t2 t2 H2 Z2 t1 t1 H1 Z1 t2 t2 H2 Z2 t1 t1 H1 Z1
Bảng 3.3: Các thành phần tham gia hình thành trữ lượng tiềm năng nước dưới đất Vùng/lƣu vực sông Tầng chứa nƣớc Lớp chứa nƣớc VTN (1.000m3) QTN (m3/ngày) QKTTN (m3/ngày)
Tổng mùa mƣa mùa khô Tổng mùa mƣa mùa khơ
Rn qh mvQ23 8.833 12.864 9.905 2.959 13.129 10.109 3.020 amQ22 8.851 73.572 56.650 16.921 73.837 56.855 16.983 qp mQ1 128.778 67.140 51.697 15.442 71.003 54.672 16.331 Gianh qh mvQ23 48.467 27.138 20.896 6.242 28.592 22.016 6.576 amQ22 583.336 169.875 130.804 39.071 187.375 144.279 43.096 qp mQ1 83.839 150.756 116.082 34.674 153.271 118.018 35.252 Lý Hòa qh mvQ23 6.020 7.577 5.835 1.743 7.758 5.974 1.784 amQ22 46.695 60.531 46.609 13.922 61.932 47.688 14.244 qp mQ1 37.590 94.630 72.865 21.765 95.757 73.733 22.024 Dinh qh mvQ23 38.085 20.970 16.147 4.823 22.113 17.027 5.086 amQ22 21.867 36.477 28.088 8.390 37.133 28.593 8.541 qp mQ1 154.840 69.607 53.597 16.010 74.252 57.174 17.078 Nhật Lệ qh mvQ23 448.819 200.312 154.240 46.072 213.776 164.608 49.169 amQ22 166.513 399.147 307.344 91.804 404.143 360.855 107.788 qp amQ1 518.018 390.711 300.847 89.864 406.251 367.877 109.885 Tổng 2.262.000 1.781.000 1.371.000 409.700 1.850.000 1.250.000 425.000
3.4. Nguồn gốc và sự hình thành chất lượng nước dưới đất
3.4.1. Nguồn gốc nước dưới đất
Nguồn gốc NDĐ vùng nghiên cứu đƣợc xác định căn cứ theo kết quả tính tốn các tỷ số đặc trƣng [17,44,53,55,57] nêu trong bảng 3.4.
Bảng 3.4: Các tỷ số xác định nguồn gốc nước dưới đất
Các tỷ số Đặc trƣng Nguồn gốc hình thành NDĐ rCa2+/rMg2+ > 1 Liên quan đến nguồn gốc ngấm
0,5 Liên quan đến nguồn gốc biển
rNa+/rCl- > 1 Liên quan đến nguồn gốc sông
1 Liên quan đến nguồn gốc biển rSO42-x100/rCl > 20 Liên quan đến nguồn gốc ngấm
20 Liên quan đến nguồn gốc biển
rNa+/rHCO3- < 2 Liên quan đến nguồn gốc ngấm
2 Liên quan đến nguồn gốc biển
Nhằm phản ánh tính phân đới theo mùa và khơng gian địa lý, các kết quả phân tích thành phần vật chất trong NDĐ thuộc hai tầng chứa nƣớc (tầng qh và qp) và đƣợc chia thành hai mùa trong năm (mùa khô ứng với thời kỳ ít mƣa và và mùa mƣa ứng với thời kỳ mƣa nhiều).
Bảng 3.5: Hàm lượng các ion chủ yếu trong NDĐ
Đơn vị: mg/l
Các ion Tầng qh (mùa mƣa/mùa khô) Tầng qp (mùa mƣa/mùa khô) Lớn nhất Nhỏ nhất Trung bình Lớn nhất Nhỏ nhất Trung bình HCO3- 12,75 84,9 1,62 11,16 11,2 19,6 817,40 910,00 1,50 1,66 125,2 135,00 Cl- 54,70 15,60 1,06 0,51 31,18 11,14 1515,00 2120,00 3,13 5,30 148,00 205,70 SO42- 0,64 0,85 0 0,10 0,24 0,32 162,00 338,00 0,50 0,68 14,60 38,60 (Na+K)+ 31,44 82,54 0,01 0,02 28,58 45,46 106,00 124,00 17,50 35,00 25,70 56,20 Ca2+ 1,79 2,87 0,03 0,05 0,20 0,42 126,10 156,20 0,25 0,32 25,80 33,71 Mg2+ 1,14 1,65 0,01 0,20 0,15 0,21 34,60 36,79 0,12 0,17 1,88 3,65
Căn cứ vào tiêu chí xác định nguồn gốc NDĐ thơng qua các tỷ số đặc trƣng (bảng 3.4) và hàm lƣợng các ion chủ yếu trong nƣớc (bảng 3.5) có thể nhận thấy NDĐ vùng cát ven biển Quảng Bình tồn tại hai dạng nguồn gốc khác nhau: dạng thứ nhất có nguồn gốc ngấm từ nƣớc mƣa phân bố phần lớn trong tầng qh và một phần của tầng qp và dạng thứ hai có nguồn gốc từ nƣớc biển phân bố ở vùng cửa sông ven biển và phần tiếp giáp với nƣớc biển của tầng qp (bảng 3.6).
Bảng 3.6: Nguồn gốc NDĐ vùng cát ven biển Quảng Bình
Tầng chứa nƣớc Các tỉ số đặc trƣng Nguồn gốc rCa2+ rMg2+ rNa+ rCl- rSO42-x100 rCl- rNa+ rHCO3-
qh 1,39 1,11 23,09 2,15 Liên quan đến nguồn gốc ngấm qp 4,76 0.10 125,2 0,55 Liên quan đến nguồn gốc ngấm
0,43 1,19 12,77 2,34 Liên quan đến nguồn gốc biển
3.4.2. Sự hình thành và biến đổi của các thành phần chủ yếu trong nước dưới đất nước dưới đất
Sự hình thành và biến đổi thành phần hóa học NDĐ vừa gắn liền với nguồn gốc của chúng vừa chịu ảnh hƣởng của quá trình hình thành trữ lƣợng, vận động và tiếp xúc của nƣớc với môi trƣờng xung quanh.
Các quá trình chủ yếu quyết định đến khả năng thấm/ngấm xuống của nƣớc mƣa cung cấp cho tầng chứa nƣớc là thành phần thạch học, bề mặt địa hình và đặc trƣng của tầng chứa nƣớc, đƣợc biểu hiện bởi quá trình hỗn hợp nƣớc và vận chuyển vật chất trong nƣớc. Sự có mặt của vi khuẩn và vật chất hữu cơ trong thành phần các địa tầng và sự phân bố của nó ảnh hƣởng mạnh mẽ đến các quá trình oxy hóa - khử, điển hình là sự thay đổi hàm lƣợng bicacbonat trong nƣớc và từ đó ảnh hƣởng đến thành phần của các nguyên tố khác trong NDĐ. Ngồi ra cần kể đến vai trị của các nhân tố nhân tạo nhƣ khai thác nƣớc, xây dựng, đơ thị hóa, nơng nghiệp... làm ảnh hƣởng đến sự biến đổi chất lƣợng NDĐ trong trầm tích Đệ tứ vùng nghiên cứu.
Nghiên cứu chất lƣợng NDĐ có thể dựa trên sự hình thành thành phần hóa học của nó gồm các ion phổ biến là H+
1) Độ pH
Độ pH đƣợc đặc trƣng bằng hoạt tính hay nồng độ của H+ trong nƣớc và phụ thuộc vào sự phân ly của nƣớc. Độ pH quyết định mơi trƣờng hóa học trong các phản ứng của các thành phần vật chất trong nƣớc. Nƣớc có pH = 7 đặc trƣng mơi trƣờng trung tính, pH > 7 đặc trƣng mơi trƣờng kiềm và pH < 7 đặc trƣng môi trƣờng axit. Trong khu vực nghiên cứu, nƣớc mƣa thƣờng có tính axit cịn nƣớc biển hoặc phần NDĐ bị nhiễm mặn thƣờng có tính kiềm yếu.
Nƣớc có nguồn gốc ngấm từ nƣớc mƣa (có độ pH và hàm lƣợng các ngun tố đều thấp) thơng qua q trình hỗn hợp giữa nƣớc mƣa và NDĐ. Nƣớc mƣa ngấm vào tầng chứa nƣớc và tiếp xúc với NDĐ sẽ diễn ra quá trình trung hồ, làm cho nƣớc mƣa từ trạng thái axit thành trạng thái gần trung hoà và trung hồ. Trong đó, sự hịa tan canxit dƣới tác dụng của nƣớc mƣa là chủ yếu. Hàm lƣợng HCO3- từ đới thơng khí xâm nhập vào nƣớc ngầm có loại hình hố học bicacbonat, kết quả làm tăng tổng lƣợng bicacbonat và tăng pH của NDĐ.
2) Độ cứng
Độ cứng của NDĐ vùng nghiên cứu biến đổi theo từng vùng và tầng chứa nƣớc. Vùng Quảng Trạch và Bố Trạch và Đồng Hới nƣớc thuộc loại nƣớc mềm đến cứng, độ cứng trong khoảng 2,1 - 6,86 mg/l (tầng qp) và từ 1,2 - 2,5 mg/l (tầng qh). Riêng vùng nam Quảng Bình, nƣớc trong cả tầng qh và qp thuộc loại nƣớc mềm (độ cứng nằm trong khoảng 0,26 - 2,8 mg/l).
3) Ion clorua (Cl-)
Ion Cl- trong NDĐ bắt nguồn từ nƣớc biển thơng qua q trình bốc hơi, sau đó theo mƣa thấm vào NDĐ và một phần do xâm nhập mặn của các tầng chứa nƣớc ven biển, nhƣng phổ biến hơn là q trình hỗn hợp giữa nƣớc mƣa và NDĐ. Ngồi ra, nó cịn bắt nguồn từ q trình hịa tan khi có sự vận động của NDĐ qua mơi trƣờng đất đá có chứa các muối clorua natri (NaCl). Hàm lƣợng Cl-
thƣờng biến đổi theo thời gian và không gian phân bố. Đối với vùng nghiên cứu, NDĐ có nguồn gốc ngấm hàm lƣợng Cl- có xu hƣớng tăng vào mùa mƣa, những vùng đặc trƣng động thái triều vào mùa khô thƣờng cao hơn mùa mƣa và trong tầng qp thƣờng có cao hơn tầng qh, tại LK222 [23] giá trị
cao nhất tại khu vực đụn cát ven biển Đồng Hới là 2.120 mg/l vào mùa khô và 1.515 mg/l vào mùa mƣa, trung bình đạt 177,7 mg/l.
4) Ion bicacbonat (HCO3-)
Nƣớc mƣa khi tiếp xúc với NDĐ trƣớc tiên sẽ diễn ra quá trình trung hịa, làm cho nƣớc mƣa từ trạng thái axit thành trạng thái gần trung hồ và trung hồ. Khi đó các muối canxit đƣợc hòa tan và hàm lƣợng HCO3-
từ đới thơng khí xâm nhập vào NDĐ, kết quả làm tăng tổng lƣợng bicacbonat. Loại hình HCO3- thƣờng phổ biến đối với nƣớc có nguồn gốc ngấm, phân bố chủ yếu ở những khu vực đồi núi và phần đồng bằng trong vùng nghiên cứu.
5) Ion kali và ion natri (K+, Na+)
Ion K+, Na+ phổ biến trong nƣớc có nguồn gốc biển và một phần đƣợc hình thành do nƣớc vận động qua lớp đất đá trầm tích cát và sét, tỷ lệ Na+ thƣờng lớn hơn rất nhiều so với K+
bởi lẽ K+ dễ bị hấp phụ bởi đất sét và sinh vật cho nên quá trình nghiên cứu hay chọn Na+
hoặc tổng (Na + K)+ để so sánh. Na+ đƣợc hình thành chủ yếu do q trình hịa tan muối NaCl, điển hình đối với vùng ven biển khi có xâm nhập mặn thì hàm lƣợng Na+
trong NDĐ tăng lên rất nhiều, minh chứng cho thấy, đa phần nƣớc dọc theo các đụn cát ven biển thƣờng có hàm lƣợng (Na + K)+
cao và càng xuống sâu đến tầng qp chúng cao hơn so với trong tầng qh.
6) Ion caci và ion magie (Ca+, Mg+)
Từ q trình phong hóa hóa học, các khống vật chứa canci bị phá hủy và xâm nhập vào môi trƣờng dung dịch ở dạng bicacbonat, Ca2+
thƣờng có mặt trong trầm tích sét, đặc biệt là sét phong hóa và hay đi kèm với HCO3-
: CaCO3 + H2O + CO2 → Ca2+ + HCO3- (3.8)
Ca2+ có thể đƣợc hình thành do sự trao đổi hấp phụ với Na+ dƣới dạng: Na+hp + Ca2+dd → Na+
dd + Ca2+hp (3.9) Trong khi đó, Mg2+
có mặt trong vùng chủ yếu dƣới dạng các muối clorua hòa tan tốt và bắt nguồn từ nƣớc biển (nƣớc mƣa và xâm nhập mặn), nó thƣờng đi kèm với Ca2+
:
MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaCl2 (3.10)
mƣa thì HCO3-
xâm nhập vào NDĐ và Ca2+ thay thế Na+ từ quá trình trao đổi ion, kết quả làm tăng hàm lƣợng HCO3- trong NDĐ. Thơng thƣờng Ca2+ trong NDĐ ít diễn ra quá trình lắng đọng do bị thiếu hụt khi trao đổi với ion Na+ trong đới thơng khí. Mơi trƣờng tồn tại lúc này lại yêu cầu tăng pH (kiềm hoá) và tạo thành kiểu nƣớc mới: nƣớc bicacbonat kiềm nhân sinh.
Quá trình hỗn hợp nƣớc thƣờng diễn ra phức tạp, trong đó các q trình trầm đọng muối và sự kết hợp lẫn nhau giữa các nguyên tố dẫn đến thành phần hoá học của nƣớc thay đổi. Đối với NDĐ trong các tầng chứa nƣớc nằm nơng, chịu ảnh hƣởng của q trình ngấm từ nƣớc mƣa, có thể coi chúng là sản phẩm của quá trình hỗn hợp nƣớc mƣa và NDĐ trong tầng chứa nƣớc.
Theo số liệu về chất lƣợng nƣớc mƣa và NDĐ tầng qh có thể đánh giá đƣợc tỷ lệ tham gia của các nguyên tố hoá học từ nƣớc mƣa vào NDĐ theo công thức (1.2) và (1.3) (bảng 3.7).
Bảng 3.7: Tỷ lệ tham gia của nước mưa vào nước dưới đất
Đối tƣợng Hàm lƣợng trung bình các ion (mg/l)
Ca2+ Cl- HCO3- Mg2+ (K+Na)+ NO2- NO3- SO42- Nƣớc mƣa 0,17 15,4 11,6 0,01 0,12 0,001 0,01 0,03 Nƣớc dƣới đất 0,31 21,16 15,40 0,014 0,130 0,007 0,116 1,55 Nƣớc hỗn hợp 0,17 15,41 11,61 0,01 0,12 0,001 0,01 0,03 % 54,91 72,82 75,37 71,48 92,32 14,43 8,77 2,10 Nhƣ vậy, các ion cơ bản trong nƣớc mƣa gồm (K + Na)+
, Cl-, HCO3-, Ca2+, Mg2+ tham gia vào thành phần NDĐ là đáng kể hơn so với các ion khác. Điều này cũng minh chứng cho các thành phần trong NDĐ có nguồn gốc từ nƣớc mƣa, mặt khác mơi trƣờng khơng khí chƣa bị ảnh hƣởng của khói bụi cơng nghiệp hay q trình đơ thị hố.
7) Tổng chất rắn hòa tan (TDS)
TDS là đặc trƣng của tổng hàm lƣợng các ion phổ biến trong nƣớc nêu trên. Trong tầng qh vùng nghiên cứu (trừ vùng bị nhiễm mặn), TDS của NDĐ có biên độ biến đổi từ 0,1 - 0,46g/l (nƣớc siêu nhạt đến nhạt). Tầng qp phần giáp biển có TDS cao hơn do bị ảnh hƣởng bởi xâm nhập mặn với đẳng trị TDS = 1,0g/l nằm cách bờ biển khoảng từ 200 - 1.600m, riêng vùng cửa sơng,
ranh giới này có thể tiến sâu về phía thƣợng lƣu đến 15km (lƣu vực sơng Nhật Lệ và sơng Gianh) (hình 3.6).
3.4.3. Sự hình thành một số thành phần khác trong nước dưới đất
1) Các hợp chất nitơ
Phần lớn các hợp chất của nitơ trong NDĐ có nguồn gốc sinh hóa khi các vi sinh vật có khả năng tổng hợp nitơ hay phân hủy những vật chất hữu cơ tạo nên dạng các ion là NO2-
, NO3- và NH4+.
Trong điều kiện hiếm khí (trong mơi trƣờng nƣớc hoặc trong đất đá), chất hữu cơ bị sinh vật phân hủy thành NH4+
, nhƣng khi có mặt oxi chúng bị oxi hóa thành nitrit và nitrat:
NH4+ + O2 → NO2- + H2O (3.11) NO2- + O2 → NO3- + H2O (3.12)
Ion NO3- cịn có nguồn gốc vơ cơ, đặc biệt chúng đƣợc hình thành từ quá trình tổng hợp giữa nitơ và oxi trong khí quyển và đƣợc hịa tan trong nƣớc mƣa dƣới dạng axit HNO3, sau đó bị phân ly thành NO3-
tham gia vào thành phần NDĐ.
Nhìn chung, các hợp chất của nitơ trong NDĐ vùng cát ven biển Quảng Bình có hàm lƣợng khơng lớn nhƣng có sự biến động dƣới ảnh hƣởng của tính phân đới theo mùa của các yếu tố tự nhiên. Hàm lƣợng NH4+
, NO3- trong các tầng chứa nƣớc vào mùa khô hầu nhƣ đều cao hơn mùa mƣa, thời kỳ mùa mƣa, tầng chứa nƣớc Holocen có hàm lƣợng NO3-
trung bình từ 0,09 mg/l (vùng nam sông Nhật Lệ) đến 1,76mg/l (vùng Bố Trạch), điển hình một số tiểu vùng dọc theo các sơng Rn, Lý Hịa, Gianh và Nhật Lệ có hàm lƣợng NO3- trong mùa khô vƣợt Quy chuẩn đối với chất lƣợng nƣớc ngầm QCVN09:2008/BTNMT từ 1,1 - 2,6 lần, lý do có thể NDĐ bị tác động mạnh bởi các hoạt động dân sinh (bảng 3.8).
Hàm lƣợng NH4+
trong đa phần các mẫu nghiên cứu đều thấp (<0,1mg/l), Do tác động của nƣớc thải dân cƣ, tầng chứa nƣớc qh vùng hữu ngạn sơng Rn (xã Cảnh Dƣơng) và sông Gianh (xã Thanh Trạch) vào mùa khơ nƣớc đã có biểu hiện bị ô nhiễm ở mức vƣợt giới hạn cho phép đến 1,2 lần.
Bảng 3.8: Hàm lượng nhóm hợp chất nitơ trong nước dưới đất
Lƣu vực sông Thời gian
Hàm lƣợng trung bình (mg/l)
Tầng qh Tầng qp
NH4+ NO3- NH4+ NO3-
Roòn Mùa mƣa 0,06 1,26 0,09 1,42
Mùa khô 0,11 7,64 0,13 12,51
Gianh Mùa mƣa 0,08 1,25 0,09 1,76
Mùa khô 0,36 2,90 0,44 3,42
Lý Hòa Mùa mƣa 0,22 0,12 0,26 0,13
Mùa khô 1,2 9,56 1,3 13,29
Dinh Mùa mƣa 0,05 1,58 0,08 1,72
Mùa khô 0,31 3,12 0,37 3,36
Nhật Lệ Mùa mƣa 0,23 0,08 0,27 0,09
Mùa khô 0,56 0,14 0,64 0,28
QCVN09:2008/BTNMT 0,1 15 0,1 15
QCVN01:2009/BYT 3 50 3 50
Tầng chứa nƣớc qp có hàm lƣợng NO3- cao hơn ở tầng qh. Phần diện tích bị lộ ra trên mặt, hàm lƣợng NO3-
, NH4+ đều cao hơn phần bị phủ, đặc biệt những khu vực đông dân cƣ và vùng tiếp giáp với các tầng địa chất khác, những vùng có địa hình cao thƣờng có hàm lƣợng NO3-
, NH4+ lớn hơn.
2) Các ion và hợp chất kim loại
Trong NDĐ vùng nghiên cứu, các ion sắt thƣờng tồn tại dƣới dạng Fe2+ , Fe3+. Chúng đƣợc hình thành chủ yếu do q trình phong hóa đá gốc, tồn tại nhiều trong trầm tích laterit, trong lớp thổ nhƣỡng dƣới tác dụng của oxi và vi sinh vật. Trong điều kiện thiếu oxi, nhiều CO2, trong nƣớc thƣờng xuất hiện hợp chất Fe(OH)2, ngƣợc lại, ở điều kiện thừa oxi, trong nƣớc sắt ở dạng Fe(OH)3. Sự chuyển hóa của các ion sắt trong nƣớc đƣợc biểu diễn dƣới các phƣơng trình hóa học nhƣ sau:
Fe2+ + 2HCO3- +2H2O Fe(OH)2 + 2H2CO3 (3.13) 4Fe(OH)2 + O2 + H2O 4Fe(OH)3 (3.14)
Fe(OH)3 Fe3+
+ 3OH- (3.15)
phân tích năm 2008 ít biến động so với các kết quả trƣớc đó (năm 2004, 2007) [9,66,76,77]. Trong mơi trƣờng các đá trầm tích, chúng có xu hƣớng di chuyển khá mạnh mẽ, tăng dần theo mặt cắt từ lớp dƣới cùng lên lớp trên cùng (bảng 3.9).
Bảng 3.9: Phân bố hàm lượng sắt trong nước dưới đất
Lƣu vực sông Hàm lƣợng Fe2+ mùa khô/mùa mƣa(mg/l) Hàm lƣợng Fe3+ mùa khơ/mùa mƣa(mg/l) Lớn nhất Nhỏ nhất Trung bình Lớn nhất Nhỏ nhất Trung bình Rn 0,48/0,32 0,16/0,12 0,23/0,14 0,36/0,34 0,12/0,05 0,15/0,11 Gianh 2,26/1,40 0,14/0,11 0,36/0,25 0,54/0,47 0,10/0,05 0,20/0,15 Lý Hòa 1,05/0,86 0,56/0,12 0,84/0,41 2,16/1,38 0,23/0,04 0,42/0,39 Dinh 1,21/0,46 0,23/0,01 0,56/0,14 1,25/0,57 0,18/0,11 0,45/0,16