bicacbonat khoáng vật sét Sắt khoáng vật biotit, hoblen tạo thành hydroxit sắt dạng khơng hồ tan, As dễ hấp phụ lên chúng Các khoáng vật khác magnhetit, gơtit, ferrihydrite tìm thấy phân tích thạch học trầm tích oxit hydroxit sắt có khả hấp phụ đáng kể As Kết thí nghiệm chiết cho thấy hàm lượng As tổng trầm tích cao so với ngưỡng trung bình ~10mg/kg, chủ yếu tồn pha sắt oxi hydroxit vơ định hình kết tinh Pha sắt vơ định hình dễ giải phóng As mơi trường nước pha sắt kết tinh Phân tích nhiễu xạ tia X cho thấy hàm lượng vật chất hữu lớn trầm tích TCN qh qp, trầm tích TCN qh cao hẳn trầm tích TCN qp Phân tích chiết cho thấy hàm lượng As có quan hệ rõ ràng với thành phần hạt, hạt mịn hàm lượng As cao Cát ven sông Bùn đáy sông 11.33 m 10.33 m 9.33 m 8.33 m 7.33 m As không tham gia tương tác bề mặt 6.83 m Mực nước ngầm 6.28 m As tương tác bề mặt yếu 5.83 m As pha cacbonat 5.18 m As tái hấp phụ sau thoát ly khỏi pha cacbonat 4.33 m As phâ sắt oxit vơ định hình 2.83 m As pha sắt oxit tinh thể 0.33 m -1.17 m As pha silicat/sunfua -3.16 m -5.81 m 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Hàm lượng As (mg/kg) Hình Phân bố As theo độ sâu tuyệt đối Bảng Phân bố hàm lượng As khống vật cỡ hạt (355-600µm), (mg/kg) Tên khống vật Fenspat Biotit Muscovit 5m.b.s Max Min 9m.b.s TB Max Min 15m.b.s TB Max Min 25m.b.s TB Max Min TB 30m.b.s 41m.b.s Max Min TB Max Min TB 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 1,53 164,25 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 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 Chlorit Mảnh đá Các kv mafic khác Tổng 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 3,07 322,49 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 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 6,78 543,8 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 Phân bố khoáng vật hạt (0,355-0,500mm) LK 1A 2.3.2 Đặc điểm ĐCTV động thái NDĐ Khu vực nghiên cứu nằm vùng rìa tới trung tâm ĐBBB, cấu tạo thành tạo địa chất Đệ Tứ bở rời bên phủ trực tiếp lên thành tạo gắn kết gắn kết yếu Neogen bên Các tập đất đá vụn thô xen kẽ hạt mịn sở để phân chia mặt cắt ĐCTV tầng chứa nước khác luân phiên với thành tạo chứa nước cách nước, gồm đơn vị ĐCTV: tầng chứa nước lỗ hổng (Holocen, Pleistocen) thành tạo cách nước Holocen - giữa, Pleistocen lớp cách nước trầm tích Neogen Trong đó, TCN qh phân bố bề mặt khu vực nghiên 11 dịch chuyển phân bố As NDĐ Phân bố As khu vực nghiên cứu liên quan mật thiết tới với mơi trường oxi hố khử NDĐ As khơng xuất mơi trường oxi hố với hàm lượng DO lớn Trong mơi trường khử hàm lượng As lớn Hàm lượng As NDĐ có quan hệ chặt chẽ với hàm lượng NH4+, CH4 Fe(II) dấu cho môi trường khử liên quan tới trình phân giải vật chất hữu 2.3.4 Khai thác NDĐ Khai thác NDĐ nhân tố ảnh hưởng lớn tới dịch chuyển As NDĐ Khai thác thay đổi mực nước, đường dòng vận tốc di chuyển NDĐ Gần bãi giếng khai thác công nghiệp, vận tốc di chuyển nước lớn có ln có hướng tập trung vào giếng khai thác Điều kéo theo chất hoà tan nói chung As dịch chuyển với nước vào lỗ khoan khai thác Việc hạ thấp mực nước tạo thành chênh lệch mực NDĐ TCN làm tăng dòng thấm xuyên TCN đặc biệt khu vực có cửa sổ ĐCTV gần sông Khu vực nghiên cứu Thạch Thất - Đan Phượng chủ yếu tồn hình thức khai thác nước giếng khoan kiểu UNICEF, khơng có cơng trình cấp nước tập trung quy mơ cơng nghiệp Quan trắc mực nước điểm nghiên cứu tuyến nghiên cứu cho thấy khu vực không bị ảnh hưởng khai thác Ảnh hưởng khai thác NDĐ gây không với mực NDĐ mà đến dịch chuyển As NDĐ theo thời gian Lấy ví dụ khu vực Nam Dư chịu ảnh hưởng mạnh Nhà máy nước Nam Dư với công suất 60.000m3/ngày khai thác TCN qp Các tài liệu quan trắc NDĐ hàm lượng As NDĐ rõ điều Mực NDĐ TCN qh qp suy giảm theo thời gian mực NDĐ TCN qh cao TCN qp vào khoảng ~2m điều làm cho As có điều kiện thuận lợi dịch chuyển từ TCN qh vào TCN qp Hàm lượng As giếng khoan TCN qp (ND_02, ND_04) tăng lên theo thời gian lớn (+50-55%) (Tran Vu Long Pham Quy Nhan (2019)) CHƯƠNG 3: CƠ CHẾ DỊCH CHUYỂN ASEN TRONG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 3.1 Vấn đề phương pháp nghiên cứu Quá trình dịch chuyển As NDĐ tổng hợp nhiều trình khác Để đánh giá ảnh hưởng trình này, đồng thời xác định chế khống chế chính, mơ hình số NDĐ MODFLOW kết hợp với mơ hình dịch chuyển vật chất hoà tan MT3D-USGS sử dụng để mô 12 Trên sở tổng quan nghiên cứu As NDĐ giới Việt Nam cho thấy As NDĐ khu vực nghiên cứu chủ yếu có nguồn gốc từ trầm tích aluvi trẻ giải phóng vào NDĐ thơng qua chế khử hồ tan sắt oxi hydroxit có As hấp phụ diễn TCN qh Lượng As hấp phụ suốt trình thành tạo trầm tích TCN qh NDĐ TCN qh có hàm lượng As cao hẳn NDĐ TCN qp Vì nghiên cứu này, tác giả tập trung làm rõ trình dịch chuyển As từ TCN qh vào TCN qp chế khống chế trình Để làm rõ vấn đề trên, phương pháp nghiên cứu sử dụng mơ hình số với bước thực hiện: 1) Xây dựng mơ hình dòng chảy ngầm MODFLOW TCN; 2) Xây dựng mơ hình số mơ dịch chuyển As NDĐ MT3D-USGS Mơ hình khu vực nghiên cứu trích xuất từ mơ hình số ĐBBB bổ xung thêm liệu nghiên cứu, đồng thời lựa chọn điều kiện biên cho cách phù hợp Mơ hình dịch chuyển As hòa tan NDĐ xây dựng tảng mơ hình dòng chảy khu vực nghiên cứu Các điều kiện ban đầu điều kiện biên mơ hình dịch chuyển dựa sở mơ hình dòng chảy, kết điều tra khảo sát cấu trúc ĐCTV, trạng phân bố As NDĐ Kết chỉnh lý mơ hình dòng chảy mơ hình dịch chuyển As dựa kết quan trắc hệ thống lỗ khoan quan trắc khu vực nghiên cứu 3.2 Lý thuyết mơ hình số mơ dịch chuyển As hồ tan NDĐ: Mơ hình dòng ngầm MODFLOW dựa phương trình tổng quát đạo hàm riêng nhất: ∂ ∂x Kxx ∂h ∂x + ∂ ∂y Kyy ∂h ∂y + ∂ ∂z Kzz ∂h ∂z - W= Ss ∂h ∂t Với K Kxx, Kyy, Kzz [LT-1] hệ số thấm theo phương x, y z Với z chiều thẳng đứng h [L] cốt cao mực nước vị trí (x, y, z) thời điểm t [T] W [T-1] mơ đun dòng ngầm, giá trị bổ cập, giá trị NDĐ tính vị trí (x, y, z) thời điểm t Ss [L-1] hệ số nhả nước 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 hàm phụ thuộc vào vị trí khơng gian x, y, z Mơ hình dịch chuyển vật chất hồ tan mơi trường NDĐ MT3DUSGS sử dụng kết tính tốn từ mơ hình dòng ngầm MODFLOW Phương trình vi phân tổng quát sử dụng MT3D-USGS mô tả hàm lượng q trình dịch chuyển vật chất hồ tan k mơi trường chiều hệ thống dòng ngầm không ổn định viết sau: ∂ θCk ∂t = ∂ ∂xi θDij ∂Ck ∂xj - ∂ ∂xi θvi Ck + qs Cks + ∑ Rn Trong đó: Ck hàm lượng chất hòa tan k, [ML-3];  độ lỗ hổng hữu hiệu mô trường thấm, khơng có đơn vị; t thời gian, [T]; [L]; xi, xj khoảng cách theo trục toạ độ tương ứng với thành phần i, j, Dij hệ số phân tán thủy động lực, [L2T-1]; Hệ số liên quan đến trình khuếch tán, phân tán thấm; vi vận tốc thấm thực lỗ rỗng, [LT-1]; vận tốc liên hệ với lưu lượng đơn vị thông qua công thức vi = qi/; qs lưu lượng đơn vị TCN đại điện cho nguồn cấp (giá trị dương) nguồn thoát (giá trị âm), [T-1]; Cks hàm lượng nguồn cấp nguồn thoát chất k, [ML-3]; ∑Rn thành phần phản ứng hóa học, [ML-3T-1] Thành phần phản ứng hoá học phương trình mơ cho phản ứng với tỉ lệ bậc trình hấp phụ - giải hấp phụ dạng hấp phụ đẳng nhiệt mà MT3D-USGS mơ đường hấp phụ tuyến tính, hấp phụ phi tuyến Langmuir Freundlich Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir sử dụng mô trình dịch chuyển As NDĐ khu vực nghiên cứu thông qua thông số xác định Nguyen Thi Hoa Mai nnk (2014) 3.3 Mô số dịch chuyển As NDĐ khu vực nghiên cứu Thạch Thất - Đan Phượng 3.3.1 Mơ hình số dòng chảy Mơ hình mơ khu vực nghiên cứu Thạch Thất - Đan Phượng 14 phần mơ hình ĐBBB Mơ hình trích xuất liệu từ mơ hình ĐBBB bổ xung liệu với độ chi tiết cao Mơ hình số NDĐ Thạch Thất - Đan Phượng xây dựng với lớp, bước lưới 100×100m Lớp 1: lớp thấm nước yếu không liên tục bề mặt; Lớp 2: TCN trầm tích Holocen (qh); Lớp 3: tầng thấm nước yếu kẹp TCN qh qp; Lớp 4: TCN trầm tích Pleistocen (qp); Lớp 5: Đá gốc Các liệu bề Hình 11 Sơ đồ phân lớp mơ hình mặt địa hình, thơng số ĐCTV xác định qua thí nghiệm trường qua nghiên cứu trước Bảng Tổng hợp thông số ĐCTV sử dụng mơ hình Lớp mơ TT Bề dày (m) Hệ số thấm (m/ngày) Trọng lực 0,08 - 0,18 TCN qh 20 - 30 1,7 - 27,6 TCN qp 20 - 40 18 - 39,6 Hệ số nhả nước Đàn hồi 0,001 0,0022 Hệ số dẫn nước (m2/ngày) Độ lỗ hổng (%) 200 - 800 22 - 25 300 - 1.200 30 - 34 Hệ thống khai thác nước đưa vào mơ hình theo tài liệu thống kế khai thác NDĐ thời gian từ 1994 - 2015 Trong khu vực nghiên cứu, hình thức khai thác NDĐ chủ yếu giếng khoan kiểu UNICEF, khơng có hệ thống khai thác với quy mô công nghiệp Lưới sai phân sử dụng mơ hình với bước lưới 100×100m với 145 hàng 120 cột Chính lý khơng ổn định với khoảng thời gian từ 31/12/1994 đến 31/12/2015 chia 252 thời đoạn tương ứng 252 bước thời gian, tương ứng bước tính tốn 01 tháng Mơ hình chỉnh lý so sánh với tài liệu quan trắc khu vực tuyến nghiên cứu Sau kết chỉnh lý đáng tin cậy, mơ hình số dòng ngầm sử dụng làm sở cho việc xây dựng mơ hình số dịch chuyển As hòa tan NDĐ 15 3.3.2 Mơ hình dịch chuyển As hòa tan NDĐ khu vực nghiên cứu a Mùa mưa b Mùa khơ Hình 12 Mơ hình khái niệm dịch chuyển As khu vực nghiên cứu Phú Kim Phụng Thượng Vân Cốc Hình 13 Lưới tính tốn làm dày bãi giếng Mơ hình khái niệm dịch chuyển As khu vực nghiên cứu xây dựng dựa sở phân tích điều kiện ĐCTV, động thái từ mơ hình dòng chảy Mùa mưa, nước mặt từ sông Hồng bổ cập qua đáy sông nước mưa bổ cập mặt đất qua lớp cát bột mặt tới TCN qh Đan Phượng, sau di chuyển xuống TCN qp theo đường dòng phía Tây Nam Trong trình di chuyển, NDĐ đem theo As giải phóng từ trầm tích TCN qh vào TCN qp Nước mưa bổ cập khu vực vùng rìa Phú Kim vào TCN qh vào TCN qp hướng vè phía sơng Hồng Mùa khơ, Phú Kim, nước mưa tiếp tục bổ cập vào TCN qh đem theo As giải phóng vào TCN qp hướng phía sơng Hồng Ở Đan Phượng, nước mưa bổ cập vào TCN qh, đem theo As giải phóng vào TCN qp sau chảy phía sơng Hồng, vào sơng thơng qua TCN qh lớp đáy sơng Trong q trình dịch chuyển, As tham gia trình đối lưu phân tán hấp phụ - giải hấp phụ với trầm tích biến đổi hàm lượng Lưới sai phân mơ hình dòng ngầm làm dày vị trí bãi 16 giếng nghiên cứu Ơ lưới chia với kích thước nhỏ 6×6m mục đích chi tiết xác trình dịch chuyển điểm nghiên cứu Các thơng số dịch chuyển tính tốn cho gói tính tốn phản ứng hố học nêu bảng: Bảng Tổng hợp thông số dịch chuyển As khu vực nghiên cứu D* (m2/s) αL (m) αHT (m) αVT (m) KsAs(III) (L/mol) stot (mol/g) 2×10-9 20 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 bốc khơng có As nên hàm lượng As gán 0µg/L Hàm lượng ban đầu mô điểm nghiên cứu gán dựa vào hàm lượng As phân tích NDĐ lỗ khoan lấy mẫu vào thời điểm Các giá trị vị trí khác nội suy Kết mơ hình dịch chuyển As khu vực nghiên cứu trích xuất theo 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 Vân Cốc Phụng Thượng µg/L Hình 15 Hàm lượng As theo chiều sâu thời điểm tháng 10/2011 Để so sảnh ảnh hưởng chế đến dịch chuyển As, mơ hình dich chuyển khơng tính đến hấp phụ thực Kết đưa hình bên dưới: Phú Kim Phụng Thượng Vân Cốc µg/L Hàm lượng As (µg/L) Hình 16 Hàm lượng As theo chiều sâu thời điểm tháng 10/2011 80 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 Khơng có hấp phụ Hình 17 Hàm lượng As theo thời gian TCN qp Phú Kim Hàm lượng As (µg/L) 18 30 28 26 24 22 20 30/6/2009 31/12/2009 30/6/2010 PT_03 có hấp phụ 30/6/2011 31/12/2011 PT_03 Khơng có hấp phụ Hình 18 Hàm lượng As theo thời gian TCN qp Phụng Thượng 100 Hàm lượng As (µg/L) 31/12/2010 Thời gian 90 80 70 60 50 40 30/6/2009 31/12/2009 30/6/2010 VC_qp có hấp phụ 30/6/2011 Thời gian 31/12/2010 VC_qp Khơng có hấp phụ 31/12/2011 Hình 19 Hàm lượng As theo thời gian TCN qp Vân Cốc Dựa kết mơ hình cho Thạch Thất - Đan Phượng nêu thấy, hai giả thuyết (hypothesis) gần khơng có khác biệt trình biến đổi hàm lượng As theo thời gian vị trí nghiên cứu TCN qp Chênh lệch hàm lượng mô hình nằm khoảng - 12µg/L Đối với điểm Phú Kim, hàm lượng As(III) chênh lệch mô hình lớn - 6µg/L, vào khoảng - 8% so với hàm lượng lớn TCN qh Với điểm Phụng Thượng, hàm lượng As(III) chênh lệch mơ hình lớn 0,1 - 0,2µg/L, vào khoảng 1% so với hàm lượng lớn TCN qh Với điểm Vân Cốc, hàm lượng As(III) chênh lệch mơ hình lớn 10 - 12µg/L, vào khoảng 5% so với hàm lượng lớn TCN qh Để đánh giá ảnh hưởng lớp sét ngăn cách TCN qh - qp q trình giải phóng As từ TCN qh giả thuyết mơ so sánh kết biến đổi hàm lượng As TCN qp Hàm lượng As (µg/L) 80 70 60 50 40 06/2009 12/2009 PK_12 có hấp phụ 06/2010 Thời gian 12/2010 PK_12 Khơng có As giải phóng 06/2011 12/2011 PK_12 Khơng có lớp sét Hình 20 Hàm lượng As theo thời gian TCN qp Phú Kim Hàm lượngAs (µg/L) 19 30 28 26 24 22 20 06/2009 12/2009 PT_03 có hấp phụ 06/2010 Thời gian 12/2010 PT_06 Khơng có lớp sét 06/2011 12/2011 PT_06 Khơng có giải phóng As Hình 21 Hàm lượng As theo thời gian TCN qp Phụng Thượng Hàm lượngAs (µg/L) 100 90 80 70 60 50 40 06/2009 12/2009 VC_qp có hấp phụ 06/2010 Thời gian 12/2010 VC_qp khơng có lớp sét 06/2011 12/2011 VC_qp khơng có giải phóng As Hình 22 Hàm lượng As theo thời gian TCN qp Vân Cốc 3.4 Cơ chế dịch chuyển As từ TCN qh vào TCN qp Từ kết hai mơ hình giả thuyết nêu bên thấy hàm lượng chênh lệch mơ hình khơng lớn Từ kết thấy rằng, vùng động thái tự nhiên Thạch Thất - Đan Phượng q trình hấp phụ As lên trầm tích khơng phải chế khống chế dịch chuyển As Tại chế thuỷ động lực thơng qua q trình đối lưu - phân tán thấm chế khống chế chủ yếu Điều giải thích vùng động thái tự nhiên, vận động trao đổi nước NDĐ TCN qh qp hàng năm khơng lớn NDĐ có hàm lượng As lớn TCN qh di chuyển xuống TCN qp với lượng không lớn khơng làm tăng nhiều hàm lượng As NDĐ TCN qp Bên cạnh đó, vận tốc dịch chuyển NDĐ thấp điều kiện tốt cho phản ứng hấp phụ bề mặt trầm tích diễn triệt để Hệ số trễ khu vực nghiên cứu lấy với hệ số trễ Nguyen Thi Hoa Mai nnk (2014) R = 69 162 Kết đánh giá vận tốc di chuyển NDĐ TCN qp tương đồng với vận tốc trung bình thấp từ 0,03 - 0,17m/ngày Từ kết cho điểm nghiên cứu Phú Kim, Phụng Thượng, Vân Cốc giả thuyết khác cho thấy tương đồng lớn sau: Đối với giả thuyết khơng có lớp sét ngăn cách, hàm lượng As biến đổi gần trùng nhau, chênh lệch khơng lớn vào khoảng ~1 - 2µg/L Điều cho thấy cấu trúc dòng chảy điểm nghiên cứu có vai trò định lớn đến dịch chuyển As điểm nghiên cứu Kết luận phù hợp với kết khoan 20 khảo sát ĐVL lỗ khoan cho thấy hầu hết điểm nghiên cứu thiếu vắng lớp sét ngăn cách Đối với giả thuyết khơng có biên nồng độ khơng đổi TCN qh cho thấy hàm lượng As giảm dần theo thời gian, nhiên khơng lớn vào khoảng - 2µg/L/năm Điều cho thấy tầm quan trọng trình giải phóng As TCN qh nguồn cung cấp chủ yếu hàm lượng As TCN qp bên Bảng Tổng hợp tính tốn vận tốc dịch chuyển trung bình TCN qp TT Điểm nghiên cứu Phú Kim Phụng Thượng Vân Cốc Khoảng cách di chuyển (m) 210 466 589 Thời gian di chuyển (ngày) 6802 7670 3407 Vân tốc trung bình (m/ngày) 0,03 0,06 0,17 Để so sánh rõ ràng khác biệt trình dịch chuyển từ TCN qh xuống TCN qp ảnh hưởng vận tốc di chuyển NDĐ đến trình khu vực đối sánh cần xem xét Tran Vu Long Pham Quy Nhan (2019) nghiên cứu với khu vực Nam Dư ảnh hưởng khai thác Kết nghiên cứu hệ số trễ As từ mơ hình kết thí nghiệm phòng thí nghiệm khơng giống TCN qp Hệ số trễ dao động khoảng từ R= - 20 thấp so với thí nghiệm phòng Các thí nghiệm phòng Nguyen Thi Hoa Mai nnk (2014) kết cho thấy hệ số trễ khoảng R = 69 - 162 Tuy nhiên kết với R = - 20 tương đồng so với nghiên cứu khác Van Geen nnk (2013) Vạn Phúc với hệ số trễ vào khoảng R = 16 - 20 Radloff nnk (2011) cho hệ số trễ vào khoảng R = 7,2 - 72 Kết hệ số trễ tính tốn mơ hình dịch chuyển Nam Dư thấp so với giải thích khơng đồng thành phần thạch học TCN trình hấp phụ chưa đạt đến trạng thái cân (equilibrium) vị trí hấp phụ khơng thể tiếp cận CHƯƠNG 4: CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM ASEN ĐỐI VỚI TẦNG CHỨA NƯỚC PLEISTOCEN 4.1 Nguyên tắc chung Trên sở kết nghiên cứu xác định chế dịch chuyển As từ TCN qh vào TCN qp Thạch Thất - Đan Phượng cho thấy nguyên nhân gây nên hàm lượng As cao TCN qp chủ yếu dịch chuyển từ TCN 21 qh nằm bên xuống ảnh hưởng lớn chế dịch chuyển học Quá trình dịch chuyển As diễn điều kiện tự nhiên gia tăng có hoạt động khai thác người Các pháp khắc phục, hạn chế dịch chuyển As vào TCN qp đề xuất sở nguyên tắc chung: - Hạn chế chênh lệch mực nước TCN qh qp - Ngăn chặn giảm thiểu dòng chảy từ TCN qh vào TCN qp - Tránh khu vực có hàm lượng As cao trầm tích giàu hàm lượng vật chất hữu - Áp dụng công nghệ xử lý As cho nước cấp Các giải pháp tổng quát kể đến: Tăng cường nghiên cứu chi tiết thành phần trầm tích diện phân bố trầm tích Đệ tứ giàu vật chất hữu cơ, tuổi trẻ lớp than bùn Các hệ thống khai thác cần tránh khu vực này; Quản lý kiểm soát chặt chế độ khai thác NDĐ nhằm tránh gia tăng gradient thuỷ lực TCN qh qp; Bố trí hệ thống khai thác nơi nước sơng Hồng cung cấp trực tiếp cho TCN qp; Sử dụng thêm nguồn nước mặt từ sông Đà để giảm lượng khai thác từ NDĐ; Áp dụng công nghệ xử lý As cho nhà máy nước cơng trình khai thác riêng lẻ 4.2 Giải pháp khắc phục hạn chế Thạch Thất - Đan Phượng Các giải pháp áp dụng nhiều nhà khoa học đề xuất, kể tới: Hạn chế khai thác NDĐ với quy mô nhỏ lẻ thiếu kiểm soát phạm vi Thạch Thất - Đan Phượng; Lựa chọn cần thận vị trí đặt giếng khai thác NDĐ từ TCN qp; Các giếng cần khai thác với lưu lượng nhỏ kiểm soát chặt Khoảng cách giếng lớn để giảm tối đa can nhiễu làm mực áp lực TCN qp hạ thấp lớn; Các giếng khai thác cấp cơng nghiệp nên đặt gần sơng Hồng để làm giảm hàm lượng As nước sông Hồng 4.3 Công nghệ xử lý As NDĐ Với trạng hàm lượng As cao NDĐ nay, giới Việt Nam đưa nhiều dạng công nghệ xử lý nhằm loại bỏ As nước dựa số trình sau: - Oxi hố/khử; 22 - Kết tủa - Hấp phụ; - Trao đổi ion; - Tách lỏng/rắn; - Các phương pháp vật lý; - Chưng cất lượng mặt trời Hiện có nhiều công nghệ xử lý As sử dụng nước giới Có thể kể đến công nghệ sau: - Xử lý As NDĐ vật liệu Fe nano; - Xử lý As NDĐ oxit sắt, mangan; - Xử lý As NDĐ đá ong (Laterite); - Bể lọc cát có hệ thống giàn mưa làm thống; - Lọc qua màng xử lý công nghệ cao KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ kết phân tích tài liệu thu thập thực khu vực nghiên cứu cho thấy có hai TCN qh qp TCN có quan hệ thủy lực chặt chẽ với với sông Hồng Nguồn cung cấp As chủ yếu cho NDĐ TCN từ trầm tích TCN qh Phân bố As NDĐ TCN khu vực nghiên cứu có quy luật xa sơng Hồng hàm lượng As TCN giảm chủ yếu tồn môi trường khử Ở Đan Phượng sát sông Hồng, môi trường khử hàm lượng As TCN qh đạt tới 450µg/L, TCN qp đạt tới 150µg/L Còn Phú Kim xa sơng Hồng hàm lượng As TCN qh đạt 110µg/L TCN qp đạt 55µg/L Các trầm tích hạt mịn TCN với nhiều tàn tích hữu có hàm lượng As cao Các trầm tích hạt mịn khơng chứa vật chất hữu có hàm lượng As cao Các trầm tích hạt thơ (cát, cuội sỏi) đặc biệt TCN qp có hàm lượng As thấp Phân bố hàm lượng As NDĐ bị khống chế tuổi 23 trầm tích TCN, hoạt động vi sinh vật, trình khai thác NDĐ ảnh hưởng lớn đến dịch chuyển As NDĐ Hàm lượng As TCN qp định tác động trình đối lưu, phân tán trình hấp phụ - giải hấp phụ trầm tích TCN qp Q trình dịch chuyển As từ TCN qh vào TCN qp chịu ảnh hưởng lớn chế thuỷ động lực thông qua khống chế đường vận tốc dịch chuyển NDĐ từ TCN qh vào TCN qp Nếu có hoạt động khai thác quy mơ cơng nghiệp, hàm lượng As tăng lên đến 50% so với hàm lượng ban đầu năm Mơ hình số MODFLOW kết hợp MT3D - USGS sử dụng để mô trình dịch chuyển As từ TCN qh vào TCN qp Kết mơ hình cho thấy rõ chế trình dịch chuyển bao gồm chế thuỷ động lực (quá trình đối lưu, phân tán) chế thuỷ địa hố (q trình hấp phụ - giải hấp phụ) Ở khu vực nghiên cứu vận tốc di chuyển NDĐ thấp, 0,1m/ngày cho phép trình hấp phụ - giải hấp phụ diễn triệt để hàm lượng As TCN qp khơng tăng theo thời gian, ±1µg/L/năm Còn khu vực vận tốc dịch chuyển NDĐ lớn không cho phép trình hấp phụ - giải hấp phụ diễn triệt để hàm lượng As TCN qp gia tăng lớn theo thời gian, lên đến +20µg/L/năm Cơ chế thủy địa hóa góp phần việc khống chế hàm lượng As gia tăng hay giảm TCN qp Với kết mơ hình số ra, hệ số trễ R TCN qp thực tế khu vực nghiên cứu tương đồng với kết phân tích trầm tích phòng thí nghiệm R = 69 - 162 Còn khu vực có hoạt động khai thác hệ số trễ nhỏ nhiều, R = - 20 Đặc biệt hệ số trễ khác biệt với vị trí khác Hệ số trễ lớn As di chuyển NDĐ chậm hệ số trễ nhỏ As di chuyển NDĐ nhanh Kết mơ hình nguồn cung cấp As chủ yếu cho TCN qp từ trầm tích TCN qh Nếu khơng có nguồn cung cấp này, hàm lượng As TCN qp khu vực nghiên cứu liên tục giảm xuống với tốc độ 2µg/L/năm Luận án đưa số giải pháp ngăn ngừa, giảm thiểu, hạn chế dịch chuyển As từ TCN qh vào TCN qp, xây dựng hệ thống bổ sung nhân tạo, quy hoạch, điều chỉnh chế độ khai thác phù hợp, phát triển kỹ thuật xử lý As nước khai thác từ TCN qp đồng thời đẩy mạnh nghiên cứu khoa học, xây dựng hệ thống giám sát, cảnh bảo ô nhiễm As NDĐ TCN qp 24 Kiến nghị: Cần có nghiên cứu chuyên sâu ĐCTV chuyên môn công tác ĐVL, khoan, lấy mẫu trầm tích, thạch học mẫu NDĐ để đánh giá chi tiết rộng thông số ĐCTV Điều nhằm phản ánh xác điều kiện thực tế khu vực nghiên cứu Một số thông số q trình dịch chuyển vật chất hồ tan áp dụng cho mơ hình số cần lấy từ thí nghiệm từ thực địa Điều cho phép xây dựng mô hình phản ánh sát chế thủy động lực thuỷ địa hoá mối tương quan trầm tích TCN NDĐ Tiếp tục theo dõi quan trắc chặt chẽ diễn biến ô nhiễm As NDĐ TCN qh qp để có biện pháp xử lý thích hợp bảo vệ nguồn NDĐ khai thác Nghiên cứu giải pháp giảm thiểu hàm lượng As NDĐ TCN qp đặc biệt khu vực Nhà máy nước Nam Dư Các giải pháp cần tập trung vào bổ xung nhân tạo NDĐ phát triển kỹ thuật xử lý triệt để As nước cấp Công tác quản lý khai thác NDĐ cần tập trung quan tâm, quy hoạch sử dụng hợp lý làm giảm nguy ô nhiễm As nước khai thác từ TCN qp Xây dựng vùng cấm, hạn chế khai thác hành lang bảo vệ tài nguyên NDĐ cho Nhà máy khai thác NDĐ DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ Søren Jessen, Dieke Postma, Flemming Larsen, Pham Quy Nhan, Pham Thi Kim Trang, Tran Vu Long, Pham Hung Viet, Rasmus Jakobsen (2012), Surface complexation modeling of groundwater arsenic mobility: Results of a forced gradient experiment in a Red River flood plain aquifer, Vietnam, Geochimica et Cosmochimica Acta 98, pp 186-201 Dieke Postma, Flemming Larsen, Nguyen Thi Thai, Pham Thi Kim Trang, Rasmus Jakobsen, Pham Quy Nhan, Tran Vu Long, Pham Hung Viet, Andrew S Murray (2012), Groundwater arsenic concentrations in Vietnam controlled by sediment age, Nature Geoscience 5, pp 656-661 Trần Vũ Long, Trần Thị Lựu, Trần Nghi, Phạm Quý Nhân, Flemming Larsen (2018), Đặc điểm phân bố asen khống vật trầm tích Đệ Tứ vùng Đan Phượng, Hà Nội, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (3), tr 28-34 Pham Quy Nhan, Dang Tran Trung, Tran Vu Long (2018), Role of leakage source to groundwater quantity and quality of the Pleistocene aquifers in Red river Delta plain, International Conference on Groundwater Develoment, ISBN: 978-604-62-9769-7, pp 31-41 October 26 - 38, 2017, Hanoi, Vietnam Tran Vu Long, Pham Quy Nhan, Flemming Larsen (2018), Arsenic mobilization from Holocene to Pleistocene aquifer in context of ground water abstraction at Nam Du well field, The Fifteen regional congress on Geology, Mineral and Energy resources of Southeast Asia (GEOSEA XV), October 16-17, 2018, Hanoi, Vietnam Tran Vu Long, Pham Quy Nhan (2019), Arsenic solute transport from Holocene to Pleistocene aquifer in Nam Du well field, Hanoi, Journal of Natural Resources and Environment Science March 2019 Tran Vu Long, Pham Quy Nhan (2019), Arsenic solute transport from Holocene to Pleistocene aquifer in Dan Phuong – Thach That, Hanoi, The Vietnam International Water Week (VACI2019), Hanoi, 22 - 25 March 2019 ... thác nước cho khu vực Hà Nội lân cận Xuất phát từ thực tiễn trên, vấn đề Nghiên cứu chế dịch chuyển Asen từ tầng chứa nước Holocen vào tầng chứa nước Pleistocen Lấy ví dụ vùng Thạch Thất - Đan Phượng,. .. Khu vực nghiên cứu Thạch Thất - Đan Phượng, Hà Nội Một tuyến mặt cắt đặc trưng chọn để tập trung nghiên cứu Tuyến mặt cắt kéo dài qua điểm nghiên cứu từ vùng rìa đồng Phú Kim (Thạch Thất) , Phụng... khu vực nghiên cứu Khu vực nghiên cứu Thạch Thất - Đan Phượng phân bố từ vùng rìa đồng vào tới sơng Hồng Địa hình phẳng, dốc phía sơng Hồng Trong khu vực thành lập bãi giếng nghiên cứu Đan Phượng,