Địa chất, thổ nhưỡng, rừng và thảm phủ thực vật giữ vai trò quan trọng đối với thành phần chất lượng nước trong hệ thống sông ngòi bởi vì chúng là nguyên nhân trực tiếp hoặc gián tiếp ảnh hưởng đến thành phần hóa học của nước tự nhiên. Những nghiên cứu dưới đây sẽ phân tích sự ảnh hưởng của các yếu tố này lên thành phần chất lượng nước mặt.
3.1.1.1 Sựảnh hưởng của địa chất, thổ nhưỡng
Thành phần đất đá, cấu tạo địa chất có ý nghĩa lớn đến việc đánh giá chất lượng nước trong sông. Sự thay đổi của chất lượng nước tự nhiên phụ thuộc vào cấu trúc địa chất của từng vùng, thành phần hóa học của địa chất, thổ nhưỡng và các dạng hòa tan trong nước. Trong phạm vi nghiên cứu này sẽ phân tích thành phần hóa học của địa chất, thổ nhưỡng, quá trình di chuyển, các dạng tồn của chúng dưới tác động của các yếu tố ảnh hưởng và phân tích thành phần hóa học chủ yếu của nước tự nhiên.
i) Thành phần hóa học của địa chất và thổ nhưỡng
Theo kết quả nghiên cứu của tác giả Vinogradov, 1950, thành phần hóa học trong đá chứa chủ yếu là ô xi chiếm 47,2%, tiếp theo là silic (28,7%), tổng sắt nhôm 13,9%, các nguyên tố Ca, Na, K, Mg mỗi nguyên tố khoảng 2-3%, còn các nguyên tố khác chiếm gần 1%; thành phần hóa học của thổ nhưỡng bao gồm phần lớn ô xi và hydro, còn lại là các bon, Al, Fe, Ca, K và Mg. Sự hòa tan các
Báo cáo tổng kết đề tài 44 thành phần hóa học trong địa chất và thổ nhưỡng phụ thuộc vào điều kiện nhiệt
độ, chếđộ bức xạ mặt trời và chếđộ mưa.
ii) Các dạng hòa tan của thành phần hóa học trong địa chất, thổ nhưỡng a) Sự hòa tan ở thể keo
Giai đoạn đầu của sự hình thành đá phun trào có rất ít chất keo nhưng đến một giới hạn nhất định thì một phần đá chuyển sang dạng keo. Qua trình hòa tan chất keo xảy ra mạnh ở vùng nhiệt đới ẩm với hàm lượng rất lớn các chất keo hữu cơ và vô cơđược tạo ra do quá trình phong hóa đá và địa chất thổ nhưỡng.
Khi các chất keo được hình thành, chúng có thể di động ở trạng thái hòa tan vào nước. Đặc điểm của dung dịch keo là ít bền vững so với các dung dịch thật, chúng thường không đạt tới nồng độ cao và sự hoạt động của chúng phụ thuộc vào những quy luật riêng. Các chất mùn và các khoáng thường di động ở thể
keo, đặc biệt là các hợp chất silic, nhôm, sắt, mangan, ziêccrôni, thiếc, titan, vanađi, crôm, niken và nhiều nguyên tố khác.
Như vậy các bộ phận cấu thành nên đá và địa chất thổ nhưỡng là quan trọng nhất, quyết định tính chất độc đáo của đá và địa chất thổ nhưỡng nhiều nhất, chúng tồn tại hoặc ở trạng thái keo hoặc trạng thái keo trong bùn, thổ
nhưỡng và lớp vỏ phong hóa. b) Sự trao đổi và hấp phụ
Một trong những tính chất đặc biệt các của các thành phần hóa học là tính hấp phụ, nghĩa là khả năng trao đổi và hấp phụ các chất có ở trong đá và thổ
nhưỡng với môi trường nước và các môi trường khác xung quanh. Quá trình trao
đổi này thông qua sự trao đổi các cation và các anion có trong nước và trong đá, thổ nhưỡng thông qua một quá trình chặt chẽ. Các cation dễ đi vào môi trường nước bao gồm Ca2+, Mg2+. Sự linh động của các cation này vào môi trường nước trải qua quá trình thời gian đã làm cho môi trường nước chứa nhiều các cation này.
Có thể minh họa quá trình này bằng ví dụ. Nếu phức hệ hấp thụ của đá bão hòa canxi và ma giê thì nước chảy qua vùng đá đó phải có phản ứng trung tính hay kiềm yếu và trong thành phần có canxi (nước có hiđrôcacbonat canxi, nước có sunfat canxi). Nếu phức hệ hấp thụ chứa ion hiđrô và ion nhôm thì nước phải có phản ứng axit yếu và hàm lượng canxi có trong nước thường nhỏ. Nếu đá chứa natri trao đổi và không chứa muối dễ hòa tan thì nước chảy ra phải có một lượng xôđa nào đó (Na2CO3). Ngược lại, nếu nước giàu canxi khi di chuyển qua
đá có thể làm cho phức hệ hấp thụ bão hòa canxi, nước giàu canxi sẽ làm cho phức hệ này bão hòa natri v.v…
Báo cáo tổng kết đề tài 45 c) Sự bóc mòn hóa học
Một đặc trưng của của đá và thổ nhưỡng là sự bóc mòn hóa học, nghĩa là sự
hạ thấp của bề mặt trái đất do nước trên mặt và nước ngầm mang theo chất hòa tan. Theo tác giả G.A.Mácximôvicts, tốc độ bóc mòn trung bình của bề mặt lục
địa là 12µm một năm (1µm = 0,001 mm). Sự bóc mòn phụ thuộc vào tổng hợp của các điều kiện tự nhiên như cấu trúc địa chất, khí hậu, địa hình đã tác động vào thành phần chất lượng nước tự nhiên.
d) Sự bóc mòn cơ học
Tất cả các loại đất và đá đều có sự di chuyển cơ học của vật chất để hình thành nên các loại trầm tích lục địa – bồi tích, sườn tích, lũ tích v.v… Theo nghiên cứu của A. I. Pérelman [10], sự bóc mòn cơ học lớn hơn nhiều so với sự
bóc mòn hóa học. Tuy vậy, do tính chất đặc thù cho nên những vùng có khí hậu
ẩm và địa hình bằng phẳng thì sự bóc mòn hóa học lại diễn ra mạnh hơn. Ở
những vùng nhiệt đới, sự bóc mòn cơ học và bóc mòn hóa học chênh lệch nhau từ 3 đến 4 lần. 3.1.1.2 Sựảnh hưởng của rừng và thảm phủ thực vật Sự ảnh hưởng của rừng và thảm phủ thực vật đến thành phần chất lượng nước chỉ là gián tiếp. Rừng làm tăng độ nhám bề mặt lưu vực, giảm tốc độ dòng chảy và giảm lực tác dụng của mưa lên bề mặt lưu vực. Những tác dụng đó của rừng làm giảm xói mòn bề mặt lưu vực. Sự giảm xói mòn bề mặt lưu vực sẽ làm giảm quá trình rửa trôi và hòa tan các chất trong thổ nhưỡng. Do đó, rừng có tác dụng giảm hàm lượng của các chất trong thành phần hóa học của nước sông.
Cho đến nay, việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của rừng đến thành phần chất lượng nước mặt vẫn còn rất ít. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu của tác giả
Nguyễn Ngọc Anh thuộc Viện Qui hoạch thủy lợi miền Nam đã sơ bộ chỉ ra rừng và thảm phủ thực vật vừa là nguyên nhân trực tiếp vừa là nguyên nhân gián tiếp tác động tới thành phần chất lượng nước. Các nhân tố tác động đến rừng và thảm phủ thực vật bao gồm: sử dụng hóa chất trong trồng và phát triển rừng, rửa trôi, xói mòn đất do bị suy giảm tầng thảm thực vật; đất bị nén chặt hơn do sử
dụng các thiết bị khai thác rừng; lượng dòng chảy mặt tăng do cây cối bị chặt bỏ.
Trong kết quả nghiên cứu của mình, tác giả Nguyễn Ngọc Anh cũng đã có nhận xét sơ bộ về sự ảnh hưởng của rừng tới một số thông số chất lượng nước. Những nơi rừng và thảm phủ thực vật kém phát triển thì độ đục của nước sông thường lớn; nền nhiệt độ nước sông ở những khu vực có nhiều rừng có xu hướng giảm. Tuy nhiên tác giả cũng nhận định, sự ảnh hưởng của rừng và thảm phủ
Báo cáo tổng kết đề tài 46 thực vật đến thành phần chất lượng nước còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, cần phải có nghiên cứu riêng thì mới có đủ cơ sở khoa học đểđưa ra kết luận.