Chi So Chat Luong Nuoc WQI

Bài tiểu luận: CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC WQI VÀ ỨNG DỤNG

MỤC LỤC CHƯƠNG I: ĐỊNH NGHĨA CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC WQI.......................... ............................. ... 5 1.1. ĐỊNH NGHĨA............................................................................ .................................................................................... ............... .............. .......... ... 5 1.2. PHÂN TÍCH MỘT SỐ DẠNG WQI........................................................ ................................................................ ........... ... 5 1.3. LỰA CHỌN CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG ĐỂ TÍNH TOÁN WQI.... ....... ...... ...... ...66 1.4. TÍNH TOÁN TOÁ N CHỈ SỐ WQI......................................................................... ................................................................................ ......... 6 CHƯƠNG 2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG WQI.................... ........................... .......... ...88 2.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ÁP DỤNG WQI TRÊN THẾ GIỚI.......... ................ ......88 2.1.1. Chỉ số chất lượng nước của Mỹ...................................................................... 8 Bảng 2.1. Các thông số đề cử để xem xét, thiết thiết lập chỉ số chất lượng nước của NSF. .10 Hình 2.1: Đồ thị chuyển đổi giá trị đo của thông số lựa chọn (xi) thành chỉ số phụ (qi) trong mô hình NSF - WQI.............................................................................................12 Bảng 2.2. Trọng số đóng góp của các thông số theo NSF – WQI.................................13 2.1.2. Chỉ số chất lượng của Canada................................................... .......................................................... ............... ............ .... 13 Bảng 2.3. Giá trị chỉ số sử dụng trong phương pháp BC..............................................14 2.1.3. Chỉ số chất lượng nước của Malaysia.......................................................... ............................................................ 16 2.1.4. Chỉ số chất lượng nước áp dụng tại một số quốc gia Châu Âu (Universal Water Quality Index) Index )............................................................................................. ............................................................................................... 17 Bảng 2.4. Các thông số lựa chọn và công thức tính chỉ số phụ.....................................17 2.1.5. Chỉ số chất lượng nước của Bhargava (Ấn Độ)....................................... ............................................ ..... 19 Bảng 2.5: Các thông số chất lượng nước lựa chọn cho các mục đích riêng..................20 2.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ÁP DỤNG WQI Ở VIỆT NAM ....... ............... ............ ....21 21 2.2.1. Sử dụng chỉ số chất lượng nước nướ c để phân loại và phân vùng CLN sông Hương............................................................................................. ..................................................................................................... ............... .............. ......... 21 Bảng 2.6. Các thông số chất lượng nước lựa chọn các mục đích sử dụng riêng...........21 Hình 2.2: “Hàm nhạy” của các thông số lựa chọn đối với các mục đích sử dụng riêng22 Bảng 2.7. Thông số và trọng số tương ứng...................................................................23 2.2.2. Xây dựng chỉ số chất lượng để đánh giá và quản lý chất lượng nước hệ thống sông Đồng Nai............................................................................ ................................................................................... .............. ............... ............. ..... 23 Bảng 2.8. Các thông số chất lượng nước và trọng số ...................................................23 Bảng 2.9. Phân loại chất lượng nguồn nước mặt..........................................................24 2.2.3. Phân vùng chất lượng nước theo mức độ ô nhiễm – áp dụng hệ thống WQI phù hợp với v ới TP Hồ Chí Minh 2007 – 2008 ................................................. ........................................................ ........... .... 25 Hình Hì nh 2.3: Các Các đồ thị hàm hàm nhạy nhạy (Fi) đối đối với với các các thông số CLN khi tính tính WQIB ...........28 Bảng 2.10. Phân loại chất lượng nước theo WQI ........................................................28 CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG NGHIÊN CỨU CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC ĐỂ ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN VÙNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG HẬU........... .................. ............. ......29 29 3.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ............................................. .................................................... .............. ............... ............ 29

GVHD: TS. MAI TUẤN ANH


3.2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................... 29 3.2.2. Phương pháp nghiên cứu................................................................... .......................................................................... ........... .... 29 Hình 3.1. Các giai đoạn xây dựng chỉ số chất lượng nước...........................................30 Bảng 3.1. Các công thức tập hợp tính WQI [2, 3, 5, 7, 9].............................................30 3.2.3. Phương pháp đánh giá chất lượng nước theo WQI ..................................... ......................................... 31 3.3. KẾT QUẢ -THẢO LUẬN................................................................................. 31 3.3.1 Kết quả xây dựng chỉ số chất lượng nước n ước............................. .................................... ............... ............... ........... 31 Hình 3.2. Đồ thị và hàm số tương quan giữa nồng độ BOD và chỉ số phụ...................31 Hình 3.3. Đồ thị và hàm số tương quan giữa nồng độ DO và chỉ số phụ......................32 Hình 3.4. Đồ thị và hàm số tương quan giữa nồng độ SS và chỉ số phụ.......................32 Hình 3.5. Đồ thị và hàm số tương quan giữa thông số pH và chỉ số phụ......................32 Hình 3.6. Đồ thị và hàm số tương quan giữa nồng độ COD và chỉ số phụ...................33 Hình 3.7. Đồ thị và hàm số tương quan giữa nồng độ Tổng Coliform và chỉ số phụ....33 Bảng 3.2. Trọng số của các thông số chất lượng nước.................................................34 3.3.2 Đánh giá chất lượng nước hệ thống sông Hậu bằng WQI – Phân vùng chất lượng nước............................................................................................ ................................................................................................... .............. .......... ... 34 Bảng 3.3. Phân loại ô nhiễm nguồn nước mặt..............................................................34 3.3.3. Diễn biến chất lượng hệ thống sông Hậu...................................................... 34 Hình 3.8. Bản đồ phân vùng chất lượng nước sông Hậu năm 2007..............................36 3.4. KẾT LUẬN –KIẾN NGHỊ ............................................................................... 37



DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Các thông số đề cử để xem xét, thiết lập chỉ số chất lượng nước của NSF...10 Bảng 2.2. Trọng số đóng góp của các thông số theo NSF – WQI..................................13 Bảng 2.3. Giá trị chỉ số sử dụng trong phương pháp BC...............................................14 Bảng 2.4. Các thông số lựa chọn và công thức tính chỉ số phụ......................................17 Bảng 2.5: Các thông số chất lượng nước lựa chọn cho các mục đích riêng...................20 Bảng 2.6. Các thông số chất lượng nước lựa chọn các mục đích sử dụng riêng............21 Bảng 2.7. Thông số và trọng số tương ứng....................................................................23 Bảng 2.8. Các thông số chất lượng nước và trọng số ....................................................23 Bảng 2.9. Phân loại chất lượng nguồn nước mặt...........................................................24 Bảng 2.10. Phân loại chất lượng nước theo WQI .........................................................28 Bảng 3.1. Các công thức tập hợp tính WQI [2, 3, 5, 7, 9].............................................30 Bảng 3.2. Trọng số của các thông số chất lượng nước..................................................34 Bảng 3.3. Phân loại ô nhiễm nguồn nước mặt...............................................................34



DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Đồ thị chuyển đổi giá trị đo của thông số lựa chọn (xi) thành chỉ số phụ (qi) trong mô hình NSF - WQI.............................................................................................12 Hình 2.2: “Hàm nhạy” của các thông số lựa chọn đối với các mục đích sử dụng riêng.22 Hình 2.3: Các đồ thị hàm nhạy (Fi) đối với các thông số CLN khi tính WQIB ............28 Hình 3.1. Các giai đoạn xây dựng chỉ số chất lượng nước............................................30 Hình 3.2. Đồ thị và hàm số tương quan giữa nồng độ BOD và chỉ số phụ....................31 Hình 3.3. Đồ thị và hàm số tương quan giữa nồng độ DO và chỉ số phụ.......................32 Hình 3.4. Đồ thị và hàm số tương quan giữa nồng độ SS và chỉ số phụ........................32 Hình 3.5. Đồ thị và hàm số tương quan giữa thông số pH và chỉ số phụ.......................32 Hình 3.6. Đồ thị và hàm số tương quan giữa nồng độ COD và chỉ số phụ....................33 Hình 3.7. Đồ thị và hàm số tương quan giữa nồng độ Tổng Coliform và chỉ số phụ.....33 Hình 3.8. Bản đồ phân vùng chất lượng nước sông Hậu năm 2007...............................36



CHƯƠNG I: ĐỊNH NGHĨA CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC WQI 1.1. ĐỊNH NGHĨA WQI là là một phương tiện có khả năng tập hợp một lượng lớn các số liệu, thông tin về chất lượng nước, đơn giản hóa các số liệu chất lượng nước, để cung cấp thông tin dưới dạng dễ hiểu, dễ sử dụng cho các cơ quan quản lý tài nguyên nước, môi trường và công chúng. Chỉ số chất lượng nước thông thường là một con số nằm trong khoảng từ 1 – 100, nếu con số lớn hơn chứng tỏ chất lượng nước tốt hơn mong đợi. Đối với các chỉ tiêu như nhiệt độ, pH, Coliform phân và oxy hòa tan chỉ số biểu thị mức độ yêu cầu đối với nhu cầu sử dụng. Đối với các chất dinh dưỡng hay bùn là các chỉ số mà thường không có trong tiêu chuẩn thì chỉ số chất lượng biểu thị điều kiện môi trường tại khu vực. Chỉ số tổng hợp tính toán trên cơ sở nhiều chỉ tiêu cho ta một đánh giá tổng quan. Thông thường chỉ số trên 80 chứng tỏ môi trường nước đạt chất lượng; chỉ số nằm trong khoảng 40 – 80 là ở mức giới hạn và nếu nhỏ hơn 40 là ở mức đáng lo ngại. Ứng dụng lớn nhất của chỉ số chất lượng là dùng cho các mục tiêu so sánh (nơi nào có chất lượng nước xấu, đáng lo ngại hơn so với các mục đích sử dụng) và để trả lời câu hỏi của công chúng một cách chung chung (chất lượng nguồn nước ở nơi tôi ở ra sao?). Các chỉ số có ít tác dụng đối với các mục tiêu cụ thể! Việc đánh giá chất lượng nước cho các mục tiêu cụ thể phải dựa vào bảng phân tích chất lượng với đầy đủ các chỉ tiêu cần thiết. Chỉ số chất lượng nước WQI không chỉ dùng để xếp hạng nguồn nước mà giúp cho chúng ta thấy nơi nào có vấn đề đáng lo ngại về chất lượng nguồn nước 1.2. PHÂN TÍCH MỘT SỐ DẠNG WQI Trên thế giới hiện nay có nhiều dạng WQI đang được sử dụng, trong đó đáng chú ý là WQI của Canada (The Canadian Council of Ministers of the Environment- CCME, 2001). WQI-CCME được xây dựng dựa trên rất nhiều số liệu khác nhau sử dụng một quy trình thống kê với tối thiểu 4 thông số và 3 hệ số chính (F1-phạm vi, F2-tần suất và F3-biên độ của các kết quả không đáp ứng được các mục tiêu CLN- giới hạn chuẩn). WQI-CCME là một công thức rất định lượng và việc sử dụng hết sức thuận tiện với các thông số cùng các giá trị chuẩn (mục tiêu CLN) của chúng có thể dễ dàng đưa vào WQI-CCME để tính tóan tự động. Tuy nhiên, trong WQI-CCME, vai trò của các thông số CLN trong WQI được coi như nhau, mặc dù trong thực tế các thành phần CLN có vai trò khác nhau đối với nguồn nước ví dụ như thành phần chất rắn lơ lửng không có ý nghĩa quan trọng đối với CLN nguồn nước như thành phần oxy hòa tan. WQI của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Mỹ (National Sanitation Foundation-NSF) là một trong các bộ chỉ số chất lượng nước được dùng phổ biến. WQI-NSF được xây dựng bằng cách sử dụng kỹ thuật Delphi của tập đoàn Rand, thu nhận và tổng hợp ý kiến của một số đông các chuyên gia khắp nước Mỹ để lựa chọn các thông số CLN quyết định sau đó xác lập phần trọng lượng đóng góp của từng thông số (vai trò quan trọng của thông số - wi) và tiến hành xây dựng các đồ thị chuyển đổi từ các giá trị đo được của thông số sang chỉ số phụ (qi). WQI-NSF được xây dựng rất khoa học dựa trên ý kiến số GVHD: TS. MAI TUẤN ANH


đông các nhà khoa học về chất lượng nước, có tính đến vai trò (trọng số) của các thông số tham gia trong WQI và so sánh các kết quả với giá trị chuẩn (mục tiêu CLN) qua giản đồ tính chỉ số phụ (qi). Tuy nhiên các giá trị trọng số (wi) hoặc giản đồ tính chỉ số phụ (qi) trong WQI-NSF chỉ thích hợp với điều kiện chất lượng nước của Mỹ. Do vậy, cần có các WQI phù hợp với điều kiện của Việt Nam, ví dụ ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long, nền nhiệt độ thường thay đổi rất ít hoặc có thể nói không có thay đổi nên yếu tố nhiệt độ nguồn nước có thể bỏ qua trong WQI, để sử dụng trong thực tế .

1.3. LỰA CHỌN CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG ĐỂ TÍNH TOÁN WQI Tùy theo mục đích sử dụng có thể lựa chọn các chỉ tiêu giám sát chất lượng để tính toán chỉ số WQI, thông thường người ta lựa chọn các chỉ tiêu sau: nhiệt độ (T), oxy hòa tan (DO), pH, Coliform phân (FC), tổng ni tơ (TN), tổng phospho (TP), tổng chất rắn lơ lửng (SS), BOD, và độ đục. Cũng có thể dùng tỷ số TN:TP thay cho từng chỉ tiêu riêng rẽ. Chỉ tiêu TN sử dụng khi tỷ số TN:TP nhỏ hơn 10 và sử dụng TP khi tỷ số nói trên lớn hơn 20. Do bùn lắng liên quan đến hai chỉ tiêu là SS và độ đục, do vậy kết hợp chúng lại thành một số x = 2/ [1/SS + 1/độ đục] sử dụng cho tính toán chỉ số WQI chung. 1.4. TÍNH TOÁN CHỈ SỐ WQI Để tính toán và đánh giá chỉ số WQI cần tiến hành 3 bước a. Bước 1: Chuyển các số liệu chỉ tiêu chất lượng thành chỉ số có giá trị từ 1 – 100: mỗi chỉ tiêu được quy đổi thành chỉ số theo hàm số bậc 2 với các hằng số được cho trong bảng. Các hằng số này thay đổi tùy thuộc vào loại nguồn/vị trí đo. Đối với các chỉ tiêu nhiệt độ, DO, pH, FC, BOD công thức tính cho giá trị 80 khi các chỉ tiêu đo đạt chất lượng theo tiêu chuẩn. Vị trí địa lý thường quyết định tiêu chuẩn cho chỉ tiêu Coliform, ví dụ nguồn loại A ở nhiệt độ thấp hơn 18 oC cho chỉ số khoảng 80.Công thức tính WQI cho từng chỉ tiêu WQI = a + b1(chỉ tiêu) + b2(chỉ tiêu)2 b. Bước 2: Kết hợp các chỉ số: Các chỉ số WQI của nhiều đợt đo trong năm có thể kết hợp thành một chỉ số chất lượng. Chỉ số WQI cho các chỉ tiêu khác nhau được kết hợp bằng cách tính trung bình và trừ đi hệ số bất lợi của các tháng có chỉ số nhỏ hơn 80. Hệ số này tính bằng công thức Hệ số bất lợi = (85 – WQI)/2 Ví dụ chỉ số WQI trung bình tháng 1 là 89 và chỉ tiêu pH có chỉ số là 75. Khi đó hệ số bất lợi của pH = (85 – 75)/2 = 5 và chỉ số WQI sẽ là 89 – 5 = 84. c. Bước 3. Áp dụng các nguyên tắc để đánh giá Sử dụng các giá trị trung bình để kết hợp các chỉ tiêu, ví dụ SS và độ đục. Bằng cách đó giảm được số lần đánh giá; 



Sử dụng giới hạn chất dinh dưỡng (tỷ lệ TN:TP, hoặc TN hay TP) thay cho việc phải tính toán chỉ số chất lượng cho cả hai chỉ tiêu; Hệ số bất lợi lớn nhất (20) sử dụng cho chất dinh dưỡng và bùn lắng khi chỉ số WQI tính toán cho các chỉ tiêu này dưới 80. Chúng ta có thể sử dụng một số đồ thị sau để tính toán WQI, tất nhiên là các đường cong này chỉ có tính minh họa và nó sẽ biến đổi tùy thuộc vào điều kiện cụ thể 



Sau khi tính toán xong các chỉ số đối với từng chỉ tiêu chất lượng, chúng ta tính chỉ số chất lượng WQI chung bằng cách nhân các chỉ số của từng chỉ tiêu riêng lẻ với hệ số tương ứng của chúng Chỉ tiêu Hệ số (fi) DO 0.17 FC 0.16 pH 0.11 BOD 0.11 T 0.10 TP 0.10 TN (N-NO3-) 0.10 Độ đục 0.08 TS 0.07 WQI = WQIi × fi Trong đó: WQIi – chỉ số chất lượng tính cho từng chỉ tiêu riêng rẽ.



CHƯƠNG 2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG WQI 2.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ÁP DỤNG WQI TRÊN THẾ GIỚI Trên thế giới hiện nay tùy thuộc vào vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên, hiện trạng chất lượng nước của mỗi vùng, mỗi quốc gia mà có nhiều cách tiếp cận và xây dựng mô hình chỉ số chất lượng nước khác nhau, trong đó một số mô hình chỉ số chất lượng nước (WQI) được áp dụng phổ biến trên thế giới được tóm tắt như sau. 2.1.1. Chỉ số chất lượng nước của Mỹ a) Chỉ số chất lượng nước bang Oregon (OWQI - Oregon Water Quality Index) Chỉ số chất lượng nước của bang Oregon được thiết lập ban đầu vào thập kỷ 70. Đây là phương pháp đơn giản và ngắn gọn nhằm diễn tả thông tin về chất lượng nước sông, hồ. Lựa chọn các thông số Các thông số sử dụng: nhiệt độ, DO, BOD, pH, tổng chất rắn (TS), tổng N, tổng P và Fecal Coliform (FC). Công thức tính 



n

WQI =

n

8

1

∑ SI i =1

2 i

=

1 2 T

SI

+

1 2 DO

SI

+

1 2 BOD

SI

+

1 2 pH

SI

+

1 2 TS

SI

+

1 2 N

SI

+

1 2 P

SI

+

1 2 SI FC

Trong đó: + n: số lượng các thông số tính toán (8 thông số) + SIi2: là chỉ số phụ của các thông số tính toán + Các chỉ số phụ này được xác định theo các công thức cho từng thông số sau: Nhiệt độ + T ≤ 110 C: SIT = 100 + 11 0C < T ≤ 29 0C: SIT = 76,54 + 4,172. T – 0,1623.T 2 – 2,0557.10-3T3 + 290C < T : SI T = 10 DO + DO bão hòa (DOs ) ≤ 100% + Nồng độ DO (DOc) ≤ 3,3 mg/l : SI DO = 10 + 3,3 mg/l < DO c < 10,5 mg/l: SI DO = - 80,29 + 31,88. DO c – 1,401.DOc2 + 10,5 mg/l ≤ DO c : SI DO = 100 − + 100% < DOs ≤ 275%: SIDO = 100e(DOs – 100)*(-1,197.10 ) + 275%< DOs : SI DO = 10 BOD5 + BOD 5 ≤ 8 mg/l : SI BOD = 100*eBOD*(-0,1993) + 8 mg/l < BOD: SI BOD = 10 2



pH + pH < 4: SI pH = 10 + 4 ≤ pH < 7 : SI pH = 2,628*e(pH*0,5200) + 7≤ pH ≤ 8: SI pH = 100 + 8 < pH ≤ 11 : SI pH = 100*e((pH – 8)*(- 0,5188)) + 11 < pH: SIpH = 10

Tổng chất rắn (TS): phụ thuộc vào từng lưu vực khác nhau. + TS ≤ 40 mg/l: SI TS = 100 − + 40mg/l < TS ≤ 220 mg/l: SI TS = 142,6e((TS*(-8,862.10 )) + 220 mg/l
4

Kết quả phân loại theo WQI Số điểm 10 - 59 60 - 79 Phân loại Rất ô nhiễm Ô nhiễm

))



80 - 84

85 - 89

90 - 100

Trung bình

Tốt

Rất tốt

b) Chỉ số chất lượng của Quỹ Vệ sinh Môi trường Hoa Kỳ (NSF- WQI) Lựa chọn các thông số Chỉ số này được thiết lập vào năm 1970. Để xây dựng WQI này, dựa theo phương pháp Delphi NSF đã mời 142 chuyên gia có kinh nghiệm trong nhiều lĩnh vực quản lý chất lượng nước ở Mỹ (bao gồm các viên chức quản lý, các kỹ sư, các nhà khoa học) cùng tham gia ý kiến. Số người này đã trả lời bảng câu hỏi (Bảng 2.1) về 35 loại tác nhân ô nhiễm nguồn nước có thể được lựa chọn làm chỉ số chất lượng nước. Số người này có thể thêm hoặc bớt các thông số nào đó và sắp xếp thứ tự các thông số theo mức độ quan trọng. Sau đó, họ trả lời bảng câu hỏi về mức độ quan trọng của từng thông số trong số 35 thông số trên theo cách cho điểm. Dựa vào kết quả thu được từ việc trả lời hai câu hỏi trên, NSF đã xác định 9 thông số quan trọng nhất để đánh giá chất lượng nước sinh hoạt là: DO, fecal coliform, pH, BOD 5, NO 3-, tổng PO43-, nhiệt độ, độ đục và tổng chất rắn (TS). 



Bảng 2.1. Các thông số đề cử để xem xét, thiết lập chỉ số chất lượng nước của NSF Oxy hòa tan COD Đồng Fecal coliform Các chất chiết bằng Sulphat cloroform pH Canxi Amoniac BOD520 Độ cứng Tổng chất rắn Hóa chất diệt cỏ Natri (herbicides) Dầu và mỡ Kali Nhiệt độ Độ đụcĐộ axit Hóa chất BVTV Clorua Bicacbonat (pesticides) Độ kiềm Magiê Phosphat Sắt Nhôm Nitrat Màu Silic Chất rắn hòa tanMangan Hoạt tính phóngFlorua xạ Các phenol

Công thức tính NSF – WQI được tính theo một trong hai công thức: công thức dạng tổng (ký hiệu là WA – WQI) và công thức dạng tích (ký hiệu là WM – WQI). Công thức toán học của 2 cách tính trên được thể hiện như sau: 

Công thức tổng: WA-WQI =

9

∑w q i

i

i=1

Công thức tích: WM-WQI =

9

∏q

Wi i

i=1

Trong đó: NSF - WQI: chỉ số chất lượng nước của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Hoa Kỳ 9

wi : trọng số đóng góp của thông số ô nhiễm i có giá trị 0 – 1;

∑w

i

= 1 ( Bảng

i=1

1.2) Chỉ số phụ q i được xác định dựa vào các đồ thị q i = f(x i) (xem các đồ thị chỉ số phụ qi = f(xi) ở Hình 1.1). Trên mỗi đồ thị q i = f(x i), giá trị trung bình và khoảng tin cậy 80% được biểu diễn. q i nhận giá trị trong khoảng 0 ÷ 100. Theo mô hình NSF-WQI, điểm WQI sẽ bằng 0 nếu nồng độ của bất kỳ chất độc nào (kim loại nặng xyanua, phenol và dư lượng hoá chất bảo vệ thực vật) vượt quá mức cho phép trong Tiêu chuẩn hoặc Quy chuẩn Hoa Kỳ.





Bảng 2.2. Trọng số đóng góp của các thông số theo NSF – WQI Thông số Trọng số DO bão hoà 0,17 F.Coli 0,16 BOD 0,11 pH 0,11 Sự thay đổi nhiệt độ 0,10 Tổng P 0,10 NO30,10 Độ đục 0,08 Tổng chất rắn (TS) 0,07 

Kết quả phân loại theo NSF-WQI Số điểm

0-25

26-50

51-70

71-90

91 - 100

Phân loại

Rất ô nhiễm

Ô nhiễm

Trung bình

Tốt

Rất tốt

2.1.2. Chỉ số chất lượng của Canada Mỗi vùng tại Canada đều sử dụng chỉ số chất lượng nước riêng nhằm để phân vùng chất lượng nước tại vùng đó. Tuy nhiên có 2 phương pháp được sử dụng nhiều nhất là phương pháp Bristish Columbia (Phương pháp BC) và phương pháp của Hội đồng của Bộ Môi trường Canada (CCME)[7]. a) Các chỉ số chất lượng nước của tỉnh Bristish Columbia (BC Index) Mô tả chỉ số: Các chỉ số chất lượng nước được tính theo 3 mục đích sử dung khác nhau: + Chỉ số chất lượng nước uống + Chỉ số chất lượng nước cho các hoạt động thể thao dưới nước + Chỉ số chất lượng nước chung: bảo vệ sức khỏe con người, đời sống thủy sinh, thể thao giải trí .... Phương pháp tính 



Chỉ số =

2

F 1

2 + F 2 +

(

F 3 2

3

)

Chỉ số phân loại = Chỉ số/1,45 Trong đó: + F1: Được tính bằng số thông số vượt tiêu chuẩn trên tổng số các thông số F1 = (n/N)* 100 GVHD: TS. MAI TUẤN ANH

13


+F2: Được tính bằng số lần đo thông số vượt tiêu chuẩn chia cho tổng số lần đo thông số. F2 = (m/M)*100 + F3: Được tính theo công thức sau: F3 = Max [{(XMM i, j - Std j)/XMM i,j }*100] Trong đó: XMM i,j là giá trị lớn nhất hoặc nhỏ nhất của thông số thứ j trong mẫu thứ i, trừ các giá trị DO và pH đã sử dụng. Std j : Là giá trị giới hạn có thể chấp nhận được (giá trị tiêu chuẩn) của thông số j trong việc xác định chất lượng nước. Kết quả phân loại Kết quả phân loại chất lượng nước theo phương pháp BC Index được thể hiện trong Bảng 2.3 như sau: Bảng 2.3. Giá trị chỉ số sử dụng trong phương pháp BC F1 F2 F3 Chỉ số Chỉ số phân loại Rất tốt 0–2 0–1 0-9 0-4 0-3 Tốt 3 – 14 2 -14 10-45 5-25 4 -17 Trung bình 15 – 35 15 – 40 46-96 26-62 18-43 Ô nhiễm 36 – 50 41-60 97-99 63-85 44-50 Rất ô nhiễm 51 - 100 61-100 99,1-100 86-145 60 -100 o

o



b) Chỉ số chất lượng nước của Hội đồng Bộ Môi trường Canada (CCME – Canada Council of Ministry of the Environment) Được phát triển từ năm 1991, Hội đồng Bộ Môi trường của Canada (CCME) cũng đã xây dựng chỉ số chất lượng nước (CCMEWQI) như là một công cụ quan trọng để quản lý nguồn tài nguyên nước [8]. Lựa chọn các thông số: Các thông số lựa chọn để tính toán WQI được chia theo 5 nhóm + Các nguyên tố hóa học vết +Thuốc trừ sâu +PCBs + PAHs + Oxy hòa tan (DO) Công thức tính 



 CCMEWQI = 100 -  

2

F 1

+ F 22 + F 32    1,732 

Trong đó: GVHD: TS. MAI TUẤN ANH

14


+ F1 – Tỉ lệ phần trăm giữa số thông số không đạt tiêu chuẩn và tổng số thông

số đang xét, F1 được tính như sau: F1 = Số thông số không đạt x100 Tổng số thông số + F2 – Tần suất không đạt tiêu chuẩn, tức là tỉ lệ mẫu không đạt tiêu chuẩn với tổng số mẫu (xét tất cả các thông số phân tích), F 2 được tính như sau: F2 = Số mẫu không đạt x100 Tổng số mẫu + F3 – Mức độ không đạt tiêu chuẩn (biên độ), F 3 được tính theo 3 bước: Tính độ lệch e i: là mức độ vượt tiêu chuẩn của từng mẫu không đạt - Nếu tiêu chuẩn của thông số i là ngưỡng trên so với tiêu chuẩn thì: ei = Giá trị mẫu - 1 Tiêu chuẩn - Nếu tiêu chuẩn của thông số i là ngưỡng dưới so với tiêu chuẩn thì: ei = Tiêu chuẩn - 1 Giá trị mẫu o Chuẩn hóa tổng độ lệch được tính qua công thức: o

n

∑

ei

nse =

i

=1

Tổng số mẫu o

Như vậy F3 được tính bằng công thức: F3 nse = 0,01nse +0,01

Kết quả phân loại Sau khi tính được chỉ số chất lượng nước (CCMEWQI), người ta chia chất lượng nước ra làm 5 loại như sau: Giá trị chỉ số Chất lượng nước CCMEWQI 95 – 100 Rất tốt 80 – 94 Tốt 65 – 79 Trung bình 45 – 64 Trung bình – kém 


15


0 - 44 Kém 2.1.3. Chỉ số chất lượng nước của Malaysia Bộ Môi trường Malaysia cũng xây dựng Chỉ số chất lượng nước mặt với các thông số: DO, BOD, COD, SS, N – NH 3 và pH. Công thức tính WQI: 

n

WQI =

∑ i

W i SI i

=1

Trong đó: + Wi: là trọng số của thông số i + SI i là chỉ số phụ của thông số i + Trọng số Wi tương ứng với từng thông số lựa chọn Thông số DO BOD COD N – NH3 SS Trọng số 0,22 0,19 0,16 0,15 0,16

pH 0,12

Các chỉ số phụ được xác định theo các công thức cho từng thông số Chỉ số phụ DO (tính theo phần trăm bão hòa x%) + SIDO = 0 khi x ≤ 8 + SIDO = 100 khi x ≥ 92 + SIDO = -0,395 +0,03x2 – 0,0002x3 khi 8 < x < 92 Chỉ số phụ của BOD: (x: nồng độ, mg/l) + SIBOD = 100,4 – 4,23x khi x ≤ 5 + SIBOD = 103 e-0,055x – 0,1x khi x > 5 Chỉ số phụ của COD: (x: nồng độ, mg/l) + SICOD = - 1,33x + 99,1 khi x ≤ 20 + SICOD = 103 e-0,0157x – 0,04x khi x > 20 Chỉ số phụ của N-NH3: (x: nồng độ, mg/l) + SIAN = 100,5 – 105x khi x ≤ 0,3 + SIAN = 94 e-0,0573x – 5* − khi 0,3 < x < 4 + SIAN = 0 khi x ≥ 4 Kết quả phân loại Mức độ ô nhiễm nguồn nước sẽ được kết luận dựa vào kết quả chỉ số tính theo công thức hoặc chỉ số phụ của các thông số BOD, N – NH 3, SS. Kết quả tính toán và phân loại chất lượng nước theo WQI của Malaysia như sau: Mức độ ô nhiễm Chỉ số Ô nhiễm nặng Ô nhiễm vừa Không ô nhiễm WQI 0 - 59 60 - 80 81 - 100 BOD 0 - 79 80 - 90 91 - 100 x

2




16


N – NH3 SS

0 - 70 0 - 69

71 - 91 70 - 75

92 - 100 76 - 100

2.1.4. Chỉ số chất lượng nước áp dụng tại một số quốc gia Châu Âu (Universal Water Quality Index) Công thức chung 

n

UWQI = ∑w I i

i

i =1

Trong đó: + wi là trọng số của thông số i + Ii là chỉ số phụ của thông số i +n: số thông số Thông số lựa chọn và chỉ số phụ Các thông số lựa chọn để tính toán chỉ số và công thức tính chỉ số phụ I i được nêu trong Bảng 2.4 Bảng 2.4. Các thông số lựa chọn và công thức tính chỉ số phụ Thông số Phân loại Chỉ số phụ X<3 y=100 3≤X<5 y=-25X+175 BOD 5≤X<7 y=-22,5X+162,5 X≥7 y= 0 X≤5 y=100 520 y= 0 X≤0,02 y=100 0,020,1 y= 0 X≥8 y=100 82 y= 0 Tổng Photpho X≤0,02 y=100 


17


0,020,65

y=-357,14X+107,14 y=-91,837X+64,694 y= 0 y=100 y=-125000X+112,5 y=-30000X+65 y= 0 y=100 y=4500X+95 y= 0 y=100 y=-1250X+112,5 y=-900X+95 y= 0 y=100 y=-25000X+175 y=-9000X+95 y= 0 y=100 y=-10,857lnX+142,47 y=-21,715lnX+284,95 y= 0 y=100 y=50

X≤0,0001 0,00010,002 X≤0,01 Se 0,010,02 X≤0,01 0,010,1 X≤0,003 0,0030,010 X≤50 5050000 6,5≤X≤8,5 5,5≤X≤6,4 và pH 8,6≤X≤9 X<5,5 and X>9 y= 0 Trọng số áp dụng cho từng thông số w i Phạm vi Thông số Tầm quan trọng Gây hại đến sức Tổng coliform khỏe Cadmi


Trọng số

4

0,114

3

0,086

Xyanua

3

0,086

Thủy ngân

3

0,086

Selen

3

0,086 18


Quan trắc

Suy giảm Oxy

Asen

4

0,113

Florue

3

0,086

Nitrat-N

3

0,086

DO

4

0,114

pH

1

0,029

BOD

2

0,057

Tổng phospho

2

0,057

Kết quả phân loại Sau khi tính được chỉ số chất lượng nước (UWQI), người ta chia chất lượng nước ra làm 5 loại như sau: Giá trị chỉ số UWQI Chất lượng nước 95 – 100 Rất tốt 75 – 94 Tốt 50 – 74 Trung bình 25 – 49 Ô nhiễm 0 - 24 Rất ô nhiễm 

2.1.5. Chỉ số chất lượng nước của Bhargava (Ấn Độ) Công thức tính Theo mô hình Bhargava (1983) WQI cho mỗi mục đích sử dụng nước (chẳng hạn, cấp nước sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp…) được tính toán theo công thức (1) và WQI tổng quát (hay WQI cho đa mục đích sử dụng nước) được tính theo công thức (2). 

1/n

n   WQI = ∏ Fi  x 100  i=1 

(1)

Trong đó Fi: + Giá trị "hàm nhạy" Fi của thông số i, nhận giá trị trong khoảng 0,01 ÷ 1 và được xác định từ đồ thị “hàm nhạy” đối với thông số i. Các đồ thị “hàm nhạy” có dạng tuyến tính và được xây dựng dựa vào Tiêu chuẩn Quốc gia (hoặc quốc tế) quy định về chất lượng nước cho mỗi mục đích sử dụng riêng + n: số thông số CLN lựa chọn (n = 3 ÷ 6, tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng nước)


19


k

∑ WQI

i

WQI =

i=1

(2)

k Trong đó, WQIi là WQI của các mục đích sử dụng nước khác nhau, k là số mục đích sử dụng nước. Có thể đưa vào tử số của công thức (2) các hệ số thể hiện tầm quan trọng khác nhau của mỗi mục đích sử dụng nước. Các thông số chất lượng nước lựa chọn cho các mục đích sử dụng riêng theo mô hình Bhargava được trình bày trong Bảng 2.5. Bảng 2.5: Các thông số chất lượng nước lựa chọn cho các mục đích riêng TT Mục đích sử dụng riêng Các thông số lựa chọn n 1 Tiếp xúc trực tiếp Độ đục, amoni, TC, BOD 5, DO 5 2 Cấp nước sinh hoạt Độ đục, BOD5, TC, DO, Cl5 3 Nông nghiệp Cl-, TDS, Bo, SAR 4 4 Công nghiệp Độ đục, TDS, độ cứng 3 5 Bảo vệ đời sống thủy sinh t0, DO, Cl-, BOD5 4 nước ngọt và tiếp xúc gián tiếp

Kết quả phân loại Sau khi tính WQI cho từng mục đích sử dụng, chỉ số chất lượng nước WQI tổng quát (cho đa mục đích sử dụng) được tính bằng cách lấy trung bình số học các WQI của các mục đích sử dụng riêng với giả thiết tầm quan trọng của các mục đích sử dụng riêng đó là như nhau Kết quả phân loại chất lượng nước theo WQI của Bhargava được thể hiện như sau: Loại Bhargava-WQI Giải thích Rất tốt I 90 ÷ 100 (không ô nhiễm - ô nhiễm rất nhẹ) 

II

65 ÷ 89

Tốt (ô nhiễm nhẹ)

III

35 ÷ 64

Trung bình (ô nhiễm trung bình)

IV

11 ÷ 34

Xấu (ô nhiễm nặng)

V

Rất xấu (ô nhiễm rất nặng) 0 ÷ 10 (Theo mô hình WQI của Bhargava, nếu một trong các chất ô nhiễm có độc tính cao kim loại nặng hoặc dư lượng hoá chất bảo vệ thực vật ) vượt quá mức cho phép theo tiêu chuẩn, quy chuẩn quốc gia hoặc quốc tế, thì WQI = 0)


20


2.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ÁP DỤNG WQI Ở VIỆT NAM 2.2.1. Sử dụng chỉ số chất lượng nước để phân loại và phân vùng CLN sông Hương a) Phương pháp Bhargava (Ấn Độ) Sông Hương là một nguồn nước quan trọng, cung cấp 75% khối lượng nước cho mọi hoạt động của đô thị Huế, bao gồm cấp nước cho sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông thủy, du lịch... Sông Hương cũng là nơi tiêp nhận lượng lớn nước thải chưa qua xử lý, các vấn đề như lũ lụt, nhiễm mặn cũng là những nguyên nhân ảnh hưởng tới chất lượng nước sông Hương[8]. Từ tháng 1 đến tháng 12 năm 2004 Nguyễn Văn Hợp, Thủy Châu Tờ, Hoàng Thái Long thuộc Khoa Hóa trường Đại học Huế đã tiến hành nghiên cứu phân vùng chất lượng nước sông Hương dựa vào chỉ số CLN WQI. Lựa chọn các thông số Để mô hình WQI của Bhargava phù hợp và đơn giản hơn khi áp dụng vào sông Hương, tác giả đã tiến hành một số điều chỉnh được nêu trong Bảng 2.6. như sau: Bảng 2.6. Các thông số chất lượng nước lựa chọn các mục đích sử dụng riêng TT Mục đích sử dụng riêng Các thông số lựa chọn n 1 Tiếp xúc trực tiếp Độ đục, amoni, TC, BOD 5 , DO 5 2 Cấp nước sinh hoạt (a) Độ đục, COD, TC, DO, EC 5 3 Nông nghiệp (b) EC, SAR 2 4 Công nghiệp(c) Độ đục, EC, độ cứng 3 Bảo vệ đời sống thủy sinh nước Độ đục, DO, EC, BOD 5 4 5 (d) ngọt và tiếp xúc gián tiếp (a) Đối với mục đích 1: Thay COD cho BOD5 , EC cho Cl - trong mô hình Bharagava (b) Đối với mục đích 3: Thay EC cho Cl ,- bỏ TDS và Bo trong mô hình Bharagava (c) Đối với mục đích 4: Thay EC cho TDS trong mô hình Bharagava (d) Đối với mục đích 5: thay độ đục cho nhiệt độ, EC cho Cl - trong mô hình Bharagava. Giá trị "hàm nhạy" Fi của thông số lựa chọn trong Bảng 1.6 trên, nhận giá trị trong khoảng 0,01 ÷ 1 và được xác định từ đồ thị “hàm nhạy” như trong Hình 1.2 


21


Hình 2.2: “Hàm nhạy” của các thông số lựa chọn đối với các mục đích sử dụng riêng Đánh giá chất lượng nước Theo mô hình Bhargava, WQI nhận giá trị từ 1 (CLN xấu nhất) đến 100 (CLN tốt nhất) và được phân thành 5 loại: + Loại I (rất tốt): từ 90 – 100 + Loại II (tốt): từ 65 – 89 + Loại III (trung bình): từ 35 – 64 + Loại IV (xấu): từ 11 – 34 + Loại V (rất xấu): từ 1 – 10 b) Phương pháp của Quỹ Vệ sinh Môi trường Hoa Kỳ (NSF- WQI) Các tác giả Nguyễn Văn Hợp, Thủy Châu Tờ ( Đại học Huế) và Nguyễn Hữu Nam (Sở TN & MT Quảng Trị) đã áp dụng hệ thống NSF – WQI để đánh giá biến động CLN sông Hương từ tháng 5/1998 đến 12/2002 với mục đích đánh giá CLN sông Hương một cách đại diện. Mặc khác những đánh giá dựa vào từng thông số CLN riêng biệt cũng được đưa ra nhằm mục đích so sánh với cách đánh giá dựa vào WQI. Phương pháp tính WQI được tính toán từ các thông số chất lượng nước quyết định thông qua một công thức toán học xác định. WQI được biểu diễn thông qua thang điểm, nhận giá trị trong khoảng 0 – 100. Trong nghiên cứu này dùng công thức nhân có trọng số, theo công thức: 



n

WQI = ∏q

i

wi

i =1

Trong đó: qi : chỉ số phụ của thông số i, nhận giá trị trong khoảng 0 – 100 và được xác định từ hàm chỉ số phụ của thông số i; -


22


- wi trọng lượng đóng góp của thông số i, nhận giá trị trong khoảng 0 – 1; ∑w = 1 i

- n: Số thông số được chọn để tính WQI; trong hệ thống NSF-WQI, n = 9 Thông số lựa chọn và trọng số: Các thông số và trọng số tương ứng trong phương pháp tính này được trình bày trong Bảng 2.7. dưới đây Bảng 2.7. Thông số và trọng số tương ứng Thống số DO FC pH BOD5 NO3- PO4 T0 Độ đục TDS Trọng số 0,17 0,15 0,12 0,1 0,1 0,1 0,1 0,08 0,08

2.2.2. Xây dựng chỉ số chất lượng để đánh giá và quản lý chất lượng nước hệ thống sông Đồng Nai Trong đề tài “xây dựng cơ sở dữ liệu GIS kết hợp với mô hình toán và chỉ số chất lượng nước phục vụ công tác quản lý và kiểm soát chất lượng nước hạ lưu hệ thống sông Sài Gòn – Đồng Nai” từ năm 2003 đến 2005, tác giả Tôn Thất Lãng đã xây dựng mô hình chỉ số chất lượng nước WQI dựa vào mô hình của NSF-WQI a. Phương pháp tính Ứng dụng phương pháp Delphi để xây dựng chỉ số chất lượng nước. Tác giả đã xây dựng một hệ thống câu hỏi gởi đến cho các chuyên gia chất lượng nước để lựa chọn thông số chất lượng nước quan trọng và đánh giá trọng số biểu thị độ quan trọng của các thông số chất lượng nước. Công thức tính: n

WQI = ∑ I W i

i

1

Trong đó Ii, Wi lần lượt là các chỉ số phụ và trọng số tương ứng với thông số chất lượng nước i được lựa chọn b. Kết quả lấy ý kiến các chuyên gia Theo phương pháp Delphi, các mẫu phỏng vấn được biên soạn và gởi đến 40 chuyên gia chất lượng nước ở các trường đại học, các viện nghiên cứu, các trung tâm môi trường để lấy ý kiến. Các mẫu phỏng vấn được gởi đi hai đợt: đợt một là các câu hỏi để xác định các thông số chất lượng nước quan trọng, đợt hai là các câu hỏi để xác định trọng số của các thông số chất lượng nước để xây dựng chỉ số phụ và hàm chất lượng nước. Kết quả có 6 thông số chất lượng nước được lựa chọn là những thông số chất lượng nước quan trọng với các trọng số được trình bày trong Bảng 2.8 như sau: Bảng 2.8. Các thông số chất lượng nước và trọng số TT Thông số Trọng số tạm thời Trọng số cuối cùng 1 BOD5 1,00 0,23 2 DO 0,76 0,18 GVHD: TS. MAI TUẤN ANH

23


3 4 5 6

SS pH Tổng N Tổng coliform

0,70 0,66 0,63 0,56

0,16 0,15 0,15 0,13

c. Xây dựng đồ thị tương quan giữa các yếu tố chất lượng nước và chỉ số phụ,

xác định hàm chất lượng nước Từ điểm số trung bình do các chuyên gia cho ứng với từng khoảng nồng độ thực tế, đối với mỗi thông số chất lượng nước, tác giả đề tài đã xây dựng một đồ thị và hàm số tương quan giữa nồng độ và chỉ số phụ. Các hàm chất lượng nước được biểu thị bằng các phương trình sau: Hàm chất lượng nước với thông số BOD5 y = - 0,0006x2 - 0,1491x + 9,8255 Hàm chất lượng nước với thông số DO y = 0,0047x2 + 1,20276x - 0,0058 Hàm chất lượng nước với thông số SS y = 0,0003x 2 - 0,1304x + 11,459 Hàm chất lượng nước với thông số pH y = 0,0862x4 - 2,4623x3 + 24,756x2 – 102,23x + 150,23 Hàm chất lượng nước với thông số tổng N: y = - 0,04x 2 – 0,1752x + 9,0244 Hàm chất lượng nước với thông số T. Coliform y = 179.39x-0,4067 











d. Phân loại chất lượng nguồn nước mặt bằng WQI Để đánh giá chất lượng nước hệ thống sông Đồng Nai, dựa vào một số kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả và kinh nghiệm thực tế, tác giả Đề tài đề xuất phân loại nguồn nước mặt theo chỉ số WQI như sau. Bảng 2.9. Phân loại chất lượng nguồn nước mặt Loại nguồn Ký hiệu màu Chỉ số WQI Đánh giá chất lượng nước Xanh dương 1 9
Lam

7
Ô nhiễm rất nhẹ

3

Lục

5
Ô nhiễm nhẹ

4

Vàng

3
Ô nhiễm trung bình

5

Da cam

1
Ô nhiễm nặng

6

Đỏ

9
Ô nhiễm rất nặng


24


2.2.3. Phân vùng chất lượng nước theo mức độ ô nhiễm – áp dụng hệ thống WQI phù hợp với TP Hồ Chí Minh 2007 – 2008 Trong đề tài “Nghiên cứu phân vùng CLN trên cơ sở chỉ số chất lượng nước (WQI) và đánh giá khả năng sử dụng các nguồn nước sông, kênh rạch ở vùng TP.HCM” (2007 – 2008), Lê Trình và CTV đã xây dựng được hệ thống chỉ số WQI cho các sông, kênh rạch khu vực TP.HCM. Một số mô hình WQI do tác giả đề xuất được trình bày dưới đây: a. Mô hình 1: Áp dụng công thức WQI của Quỹ Vệ sinh Hoa kỳ (NSF) có điều chỉnh một vài thông số (ký hiệu: NFS –WQI/HCM) Về cơ bản dựa vào mô hình NSF – WQI của Hoa Kỳ với điều chỉnh một vài thông số như sau: Số thông số được chọn: 9 thông số Các thông số được chọn Theo NFS - WQI Theo NFS – WQI/HCM 1. DO 1. DO 2. F.Coli 2. T. Coliform 3. pH 3. pH 



4. BOD5

4. BOD5

5. NO3-

5. Tổng N

6. PO4-

6. Tổng P

7. Biến thiên nhiệt độ (∆ T)

7. ∆T

8. Độ đục

8. Độ đục

9. Tổng chất rắn (TS)

9. TDS / SS



Công thức tính: cả 2 dạng tổng (WA-WQI) và dạng tích (WM-WQI) WA-WQI =

9

∑w q i

i

i=1

WM-WQI =

9

∏q

Wi i

i=1



Trọng lượng đóng góp (trọng số w i): 1. DO: 0,17 2. F.coli (hoặc T.coliform trong NFS-WQI H): 0,15 3. pH: 0,12 4. BOD: 0,10 5. NO3 (hoặc tổng N trong NFS-WQIH: 0,10


25


6. PO4 (hoặc tổng P trong NFS-WQI H: 0,10

7. ∆T: 0,10 8. Độ đục: 0,08 9. TS (hoặc TDS + SS trong NFS-WQI): 0,08. b. Mô hình 2: Cải tiến mô hình NSF-WQI phù hợp môi trường nước TP. Hồ Chí Minh (ký hiệu HCM-WQI) Đây là mô hình do Tác giả của đề tài này đề xuất dựa theo cải tiến mô hình NFSWQI của Hoa Kỳ. Áp dụng phương pháp Delphi, Đề tài này đã gửi 30 nhà khoa học môi trường, cán bộ quản lý nguồn nước, công ty cấp thoát nước bản danh mục gồm 40 thông số đề nghị lựa chọn ≤ 10 thông số điển hình và quan trọng nhất để phục vụ quan trắc và đánh giá chất lượng nước sông, kênh rạch TP. Hồ Chí Minh. Kết quả từ 20 ý kiến trả lời 10 thông số được bình chọn nhiều nhất là: 1. DO 6. Tổng N 2. BOD 7. Độ đục 3. SS 8. Dầu mỡ 4. T.coliform 9. COD 5. pH 10. Tổng P Dựa vào thứ tự ưu tiên lựa chọn tác giả của Đề tài đã tính điểm xếp hạng (m i), trọng số đóng góp trung gian (wi’), trọng số đóng góp chính (wi), xây dựng đồ thị tương quan giữa các thông số và lựa chọn chỉ số phụ (q i) của từng thông số. Các trọng số (wi) của các thông số lựa chọn tương ứng như sau: 1. DO: 0,19 2. BOD5 : 0,14 3. Độ đục: 0,12 4. TN: 0,11 5. COD: 0,09 6. pH: 0,08 7. Tổng coliform: 0,08 8. Tổng P: 0,08; SS: 0,07 9. Dầ ầ u mỡ:0,04 Các phương trình xác định chỉ số phụ (qi) đối với các thông số lựa chọn như sau: DO (y) : y = - 0,7061 x2 + 17,179 x + 3,7855 BOD5 (y) : y = 0,0068 x2 − 2,1089 x + 100,34 Đô ̣ đục (y): y = 105,73 e - 0,0168 x Tổng N (y): y = 0,1213 x 2 −8,318 x + 99,233 COD (y) : y = 0,0039 x2 − 1,157 x + 94,011 pH (y): y = 0,416 x 4 −11,609 x3 + 110,15 x2 −409,46 x + 539,31 




26


T.C (y) : y = − 8,899 Ln(x) + 132, 04 Tổng P (y): y = −14,443 Ln(x) + 33,146 SS (y) : y = 0,0011 x2 − 0,6468 x + 101,36 Dầu mỡ (y): y = − 19,082 Ln(x) + 3,9124 c. Mô hình 3: Áp dụng mô hình Bhargava (Ấn Độ) có điều chỉnh (ký hiệu là WQI B – HCM) Các thông số được chọn Để đánh giá tổng quát chất lượng nước phục vụ đa mục đích của sông, kênh rạch vùng TP. Hồ Chí Minh, 10 thông số sau đây đã được Lê Trình, Nguyễn Thế Lộc [14] lựa chọn. 9 thông số này trùng với 9 thông số trong mô hình HCM – WQI chỉ thay đổi độ đục bằng độ mặn 1. pH 6. COD 2. DO 7. Tổng N 3. SS 8. Tổng P 4. Độ mặn 9. Dầu mỡ 5. BOD 10. T.coliform 

Tuy nhiên để phù hợp với việc đánh giá chất lượng nước theo Tiêu chuẩn Việt Nam về chất lượng nước mặt (TCVN 5942-1995) và phản ảnh đặc điểm CLN mặt vùng TP Hồ Chí Minh cần có một số điều chỉnh của thông số trên: - Bổ sung thông số Fe - Dùng thông số độ dẫn (EC) thay cho độ mặn (vì EC và độ mặn quan hệ tuyến tính: độ mặn = EC x k). - Bỏ thông số “tổng P” vì không có trong TCVN 5942-1995. - Thay thông số “tổng N” bằng NO 3 hoặc NH4. Như vậy, các thông số chọn lọc trong mô hình WQI B-HCM là: pH, DO, SS, EC, BOD5, COD, NH4+ (hoặc NO3-), Fe, T.colifform và dầu mỡ. Sử dụng TCVN 5942-1995 (cột A và cột B) để xây dựng hàm lượng Fi cho 10 thông số (trừ EC), thu được các hàm nhạy. Hàm nhạy cho thông số EC được xây dựng dựa theo Tiêu chuẩn Việt Nam về chất lượng nước thuỷ lợi (TCVN 6773-2000). Việc tính giá trị Fi của thông số i cũng có thể được thực hiện trên máy tính bằng cách lập sẵn các phương trình tuyến tính dạng Fi = a + bx i. Như vậy, khi nhập vào các giá trị x i, máy tính sẽ cho ngay giá trị F i. Đồ thị hàm nhạy (Fi) đối với các thông số chất lượng nước khi tính WQIB Đồ thị hàm nhạy (Fi) đối với các thông số chất lượng nước khi tính WQI B được trình bày trong Hình 2.3 dưới đây: 


27


Hình 2.3: Các đồ thị hàm nhạy (Fi) đối với các thông số CLN khi tính WQIB Phân loại chất lượng nước Bảng 2.10. Phân loại chất lượng nước theo WQI Loại Bhargava-WQI (a) NSF-WQI (b) Giải thích Rất tốt I 90 ÷ 100 91 ÷ 100 (không ô nhiễm - ô nhiễm rất nhẹ) 

II

65 ÷ 89

71 ÷ 90

Tốt (ô nhiễm nhẹ)

III

35 ÷ 64

51 ÷ 70

Trung bình (ô nhiễm trung bình)

IV

11 ÷ 34

26 ÷ 50

Xấu (ô nhiễm nặng)

V

Rất xấu (ô nhiễm rất nặng) 0 ÷ 10 0 ÷ 25 (a) WQI tổng quát (đa mục đích sử dụng) hoặc WQI cho mục đích sử dụng riêng (b) WQI tổng quát Nguồn: Lê Trình và ctv,Đề tài “Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước theo chỉ số chất lượng nước (WQI) và đánh giá khả năng sử dụng các nguồn nước sông, kênh rạch ở vùng TP.HCM”, 2008.


28


CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG NGHIÊN CỨU CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC ĐỂ ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN VÙNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG HẬU Để phục vụ công tác quản lý và kiểm soát chất lượng nước sông Hậu, chỉ số chất lượng nước được xây dựng dựa vào phương pháp Delphi. Các hệ thống câu hỏi được gởi đến 40 chuyên gia chất lượng nước tại các Viện Nghiên cứu, trường Đại học, Trung tâm Môi trường v.v… để xác định yếu tố chất lượng nước quan trọng và trọng số của chúng. Trên cơ sở đó, các chỉ số phụ và các hàm chất lượng nước được xây dựng. Đồng thời, các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng nước dựa vào hệ thống chỉ số được đề xuất. Việc áp dụng chỉ số chất lượng nước được đánh giá bởi các nhà quản lý là phù hợp. Nó cung cấp một phương pháp đánh giá tổng hợp về chất lượng nước tại lưu vực sông Hậu phục vụ cho công tác qui hoạch, quản lý và kiểm soát chất lượng nước cho lưu vực sông này.

3.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Sông Hậu có rất nhiều chức năng quan trọng đặc biệt của nguồn nước, đối với phát triển kinh tế - xã hội toàn vùng Tây Nam bộ. Chính vì vậy việc tăng cường và nâng cao hiệu quả quản lý và bảo vệ nguồn nước sông Hậu là một nhiệm vụ quan trọng, là một yêu cầu cấp thiết, để đảm bảo các mục tiêu phát triển hiện tại và phát triển bền vững trong tương lai. Phân vùng chất lượng nước là nội dung đặc biệt quan trọng không chỉ trong quản lý môi trường mà còn có tầm quan trọng trong quy hoạch sử dụng tài nguyên nước một cách hợp lý và an toàn. Nhằm góp phần ngăn chặn các nguy cơ khủng hoảng về nguồn nước cũng như từng bước khắc phục, cải thiện và bảo vệ nguồn nước mặt trên địa bàn thành phố Cần Thơ, cần thiết phải tiến hành nghiên cứu để xây dựng công cụ quản lý thống nhất và tổng hợp tài nguyên nước sông Hậu. Chỉ số chất lượng nước và phân vùng chất lượng nước là công cụ giúp đánh giá mức độ ô nhiễm từng đoạn sông phục vụ mục đích quy hoạch sử dụng hợp lý nguồn nước mặt và xây dựng định hướng kiểm soát ô nhiễm, bảo vệ môi trường nước, từ đó, xây dựng các biện pháp để kiểm soát ô nhiễm môi trường nước tốt hơn, đây là một vấn đề rất cần thiết và cấp bách. 3.2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.2.1. Nội dung nghiên cứu: bao gồm các nội dung sau: Thu thập số liệu và tài liệu liên quan đến đề tài; Xây dựng chỉ số chất lượng nước; Đánh giá và phân vùng chất lượng nước sông Hậu; Xác định nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước, đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý để giảm thiểu và hạn chế ô nhiễm nguồn nước sông Hậu. 3.2.2. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập và biên hội số liệu; 










29


Các phương pháp lấy mẫu, phân tích chất lượng nước: theo các TCVN tương ứng; Phương pháp xây dựng chỉ số chất lượng nước (CLN) Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index- WQI) là một thông số tổ hợp được tính toán từ các thông số CLN xác định thông qua một công thức toán học. WQI dùng để mô tả định lượng về CLN và được biểu diễn qua một thang điểm. Chỉ số chất lượng nước khu vực hệ thống sông Hậu được xây dựng theo phương pháp Delphi [7]. Theo phương pháp này, các thông số thể hiện chất lượng nước tổng thể cũng như tầm quan trọng của từng thông số được lựa chọn dựa trên ý kiến của các chuyên gia về lĩnh vực chất lượng nước. Một bảng câu hỏi sẽ được gởi đến các chuyên gia, trong đó ghi rõ các thông số thường được sử dụng trong việc đánh giá chất lượng nước để có cơ sở thống nhất cho các chuyên gia lựa chọn. Trong bảng câu hỏi cũng đưa ra các khoảng giá trị của từng thông số để các chuyên gia đánh giá chất lượng nước. Dựa vào ý kiến của các chuyên gia, đường cong phân hạng của từng thông số sẽ được xây dựng để có thể xác định chỉ số phụ. Cuối cùng, dựa vào các số liệu quan trắc, chỉ số chất lượng nước sẽ được tính toán để xác định và đánh giá chất lượng nước mặt tổng thể của lưu vực sông Hậu. Các giai đoạn xây dựng chỉ số chất lượng nước được trình bày trong hình sau: 



Giai đoạn 1: Lựa chọn các thông số CLN, xác định trọng số của từng thông số

Ý kiến chuyên gia

Giai đoạn 2: Xây dựng đường cong xác định chỉ số phụ của từng thông số

Ý kiến chuyên gia

Giai ñoaïn 3:

Tính toaùn CSCL

vaø öùng dụng để đánh giá chất lượng

Số liệu đo đạc

Hình 3.1. Các giai đoạn xây dựng chỉ số chất lượng nước Các công thức tính toán chỉ số chất lượng nước: được trình bày trong Bảng 1 sau đây: Bảng 3.1. Các công thức tập hợp tính WQI [2, 3, 5, 7, 9] Dạng tổng Dạng tích Dạng Solway 2 1 n Không tính phần 1 n n 1  1  n WQIAU= q i   WQISU= ∑ trọng lượng đóng  ∑q i  WQIMU=  ∏ q i  n i=1 100  n i=1   i=1  góp GVHD: TS. MAI TUẤN ANH

30


n Có tính phần trọng WQIA=∑ q i Wi lượng đóng góp i=1

WQIM=

n

∏q

2

1  n  WQIS= q W 100  i=1 i i  

∑

Wi i

i=1

Theo các nghiên cứu trước đây, cách tính chỉ số chất lượng nước theo công thức chỉ số học có trọng số được lựa chọn để tính toán. Chỉ số số học có trọng số (Water Quality Index weighted Arithmetic) do Brown và các cộng sự thiết lập: WQIA=

n

∑q W i

(1-1)

i

i=1

Trong đó: Wi: là trọng số (là số biểu thị độ quan trọng của thông số chất lượng nước) qi: là chỉ số phụ của thông số chất lượng nước thứ i

3.2.3. Phương pháp đánh giá chất lượng nước theo WQI Trên cở sở WQI tính được, người ta phân loại và đánh giá CLN theo các thang điểm WQI từ 0 đến 100, với giá trị càng cao, chất lượng nước càng tốt. 3.3. KẾT QUẢ -THẢO LUẬN 3.3.1 Kết quả xây dựng chỉ số chất lượng nước a. Xây dựng đồ thị tương quan giữa các nồng độ và chỉ số phụ - Xác định hàm chất lượng nước - Xây dựng đồ thị tương quan giữa nồng độ và chỉ số phụ Dựa vào ý kiến của các chuyên gia chất lượng nước, các thông số chất lượng nước quan trọng được đánh giá bằng phương pháp cho điểm theo các khoảng giá trị nồng độ của các thông số đó. Điểm số biến thiên từ 1 đến 100 tương ứng với chất lượng nước biến đổi từ xấu đến tốt. Từ điểm số trung bình do các chuyên gia cho ứng với từng khoảng nồng độ thực tế, đối với mỗi thông số xây dựng một đồ thị và hàm số tương quan giữa nồng độ và chỉ số phụ dựa vào phương pháp thư, với sự trợ giúp của phần mềm xử lý bảng tính Excel. Đó chính là các hàm chất lượng nước được biểu thị trong các Hình 2 đến Hình 7. 100

80

60 q 40

y= -0.041x

2

- 1.9269x+97.609

20

0 0

5

10

15

20

25

3

=

Hình 3.2. Đồ thị và hàm số tương quan giữa nồng độ BOD và chỉ số phụ GVHD: TS. MAI TUẤN ANH

31


100

80

60 i q 40

y= 0.2293x

20

2

+14.195x+1.1945

0 0

1

2

3

4

5

6

7

DO(mg/L) (DO>6,5mg/L,qi=100)

Hình 3.3. Đồ thị và hàm số tương quan giữa nồng độ DO và chỉ số phụ 100

80

60

y=99.648e

i q

-0.0115x

40

20

0 0

50

100

150

200

250

TSS(mg/L) (TSS>200mg/L,qi=5)

Hình 3.4. Đồ thị và hàm số tương quan giữa nồng độ SS và chỉ số phụ 100

2

y=-36.076x

+ 505.41x - 1684.8

80

60

q 40

20

0 0

2

4

6

8

10

12

1

Hình 3.5. Đồ thị và hàm số tương quan giữa thông số pH và chỉ số phụ


32


120 100

á o s æ h C

y=0.004 2x

80

2

- 1.228x+91 .50 2

60 40 20 0 0

50

100

150

200

COD(m g/l)

Hình 3.6. Đồ thị và hàm số tương quan giữa nồng độ COD và chỉ số phụ 100

80

60 i q

y = -8.4007Ln(x) + 131.59

40

20

0 0

500000

1000000

1500000

2000000

T.C (MPN/100ml) (T.C>106MPN/100mL, qi=5)

Hình 3.7. Đồ thị và hàm số tương quan giữa nồng độ Tổng Coliform và chỉ số phụ Nhờ vào các hàm tương quan này, ứng với nồng độ cụ thể ta có thể nhanh chóng tính được chỉ số phụ của các thông số trong chỉ số chất lượng nước.

b. Tính toán chỉ số chất lượng nước Dựa vào ý kiến của các chuyên gia, trọng số của các thông số chất lượng nước được trình bày trong Bảng 2. Trọng số tạm thời của từng thông số được tính bằng cách lấy trung bình cộng điểm các chuyên gia cho đối với thông số đó. Trọng số cuối cùng của một thông số được tính bằng cách chia trọng số tạm thời của thông số đó với tổng các trọng số tạm thời, sao cho tổng giá trị các trọng số cuối cùng bằng 1. Mức độ chênh lệch giữa trọng số của các thông số không lớn lắm (biến thiên từ 0,14 đến 0,22).


33


Bảng 3.2. Trọng số của các thông số chất lượng nước STT Thông số Mức độ quan Trọng số tạm trọng thời 1 BOD5 33 1,00 2 DO 36 0,91 3 pH 45 0,73 4 Tổng Coliform 49 0,67 5 SS 50 0,66 6 COD 51 0,66 Tổng cộng

Trọng số cuối cùng 0,22 0,20 0,16 0,15 0,14 0,14 1,00

3.3.2 Đánh giá chất lượng nước hệ thống sông Hậu bằng WQI – Phân vùng chất lượng nước Để đánh giá chất lượng nước hệ thống Hậu, dựa vào một số kết quả nghiên cứu và kinh nghiệm thực tế, chúng tôi đề xuất phân loại nguồn nước mặt theo chỉ số WQI như sau: Bảng 3.3. Phân loại ô nhiễm nguồn nước mặt Loại Ký Chỉ số WQI Đánh giá chất Mục đích sử dụng nước nguồn hiệu lượng nước màu Xanh 90
4 5 6

Lục

Giải trí ngoại trừ các môn thể thao tiếp xúc trực tiếp, phù hợp với một số loại cá Vàng 30
Đỏ

50
WQI[ 10

Ô nhiễm nặng

rất Chỉ sử dụng với GTT.

3.3.3. Diễn biến chất lượng hệ thống sông Hậu a. Diễn biến CLN hệ thống sông Hậu khu vực Cần Thơ GVHD: TS. MAI TUẤN ANH

34


Nhìn chung, chất lượng nước sông Hậu đã vị ô nhiễm ở mức từ trung bình đến nhẹ. Chất lượng nước có xu hướng giảm trong những năm gần đây. Nguyên nhân chủ yếu là do nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp gây ra. Hiện nay, trên địa bàn tỉnh Cần Thơ đã có 6 khu công nghiệp. Trong đó, khu công nghiệp Trà Nóc 1 và Trà Nóc 2 đã hoạt động nhưng chưa có khu công nghiệp nào có hệ thống xử lý tập trung. Hầu như nước thải công nghiệp chưa qua xử lý mà xả thẳng vào sông Hậu. Vì vậy, nước sông Hậu đã có dấu hiệu ô nhiễm hầu hết các chỉ tiêu. Nồng độ các chất dinh dưỡng tương đối cao. Nồng độ NO2- dao động từ 0,016 đến 0,136 mg/l, vượt vượt tiêu chuẩn nước mặt TCVN 5942-1995, loại A (0,01 mg/l). Nồng độ NH 3 dao động trong khoảng 0,13 – 2,42 mg/l, vượt tiêu chuẩn nước mặt TCVN 5942-1995, loại A (0,05 mg/l). Các chỉ tiêu SS, chất hữu cơ và vi sinh đều xấp xỉ hoặc vượt tiêu chuẩn cho phép 5942-1995, loại A. Kết quả phân vùng chất lượng nước sông Hậu được thể hiện trên bản đồ (Hình 8).


35


Hình 3.8. Bản đồ phân vùng chất lượng nước sông Hậu năm 2007 Năm 2007, chất lượng nước sông Hậu khu vực Cần Thơ và Đồng Tháp giảm rõ rệt so với năm 2006, nằm trong vùng từ màu vàng đến màu lục. Tại các kênh rạch trong nội thành thành phố Cần Thơ, nồng độ các chất ô nhiễm tăng cao. Giá trị oxi hòa tan giảm đến 2,1 mg/l. Chất lượng nước sông Hậu tại khu vực Cần Thơ và Vĩnh Long cũng giảm hơn so với những năm trước, chất lượng nước thay đổi từ màu lục (ô nhiễm nhẹ) đến màu lam (ô nhiễm rất nhẹ).


36


3.4. KẾT LUẬN –KIẾN NGHỊ Bảo vệ môi trường, đặc biệt là nguồn nước ở lưu vực sông Hậu có vai trò đặc biệt quan trọng trong phát triển kinh tế – xã hội của tỉnh miền Tây Nam Bộ và có ý nghĩa sống còn đối với hàng triệu người dân đang sinh sống ở vùng lưu vực sông. Theo kết quả tính toán chỉ số chất lượng nước WQI, chất lượng nước sông Hậu đang giảm thấp qua các năm do sự gia tăng dân số, phát triển đô thị và công nghiệp. Vì thế các cơ quan quản lý môi trường cần áp dụng nhiều biện pháp quản lý và kỹ thuật để góp phần duy trì chất lượng nước sông Hậu, đảm bảo sự trong lành của dòng sông này. Treân cô sôû nghieân cöùu naøy chuùng toâi coù moät vaøi kieán nghò nhö sau:

-

Các cơ quan chức năng cần tập trung thực hiện ngay các biện pháp xử lý nước thải công nghiệp, khai thác khoáng sản, làng nghề và sinh hoạt; Tăng cường công tác quản lý, giám sát và đánh giá chất lượng môi trường nước mặt, nhất là tại các khu vực đông dân cư và các khu công nghiệp xả nước thải vào lưu vực sông Hậu; Nạo vét định kỳ các sông rạch tiếp nhận các nguồn nước thải để tăng khả năng pha loãng và tự làm sạch chất thải; Xây dựng và vận hành hiệu quả hệ thống xử lý nước thải tập trung ở các khu công nghiệp, chợ, trung tâm thương mại và khu vực đông dân cư; Tăng cường công tác thanh, kiểm tra môi trường, xử lý mạnh các hành vi gây ô nhiễm môi trường; - Nâng cao năng lực quản lý môi trường cho cán bộ quản lý môi trường địa phương. Đồng thời nâng cao trình độ dân trí, lồng ghép với các chương trình, hoạt động bảo vệ môi trường, làm cho người dân hiểu được tầm quan trọng của nguồn nước sạch và tác hại khi sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm, thay đổi những thói quen không tốt trong việc thải rác và nước thải sinh hoạt tại nhà và nơi công cộng gây ô nhiễm môi trường.


37


TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bộ Tài nguyên và Môi trường (2005), Hội nghị chủ tịch Ủy ban nhân dân các tỉnh/thành phố về bảo vệ môi trường lưu vực hệ thống sông Đồng Nai, tháng 12/2005. 2. Tôn Thất Lãng và ctv (2008), Nghiên cứu chỉ số chất lượng nước để đánh giá và phân vùng chất lượng nước sông Hậu, đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở. 3. Canter, L.W (1991). Water pollution index, International Seminar on Environmental assessment and Management, Scotland, UK. 4. House, M.A and Newsome, D.H. (1989). The application of a water quality Index to river management. Water Science Technology 21: 1149-1159. 5. Ton That Lang (1996), Wastewater assessment and water quality impact of the rubber latex industry: a case study in Dong Nai, Vietnam. 6. Linstone, H.A & Turoff M. (1975). The Delphi Method: techniques and applications Addison –Wesley, Reading, Mass. 7. Lohani, B.N. (1984). Environmental Quality Management. India: South asian publishers Pvt. Ltd. Smith, G. D., (1998). A beter water quality indexing system for rivers and streams. Water resource: 24,10, 1237-1244


38

Chi So Chat Luong Nuoc WQI

Recommend Documents