Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 14 Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT ĐỒNG VỊ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG BỔ CẤP CHO TẦNG CHỨA NƯỚC PLEISTOCENE TRÊN Ở ĐỒNG BẰNG NAM BỘ USE OF ISOTOPE TECHNIQUES TO EVALUATE THE RECHARGED ABILITY OF THE UPPER PLEISTOCENE AQUIFER IN THE NAMBO PLAIN TRAN THI BICH LIEN, NGUYEN KIEN CHINH, HUYNH LONG, NGUYEN VAN PHUC, LAM HOANG QUOC VIET, NGUYEN PHAM TUONG MINH Center for Nuclear Technologies, 217 Nguyen Trai Street, District 1, Ho Chi Minh city E-mail: tbichlien@gmail.com Tóm tắt: Ở Đồng Nam Bộ, số liệu quan trắc động thái chất lượng nước đất cho thấy dấu hiệu suy giảm lượng chất tầng chứa nước hữu việc khai thác nước đất thời gian qua cho nguyên nhân suy giảm Điều cho thấy cần phải tiếp tục nghiên cứu, đặc biệt khả bổ cấp đại tầng chứa nước, để tái đánh giá tiềm nước đất khu vực Với mục đích đó, kỹ thuật thủy văn đồng vị áp dụng để đánh giá khả bổ cấp tầng chứa nước Pleistocene (qp3), nguồn nước cấp quan trọng khu vực nông thôn Đồng Nam Bộ khuôn khổ đề tài cấp Bộ Trung tâm Hạt nhân thành phố Hồ Chí Minh thực năm 2020-2021 Trong nghiên cứu này, mẫu nước loại gồm nước đất tầng qp 3, nước sông nước mưa thu thập phân tích thành phần đồng vị bền (2H, 18O), tritium (3H), carbon phóng xạ (14C) tiêu hóa nước Số liệu thành phần đồng vị bền nước đất dùng để xác định nguồn gốc hình thành nước tầng chứa nước hàm lượng 3H 14C sử dụng để tính tuổi nước đất dự đốn khu vực tiếp nhận nước mưa bổ cấp cho tầng chứa nước; kết hợp với số liệu thành phần đồng vị bền hàm lượng 3H nước sông để đánh giá quan hệ thủy lực nước sông nước đất Kết thu tới cho thấy: i) Nước đất tầng qp Đồng Nam Bộ có nguồn gốc từ nước khí tượng, hình thành giai đoạn khác ii) Hàm lượng 3H hàm lượng 14C cao số mẫu nước đất cho thấy tầng chứa nước có tiếp nhận nước mưa đại thấm xuống nguồn bổ cấp iii) Sự tương đồng thành phần đồng vị bền nước sông Vàm Cỏ nước đất lân cận sông cho thấy chúng có quan hệ thủy lực Đây sở quan trọng để đánh giá khả bổ cấp cho tầng qp sông Vàm Cỏ Nghiên cứu tiếp tục thực Từ khóa: Nước đất, Tầng chứa nước qp3, Thành phần đồng vị, 2H, 18O, 3H, 14C, Đồng Nam Bộ Abstract: In the Nambo Plain, the monitoring data on dynamics and quality of groundwater has shown declining signs in quantity and quality both in the existing groundwater aquifers, and the exploitation of groundwater in recent time is believed to be a cause of this decline That shows the need for further research, especially on the modern recharge ability of the existing groundwater aquifers, to re-evaluate the groundwater potential of the region For that purpose, isotope techniques are applied to evaluate the recharge ability of the upper Pleistocene aquifer (qp3), an important source of water supply in rural areas in the Nambo Plain under the framework of a project conducted by the Center for Nuclear Technologies in 2020-2021 In this study, water samples including groundwater, river water and rainwater were collected and analyzed for stable isotope composition (2H, 18O), tritium (3H) , radiocarbon (14C) and major hydro-chemical parameters Data on stable isotope composition in groundwater are used to define the origin of groundwater while tritium and 14C content are used to determine groundwater age and to predict the aquifer’s recharge zone; and in combining with the stable isotope composition and tritium content of river water to evaluate the dynamic relationship between river water and groundwater So far, the obtained results show that: i) Groundwater in the study aquifer is originated from meteorological water and formed at different stages ii) The high 3H and 14C content in some groundwater samples indicate that the aquifer has modern rainwater infiltrated as a recharge source iii) The similarity of stable isotope composition in the Vam Co river water and groundwater adjacent to the river shows that there is a hydraulic relationship between them This is an important basis for assessing the recharge ability to the qp3 aquifer of the Vam Co river water This research is still ongoing Keywords: Groundwater, qp3 aquifer, Isotopic composition, 2H, 18O, 3H, 14C, Nambo Plain MỞ ĐẦU Nước đất (NDĐ) nguồn tài nguyên vô quan trọng hầu hết quốc gia giới nhiều nơi NDĐ nguồn nước Do việc đánh giá tiềm NDĐ nhiệm 459 Tiểu ban D2: Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân công nghiệp lĩnh vực khác Section D2: Application of nuclear techniques in industries and others vụ quan trọng hàng đầu, nước phát triển Việt Nam để quản lý khai thác bền vững tài nguyên NDĐ, đáp ứng nhu cầu nước Cũng khu vực khác Việt Nam, nước dùng hoạt động sản xuất sinh hoạt Đồng Nam Bộ (ĐBNB) lấy từ hai nguồn nước bề mặt (sơng, hồ) NDĐ, tỷ lệ NDĐ ngày tăng lượng nước khai thác từ nguồn nước bề mặt ngày giảm tác động người dịng chảy biến đổi khí hậu Số liệu quan trắc động thái chất lượng NDĐ ĐBNB chục năm qua cho thấy dấu hiệu suy giảm lượng chất tầng chứa nước (TCN) hữu việc khai thác NDĐ cho nguyên nhân suy giảm Mặc dù có điều tra đánh giá tiềm NDĐ khu vực trạng suy giảm liên tục mực nước tĩnh tầng NDĐ hữu cho thấy cần phải tiếp tục nghiên cứu tái đánh giá tiềm NDĐ khu vực, nghiên cứu khả bổ cấp đại cho TCN hữu sở khoa học quan trọng dùng để tái đánh giá tiềm mà để qui hoạch, khai thác bền vững tài nguyên NDĐ khu vực Sau nghiên cứu thành công khả bổ cấp đại từ nước mưa cho hai TCN Pliocene (2015-2016) [10] bổ cấp từ nước sơng (Sài Gịn, Đồng Nai) năm 1998-2000 [14], nước hồ (Dầu Tiếng) năm 2004-2005 [15] cho nước ngầm nông, kỹ thuật thủy văn đồng vị tiếp tục Trung tâm Hạt nhân Tp Hồ Chí Minh áp dụng để đánh giá khả bổ cấp TCN Pleistocene (qp 3), nguồn nước cấp quan trọng khu vực nông thôn ĐBNB khuôn khổ đề tài KHCN cấp Bộ năm 2020-2021 Để nghiên cứu, đồng vị thủy văn sử dụng ơxy-18 (18O), đơtêri (2H), triti (3H), cac-bon phóng xạ (14C), cac-bon khơng phóng xạ C-13 (13C) đồng vị 18O, 2H, 3H dùng để xác định nguồn gốc nước ngầm; đánh giá quan hệ thủy lực nước sông NDĐ, đồng vị 3H, 13C 14C dùng để xác định tuổi, hướng tốc độ vận động nước ngầm dự đoán khu vực tiếp nhận nước mưa bổ cấp cho TCN [1, 2, 3, 8, 9, 10] NỘI DUNG 2.1 Khái quát điều kiện tự nhiên đặc điểm địa tầng địa chất thủy văn ĐBNB Điều kiện tự nhiên Đồng Nam Bộ vùng cực nam Việt Nam, tiếp giáp với biển Đơng phía tây tây nam, giáp với cao nguyên Nam Trung Bộ phía bắc, đơng bắc giáp với Campuchia phía tây bắc Có diện tích tự nhiên 54.000 km2 với 40 triệu dân, ĐBNB vùng kinh tế trọng điểm Việt Nam Nằm khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, ĐBNB có khí hậu gió mùa cận xích đạo với hai mùa rõ rệt Mùa mưa, tháng tới cuối tháng 10 hàng năm thời gian mà gió mùa tây nam nóng ẩm hoạt động mạnh mang ẩm từ Ấn Độ Dương, vịnh Thái Lan tới gây mưa Mùa khô, từ tháng 11 tới tháng năm sau trùng với thời gian mà gió mùa đông bắc khô, lạnh chiếm ưu Khu vực có lượng mưa trung bình năm vào khoảng 1.800 mm với 90% lượng mưa mùa mưa nhiệt độ trung bình khoảng 27 oC Về mặt thạch học, chia ĐBNB thành hai vùng: Vùng Đơng Nam Bộ (gồm tỉnh Đồng Nai, Bình Dương, Tây Ninh, Bà Rịa-Vũng Tàu TP Hồ Chí Minh) với thành phần thạch học chủ yếu bazan phong hóa phù sa cổ; Vùng Tây Nam Bộ (gồm 13 tỉnh thành đồng sơng Cửu Long) hình thành trầm tích phù sa trẻ [4] Về mặt địa hình, ngồi số núi mồ cơi vùng đồi thấp rìa phía tây nam phía bắc, ĐBNB khu vực tương đối phẳng Cao phía bắc đơng bắc, thấp dần phía nam đơng nam, hướng địa hình yếu tố định hướng dòng chảy tự nhiên tầng nước ngầm hữu khu vực Về mặt thủy văn, ĐBNB có ba hệ thống sơng sơng Mê Cơng, hệ thống sông Vàm Cỏ hệ thống sông Đồng Nai với hệ thống kênh rạch chằng chịt Đây nguồn nước nhạt chính, lớn sông Mê Công chảy vào khu vực ĐBNB qua hai nhánh sông Tiền sông Hậu với lưu lượng hàng năm khoảng 500 km3 Các nghiên cứu cho thấy sông Mê Công, sông Vàm Cỏ sông Đồng Nai cắt vào TCN, sơng thuộc hệ thống sơng Đồng Nai Vàm Cỏ có diện 460 Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học Cơng nghệ hạt nhân tồn quốc lần thứ 14 Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14 tích chiều dài cắt vào TCN nhiều nên bổ cấp cho TCN điều kiện thích hợp [4] Cùng với yếu tố địa hình, yếu tố khí tượng (lượng mưa, nhiệt độ khơng khí, lượng bốc hơi), thủy văn khu vực yếu tố ảnh hưởng tới chế bổ cấp TCN hữu, TCN nông khu vực nghiên cứu [4] Với lượng mưa trung bình năm dồi hệ thống sơng ngịi dày đặc, nước mưa nước sơng xem nguồn bổ cấp tiềm cho NDĐ ĐBNB Đặc điểm địa tầng địa chất thủy văn Lộ lên mặt đất khu vực phía bắc đơng bắc ĐBNB, đá gốc hình thành thành tạo Paleozoic Mesozoic chìm dần xuống theo hướng đơng nam hình thành thung lũng kiến tạo.Thung lũng lấp đầy lớp trầm tích có tuổi từ Paleoxen đến Holoxen qua đợt biển tiến lùi Các lớp trầm tích sơng, sơng-biển hình thành TCN nằm ngang, phân tách lớp sét cách nước [4] Theo kết phân tầng địa chất thủy văn [12], hệ thống nước ngầm ĐBNB chia thành TCN trầm tích lỗ hổng tầng Holocene (qh), tầng Pleistocene (qp3), Pleistocene (qp2-3), Pleistocene (qp1), tầng Pliocene (n22), Pliocene (n21), tầng Miocene (n13, n12-3) nước đá gốc (Mz) thể mặt cắt địa chất thủy văn ĐBNB theo hướng đông bắc-tây nam Hình Trong TCN hữu, tầng Pleistocene có diện tích xuất lộ nhiều nhất, chịu ảnh hưởng trực tiếp lượng mưa có quan hệ với nước khí nhiều [4] Tầng chứa nước Pleistocene phân bố phần lớn diện tích vùng ĐBNB Vắng mặt số diện tích nhỏ thuộc khu vực lộ đá Tri Tôn, Tịnh Biên, Châu Đốc, Thoại Sơn (An Giang), Hòn Đất, Hà Tiên, Kiên Lương (Kiên Giang) phần Đông Nam Bộ, TCN có diện tích phân bố khoảng 40.100 km2 Tầng chứa nước thành tạo trầm tích Pleistocene (Q13) nguồn gốc sơng (aQ13) nguồn gốc sơng biển (amQ13): trầm tích aQ13 có thành phần gồm cát lẫn sạn sỏi kẹp lớp sét bột lẫn cát, trầm tích amQ13 có thành phần gồm cát pha bột sét lẫn sạn sỏi Lộ mặt số khu vực Đơng Nam Bộ, phần cịn lại TCN qp3 bị che phủ trực tiếp lên TCN Holocene (qh) Hình 1: Mặt cắt địa chất hướng đơng bắc-tây nam ĐBNB Tài liệu thống kê từ 690 lỗ khoan cho thấy chiều sâu tới mái TCN từ 0,0m đến 115,4m, trung bình 47,9m; chiều sâu tới đáy từ 11,5m đến 154,0m, trung bình 76,4m; chiều dày TCN từ 2,0m đến 84,0m, trung bình 29,1m Khả chứa nước từ nghèo đến giàu, chất lượng nước nhiều nơi kém, diện tích nước mặn lớn, phần lớn diện tích khơng thể khai thác cung cấp nước cho sinh hoạt TCN Pleistocene khai thác không nhiều, chủ yếu khai thác quy mơ hộ gia đình với tổng lượng khai thác 114.945m3/ngày Nguồn cung cấp cho TCN qp3 chủ yếu từ xung quanh (ở miền Đông Nam Bộ phần đất Campuchia) chảy đến phần thấm xuyên từ TCN nằm kề [4, 12] 461 Tiểu ban D2: Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân công nghiệp lĩnh vực khác Section D2: Application of nuclear techniques in industries and others 2.2 Đối tượng phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu báo cáo TCN Pleistocene (qp3) ĐBNB Để nghiên cứu khả TCN bổ cấp từ nước mưa, nhóm nghiên cứu lấy mẫu nước ngầm tầng qp3 từ tất giếng thuộc mạng quan trắc quốc gia động thái chất lượng nước đất (mạng quan trắc) ĐBNB để phân tích thành phần đồng vị bền (2H, 18O), đồng vị phóng xạ tự nhiên (3H, 14C) hóa nước Quan hệ hàm lượng 2H 18O mẫu nước ngầm cho biết nguồn gốc nước tầng chứa so sánh với mối quan hệ nước khí tượng Hàm lượng đồng vị phóng xạ nước ngầm cho thơng tin tuổi nước Dựa vào nguồn gốc hình thành tuổi nước ngầm kết luận khả có bổ cấp từ nước mưa vào tầng nước ngầm nghiên cứu [1, 3] Thành phần hóa học nước ngầm sử dụng để hỗ trợ việc luận giải kết nghiên cứu Để đánh giá khả bổ cấp cho TCN nghiên cứu từ nước sông phải đồng thời lấy mẫu nước sông nước ngầm lân cận sông để khảo sát tương quan thành phần đồng vị nước sông nước ngầm Việc chọn vị trí lấy mẫu nước sơng nước ngầm dựa yếu tố khả tiếp cận để vị trí phải lấy mẫu nước sơng nước ngầm, khoảng cách từ giếng lấy mẫu nước ngầm tới sông không xa để dấu hiệu đồng vị nước sơng nước ngầm (nếu có) đủ rõ Theo nghiên cứu bổ cấp cho nước ngầm sơng Sài Gịn sơng Đồng Nai trước nhóm nghiên cứu [13, 14], khoảng cách không nên vượt km Các mẫu nước phân tích hàm lượng đồng vị 2H, 18O, 3H, 14C hàm lượng ion để đánh giá tương tác nước sông nước ngầm [1, 9, 14, 15] Tổng cộng 48 mẫu nước ngầm tầng qp3, 16 mẫu nước sông 14 mẫu nước ngầm gần sông thu thập theo quy trình lấy mẫu phân tích thành phần đồng vị hóa nước nghiên cứu thủy văn đồng vị Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) [5] Vị trí điểm lấy mẫu nước sơng nước ngầm thể sơ đồ Hình Trong sơ đồ điểm hình trịn màu xanh vị trí lấy mẫu nước sơng cịn điểm hình vng màu tím, cam đỏ điểm lấy mẫu nước ngầm nhạt, lợ mặn Hình 2: Vị trí điểm lấy mẫu nước sơng nước ngầm 462 Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học Cơng nghệ hạt nhân tồn quốc lần thứ 14 Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14 Các đồng vị 2H, 18O mẫu nước phân tích thiết bị phân tích tỷ số đồng vị dùng kỹ thuật laser DLT 100 (Los Gatos Inst., Mỹ) Hàm lượng đồng vị tính đơn vị phần ngàn biểu diễn ký hiệu delta (δ) với định nghĩa sau: Rs − Rstd x 1000 Rstd Trong RS, RStd tỷ số đồng vị (2H/1H 18O/16O) mẫu đo mẫu chuẩn Mẫu chuẩn sử dụng mẫu chuẩn thứ cấp hiệu chuẩn với mẫu chuẩn quốc tế VSMOW (Vienna Standard for Mean Ocean Water) [6] Sai số phân tích đồng vị 1,0 0,15‰ tương ứng cho δ2H δ18O δ (‰) = Đồng vị phóng xạ mẫu nước (3H, 14C) phân tích phổ kế nhấp nháy lỏng phơng thấp TRICARB 3170/TR/SL (Parkard, Mỹ) sau làm giàu (bằng phương pháp điện phân H tổng hợp thành benzene 14C Hoạt độ 3H mẫu nước biểu diễn đơn vị TU (Tritium Unit, 1TU=0,119 Bq/L); hoạt độ 14C mẫu nước biểu diễn với đơn vị PMC (phần trăm các-bon đại) tỷ số hoạt độ 14C mẫu hoạt độ 14C mẫu chuẩn các-bon đại (Ox II, NIST, Mỹ với hoạt độ 14C 0,2147 Bq/gC) [6] Thành phần hóa nước phân tích phương pháp phát xạ lửa, quang phổ, chuẩn độ 2.3 Kết thảo luận 2.3.1 Khả bổ cấp đại từ nước mưa: Cũng giống TCN khác ĐBNB, tầng qp3 có ba loại nước nhạt (độ mặn 3mg/L) Số liệu phân tích 48 mẫu nước ngầm tầng qp3 lấy cho thấy thành phần đồng vị bền nước ngầm nhạt biến thiên khoảng hẹp, từ -7,71‰ đến -4,99‰ δ18O từ -53,4‰ đến -37,9‰ δ2H nước ngầm lợ có thành phần đồng vị bền biến thiên dải rộng hơn, từ -8,17‰ đến -5,75‰ δ18O từ -57,4‰ đến -39,9‰ δ2H biến thiên nhiều nước ngầm mặn với δ18O thay đổi khoảng từ -7,03‰ đến -1,63‰ δ2H thay đổi khoảng từ -55,3‰ đến 10,3‰ Sự biến thiên đồng vị loại nước cho thấy nước ngầm nhạt không bị pha trộn nước ngầm lợ mặn Xét giá trị trung bình, nước ngầm mặn có hàm lượng đồng vị trung bình cao (δ18Otb = -4,72‰ δ2Htb = -30,2‰), hay giàu đồng vị nặng so với nước ngầm nhạt (δ18Otb = -6,58‰ δ2Htb = 45,6‰) Kiểm định t-test độc lập so sánh giá trị trung bình δ18O δ2H hai nhóm nước ngầm mặn nhạt cho thấy có khác biệt đáng kể (t=3,580; df=19,70; p