Nguyên nhân nhiễm mặn môi trường nước dưới đất khu vực Tây Bắc Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên

Chuyên đề I, tháng 3 năm 202156 NGUYÊN NHÂN NHIỄM MẶN MÔI TRƯỜNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT KHU VỰC TÂY BẮC TUY HÒA, TỈNH PHÚ YÊN Phan Đức Lệnh 1 Huỳnh Huy Việt 2 1 Trường Cao đẳng Công Thương miền Trung 2 Chi cục Bảo vệ môi trường Phú Yên TÓM TẮT Khu vực nghiên cứu thuộc thôn Tường Quang, xã Hòa Kiến, thành phố (TP) Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên. Nước dưới đất nơi đây đang bị nhiễm mặn và cấp thiết được nghiên cứu, đánh giá nguyên nhân để đề xuất giải pháp BVMT nước dưới đất một cách bền vững. Kết quả nghiên cứu cho thấy, nước dưới đất có loại hình là clorua - bicarbonat - natri - canci, nhiễm mặn nhẹ, vị lợ. Phân tích thủy địa hóa thể hiện nồng độ ion Na+ và Cl- trong nước cao và được gây ra bởi quá trình hòa tan halite có trong tầng chứa nước. Halite hình thành do quá trình bay hơi từ nước nước biển nhưng không phải do nước biển hiện nay xâm nhập vào tầng chứa nước, mà có thể liên quan đến nguồn nước biển cổ đã bị bẫy lại trong cấu trúc tầng chứa nước dạng trũng và bị chôn vùi cùng vật liệu trầm tích của tầng chứa nước theo thời gian địa chất. Từ khóa: Nhiễm mặn nước dưới đất, thủy địa hóa, nước biển cổ, Tây Bắc TP. Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên. Nhận bài: 27/3/2021; Sửa chữa: 30/3/2021; Duyệt đăng: 31/3/2021. 1. Đặt vấn đề Khu vực nghiên cứu có vị trí về phía Tây Bắc của TP. Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên (Hình 1a-c). Năm 2019, theo thông tin từ người dân về môi trường nước dưới đất nơi đây bị nhiễm mặn, nước có vị lợ và xuất hiện nhiều bụi phấn trắng bám trên thành nồi khi đun sôi. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành khảo sát thực địa và ghi nhận rằng nước dưới đất tại thôn Tường Quang có vị hơi mặn, mực nước ngầm cách mặt đất ở độ sâu từ 8-10 m, nước trong và mát. Tuy nhiên, khảo sát mở rộng tại các vùng lân cận về phía Đông vùng nghiên cứu thuộc các xã An Phú, Bình Kiến và TP. Tuy Hòa thì nước dưới đất có vị ngọt, mát, không bị nhiễm mặn, chất lượng nước tốt. Như vậy, vấn đề đặt ra là cần phải xem xét môi trường nước dưới đất tại thôn Tường Quang bị nhiễm mặn là do đâu và theo phương thức nào trong khi nước dưới đất tại các vùng lân cận gần biển hơn nhưng lại không bị nhiễm mặn. Xuất phát từ vấn đề nêu trên, mục tiêu nghiên cứu hướng đến việc xác định nguyên nhân và đề xuất giải pháp bảo vệ bền vững môi trường nước dưới đất tại khu vực nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin mới về đặc điểm thủy địa hóa nước dưới đất tại thôn Tường Quang, đồng thời cung cấp nguồn tài liệu khoa học tương tự nghiên cứu các khu vực nhiễm mặn khác trên địa bàn tỉnh Phú Yên. ▲Hình 1. Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu. (a) Vị trí tỉnh Phú Yên trên sơ đồ Việt Nam; (b) Vị trí TP. Tuy Hòa thuộc tỉnh Phú Yên; (c) Vị trí khu vực nghiên cứu 2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu - Đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn trong khu vực nghiên cứu kể cả các vùng lân cận xung quanh dựa trên cơ sở các tài liệu nghiên cứu địa chất đã công bố: Tiến hành khảo sát thực địa đánh giá diễn biến nhiễm mặn môi trường nước dưới đất, kết hợp lấy mẫu nước dưới đất phân tích thành phần hóa học chính trong phòng thí nghiệm. - Đặc điểm thủy địa hóa nước dưới đất dựa trên kết quả phân tích thành phần hóa học các ion chính trong nước dưới đất: Mối tương quan giữa nồng độ các ion được đánh giá theo phương pháp đồ thị và biểu đồ đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều tài liệu nghiên cứu [1], [2], [3] là cơ sở để luận giải được nguồn gốc hình KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ Chuyên đề I, tháng 3 năm 2021 57 thành và đặc tính thủy địa hóa của nước dưới đất tại khu vực nghiên cứu. 3. Kết quả nghiên cứu 3.1. Đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu Trên cơ sở tài liệu nghiên cứu địa chất, địa chất thủy văn đã được công bố [4] cho biết rằng nước dưới đất tại khu vực nghiên cứu được tàng trữ trong môi trường lỗ hổng của vật liệu bở rời, thành phần gồm cát thạch anh pha dăm, sạn nguồn gốc sông biễn hỗn hợp (am), tuổi Holocene (qh), nước dưới đất thuộc loại nước ngầm (nước không áp), bề dày của tầng chứa nước trung bình khoảng 15 m, hệ số thấm của vật liệu tầng chứa trung bình khoảng 8 - 10 m/ngày-đêm, độ sâu mực nước từ 8-10 m, tầng chứa nước hầu hết lộ ra trên mặt đất. Nằm tiếp xúc bên dưới tầng chứa nước là đá nền rắn chắc thành phần là đá magma xâm nhập granite của phức hệ Định Quán tuổi Jura thượng (J3) và Ryolite tuf của Hệ tầng Nha Trang tuổi Cretaceous (K), mức độ chứa nước rất kém hoặc không chứa nước (Hình 2a-b). Nước dưới đất bị nhiễm mặn phân bố cục bộ trong khu vực nghiên cứu (Hình 2a, vùng bao quanh màu đỏ). Trên mặt cắt địa chất thủy văn theo A-B (Hình 2b), khu vực có nước dưới đất bị nhiễm mặn có cấu trúc địa chất dạng bồn trũng, tầng chứa nước được bao xung quanh bởi các thành tạo đá rắn chắc của phức hệ Định Quán (J3) và Ryolite tuf của Hệ tầng Nha Trang (K). 3.2. Đặc điểm thủy địa hóa nước dưới đất Nhóm nghiên cứu đã tiến hành khảo sát thực địa địa chất, địa chất thủy văn, kết hợp lấy 5 mẫu nước dưới đất gồm 2 mẫu nước trong vùng bị nhiễm mặn thuộc xã Hòa Kiến, 3 mẫu nước tại các vùng xung quanh các xã An Phú, Bình Kiến và rìa phía Bắc của TP. Tuy Hòa (Hình 2a). Mẫu nước được lấy tại giếng đào vào mùa khô (tháng 5) - đại diện tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích bở rời, bằng máy bơm hút cấp nước sinh hoạt của hộ dân, độ sâu lấy mẫu cách mực nước trong giếng khoảng 2-3 m. Bình chứa mẫu loại nhựa Polyetylen có nắp vặn, thể tích 2 lít, bình được rửa vệ sinh ba lần bằng nước giếng đào, mẫu nước được dán nhãn bên ngoài bình chứa và ghi đầy đủ các nội dung theo TCVN 6663- 11:2011 - Hướng dẫn lấy mẫu nước ngầm. Mẫu được bảo quản tránh ánh sáng mặt trời và đưa về phòng thí nghiệm ngay sau lấy mẫu. Kết quả phân tích hóa học mẫu nước dưới đất được tổng hợp ở Bảng 1. Mẫu nước tại khu vực nghiên cứu ký hiệu TQ-qh-N1 và TQ-qh-N2 có loại hình nước theo Kurlov là clorua -bicarbonat -natri -canci, hàm lượng các ion thay đổi theo hướng (Na + K)+ > Ca2+ > Mg2+ và Cl- > HCO3-, tổng độ khoáng hóa từ 1,1 g/l đến 1,2 g/l, nước lợ. Các mẫu nước dưới đất ở khu vực lân cận có loại hình là bicarbonat - clorua - natri - canci (mẫu AP - qh - N3 và BK - qh - N4) và nước bicarbonat - clorua - natri - canci - magie (mẫu TP - qh - N5), hàm lượng các ion xu hướng thay đổi (Na + K)+ > Ca2+ > Mg2+ và HCO3 > Cl-. Biểu đồ Piper thể hiện tương quan giữa các ion chính trong nước dưới đất như Hình 3. Hai mẫu nước dưới đất tại khu vực nghiên cứu ký hiệu TQ - qh - N1 và TQ - qh - N2 thuộc nhóm clorua - natri (khoảnh 1). Các mẫu còn lại tại các vùng lân cận thuộc nhóm nước xáo trộn (khoảnh 2). Đồ thị Gibss tương quan giữa các hệ số Na+/(Na+ + Ca2+) and Cl-/(Cl- + HCO3-) với TDS (mg/l) của các mẫu nước như Hình 4. Hai mẫu nước tại khu vực nghiên cứu nằm trong phạm vi xảy ra quá trình phong hóa đất đá và tương tác nước với đất đá. Tuy nhiên vị trí phân bố hai mẫu nước cũng nằm gần ranh giới giữa hai quá trình phong hóa đất đá với bay hơi (Hình 4 a-b). Điều này chứng tỏ, đặc tính thủy địa hóa nước dưới đất tại khu vực nghiên cứu được quyết định bởi hai quá trình gồm phong hóa đất đá, tương tác trao đổi ion và hòa tan khoáng vật bay hơi kết tủa, trong đó quá trình phong hóa, tương tác trao đổi ion xảy ra phổ biến hơn. Các mẫu nước dưới đất tại các vùng lân cận phản ánh quá trình phong hóa và tương tác trao đổi ion là chính. Đồ thị Scatter thể hiện mối quan hệ giữa các ion Ca2+, Mg2+, Na+, HCO3- cho thấy rằng nồng độ các cation Ca2+, Mg2+, Na+ trong nước dưới đất trong khu vực nghiên cứu và vùng lân cận là do quá trình phong hóa, trao đổi ion trong các khoáng vật silicate và quá trình hòa tan bay hơi khoáng halite (Hình 5a và b). Các mẫu nước tại vùng nghiên cứu có hệ số Na+/ Cl- nằm trên đường có nồng độ Na+ và Cl- bằng nhau (Hình 5c) và các ion đều có nguồn gốc tự nhiên (Hình 5d). Như vậy chứng tỏ rằng ion Na+ và Cl- trong nước dưới đất tại vùng nghiên cứu có nguồn gốc tự nhiên, chủ yếu là do sự hòa tan khoáng vật halite (muối biển). Hệ số Ca2+/Mg2+ nằm bên dưới đường thẳng Ca2+ = Mg2+ cho thấy, nồng độ Ca2+ cao hơn Mg2+ rất nhiều ▲Hình 2. Bản đồ địa chất thủy văn khu vực TP. Tuy Hòa (Bản đồ được biên tập dựa trên Tờ bản đồ địa chất thủy văn đô thị Tuy Hòa tỷ lệ 1:25.000, năm 1995), (a) Bản đồ địa chất thủy văn trên mặt, (b) Mặt cắt địa chất thủy văn theo phương A-B. Chuyên đề I, tháng 3 năm 202158 Bảng 1. Tổng hợp kết quả phân tích hóa học mẫu nước dưới đất Mẫu nước Cation Anion Độ cứng tổng 0H Loại hình hóa học nước (theo Kurlov) (Na+K)+ mg/l mgđl/l %mgđl Ca2+ mg/l mgđl/l %mgđl Mg2+ mg/l mgđl/l %mgđl Fe mg/l mgđl/l %mgđl Cl- mg/l mgđl/l %mgđl HCO3- mg/l mgđl/l %mgđl SO42- mg/l mgđl/l %mgđl TQ- qh-N1 260,0 11,03 69,5 80,16 4,01 25,3 9,73 0,81 5,1 0,53 0,024 0,2 392.52 11,06 70,62 280,60 4,60 29,38 13,44 TQ- qh-N2 258,06 11,22 60,75 112,22 5,61 30,38 19,46 1,62 8,77 0,62 0,02 0,10 400,5 11,28 66,12 329,40 5,40 31,65 18,12 0,38 2,23 20,17 AP- qh-N3 95,45 4,15 57,88 44,09 2,20 30,68 9,73 0,81 11,30 0,44 0,01 0,14 80,00 2,25 31,38 273,40 4,48 62,48 21,25 0,44 6,14 8,40 ,9962 3158 31 3 62 ,430 2 005,0 pHCaNa ClHCOMCo BK- qh-N4 14,72 0,64 39,26 11,02 0,55 33,74 4,86 0,41 25,15 0,80 0,03 1,85 25,00 0,70 42,94 48,9 0,80 49,08 12,5 0,13 7,98 2,80 9,62 25 2 2539 42 3 49 12,0 2 007,0 pHMgCaNa ClHCOMCO TP- qh-N5 50,07 2,18 49,6 40,08 2,00 45,56 2,43 0,2 4,55 0,46 0,013 0,23 65,1 1,83 41,69 134,20 2,20 50,11 17,5 0,36 8,20 6,16 46,62 4650 42 3 50 31,0 2 02,0 pHCaNa ClHCOMCO ▲Hình 3. Đồ thị Piper của các mẫu nước ▲Hình 4. Đồ thị Gibbs tương quan giữa các ion chính và tổng chất rắn hào tan (TDS, mg/l) trong nước dưới đất ▲Hình 5. Đồ thị Scatter biểu diễn quan hệ giữa các ion trong nước dưới đất vùng nghiên cứu và vùng lân cận (Hình 5e). Điều này chứng tỏ nguồn cung cấp ion Ca2+ và Mg2+ trong nước dưới đất tại khu vực nghiên cứu không phải chính từ quá trình hòa tan các khoáng vật carbonate mà là từ quá trình hòa tan khoáng silicate tại chỗ và cũng không là quá trình hòa tan trao đổi ion giữa nước dưới đất với nước biển hiện đại do quá trình xâm nhập mặn. 4. Kết luận 4.1. Đặc điểm thủy địa hóa và nguyên nhân nhiễm mặn môi trường nước dưới đất tại khu vực nghiên cứu - Nước dưới đất tại khu vực nghiên cứu có loại hình nước theo Kurlov là clorua - bicarbonat - natri - canci, tổng độ khoáng hóa 1,1-1,2 g/l, nước nhiễm mặn nhẹ, KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ Chuyên đề I, tháng 3 năm 2021 59 vị lợ. Nước dưới đất tại các vùng lân cận có loại hình là bicarbonat - clorua - natri - canci, tổng độ khoáng hóa từ 0,21-0,43 g/l, nước nhạt. - Nguyên nhân nhiễm mặn nước dưới đất là do độ khoáng hóa hơi cao và chiếm ưu thế bởi hợp phần ion Cl- và Na+ có nguồn gốc từ quá trình hòa tan muối biển. Các ion còn lại trong nước có nguồn gốc từ hai quá trình chủ yếu gồm quá trình phong hóa đất đá trao đổi ion giữa nước - đất đá và quá trình hòa tan bay hơi. Quá trình xáo trộn nước không là quá trình chính cung cấp các hợp phần ion có trong nước dưới đất nơi đây. - Sự nhiễm mặn môi trường nước dưới đất tại khu vực nghiên cứu theo phương thức hòa tan muối biển có trong trầm tích nguồn gốc biển cấu tạo tầng chứa nước. Sự xâm nhập mặn từ biển không là nguyên nhân nhiễm mặn nước dưới đất trong vùng nghiên cứu. Cấu trúc tầng chứa nước (như Hình 2b) thể hiện dạng bồn trũng được lấp đầy trầm tích nguồn gốc sông biển hỗn hợp (amQ) và một lượng nước biển cổ có thể được trữ lại trong lịch sử địa chất. Theo thời gian, sự ngấm nước mưa (nguồn nước mặt chính trong khu vực nghiên cứu) vào trong tầng chứa nước làm pha loãng nồng đồ muối và làm cho nước trở nên nhạt hóa. 4.2. Định hướng các giải pháp BVMT nước dưới đất - Thực hiện các giải pháp bổ cập nhân tạo nước dưới đất sử dụng nguồn nước mưa để tăng cường pha loãng nồng độ muối và làm ngọt hóa nước dưới đất. - Vật liệu tầng chứa nước có tính thấm cao (hệ số thấm 8-10 m/ngày, đêm) nên khả năng ngấm nước trên mặt vào tầng chứa nước là rất cao. Do đó, cần thực hiện các giải pháp đề phòng sự ngấm của nước thải trên mặt làm ô nhiễm nước dưới đất. - Hạn chế khai thác và quản lý chặt chẽ hoạt động khai thác nước dưới đất tại các khu vực gần biển đề phòng xâm nhập mặn từ biển và làm ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước các khu vực lân cận■ TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Faiza, S., Belgacem, A., Faten, T., Abdelkader, C., Adel, K., 2018. Groundwater salinization and seawater intrusion tracing based on Lithium concentration in the shallow aquifer of Jerba Island, southeastern Tunisia. Journal of African Earth Sciences 138, 233-246. 2. Mahlknecht, J., Merchána, D., Rosner, M., Meixner, A., Ledesma-Ruiz, R., 2017. Assessing seawater intrusion in an arid coastal aquifer under high anthropogenic influence using major constituents, Sr and B isotopes in groundwater. Science of the Total Environment 587-588, 282-295. 3. Sara, M., Abdelkader, Y., Abdelkader, H., Mustapha, S., Soufiane, T., 2018. Groundwater salinization process in the coastal aquifer Sidi Abed-Ouled Ghanem (Province of El Jadida, Morocco). Journal of African Earth Sciences 147, 169-177. 4. Ngô Tuấn Tú, 1995. Báo cáo điều tra địa chất đô thị vùng đô thị Tuy Hòa. Liên đoàn Quy hoạch và điều tra tài nguyên nước miền Trung, Nha Trang. SALINIZATION CAUSES IN GROUNDWATER ENVIRONMENT OF NORTHWEATERN TUY HOA CITY, PHU YEN PROVINCE Phan Duc Lenh Mientrung industry and trade College Huynh Huy Viet Phu Yen province environmental protection agency ABSTRACT Study area is located in Tuong Quang hamlet, Hoa Kien commune, Tuy Hoa city, Phu Yen province. Groundwater is in salinization process, that causes must be studied and assessed to propose the effective methods for groundwater environment protection. The study results indicate that groundwater type is chloride - bicarbonate - sodium - calcium, low-mild salt concentration, brackish water. Hydrogeochemical analyses of groundwater samples show the high concentration of Na+ and Cl- ions as being due to halite dissolution, suggesting that halite origin results from seawater evaporation. However, seawater origin is not from modern seawater intrusion but may be from trapping and burying of paleo-seawater with the basinal geological structure and sedimentary materials as a syn-sedimentary process during geological duration. Key word: Groundwater salinization, hydrogeochemitry, paleo-seawater, northwestern Tuy Hoa city, Phu Yen province.