Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật đồng vị để đánh giá mối quan hệ giữa nước ngầm và nước bề mặt khu vực hà nội

bộ khoa học và công nghệ
viện năng lợng nguyên tử việt nam

báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp bộ

nghiên cứu sử dụng kỹ thuật đồng vị
để đánh giá mối quan hệ giữa nớc ngầm
và nớc bề mặt khu vực hà nội

chủ nhiệm đề tài: Ks trịnh văn giáp
Viện KHKT Hạt nhân

6092
14/9/2006

hà nội - 2006


Bộ khoa học và công nghệ
Viện năng lợng nguyên tử Việt Nam

Báo cáo
kết quả đề tài khoa học công nghệ cấp bộ
năm 2004-2005

Tên đề tài:

Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật đồng vị
để đánh giá mối liên hệ giữa nớc ngầm
và nớc bề mặt khu vực hà nội

M số : BO / 04 / 04 - 02

Đơn vị chủ trì : Viện khoa học và Kỹ thuật hạt nhân
Chủ nhiệm đề tài: KS . Trịnh Văn Giáp

Hà Nội -2006


Danh sách cán bộ thực hiện:

1. KS. Trịnh Văn Giáp

Chủ nhiệm đề tài

2. CN. Đinh Bích Liễu

Viện Khoa học và kỹ thuật hạt nhân

3. CN. Đặng Anh Minh

-nt-

4. ThS.. Võ Thị Anh

-nt-

5. ThS. Bùi Đắc Dũng

-nt-

6. KS. Lê Tiến Quân

-nt-

7. CN. Nguyễn Thị Hồng Thịnh

-nt-

8. TC. Nguyễn Mạnh Hùng

-nt-

9. KS. Nguyễn Văn Hoàn

-nt-

10. KS.Tống Ngọc Thanh

Liên đoàn Địa chất Thuỷ văn và Công
trình Miền Bắc

11.KS. Nguyễn Văn Hải

-nt-

1


Mục tiêu đề tài:
Sử dụng các số liệu về đồng vị để đánh giá mối liên hệ giữa các nguồn

nớc bề mặt nh Sông Hồng, các sông thoát nớc, các hồ lớn với các tầng
chứa nớc khu vực Hà nội, đồng thời đánh giá khả năng bổ cấp của nớc
sông Hồng cho nớc ngầm khu vực gần sông.
Đề tài còn nhằm triển khai một phần nội dung của dự án VIE/8/016
Nội dung đề tài:
1. Thu thập các số liệu cần thiết về địa chất thủy văn để chọn điểm lấy mẫu
nớc ngầm trên mạng lới quan trắc quốc gia, mạng lới quan trắc Hà nội
và một số giếng khoan đang khai thác nớc ngầm tại các nhà máy nớc.
2. Tiến hành thu thập mẫu nớc bề mặt theo tháng, bao gồm: Nớc Sông
Hồng, sông Nhuệ và một số hồ lớn khu vực Hà nội. Thu thập mẫu nớc
ngầm ở 30 điểm trong hệ thống quan trắc nớc nớc ngầm và 10 nhà máy
nớc (lấy theo mùa) khu vực Hà nội.
3. Phân tích thành phần hóa học của các mẫu nớc với các chỉ tiêu: Nhiệt
độ, pH, độ dẫn điện, các ion SO42-, HCO3-, NO3-, Cl-, K+, Na+, Ca2+, Mg2+,
NH4+.
4. Phân tích tỷ số đồng vị 18O/16O, D/H trên khối phổ kế tỷ số đồng vị, hàm
lợng đồng vị H-3 bằng phơng pháp làm giàu điện phân và phổ kế nhấp
nháy lỏng của các mẫu nớc đ thu thập trong phòng thí nghiệm.
5. Xử lý kết quả phân tích, đa ra các đánh giá về mối liên hệ giữa nớc
ngầm với các nguồn nớc bề mặt.
6. Viết báo báo tổng kết các kết quả của đề tài và đa ra các kiến nghị cần
thiết.

2


Mục lục:
Trang
Phần 1. Mở đầu
Phần 2. Tổng quan

2.1 Sơ lợc về đặc điểm địa chất thủy văn khu vực nghiên
cứu
2.2 Các nguồn bổ cấp
2.3 Phơng pháp nghiên cứu của đề tài.
2.4 Cơ sở số liệu của của đề tài
Phần 3. Thu thập mẫu và phân tích
Phần 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
4.1. Thành phần hóa học trong nớc ngầm.
4.2 Thành phần đồng vị trong nớc ma
4.3 Thành phần đồng vị trong nớc mặt
4.4 Thành phần đồng vị trong nớc dới đất
Phần 5. Kết luận
Những kiến nghị.
Tài liệu tham khảo
ANNUAL REPORT
Tổng kết tình hình sử dụng kinh phí đề tài
Phụ lục.

3

5
6
6
7
8
9
10
11
11

13
18
22
37
38
40
41
43


Cỏc t khúa
14

C (C-14): ng v cỏc-bon 14
O (O-18): ng v ụ xy 18
2
H (H-2 hoặc D): ng v tờri
3
H (H-3 hoặc T): ng v triti
14
N (N-14): ng v nit 14
Cpm: S m trong 1 phỳt
TU: Đơn vị đo hàm lợng đồng vị triti trong nớc
18O (Delta O-18): Biểu thức Delta chỉ thành phần đng v ụ xy 18
2H (Delta H-2): Biểu thức Delta chỉ thành phần đng v tờri
GMWL: Đờng nớc khí tợng toàn cầu
IAEA: C quan Nng lng nguyờn t Quc t
INST: Vin Khoa hcv k thut ht nhõn
VAEC; Viện Năng lợng Nguyên tử Việt nam
VSMOW: Mẫu chuẩn của IAEA tại Viên (áo)

18

4


Phần 1. M U.
Kỹ thuật đồng vị đ đợc sử dụng ở Miền Bắc nớc ta bắt đầu từ những
năm 80 để nghiên cứu về tuổi và nguồn gốc nớc ngầm của đồng bằng Bắc
Bộ [1, 2]. Trong nghiên cứu trên 48 mẫu nớc bao gồm 39 mẫu nớc nớc
ngầm, 3 mẫu nớc ma và 6 mẫu nớc sông đ đợc thu thập và gửi đi phân
tích thành phần đồng vị bền 18O, 2H và đồng vị phóng xạ 14C, 3H tại các
phòng thí nghiệm ở các nớc Đông Âu. Trong 2 năm 2000-2001, kỹ thuật
đồng vị đợc sử dụng để nghiên cứu nguồn gốc nớc ngầm khu vực Hà nội
[3], với đồng vị 14C đợc nghiên cứu và đo tại Việt nam, thành phần đồng vị
bền 18O, 2H đợc phân tích tại phòng thí nghiệm thuỷ văn đồng vị ở Bombay
(ấn Độ). Tất cả các kết quả của các nghiên cứu trên mới chỉ đa ra đánh giá
ban đầu về tuổi và nguồn gốc nớc ngầm khu vực Hà Nội và Đồng bằng Bắc
Bộ vì số lợng mẫu thu thập để phân tích thành phần đồng vị bền cũng nh
đồng vị phóng xạ còn ở mức khiêm tốn.
Trong khuôn khổ dự án viện trợ kỹ thuật của IAEA (VIE/8/016) và dự án
đầu t chiều sâu của Bộ Khoa học và Công nghệ cho Viện Khoa học và Kỹ
thuật hạt nhân, các thiết bị của dự án cho phép phân tích thành phần đồng vị
bền 18O, 2H và đồng vị phóng xạ 3H tại phòng Thuỷ văn đồng vị của Viện
Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân.
Trong khu vực Hà nội, nớc dùng cho sinh họat, sản xuất phần lớn lấy từ
nớc ngầm với lợng khai thác gần 450.000 m3/ngày. Do lợng khai thác
ngày càng tăng đ làm nẩy sinh nhiều vấn đề đối với nớc ngầm khu vực Hà
nội nh: Mực nớc ngầm ngày càng hạ thấp và diện tích hạ thấp cũng đang
mở rộng; Nhiễm bẩn bởi các hợp chất nh NH4+, NO3- và một số kim lọai
nặng...

Việc sử dụng kỹ thuật đồng vị và kỹ thuật liên quan để đánh giá một số
tác động do con ngời gây ra đến chất lợng nớc ngầm khu vực Hà nội đ
đợc một số các nhà khoa học Việt nam kết hợp với các chuyên gia nớc
ngòai tiến hành, một số kết quả đ báo cáo trong tài liệu: Technical Report
WC/96/22, Keyworth, Nottingham, British Geological Survey, 1996 [4].
Trong 2 năm 2000, 2001, trong khuôn khổ đề tài cấp Bộ do PGS.TS. Hoàng
Đắc Lực làm chủ nhiệm, kỹ thuật đồng vị đ đợc sử dụng để đánh giá tuổi
và nguồn gốc nớc ngầm ở một số khu vực của đông bằng Bắc Bộ. Trong khi
tiến hành các nghiên cứu trên, các mẫu nớc ngầm đều gửi đi nớc ngòai để
phân tích đồng vị bền và đồng vị phóng xạ H-3, số lợng mẫu phân tích
không nhiều nên mới đa ra một số đánh giá ban đầu về nguồn gốc nớc
ngầm khu vực Hà nội là phần lớn từ nớc bề mặt (từ sông Hồng).
Để tăng khả năng khai thác nớc ngầm phục vụ cho sinh họat và sản xuất,
các đơn vị khai thác nớc ngầm đang mở rộng các giếng khai thác về phía
5


Sông Hồng. Đánh giá đợc lợng bổ cấp từ nớc Sông Hồng vào nớc ngầm
sẽ giúp các cơ quan quản lý nớc có kế họach khai thác nớc ngầm một các
hợp lý. Đó chính là nội dung chính của đề tài thực hiện trong 2 năm 20042005.
Phần 2. Tổng quan
2.1 Sơ lợc về đặc điểm địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu
Thành phố Hà nội là thủ đô của Việt nam, nằm ở trung tâm của đồng
bằng Bắc Bộ thuộc lu vực Sông Hồng, dân số của Hà Nội khoảng 3 triệu
ngời và khoảng 1 triệu ngời khác thờng xuyên ra vào thành phố mỗi
ngày. Hà nội là trung tâm công nghiệp quan trọng của đất nớc,
Hà nội nằm trên vùng trầm tích bở rời có nguồn gốc đất bồi và nguồn
gốc biển với chiều dày từ 50 đến 90 mét, trầm tích này chứa một lợng lớn
nớc ngầm, là nguồn cung cấp nớc quan trọng cho thành phố, tầng chứa
nớc cung cấp chủ yếu cho thành phố Hà nội có tên là tầng nớc Hà nội.

Đây là tầng chứa nớc bán hạn chế và phía trên đợc phủ bởi các lớp cát,
phù sa và sét có chiều dày tối thiểu từ 20 đến 40 mét. Hiện tại có 10 nhà máy
nớc phân bố trong và xung quanh thành phố đang khai thác nớc ngầm mỗi
ngày đêm khoảng 450,000 m3 cung cấp cho thành phố. Mặc dù thành phố Hà
nội nằm kề bên Sông Hồng với nguồn nớc mặt dồi dào, nhng nớc ngầm
vẫn là nguồn cung cấp chính cho thành phố ví giá thành xử lý nớc Sông
Hồng khá cao,
Nguồn nớc thải của thành phố phần lớn đợc đa trực tiếp vào các
mơng thoát nớc và đổ vào Sông Hồng. Các sông Tô Lịch, sông Lừ và sông
Nhuệ là nguồn thoát nớc thải chính của thành phố. Các chất thải rắn đợc
thu gom hàng ngày và chôn cất tại một số vùng xung quanh thành phố,
Khí hậu trong vùng đặc trng là có 2 mùa rõ rệt, mùa ma nóng từ
tháng 5 đến tháng 10; Mùa khô lạnh từ tháng 11 đến tháng 4; Nhiệt độ trung
bình hàng năm trong mùa ma là 29oC và trong mùa khô là 16oC. Lợng
ma trung bình hàng năm trong vùng dao động trong khoảng 1700 mm.
Trung bình khoảng 80 đến 90% lợng ma trên xảy ra trong mùa ma,
Lợng nớc bay hơi trung bình hàng năm dao động trong khoảng 1025
mm. Lợng bổ cấp từ nớc ma cho nớc ngầm bị hạn chế trong mùa ma;
Trong mùa khô, lợng bay hơi vợt quá lợng ma, kết quả là quá trình thấm
của nớc ma vào nớc ngàm bị hạn chế,
Sông Hồng là con sông quan trọng nhất ở Miền Bắc của Việt nam, nó
bắt nguồn từ vùng thoát nớc rộng lớn của tỉnh Vân Nam Trung Quốc. Khi
chảy qua vùng Hà nội, đáy sông nhiều chỗ khắc sâu và cắt vào tầng chứa
nớc Hà nội nằm dới. Dòng chảy của Sông Hồng bị ảnh hởng rất lớn theo

6


mùa, mực nớc trung bình của Sông Hồng trong mùa ma là 10 mét, trong
mùa khô là 2 mét so với mực nớc biển.

Hà nội nằm ở trung tâm của đồng bằng Bắc Bộ, nên đặc điểm địa chất
của khu vực Hà nội cũng là đặc điểm chung của khu vực đồng bằng Bắc Bộ.
Đó là gồm các tầng đệ tứ có nguồn gốc đất bồi đắp và nguồn gốc biển nằm
trên tầng bồi đắp có tuổi Neogen. Hệ thống tầng chứa nớc đệ tứ đợc chia
ra tầng chứa nớc Holoxen (qh) bên trên và tầng Pleitoxen (qp) bên dới.
Giữa các tầng thờng đợc phân tách bởi tầng sét có độ thấm nhỏ. Tầm quan
trọng của tầng Holoxen không phải là do nớc ở tầng này có chất lợng khá
tốt mà còn do qua tầng này hầu hết nớc ngầm sẽ đợc bổ cấp cho tầng
Pleitexen.
2.1.1 Tầng chứa nớc Holoxen
Tầng Holoxen bao gồm các lớp cát, đất phú sa và sét có chiều dày phổ
biến từ 20 đến 40 mét; Cũng có nơi chiều dày lên tới 70 mét. Gần khu vực
Hà nội, chiều dày của các tầng này cũng thay đổi do sự thay đổi chiều sâu
của đáy Sông Hồng. ở một vài nơi, tầng này thông với đáy sông Hồng hình
thành cửa sổ bổ cấp cho nớc ngầm; Ví dụ nh khu vực Yên Phụ.
2.1.2 Tầng chứa nớc Pleitoxen
Đây là tầng cung cấp nớc ngầm chính cho thành phố Hà nội. Từ năm
1960 trở lại đây, nớc cung cấp cho thành phố Hà nội chủ yếu đợc khai
thác từ tầng chứa nớc này với tốc độ khai thác trên 300,000 m3/ngày đêm.
Với tốc độ khai thác nh vậy, mực nớc dới đất trong tầng này ngày càng
hạ thấp và hình thành các hình nón về mực nớc. Các hình nón tập trung
nhiều tại các b i giếng đang khai thác nớc ngầm của các nhà máy nớc,
Nớc của tầng này phần lớn đợc bổ cấp từ nớc Sông Hồng và từ các
nguồn nớc bề mặt khác, đặc biệt ở những nơi các tầng chứa nớc trên và
dới nhập thành một,
Dới tầng chứa nớc Pleitoxen là tầng cát có tuổi Neogen. Tuy độ thấm
tầng này kém hơn tầng chứa nớc bên trên, nhng nó vẫn đợc coi là tầng
chứa nớc quan trọng cung cấp nớc ngầm cho thành phố, đặc biệt là vùng
trung tâm và vùng Tây-Nam của thành phố cũng có đặc điểm về tính liên tục
thuỷ áp giữa tầng này và tầng chứa nớc bên trên. Một mặt cắt điển hình của

các tầng chứa nớc khu vực Hà nội đợc trình bày trên hình 2.1.

7


Hình 2.1. Mặt cắt điển hình của các tầng chứa nớc khu vực Hà nội.

8


2.2 Các nguồn bổ cấp
Thời kỳ đầu của thế kỷ 20, quá trình bổ cấp nớc ngầm cho cả Holoxen
và tầng Pleitoxen chủ yếu là do mực nớc Sông Hồng dâng cao, tuy vậy khi
tốc độ khai thác nớc trong thành phố tăng lên dẫn đến mực nớc ngầm hạ
thấp, nên có thêm các nguồn bổ cấp mới nh: Nớc ma, nớc từ tới tiêu,
rò rỉ từ các nguồn nớc bề mặt (ao hồ), rò rỉ từ các ống dẫn nớc của thành
phố,,,, Trong các nguồn trên, nguồn bổ cấp có tầm quan trọng là nớc ma
và nớc bề mặt. Quá trình thấm xảy ra lớn nhất ở những nơi có lớp đất bên
dới có khả năng thấm tốt và ở những nơi mực nớc dới đất bị hạ thấp.
Điều kiện thứ hai xảy ra chủ yếu tập trung ở xung quanh các b i giếng đang
khai thác. Trong vùng trung tâm thành phố, khả năng bổ cấp nớc ngâm từ
nớc ma bị hạn chế, khi đó khả năng bổ cấp là từ rò rỉ các đờng ống dẫn
nớc, cũng nh từ các kênh thoát nớc của thành phố lại đóng vai trò quan
trọng.
2.3 Phơng pháp nghiên cứu của đề tài.
Nh đ trình bày ở phần trên (các nguồn bổ cấp), nớc ngầm khu vực
Hà nội đợc bổ cấp từ 3 nguồn chính: Nớc ma (nớc khí tợng), nớc
sông Hồng và cấc nguồn nớc bề mặt. Do đặc điểm địa chất thuỷ văn của
khu vực Hà nội: Vùng động thái bị phá huỷ mạnh. Hơn nữa lại có sông Hồng
chảy qua vùng nghiên cứu, nớc của sông Hồng cũng lại đợc bổ cấp nhiều

nguồn khác nhau và mực nớc sông Hồng thay đổi rất nhiều theo mùa.
Chính vì vậy, nớc ngầm khu vực Hà nội có mối liên hệ chặt chẽ với nớc
sông Hồng và các nguồn nớc bề mặt.
Đề tài áp dụng kỹ thuật đồng vị sử dụng các dồng vị môi trờng nh
đồng vị bền (18O và 2H) và đồng vị phóng xạ (3H), kết hợp với kỹ thuật thuỷ
hóa để đấnh giá mối liên hệ giữa nớc ngầm với sồng Hồng và các nguồn
nớc bề mặt khu vực Hà nội.
Nguyên tắc sử dụng các đồng vị môi trờng để giải quyết bài toán trên
nh sau:
- Nớc ngầm có nguồn gốc là nớc khí tợng (do nớc ma thấm
xuống), thành phần đồng vị trong nớc ngầm sẽ có giá trị trùng với giá
trị thành phần dồng vị trong nớc ma đặc trung cho khu vực. Riêng
đối với đồng vị phóng xạ (3H), từ hàm lợng đo đợc trong nớc
ngầm, thời gian lu của nớc ngầm (tuổi nớc ngầm) sẽ đợc xác
định.
- Đối với các nguồn nuớc bề mặt đ bị bay hơi, thì thành phần đồng vị
bền trong nớc bay hơi sẽ tuân theo quy luật bay hơi, nghĩa là đồng vị
nặng sẽ đợc làm giàu trong quá trình bay hơi.

9


- Nớc ngầm đợc bổ cấp từ nớc sông Hồng, thành phần đồng vị trong
nớc ngầm sẽ có giá trị trùng với thành phần đồng vị của nớc sông
Hồng. Vì mực nớc sồng Hồng thay đổi theo mùa, nên các nguồn bổ
cấp nớc cho sông Hồng cũng thay đổi, vì vậy thành phần đồng vị
trong nớc sông Hồng cũng thay đổi theo.
- Nếu nớc ngầm có nguồn gốc pha trộn, tuỳ theo tỷ lệ đóng góp của
các nguồn, mà thành phần đồng vị trong nớc ngầm cũng biểu hiện sự
đóng góp thành phần đồng vị từ các nguồn nớc khác nhau.

Kỹ thuật thuỷ hóa cũng đợc sử dụng để xác định thành phần hóa học
nớc giữa các tầng, cũng nh mối liên hệ giữa các tầng.
Sử dụng đồng vị phóng xạ 3H hoặc mối liên hệ hàm lợng giữa đồng vị
3
H và 14C để xác định thời gian lu của nớc ngầm trong tầng chứa nớc
hoặc xác định vùng bổ cấp nớc cho tầng chứa nớc.
2.4 Cơ sở số liệu của của đề tài
Thành phần đồng vị bền trong mẫu nớc đợc biểu diễn bằng biểu thức
18
O và 2H , trong đó:
18

18OS =

18

R (VSMOW )
2

2HS =

2

RS

RS

R (VSMOW )

1 (x 103 %o)

1

(x 103 %o)

Với: 18OS, 2HS là thành phần đồng vị O-18 và H-2 của mẫu
18
RS là tỷ số đồng vị O-18/O-16 trong mẫu
2
RS là tỷ số đồng vị H-2/H-1 trong mẫu
18
R(VSMOW) là tỷ số đồng vị O-18/O-16 trong mẫu chuẩn VSMOW
2
R(VSMOW) là tỷ số đồng vị H-2/H-1 trong mẫu chuẩn VSMOW
Thành phần đồng vị bền đợc phân tích trên khối phổ kế tỷ số đồng vị
(IRMS), sai số phân tích là 0,15%o đối với 18O và 1,5%o đối với 2H [5].
Hàm lợng đống vị phóng xạ triti (3H hoặc H-3) đợc xác định bằng
phơng pháp làm giàu điện phân và đo trên phổ kế nhấp nháy lỏng. Đơn vị
đo là TU [5].
Các số liệu đồng vị bền 18O, 2H, đồng vị phóng xạ 3H và thành phần hóa
học trong các mẫu nớc ngầm đợc thu thập trong 2 năm 2004 và 2005
Các số liệu đồng vị bền 18O, 2H và đồng vị phóng xạ 3H trong các mẫu
nớc ma đợc thu thập từ năm 2003, 2004, 2005.
10


Các số liệu đồng vị 14C đợc thu thập trong đề tài cấp Bộ 2000-2001 do
PGS.TS Hoàng Đắc Lực là chủ nhiệm [3]
Các số liệu địa chất thuỷ văn thu thập chủ yếu từ Liên Đoàn Địa chất
Thuỷ văn và Công Trình Miền Bắc và tham khảo trong các bài báo và tài liệu

đ đợc công bố trong những năm gần đây
Phần 3. Thu thập mẫu và phân tích
Tuỳ thuộc vào khả năng ứng dụng của đồng vị nào đó (trong số các đồng
14
vị C, 3H, 18O và 2H) để giải quyết bài toán đặt ra mà quá trình thu thập mẫu
trên diện rộng hoặc tại một số điểm đ lựa chọn; Thu thập một vài đợt hoặc
trong một thời gian dài sẽ đợc đặt ra cho mỗi loại đồng vị khác nhau. Pham
vi nghiên cứu của đề tài nằm trong vùng có diện tích khoảng 250 Km2 đợc
giới hạn bởi sông Nhuệ ở phía Tây và Sông Hồng ở phía Đông.
Vị trí thu thập mẫu nớc ngầm là các lỗ khoan trên mạng lới quan trắc
nớc ngầm khu vực Hà nội, bao gồm mạng quan trắc Quốc gia-ký hiệu bằng
chữ Q và mạng quan trắc của thành phố Hà nội-ký hiêu bằng chữ P và một
số lỗ khoan đang khai thác nớc của nhà máy nớc (hình 3.1). Tầng lấy mẫu
bao gồm cả tầng qh (tầng cứa nớc bên trên-UAS) và tầng pp (tầng chứa
nớc bên dới-LAS).
Các đợt thu thập mẫu nớc ngầm trên diện rộng phân bố khắp trên cả
vùng nghiên cứu đợc tiến hành trong mùa khô (tháng 3) và mùa ma (tháng
9) trong năm 2004, 2005 . Tại một số lỗ khoan, các mẫu nớc đợc thu thập
theo tháng trong cả một năm hoặc theo mùa trong nhiều năm,
Phơng pháp thu thập mẫu tuân theo các tài liệu hớng dẫn của Cơ Quan
Năng Lợng Nguyên Tử Quốc Tế (IAEA). Cụ thể, để loại bỏ phần nớc ứ
đọng trong lỗ khoan, một thể tích nớc bằng khoảng 2 đến 3 thể tích nớc
trong lỗ khoan đợc bơm thải đi trớc khi lấy mẫu phân tích. Để tránh mẫu
nớc ngầm tiếp xúc với không khí khi thu thập, loại máy bơm đẩy đ đợc sử
dụng, lọ đựng mẫu làm bằng vật liệu PE có lắp đậy 2 lớp để tránh bay hơi
nớc khi vận chuyển và cất giữ mẫu. Thể tích mẫu cần thiết để phân tích các
đồng vị là: 600 ml để phân tích hàm lợng đồng vị phóng xạ 3H; 50 ml để
phân tích đồng vị bền 18O và 2H. Các mẫu để phân tích các đồng vị khác
nhau đợc đựng trong các lọ tách biệt. Các tham số cần thiết của nớc ngầm
đợc đo tại thực địa khi lấy mẫu là: Độ pH, nhiệt độ, độ dẫn điện.

Tất cả các đồng vị phóng xạ cũng nh đồng vị bền trong nghiên cứu này
đều đợc phân tích tại phòng thí nghiệm thuỷ văn đồng vị của Viện Khoa
học và Kỹ thuật hạt nhân (INST), Viện Năng lợng Nguyên tử Việt Nam
(VAEC) theo các phơng pháp nh đ trình bày trong [5]. Độ tin cậy của các
kết quả phân tích đ đợc khẳng định thông qua các chơng trình so sánh
quốc tế do IAEA tổ chức hoặc so sánh kết quả phân tích giữa các phòng thí
nghiệm trong nớc và ngoài nớc.
11


Kết quả phân tích các mẫu nớc về thành phần hóa học, cũng nh thành
phần đồng vị đợc đa trong các bảng số liệu trình bày trong phần phụ lục.

2340

Xã Hơng Mặc
Xã Tiền Phong

Xã Vân Nội

P.67

Xã Tráng Việt

Xã vân hà
Xã Việt Hùng

Xã Kim Nỗ
Xã Kim Chung

Xã Dại Mạch

Q.35

Xã Tiên Dơng
Xã Dục Tú

2335

Xã hải bối

Xã Liên Trung

Q.57

Xã Xuân Canh

P.72

Xã thợng Cát

Xã Tân Lập

Xã Tân Hồng

Xã vĩnh Ngọc

P.65

P.55

Xã Tân Hội

PSH2
Xã Thuỵ phơng

P.21

Xã Tây Lựu
Q.62

xã Mai Lâm

xã Phú Thợng
TDQ2-3

2330

Xã Xuân Đỉnh

Xã Cổ Nhuế

Xã Sơn Đồng

P.9

P.23

P.16

Xã Phú Diễn
H. Từ Liêm
Xã Xuân Phơng
Q.63
xã Mai Dịch
Xã Vân Canh

Ngọc Thuỵ

P.34

P.29 P.30

Xã Mỹ Dình

2325

Xã Mễ Trì

P.44
Xã Tây Mỗ

Xã An Khánh

P.8
Vân Lãng P.7
P.12

P.59
P.25

Q.60
Xã Đại Nỗ
Xã Dơng Nỗ

P.38
Q.64

Nhân Chính

Xã Khơng Đình

P.41

P.48

Xã Văn Khê

P.28
Xã Thanh Liệt

2315

Q.75

Xã Đông Mai

A

Xã Dơng Xá

Xã Tam Hiệp
Văn Điển

P.40

Lĩnh Nam

Xã Đa Tốn
Xã Tân Quang
Xã Kiêu Kị

TDQ2-3

P.1
PSH4

Tứ Hiệp
Xã yên Mỹ

Xã Ngũ Hiệp
Q.66
Q.66

Xã Đại Thanh
Xã Cự Khê

Xã Việt Hng
Xã Bích Hoà

P.2

Yên Sở

H. Thanh Trì

P.60

Xã Hữu Hoà

Xã Phú Cờng

SD

P.61
Xã Hoàng Liệt
Q.65

Xã Kiến Hng

Xã Phú Lãm

Xã Trâu Quỳ
Xã Đông D

P.46

Trần Phú

Thanh Liệt

Đại Kim

Thị xã hà đông

Q.69

Q.120

Thanh Trì

P.50

Hoàng Văn Thụ

P.3

Xã Hoàng Văn Thụ
Xã Yên Nghĩa

Xã Phú Thuỵ

Xã Thạch bàn

P.80
TDQ2-3

P.53
P.42

P.45
Q.68Xã Văn YênTân Triều

Xã Quang Trung

Xã Cổ Bi

P.76
P.49 Xã Long Biên
P.5
P.36
P.37
P.39

Xã Đặng Xá

P.15

Vĩnh Tuy

Xã Trng Vơng

Xã Vạn Phúc

2320

TDQ2-3
Xã hội xá

P.35

TDQ2-3
P.Trung Hoà

Xã Phù Đổng

P.78

Gia lâm

P.14 P.31

P. Yên Hoà

P.52

Xã Đình Xuyên

P.79

Xã Dơng Hà
Giang Biên
Xã Việt Hùng

P.13

Bồ Đề
hà nội
Hnoi P.75TDQ2-3
Ba Đình P.32

P.33
TDQ2-3
P.77
Hoàn Kiếm

Xã Dịch Vọng
Q. Cầu Giấy

Xã Lai Yên

P.26
P.27
PSH3
P.58

P.43

Xã Đình Xuyên

Thợng Thanh

THC

PHT
P.10

Xã Minh Khai
Xã Di Trạch

Q.58

Xã Đông Hội

P.17 Q.67
Xã Quảng An

Xã Đức Giang

Đình Bảng

xã Xuân Canh

Xã Xuân La

H. Hoài Đức

Xã Phù Chẩn
Yên viên

Xã Nhật Tân
Xã Đức Thợng

Q.33

P.47

TDQ2-3

Xã Liên Mạc
TDQ2-3

xã đồng Quang

Q.34

Q.23

TDQ2-3

A

H. Tiên Sơn

Xã Cổ Loa
Xã Võng La

QSH1
Q.55

Xã Phù Khê

Xã Thanh Hng

Xã Duyên Hà

Xã Liên Ninh Xã Đông Mỹ

18572 18574 18576 18578 18580 18582 18584 18586 18588 18590 18592 18594 18596 18598 18600

Hỡnh 3.1. Bn v trớ ly mu nc khu vực H ni

12


Phần 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
4.1. Thành phần hóa học trong nớc ngầm.
Trên cơ sở các số liệu thành phần hóa học của các mẫu nớc (trong bảng
8a và 8b phần phụ lục), sử dụng phần mềm Aquachem để vẽ giản đồ pipe
(trình bày trên hình 4.1), từ đó đa ra các đánh giá về phân loại nớc ngầm
khu vực Hà nội nh sau: Nớc ngầm khu vực Hà nội có cation chủ yếu là
Ca2+ và Na+, anion chủ yếu là HCO3-. Nếu phân chia theo loại nớc, nớc
ngầm chủ yếu thuộc loại Ca(Mg)-HCO3 ; Na(Mg)-HCO3 ; Ca-Na(Mg)-HCO3.
Trong cả mùa ma và mùa khô, các điểm trong giản đồ pipe phân bố tản
mạn, chứng tỏ có quá trình pha trộn nớc có các nguồn gốc khác nhau xảy ra
trong các tầng chứa nớc. Mặt khác hầu hết các mẫu nớc có hàm lợng
HCO3- cao và phân bố gần tơng tự nh phân bố tổng các hợp chất nitơ nh
NH4+ . Điều này đợc thể hiện trên hình 4.2 biểu diễn mối liên hệ giữa hàm
lợng HCO3- và hàm lợng NH4+ . Một đặc điểm nữa của ion HCO3- là trong
vùng trung tâm của khu vực nghiên cứu, hàm lợng HCO3- tầng trên cao
hơn tầng dới, tuy nhiên sự khác biệt không nhiều. Điều này có thể do tại
vùng trung tâm mức độ nớc mặt thấm xuống tầng nớc dới mạnh hơn so
với các vùng khác. Mặt khác, theo nghiên cứu của các tác giả [4], hàm lợng
HCO3- tỷ lệ với hàm lợng các chất hữa cơ trong nớc ngầm, do đó một
phần HCO3- trong nớc ngầm là có đóng góp của các hợp chất hữu cơ
(TOD). Thật vậy, khi hàm lợng TOD trong nớc ngầm tăng đến giá trị
cao nhất định, phản ứng ôxy hóa các chất hữu cơ sẽ xẩy ra mà kết quả là
một lợng HCO3- đợc tạo ra theo phản ứng:
6nO2 + (C6H10O5)n + nH2O 6nH+ + 6nHCO3Nh vậy hàm lợng HCO3- trong nớc ngầm cao là do có một phần đóng
góp của các hợp chất hữu cơ có trong tầng chứa nớc. Các hợp chất hữa cơ
này có nguồn gốc hoặc tự nhiên chính trong tầng chứa nớc hoặc do con

ngời tạo ra mà không phải do tơng tác giữa nớc với đá vôi.

13


9/2004

4/2004

Hình 4.1. Giản đồ pipe thành phần hoá học các mẫu nớc ngầm thu
thập theo 2 mùa 9/2004 và 4/2004

14


1000
y = 10.141x + 171.81
R2 = 0.7523

HCO3-(mg)

800

600

Tầng Qp
Tầng Qh
Làm khớp

400

200

0
0

20

40

60

NH4+(mg)

Hình 4.2. Mối liên hệ giữa hàm lợng HCO3- và hàm lợng NH4+
trong nớc ngầm
4.2 Thành phần đồng vị trong nớc ma
- Dụng cụ thu thập mẫu nớc ma:
Hình 4.3 trình bày dụng cụ để thu thập mẫu nớc ma trong thời gian cả
tháng. Trong phơng pháp trớc đây, để tránh bay hơi, ngời ta phải sử dụng
dầu chống bay hơi nớc. Trong dụng cụ này, để tránh bay hơi nớc trong
thời gian thu thập mẫu, một ống nhựa nhỏ (2) đợc lắp đặt đến đáy can nhựa
sao cho nớc ma dễ dàng chảy vào can nhựa. Để cân bằng áp suất khi có
nớc ma chảy vào can nhựa, cũng nh hạn chế quá trình trao đổi không khí
trong can nhựa với môi trờng bên ngoài, ống nhỏ (4) với chiều dài khá lớn
(6m) đ đợc sử dụng. Với cách lắp đặt nh trên, bề mặt nớc trong can
nhựa tiếp xúc với không khí bên ngoài rất nhỏ, nên lợng nớc bay hơi khỏi
can nhựa trong suốt thời gian thu thập mẫu trong 1 tháng là không đáng kể.
Sau 1 tháng, nớc trong can nhựa đợc đa đi phân tích hàm lợng triti và
đồng vị bền. Đây là phơng pháp đơn giản, dễ dàng thao tác

15


Nớc ma
3

2
4
1

Hình 4.3. Dụng cụ thu thập mẫu nớc ma. 1-can nhựa 5 lít; 2-ống nhựa
=10mm; 3-Phễu nhựa =20cm; 4-ống nhựa =10mm, chiều dài 6m
- Đồng vị bền 18O, 2H:
18

2

Đồng vị O và H trong nớc ma đ và đang đợc quan trắc liên tục
theo tháng. Các mẫu nớc ma theo tháng đ đợc thu thập bằng phơng
pháp đ trình bày ở trên để phân tích thành phần đồng vị 18O và 2H. Các kết
quả thành phần đồng vị bền trong cả một năm đợc đa trong bảng 4.1 và
hình 4.4, 4.5 chỉ rõ thành phần đồng vị bền trong nớc ma thay đổi rõ rệt
theo tháng: Đồng vị nặng đợc làm giàu trong mùa khô và nghèo đi trong
mùa ma.
Mặt khác từ mối liên hệ giữa 2H và 18O của các mẫu nớc ma trình
bày trên hình 4.6 đ chỉ rõ: Thành phần đồng vị bền 18O và 2H trong nớc
ma khu vực Hà nội phân bố trên một khoảng giá trị khá rộng, tuy nhiên các
điểm đều nằm trên đờng nớc khí tợng toàn cầu (GMWL). Trong 2 tháng:
Tháng 1 và tháng 3, giá trị 2H có giá trị dơng (đ phân tích lại 2 lần) khác

với quy luật bình thờng. Hiện nay vẫn cha giải thích đợc các kết quả bất
thờng này. Tuy nhiên, sau khi bỏ đi 2 giá trị đó và làm khớp để tìm mối liên
hệ giữa 2H và 18O của các giá trị thực nghiệm. Kết quả là:
2H = 7,95. 18O + 10,2
(1)
2
với R = 0,985

16


Biểu thức (1) trùng với biểu thức của đờng nớc khí tợng toàn cầu (với
sai số của 18O là 0,15 %o và của 2H là 1,5 %o. Kết quả này sẽ đợc sử dụng
khi giải thích nguồn gốc của nớc ngầm dựa trên đờng nớc khí tợng toàn
cầu.
Bảng 4.1.
Tên mẫu

Thời gian thu
thập mẫu

18O (%o)

2H (%o)

NM1

1/2005

NM2

2/2005

-1,43
-1.77

6,76
-4.56

NM3

3/2005

-1.31

6.02

NM4

4/2005

-2.03

-7.47

NM5

5/2005

-3.87

-15.68

NM6

6/2005

-8.11

-53.39

NM7

7/2005

-9.83

-66.89

NM8

8/2005

-11.00

-74.42

NM9

9/2005

-9.69

-67.80

NM10

10/2005

-4.14

-23.18

NM11

11/2005

-7.54

-43.47

NM12

12/2005

-3.36

-14.59

-5,70

-33,22

3,60

28,84

Giá trị trung bình
Thăng gíang chuẩn

17


Delta O-18 trong n−íc m−a
0.00
8-04
-2.00

11-04

2-05

5-05

9-05

12-05

18

δ O(‰)

-4.00
-6.00

O-18

-8.00
-10.00
-12.00
Tháng

H×nh 4.4 . Thµnh phÇn ®ång vÞ 18O trong n−íc m−a thay ®æi theo th¸ng

Delta H-2 trong n−íc m−a
0.00
-10.008-04

11-04

2-05

5-05

9-05

12-05

-30.00
-40.00

H-2

2

δ H(‰)

-20.00

-50.00
-60.00
-70.00
-80.00
Tháng

H×nh 4.5 .Thµnh phÇn ®ång vÞ 2H thay ®æi theo th¸ng

18


-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0
20

y = 8.2711x + 12.906
2

R = 0.9847
0

δ H(‰)

-20

Mua9-04_10__2005
GMWL

2

-40
Linear (Mua904_10__2005)
-60
-80
-100

18

δ O(‰)

H×nh 4.6a. Mèi liªn hÖ cña δ18O vµ δ2H cña c¸c mÉu n−íc m−a

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0
20
0

y = 7.9468x + 10.248
R2 = 0.9875

2
δ H(‰)

-20
-40

-60

Mua9-04_10__2005
GMWL
Linear (Mua904_10__2005)

-80
-100
δ 18O(‰)

H×nh 4.6b. Mèi liªn hÖ cña δ18O vµ δ2H cña c¸c mÉu n−íc m−a sau khi
® lo¹i bá c¸c gi¸ trÞ “bÊt th−êng”

19


4.3 Thành phần đồng vị trong nớc mặt
- Trong nớc Sông Hồng: Nh đ trình bày ở phần cấu tạo địa chất khu
vực nghiên cứu, đáy Sông Hồng gần khu vực Hà nội nhiều chỗ hạ thấp và cắt
sâu vào các tầng chứa nớc ngầm hình thành cửa sổ bổ cấp nớc Sông Hồng
cho các tầng chứa nớc. Vì vậy thành phần đồng vị trong nớc Sông Hồng
đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu nớc ngầm khu vực Hà nội.
Để xác định giá trị trung bình của 18O và 2H trong nớc Sông Hồng,
cũng nh xây dựng hàm đầu vào khi sử dụng đồng vị bền để xác định dòng
chảy và thời gian lu của nớc ngầm đợc bổ cấp từ nớc Sông Hồng (trình
bày ở phần sau), thành phần đồng vị 18O và 2H trong nớc Sông Hồng đ và
đang đợc quan trắc theo tháng. Các số liệu trong năm 2004 và 2005 đợc
trình bày trong bảng 2 phần lục.
Hình 4.7a và 4.7b biểu diễn sự thay đổi thành phần đồng vị bền trong
nớc sông Hồng theo thời gian. Từ mối liên hệ giữa 2H và 18O trong nớc

Sông Hồng đợc trình bày trên hình 4.8 và kết quả trình bày trong phần phụ
lục đ chỉ rõ sự thay đổi thành phần đồng vị bền theo tháng trong nớc Sông
Hồng, tuy nhiên các điểm đo trong mối liên hệ giữa 2H và 18O đều phân
bố xung quanh đờng nớc khí tợng. Đồng vị nặng đợc làm giàu nhất vào
đầu mùa ma và nghèo nhất vào đầu mùa khô. Giá trị trong bình của 3 năm
2003, 2004 và 2005 đợc đa trong bảng 4.2. Thành phần đồng vị bền trong
nớc Sông Hồng tuy thay đổi theo tháng (không nhiều so với trong nớc
ma), nhng ít thay đổi giữa các năm.
Thành phần đồng vị bền trong nớc Sông Hồng thay đổi theo tháng có
thể là do ảnh hởng của các yếu tố nh nhiệt độ, độ cao đến quá trình ngng
tụ hơi nớc tạo thành ma ở đầu nguồn Sông Hồng; Cũng có thể nớc Sông
Hồng, ngoài phần đợc bổ cấp bởi nớc ma ở đầu nguồn (vùng núi cao),
còn đợc bổ cấp bởi nớc mặt hoặc nớc ngầm ở các vùng thấp hơn. Cụ thể
trong mùa ma, hầu hết nớc Sông Hồng là do nớc ma đầu nguồn đa về,
nên thành phần đồng vị nặng nghèo hơn. Trong khi đó vào cuối mùa khô-đầu
mùa ma là lúc mực nớc Sông Hồng hạ thấp, các nguồn nớc bề mặt hoặc
nớc ngầm ở vùng thấp hơn lại cung cấp nớc cho sông Hồng và bổ sung
thành phần đồng vị nặng, nên thành phần đồng vị nặng trong nớc Sông
Hồng vào cuối mùa khô là giàu nhất.

20


O-18

0.00
24-05- 10-12- 28-06- 14-01- 1-08- 17-02- 5-09- 24-0302
03
04
04

05
05
06
-2.00 02

18
δ 0(‰)

-4.00
-6.00

Series1

-8.00
-10.00
-12.00

Thời gian

(a)

H-2
0.00
24-05- 10-12- 28-06- 14-01- 1-08- 17-02- 5-09- 24-03-10.00 02
02
03
04
04
05
05

06

2
δ H(‰)

-20.00
-30.00
Series1
-40.00
-50.00
-60.00
-70.00

Thêi gian

(b)
H×nh 4.7. Sù thay ®æi cña thµnh phÇn ®ång vÞ bÒn thay th¸ng trong n−íc s«ng
Hång

21


Bảng 4.2

Năm

Giá trị trung bình của
18O (%o)

Giá trị trung bình của

2H(%o)

2003

-8.27

-56.43

2004

-8.33

-58.08

2005

-8.59

-57.02

Đồng vị bền trong nớc sông Hồng
20.00

-10.00

-8.00

-6.00

-4.00

-2.00

0.00
0.00
-20.00

2

H()

-12.00

-40.00

SH.
GMWL

-60.00
-80.00
18O()

Hình 4.8. Mối liên hệ giữa 18O và 2H trong nớc sông Hồng
- Trong nớc Hồ Tây: Hồ Tây là hồ lớn nhất và nằm ở phía Bắc của thành
phố Hà nội, với diện tích mặt hồ khoảng 500 ha. Để giải thích các số liệu
đồng vị trong nớc ngầm, cũng nh nghiên cứu khả năng liên hệ thuỷ áp
giữa nớc Hồ Tây và nớc ngầm khu vực Hà nội sử dụng các đồng vị, các
mẫu nớc Hồ Tây cũng đợc thu thập đều đặn theo tháng trong năm 2004 và
2005 để phân tích thành phần đồng vị bền 18O và 2H, kết quả đồng vị bền
đợc đa trong bảng 3 phần phụ lục. Do ảnh hởng của quá trình bay hơi,

nên các điểm thực nghiệm trong đồ thị giữa 18O và 2H (Hình 4.9) đều phân
bố trên đờng thẳng biểu diễn quá trình bay hơi bằng phơng trình
2H= 6,0034.18O - 6,4703
(2)
Đồng vị nặng đợc làm giàu vào những tháng mùa khô và nghèo đi vào
những tháng mùa ma. Điểm cắt của đờng bay hơi theo phơng trình (2)
của nớc Hồ Tây và đờng nớc khí tợng toàn cầu chính là giá trị thành
22


phần đồng vị trong nớc ma khu vực Hồ Tây. Giá trị điểm cắt đợc tính
toán là 18O=-8,25%o và 2H=-56,00%o. So sánh giá trị 18O và 2H của
điểm cắt với giá trị trung bình của 18O và 2H trong nớc ma của cả năm
2003, thành phần đồng vị tại điểm cắt nghèo đồng vị nặng hơn so với các
giá trị thực nghiệm đo trong nớc ma. Tuy nhiên giá trị điểm cắt khá gần
với giá trị trung bình của nớc Sông Hồng. Điều đó có thể là do nớc Hồ Tây
có mối liên hệ thuỷ áp với nớc Sông Hồng giống nh các kết quả nghiên
cứu trớc đây [6].

-10 -9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0
20

y = 6.2232x - 5.5616
2

R = 0.8929

10
0
H()

-10

2

-20
-30
-40

Hồ Tây
GMWL
Linear (Hồ Tây)

-50
-60
-70
-80
18

O()

Hình 4.9. Mối liên hệ giữa 18O và 2H trong nớc Hồ Tây
Các mẫu nớc ở một số các hồ lớn khác và sông Nhuệ khu vực Hà nội
cũng đợc thu thập để phân tích thành phần đồng vị bền. Danh sách các hồ,
và vị trí trên sông Nhuệ, thời gian thu thập mẫu, cũng nh kết phân tích
thành phần đồng vị các mẫu nớc đợc trình bày trong phần phụ lục. Các kết
quả phân tích (bảng 4 phần phụ lục) chỉ rõ, phần lớn nớc các hồ chịu ảnh
hởng của quá trình bay hơi, hồ có lợng nớc bay hơi nhiều nhất là hồ
Nghĩa Đô, hồ Thủ Lệ, hồ Ngọc Khánh, hồ Hoàn Kiếm, hồ Công viên Thanh
Trì: Điều này đợc thể hiện khá rõ trên hình 4.10 biểu mối liên hệ giữa 18O
và 2H trong các mẫu nớc của các hồ. Điểm cắt của đờng nớc bay hơi của
các mẫu nớc trong các hồ với đờng nớc khí tợng là 18O=-8,38%o và
2H=-57,04%o. Giá trị này cũng trùng với giá trị trung bình của thành phần
đồng vị trong nớc sông Hồng.
23