Đánh giá chất lượng đất khu vực khai thác vật liệu xây dựng cho 3 loại mỏ điển hình đá vôi đá bazan và đất sét tại huyện lương sơn tỉnh hòa bình

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 1S (2016) 155-163 Đánh giá chất lượng đất khu vực khai thác vật liệu xây dựng cho loại mỏ điển hình (đá vơi, đá bazan đất sét) huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình Phạm Ngọc Hồ1,* , Nguyễn Xn Hải2, Phạm Thị Thu Hà2, Trần Ngọc Diệp1 Trung tâm nghiên cứu Quan trắc Mơ hình hóa Mơi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 26 tháng năm 2016 Chỉnh sửa ngày 27 tháng năm 2016; Chấp nhận đăng ngày tháng năm 2016 Tóm tắt: Bài báo trình bày áp dụng số tổng hợp sử dụng số chất lượng đất tương đối RSQI để đánh giá chất lượng đất khu vực khai thác vật liệu xây dựng cho loại mỏ điển hình (đá vôi, đá bazan đất sét) dựa số liệu quan trắc phân tích đất tháng 4/2016 huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình Kết số RSQI tính theo QCVN 03:2008/BTNMT tiêu chuẩn chuyên ngành chuyên gia Việt Nam đề xuất cho thấy: chất lượng đất khu vực (khai trường, sản xuất, kho bãi, sinh thái dân cư) bị suy thoái từ mức mạnh đến mạnh Những kết tài liệu tham khảo hữu ích cho việc cần tiến hành cải tạo đất thích hợp để trồng rừng trồng lương thực ngắn ngày ăn q trình phục hồi mơi trường sau khai thác mỏ kết thúc Từ khóa: Chỉ số đơn lẻ tổng hợp, khai thác vật liệu xây dựng cơng trình nghiên cứu đất hệ sinh thái rừng có đề cập đến việc đánh giá chất lượng đất tổng hợp chủ yếu theo cách tiếp cận dựa vào số tiêu đơn lẻ tính tương quan tiêu để đưa thang đánh giá cho điểm từ -100 [8,9] Tuy nhiên phương pháp cho điểm cịn mang tính chủ quan Để khắc phục hạn chế nêu cơng trình [10-12], Phạm Ngọc Hồ đề xuất cách tiếp cận đánh giá chất lượng đất số tổng hợp sử dụng số chất lượng đất tương đối (RSQI) Vì vậy, cơng trình tác giả áp dụng số RSQI để đánh giá chất lượng đất cho loại mỏ điển hình khai thác vật liệu xây dựng (mỏ đá vôi, đá bazan đất sét) huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình Đặt vấn đề∗ Hiện nhiều nước giới có Việt Nam ứng dụng phương pháp đánh giá chất lượng đất theo tiêu riêng lẻ cho đất nông nghiệp đất trồng rừng [1-7] dựa tiêu chuẩn ngành tiêu chuẩn chun gia đề xuất cơng trình nghiên cứu chuyên sâu chất lượng đất Tuy nhiên, nghiên cứu đánh giá chất lượng đất số tổng hợp dựa vào Tiêu chuẩn/quy chuẩn quốc gia hạn chế Trong _ ∗ Tác giả liên hệ ĐT.: 84-983322688 Email: hopn2008@yahoo.com.vn 156 157 P.N Hồ nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 1S (2016) 156-163 Dữ liệu phương pháp 2.1 Dữ liệu - Sử dụng số liệu quan trắc phân tích mẫu đất mỏ: mỏ đá vơi Hợp Tiến (diện tích mỏ: 15,19 ha), mỏ đá bazan Quang Long (diện tích mỏ: 7,8 ha), mỏ đất sét Khải Hưng (diện tích mỏ: 5,92 ha) địa bàn huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình (lấy mẫu đất từ 2527/3/2016, phân tích mẫu tháng năm 2016, tiến hành phịng thí nghiệm Trung tâm Nghiên cứu Quan trắc Mơ hình hóa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN [13] - Thiết bị phương thức lấy mẫu, quy trình phân tích mẫu đất theo TCVN hành [14] - Các tư liệu nghiên cứu chuyên đề tác giả Việt Nam QCVN 03:2008/BTNMT [3-7] để chuyển ngưỡng thang phân loại tiêu đơn lẻ sang thang đánh giá chất lượng đất (CLĐ) đơn lẻ phục vụ cho việc tính tốn đánh giá CLĐ tiêu tổng hợp, sử dụng số CLĐ tương đối (RSQI) 2.2 Phương pháp 2.2.1 Công thức tính số tổng hợp sử dụng số chất lượng đất tương đối  P  RSQI = 100  − k   Pn  đó: (1) Pm – Nhóm thơng số khảo sát có số đơn lẻ qi ≤ 1; m – Số thơng số khảo sát có qi ≤ 1; k – Số thơng số khảo sát có qi > 2.2.2 Cơng thức tính số đơn lẻ Nhóm kim loại (nhóm TCMT dưới): C (5) q i = *i Ci có trường hợp xảy ra: TH1: Nếu Ci < C*i qi< (Chất lượng đất tốt) TH2: Nếu Ci = C*i qi = (Chất lượng đất trung bình) TH3: Nếu Ci > C*i qi > (Chất lượng đất kém) - Nhóm hàm lượng tổng số, hàm lượng dễ tiêu (nhóm TCMT thuộc đoạn [a,b]): a TH1: Nếu Ci 1 (Chất lượng Ci đất kém) (6) Ci TH2: Nếu a ≤ Ci ≤ b q i = * =1 (Chất Ci lượng đất trung bình) (7) b TH3: Nếu Ci >b q i = 1 theo cơng thức: i =1 Pn = Pm + Pk (4) Pn – Tổng lượng nhiễm chung; Pk – Nhóm thơng số khảo sát có số đơn lẻ qk > 1; ∑ w (1 − q ) k ∑ W (q − 1) (10) - Tính tổng chung: Pn = Pm + Pk Trong đó: m1 – Số lượng số qi=1; m2 – Số lượng số qi1; Ci – Giá trị quan trắc thực tế thông số i; C*i – Giá trị theo tiêu chuẩn/quy chuẩn nước; a, b – Các cận cận theo tiêu chuẩn/quy chuẩn 2.2.4 Tính trọng số tạm thời Wi' trọng số cuối Wi nhóm thơng số - Tính trọng số tạm thời Wi' theo cơng thức: + Nhóm kim loại nặng: j j C*i C*i j (12) Wi' = * = * Ci j × Ci ∑ ∑ đó: C*i – Giá trị giới hạn cho phép (GHCP) thông số i j – Số lượng thông số nhóm khảo sát + Nhóm hàm lượng tổng số/hàm lượng dễ tiêu cho đoạn [ai, bi] bi – j Wi' ∑ (b i − ) i=1 (13) j × (bi − a i ) - Tính trọng số cuối Wi thông số i ứng với nhóm W' Wi = j i (14) = ∑W ' i Kiểm tra: ∑ j Wi = , tổng khác phải tính lại 2.2.5 Thang phân cấp đánh giá RSQI [10-12] Bảng Thang đánh giá chất lượng đất số RSQI =I n chẵn n lẻ 2n − 50 < I ≤ 100 n 2n − 50 < I ≤ 100 n n −1 2n − < I ≤ 50 n n n −1 50 < I ≤ 100 n 100 < I ≤ 50 n 100 0≤ I ≤ n 100 n −1 2n − < I ≤ 50 n n n −1 n −1 50 < I ≤ 100 n n 100 n −1 < I ≤ 50 n n 100 0≤ I ≤ n 100 Kết tính tốn thảo luận 3.1 Kết tính tốn 3.1.1 Các số đơn lẻ Chất lượng đất Tốt/Rất tốt Rất tốt I =100 (Chưa suy thối) Trung bình (Bắt đầu suy thoái) Màu sắc Xanh Vàng Kém (Suy thoái nhẹ) Da cam Xấu (Suy thoái mạnh) Đỏ Rất xấu (Suy thoái mạnh) Nâu 159 P.N Hồ nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 1S (2016) 156-163 Bảng Các số đơn lẻ qi cho mỏ nhóm kim loại Tên mỏ Vị trí Mỏ đá vôi – Xã Cao Dương, huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình – Cơng ty TNHH Xây dựng thương mại vận tải Hợp Tiến Mỏ đá bazan – xã Hịa Sơn, huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình – Cơng ty TNHH xây dựng thương mại Quang Long Mỏ đất sét – Tân Vinh, huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình – Cơng ty Cổ phần Sản xuất Thương mại Khải Hưng D11 D12 D13 D14 D21 D22 D23 D24 D31 D32 D33 D34 Tọa độ X 2289173.70 2289433.91 2289452.07 2288409.00 2314243.59 2314241.65 2314190.03 2313108.90 2305640.49 2305562.35 2305634.94 2305165.23 Y 570640.47 570373.25 570303.72 570904.23 556139.57 555561.69 555758.34 556163.63 553296.16 553284.84 553291.26 553443.67 qCd qCu qPb qZn 0,04 0,06 0,1 0,12 0,01 0,02 0,01 0,02 0,01 0,05 0,03 0,02 0,27 0,16 0,12 0,28 0,29 0,28 0,34 0,28 0,09 0,08 0,08 0,06 0,02 0,02 0,09 0,18 0,02 0,04 0,09 0,18 0,04 0,1 0,04 0,02 0,06 0,05 0,06 0,05 0,05 0,03 0,03 0,04 0,03 0,02 0,02 0,02 Bảng Các số đơn lẻ qi cho mỏ nhóm hàm lượng tổng số Tên mỏ Vị trí Mỏ đá vơi – Xã Cao Dương, huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình – Công ty TNHH Xây dựng thương mại vận tải Hợp Tiến Mỏ đá bazan – xã Hòa Sơn, huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình – Cơng ty TNHH xây dựng thương mại Quang Long Mỏ đất sét – Tân Vinh, huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình – Công ty Cổ phần Sản xuất Thương mại Khải Hưng D11 D12 D13 D14 D21 D22 D23 D24 D31 D32 D33 D34 Tọa độ X 2289173.70 2289433.91 2289452.07 2288409.00 2314243.59 2314241.65 2314190.03 2313108.90 2305640.49 2305562.35 2305634.94 2305165.23 Y 570640.47 570373.25 570303.72 570904.23 556139.57 555561.69 555758.34 556163.63 553296.16 553284.84 553291.26 553443.67 qOM qNtổng 1 1 1 1,01 1 1,18 1,51 1,67 2,5 1,43 1 1 1,18 1 qP205 qK2O tổng tổng 2,86 3,33 1 1 1,79 0,17 1,47 2,17 1,79 2,33 1,59 2,44 2,63 2,13 Bảng Chỉ số đơn lẻ qi cho mỏ nhóm hàm lượng dễ tiêu Tên mỏ Vị trí Mỏ đá vơi – Xã Cao Dương, huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình – Công ty TNHH Xây dựng thương mại vận tải Hợp Tiến Mỏ đá bazan – xã Hòa Sơn, huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình – Cơng ty TNHH xây dựng thương mại Quang Long Mỏ đất sét – Tân Vinh, huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình – Cơng ty Cổ phần Sản xuất Thương mại Khải Hưng D11 D12 D13 D14 D21 D22 D23 D24 D31 D32 D33 D34 Tọa độ X 2289173.70 2289433.91 2289452.07 2288409.00 2314243.59 2314241.65 2314190.03 2313108.90 2305640.49 2305562.35 2305634.94 2305165.23 Y 570640.47 570373.25 570303.72 570904.23 556139.57 555561.69 555758.34 556163.63 553296.16 553284.84 553291.26 553443.67 qP2O5 dễ tiêu qK2O dễ tiêu 1,99 2,2 3,08 2,34 1,24 1,64 1,71 1,44 1,03 1,24 1,57 1,13 14,71 17,86 14,08 10,75 476,19 384,62 833,33 294,12 416,67 625 312,5 357,14 160 P.N Hồ nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 1S (2016) 156-163 3.1.2 Tính trọng số tạm thời trọng số cuối Bảng Trọng số tạm thời trọng số cuối TT Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn Trọng số tạm thời W’ Trọng số cuối W Nhóm hàm lượng tổng số OM N tổng P2O5 tổng K2O tổng % % % % 1,26 - 2,51 0,1 - 0,2 0,06 - 0,1 1-2 0,48 5,98 14,94 0,6 0,02 0,27 0,68 0,03 ∑W i Nhóm hàm lượng dễ tiêu P2O5 dễ tiêu K2O dễ tiêu mg/ kg đất mg/ kg đất 36 - 46 100 - 150 0,6 0,83 0,17 ∑W i 10 Nhóm kim loại nặng Cd Cu Pb Zn mg/ kg đất mg/ kg đất mg/ kg đất mg/ kg đất 50 70 200 40,25 1,61 1,15 0,4 0,92 0,04 0,03 0,01 ∑W i Bảng Thang phân cấp đánh giá chất lượng đất RSQI cho n=10 thông số khảo sát n=10 95 < RSQI ≤ 100 90 < RSQI ≤ 95 50 < RSQI ≤ 90 10 < RSQI ≤ 50 < RSQI ≤ 10 Chất lượng đất Tốt/Rất tốt Rất tốt RSQI =100 (chưa suy thối) Trung bình (Bắt đầu suy thối) Kém (Suy thoái nhẹ) Xấu (Suy thoái mạnh) Rất xấu (Suy thoái mạnh) 3.1.3 Ngưỡng đánh giá thang phân cấp đánh giá CLMT đất theo tiêu tổng hợp sử dụng số RSQI Ngưỡng đánh giá giá trị lớn thang, thang đánh giá giá trị từ ngưỡng thấp đến ngưỡng cao Màu sắc Xanh Vàng Da cam Đỏ Nâu Ngưỡng đánh giá thang phân cấp đánh giá CLMT đất phụ thuộc số thơng số khảo sát n trình bày Bảng (đặt n=10 bảng 1) 3.1.4 Tính tổng riêng tổng chung (tích hợp từ số đơn lẻ) số tổng hợp RSQI mỏ đối sánh với thang phân cấp P.N Hồ nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 1S (2016) 156-163 161 Bảng Các tổng riêng tổng chung số chất lượng đất tổng hợp RSQI mỏ Tên mỏ Mỏ đá vơi – Xã Cao Dương, huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình – Cơng ty TNHH Xây dựng thương mại vận tải Hợp Tiến Mỏ đá bazan – xã Hòa Sơn, huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình – Cơng ty TNHH xây dựng thương mại Quang Long Mỏ đất sét – Tân Vinh, huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình – Công ty Cổ phần Sản xuất Thương mại Khải Hưng Vị trí D11 D12 D13 Pm1 0,022 0,022 0,022 Pm2 0,95 0,94 0,92 Pk 3,99 5,47 7,72 Pn 4,96 6,43 8,66 RSQI 19,60 14,92 10,90 Chất lượng đất Xấu Xấu Xấu D14 0,022 0,87 4,23 5,12 17,46 Xấu D21 D22 D23 0,29 0,29 0,27 0,98 0,97 0,98 81,47 65,76 140,93 85,74 67,02 142,18 1,54 1,89 0,88 Rất xấu Rất xấu Rất xấu D24 0,29 0,97 51,27 52,53 2,40 Rất xấu D31 D32 D33 D34 0,70 0,95 0,95 0,97 0,97 0,95 0,97 0,98 63,39 104,25 52,43 59,50 65,06 106,15 54,35 61,45 2,57 1,79 3,53 3,18 Rất xấu Rất xấu Rất xấu Rất xấu Hình Biểu đồ biểu diễn số chất lượng đất tổng hợp RSQI mỏ Hình Biểu đồ tần suất f(%) chất lượng đất mỏ Ghi chú: Mỏ – Mỏ đá vôi – xã Cao Dương, huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình – Cơng ty TNHH Xây dựng thương mại vận tải Hợp Tiến Mỏ – Mỏ đá bazan – xã Hòa Sơn, huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình – Cơng ty TNHH xây dựng thương mại Quang Long Mỏ – Mỏ đất sét – Tân Vinh, huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình – Cơng ty Cổ phần Sản xuất Thương mại Khải Hưng 3.1.5 Biểu diễn kết biểu đồ a) Biểu đồ mô tả chất lượng đất khu vực mỏ Dựa vào kết tính tốn RSQI điểm quan trắc mỏ, xây dựng biểu đồ RSQI ứng với điểm quan trắc mỏ hình sau (Hình 1) 162 P.N Hồ nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 1S (2016) 156-163 b) Biểu đồ tần suất f(%) chất lượng đất mỏ Để đánh giá tổng quát chất lượng đất khu vực mỏ điểm khảo sát cần xây dựng f(%)= biểu đồ tần suất chất lượng đất, xác định công thc sau: Tổng trị số RSQI có cấp CLĐ mỏ ì 100 (15) Tổng trị sè RSQI øng víi CL§ tõ Tèt - RÊt xÊu má Biểu đồ tần suất f(%) chất lượng đất mỏ thể hình 3.2 Thảo luận Kết luận Qua bảng tính tốn kết số đơn lẻ thơng số môi trường đất khu vực mỏ cho thấy: hàm lượng kim loại nặng thấp tiêu chuẩn cho phép nhiều lần ứng với qi=0,01-0,34 1 nhiều lần, CLMT xấu-rất xấu, đất bị suy thoái mạnh - mạnh thông số Theo thang đánh giá tổng hợp ứng với n=10, hình cho thấy số RSQI khu vực mỏ đá vôi cơng ty Hợp Tiến có CLĐ xấu (10