TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 18, Số 2 (2021) 27 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC CÁC CHI LƯU SÔNG CỔ CHIÊN Ở TỈNH TRÀ VINH DỰA VÀO CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC (WQI) Lư Văn Bìn[.]
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 18, Số (2021) ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC CÁC CHI LƯU SÔNG CỔ CHIÊN Ở TỈNH TRÀ VINH DỰA VÀO CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC (WQI) Lư Văn Bình1, Nguyễn Thành Trung2, Nguyễn Văn Hợp3* Trung tâm Kỹ thuật Tài nguyên Môi trường, tỉnh Trà Vinh Phân viện Khoa học An tồn Vệ sinh Lao động Bảo vệ Mơi trường miền Trung, thành phố Đà Nẵng Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế * Email: ngvanhopkh@gmail.com Ngày nhận bài: 17/8/2020; ngày hoàn thành phản biện: 21/8/2020; ngày duyệt đăng: 3/9/2020 TÓM TẮT Trong nghiên cứu này, Chỉ số chất lượng nước (WQI) áp dụng để đánh giá chất lượng nước chi lưu sông Cổ Chiên, tỉnh Trà Vinh Tập liệu sử dụng để tính tốn WQI thu thập từ chương trình quan trắc giai đoạn 2015 – 2019 (5 năm) 06 vị trí (trên chi lưu) với tần suất quan trắc đợt/năm, bao gồm 11 thông số: pH, DO, TSS, BOD5, COD, N-NO3-, N-NH4+, P-PO43-, Cl-, dầu mỡ tổng coliform (TC) Trên sở so sánh WQI cải tiến (WQI) WQI Tổng cục Môi trường Việt Nam ban hành năm 2011 (WQIVN), rằng, WQI phù hợp áp dụng cho chi lưu sông Cổ Chiên Kết phân loại chất lượng nước giai đoạn 2015 - 2019 cho thấy: Chất lượng nước sông chủ yếu (89 % số liệu) mức “trung bình” (WQI = 51 – 75) đến “kém” (WQI = 26 – 50) “rất kém” (WQI = – 25); Chỉ 11 % số liệu mức ”tốt” (WQI = 76 – 90) đến “rất tốt” (WQI = 91 – 100) Nguyên nhân làm giảm chất lượng nước chi lưu phải tiếp nhận nhiều nước thải từ hoạt động vùng ven bờ: công nghiệp, nông nghiệp, phát triển đô thị, dịch vụ nhiễm mặn cuối nguồn Từ khóa: WQI, chi lưu, sơng Cổ Chiên MỞ ĐẦU Sông Cổ Chiên – chi lưu lớn sông Mê Kông – qua địa bàn tỉnh Vĩnh Long Trà Vinh, đổ biển Đông Đoạn sông qua tỉnh Trà Vinh có chiều dài khoảng 42 - 43 km, bề rộng 0,8 - 2,5 km độ sâu trung bình - 14 m Khi qua tỉnh Trà Vinh, sông chia thành nhiều nhánh (hay chi lưu): Sơng Cái Hóp (dài km, nối sơng Cổ Chiên sơng Càng Long, nên cịn gọi sông Càng Long, qua 27 Đánh giá chất lượng nước chi lưu sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh dựa vào số chất lượng nước … huyện Càng Long, dài 20 km); sông Láng Thé (gồm nhánh – nhánh đổ vào sông Nhị Long dài 10 km nhánh đổ vào sơng Ba Si dài 16 km); Sơng Long Bình (dài 10 km qua thành phố Trà Vinh); sông Bãi Vàng (là ranh giới huyện Châu Thành Cầu Ngang, dài km) sông Thâu Râu (đi qua địa bàn huyện Cầu Ngang dài 12 km) [5] (hình 1) Sơng Cổ Chiên chi lưu nguồn cấp nước quanh năm cho hoạt động nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, dịch vụ, giao thông thủy, nuôi trồng thủy sản… Song, chúng phải tiếp nhận chất thải (rắn, lỏng) phát sinh từ hoạt động bị nhiễm mặn chi lưu vùng cuối nguồn sông Cổ Chiên Do vậy, việc đánh giá chất lượng nước (CLN) chi lưu sông Cổ Chiên cần thiết Từ năm 2007 đến nay, Trung tâm Kỹ thuật Tài nguyên Môi trường (thuộc Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Trà Vinh) thực chương trình quan trắc CLN nhiều vị trí chi lưu với tần xuất đợt/năm, 14 thông số (nhiệt độ, pH, DO, TSS, độ đục, BOD5, COD, NH4+-N, NO3 N, NO2 N, PO43 P, Cl-, tổng coliform, dầu mỡ) số kim loại nặng, hóa chất bảo vệ thực vật nhóm clo [5] Song, việc đánh giá CLN chủ yếu dựa vào thông số riêng biệt, tức so sánh kết quan trắc với giá trị quy định QCVN 08-MT:2015/BTNMT chất lượng nước mặt [6] Cách đánh giá CLN khó hiểu cộng đồng nhà quản lý, không cho phép đánh giá tổng quát CLN [1], [3], [4] Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index/WQI) thơng số “tổ hợp” tính tốn từ nhiều thông số CLN theo phương pháp (hay cơng thức tốn học) xác định [1] Trên giới nay, có 30 mơ hình WQI áp dụng xem cơng cụ phục vụ hiệu công tác đánh giá CLN quản lý nguồn nước WQI có nhiều ưu điểm: Cho phép đánh giá tổng quát CLN sông theo thang điểm, thường từ (CLN nhất) đến 100 (CLN tốt nhất); cho phép so sánh CLN sông so sánh theo không gian, thời gian; dễ hiểu cộng đồng nhà hoạch định sách [1], [3] Trong nhiêu năm qua, nước ta có nhiều nghiên cứu áp dụng WQI để đánh giá CLN nhiều sơng như: áp dụng mơ hình WQI cải tiến (cải tiến WQI Bhargava đề xuất năm 1983) để đánh giá CLN sông Bồ tỉnh Thừa Thiên Huế [2], sông Hương, sông Thạch Hãn sơng Kiến Giang khu vực Bình Trị Thiên [3] Năm 2011, mơ hình WQI Tổng cục Mơi trường Việt Nam ban hành (viết tắt WQIVN) để áp dụng nước, song chưa tập huấn sử dụng, chưa đánh giá phù hợp áp dụng vào thực tế, nên cần thiết phải nghiên cứu điều chỉnh Từ năm 2018, Trung tâm Kỹ thuật Quan trắc Môi trường (thuộc Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Trà Vinh) áp dụng WQIVN để đánh giá CLN sơng, cịn nhiều hạn chế, chưa có thơng tin để khẳng định phù hợp phản ánh CLN sông địa phương [5] Bài báo trình bày kết áp dụng WQI để đánh giá CLN chi lưu sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh giai đoạn 2015 – 2019 Kết lựa chọn WQI phù hợp 28 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 18, Số (2021) để áp dụng đề cập dựa sở so sánh WQI cải tiến (viết tắt WQI) WQIVN áp dụng cho chi lưu PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Tổng hợp xử lý số liệu quan trắc CLN Tổng hợp liệu CLN thu từ chương trình quan trắc mơi trường [5]: 14 thông số (như nêu mục 1) với tần xuất 04 đợt/năm giai đoạn 2015 – 2019 (5 năm) 06 vị trí chi lưu sơng Cổ Chiên Trong đó, vị trí S1 sơng Long Bình, S2 (sơng Cái Hóp – Càng Long), 02 vị trí 02 chi lưu sơng Láng Thé – sông Nhị Long (S3) sông Ba Si (S4), S5 (sông Bãi Vàng) S6 (sông Thâu Râu) Các vị trí quan trắc nêu hình Xử lý số liệu để tạo tập liệu phù hợp cho tính tốn WQI như: lấy số số có nghĩa, gán kết KPHĐ (khơng phát được) < LOD giới hạn phát phương pháp phân tích (LOD)… Hình Các vị trí quan trắc CLN chi lưu sơng Cổ Chiên, tỉnh Trà Vinh 2.2 Phương pháp tính WQI WQICT (i) Tính WQI [2]: Theo mơ hình WQI, 11 thơng số CLN lựa chọn (n = 11) để tính cho chi lưu sông Cổ Chiên, bao gồm: pH, DO, TSS, BOD5, COD, N-NO3- , N29 Đánh giá chất lượng nước chi lưu sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh dựa vào số chất lượng nước … NH4+ , P-PO43- , Cl-, dầu mỡ tổng tổng coliform (TC) Trong đó, thơng số pH, DO, TSS, Cl- thể đặc điểm chung sông; BOD5 COD thể mức ô nhiễm chất hữu cơ; N-NH4, N-NO3, P-PO4 thể mức ô nhiễm chất dinh dưỡng; dầu mỡ tổng TC thể mức nhiễm dầu vi khuẩn phân có nguồn gốc từ phân người dộng vật WQI tính theo công thức (1): n WQI = [ ∏Fi ]1/n 100 (1) i=1 Trong đó, Fi giá trị hàm nhạy thông số i (i = – 11) thể chất lượng thơng số: Fi nhận giá trị từ 0,01 (ứng với chất lượng nhất) đến (ứng với chất lượng tốt nhất); n số thông số lựa chọn (n = 11) Các đồ thị hàm nhạy Fi có dạng tuyến tính (hình 2) xây dựng dựa vào Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia CLN mặt QCVN 08-MT:2015/BTNMT Đối với thông số Cl- - thông số thể nhiễm muối sơng, hàm nhạy xây dựng dựa vào Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia chất lượng nước ăn uống (QCVN 01/2009/BYT) Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia chất lượng nước dùng cho tưới tiêu (QCVN 39/2011/BTNMT) 1 0.8 0.8 0.6 0.6 0.6 0.6 F F 0.4 0.4 0.4 0.2 0.2 0.2 0 0 10 12 14 10 pH 20 F 0.8 F 0.8 0.2 0 30 BOD5 (mg/L) 1 0.8 0.8 0.6 0.6 0.6 0.4 0.4 0.4 0.2 0.2 0.2 0 DO (mg/L) 0.2 0.4 0.6 20 40 60 COD (mg/L) 0.5 0 F F F 0.5 N-NH4 (mg/L) 0.8 10 12 14 0.4 0 P-PO4 (mg/L) 10 15 20 250 500 N-NO3 (mg/L) Cl (mg/L) 1 0.8 0.8 0.6 0.6 0.6 F F 0.8 0.4 0.4 0.4 0.2 0.2 0.2 0 0 5000 10000 20 40 60 80 100 TSS (mg/L) TC (MPN/100mL) Dầu mỡ tổng (mg/L) Hình Đồ thị hàm nhạy (F) thông số CLN mơ hình WQICT [2] (ii) Tính WQIVN [4]: Theo mơ hình WQIVN, thơng số CLN lựa chọn gồm: pH, DO (được tính tốn từ nhiệt độ theo phương trình xác định), BOD5, COD, N-NH4, PPO4, TSS, độ đục (TUR), TC WQIVN tính theo cơng thức (2): 30 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 18, Số (2021) 1/3 WQI pH WQI VN = WQI WQIb WQIc a 100 a=1 b=1 (2) Trong đó, WQIa số chất lượng thông số: DO, BOD5, COD, N-NH4, P-PO4; WQIb số chất lượng thông số: TSS TUR; WQIc WQIpH tương ứng số chất lượng thông số TC pH WQIa, WQIb, WQIc WQIpH nhận giá trị từ đến 100 xác định từ bảng tra cứu liên quan - kết xác định thông số CLN ứng với giá trị số chất lượng tương ứng [4] 2.3 Phân loại chất lượng nước dựa vào WQI Đối với WQI WQIVN, phân loại CLN thành mức khác (theo cách phân loại mơ hình WQIVN) [4]: Mức I (WQI = 91 – 100) ứng với CLN “rất tốt”; Mức II (76 – 90) – CLN “tốt”; Mức III (51 – 75) – CLN “trung bình”; Mức IV (26 – 50) – CLN “kém” mức V (0 – 25) – CLN “rất kém” 2.4 Phương pháp xử lý số liệu Sử dụng phần mềm Microsoft – Excel với công cụ Data Analysis để tinh tốn đại lượng thống kê mơ tả, kiểm định giả thuyết thống kê (kiểm định t theo cặp/paired-t-test) để so sánh số WQI WQIVN KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Lựa chọn mơ hình WQI phù hợp Để lựa chọn mơ hình phù hợp cho chi lưu sông Cổ Chiên, tiến hành tính WQI (với n = 11) WQIVN (với n = 9) theo công thức (1) (2) từ tập liệu CLN chi lưu sông Cổ Chiên năm 2018 2019: Tại vị trí, năm, quan trắc đợt vào tháng 3, (thuộc mùa khô) tháng 9, 11 (thuộc mùa mưa); tổng cộng, m (số lần quan trắc) = 48, ứng với bậc tự f = 47 Các kết hình cho thấy (các số liệu chi tiết nêu bảng 1): - Hai mơ hình WQI WQIVN cho kết khác (hay phản ánh CLN khác nhau) vị trí quan trắc với p < 0,05 (ttính = 10,99 > t(p = 0,05; df = 47) = 2,01); Trong hầu hết trường hợp, WQI cho điểm CLN cao so với WQIVN từ đến 72 điểm; - WQIVN phản ánh CLN tất vị trí đợt quan trắc mức V (WQIVN = 13 – 21), ứng với CLN “rất kém” (hay ô nhiễm nặng), ngoại trừ 01 trường hợp - vị trí S4 vào tháng 3/2019: WQIVN = 90, ứng với CLN “tốt” xấp xỉ WQI = 86 – 88 (cũng phản ánh CLN “tốt”) Trong đó, WQI dao động khoảng rộng (17 88), phản ánh CLN loại “rất kém”: 4/48 (9 %) trường hợp đến loại “tốt”: 5/48 (10 %) 31 Đánh giá chất lượng nước chi lưu sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh dựa vào số chất lượng nước … Hình So sánh WQI cải tiến WQIVN giai đoạn 2018 – 2019: Ký hiệu Si-j vị trí i (i = – 6) đợt quan trắc j (j = – ứng với đợt quan trắc năm 2018 2019) Sở dĩ WQIVN phản ánh CLN nước bị nhiễm nặng vi kh̉n có nguồn gốc phân chất rắn lơ lửng, nên TC TSS cao WQIVN khơng tính đến thơng số Cl- (hoặc độ muối), nên nhiễm mặn không ảnh hưởng đến WQI VN hay nói cách khác, WQIVN khơng phản ánh giảm CLN nhiễm mặn từ biển Thực tế cho thấy, mật độ tổng coliform (TC) nước sơng tỉnh Trà Vinh thường cao, chí > 10.000 MPN/100 mL [5] Song, cần thấy rằng, TC cao phổ biến nhiều nguồn nước mặt nước ta [2], [3] Mặt khác, nồng độ TSS không cao (các chi lưu sông Cổ Chiên có nồng độ TSS trung bình < 100 mg/L), dùng nước cho mục đích nơng nghiệp, giao thơng thủy… chí cấp nước sinh hoạt (nếu xử lý nước phương pháp truyền thống như: keo tụ lắng, lọc cát, khử trùng) Hiện nay, nước chi lưu dùng cho mục đích sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp, nuôi trồng thủy sản số mục đích khác địi hỏi CLN thấp Với phân tích trên, thấy rằng, WQI phản ánh CLN chi lưu phù hợp so với WQIVN Mặt khác, WQIVN lựa chọn cố định thơng số CLN, đó, WQI cho phép đưa thêm thơng số CLN vào tính tốn, chẳng hạn tổng sắt tan (Fe), tổng mangan tan (Mn)… tùy thuộc vào đặc điểm CLN sông [2], [3] Với ưu điểm đó, WQI lựa chọn để đánh giá CLN chi lưu sông Cổ Chiên 3.2 Biến động chất lượng nước chi lưu sông Cổ Chiên Kết tính tốn WQI phân loại CLN chi lưu sông Cổ Chiên giai đoạn 2015 – 2019 bảng hình cho thấy: 32 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 18, Số (2021) Bảng Kết WQI phân loại CLN chi lưu sông Cổ Chiên (2015 – 2019) Thời gian quan trắc Năm 2015 2016 2017 2018 2019 tháng 11 Trung bình 11 Trung bình 11 Trung bình 11 Trung bình 11 Trung bình WQI / mức chất lượng nước vị trí quan trắc S1 51 / III 24 / V 56 / III 54 / III 46 / IV 26 / IV 34 / IV 43 / IV 56 / III 40 / IV 15 / V 22 / V 44 / IV 31 / IV 28 / IV 32 / IV 30 / IV 36 / IV 36 / IV 34 / IV 17 / V 37 / IV 54 / III 37 / IV 36 / IV S2 61 / III 54 / III 71 / III 57 / III 61 / III 39 / IV 61 / III 55 / III 46 / IV 50 / IV 54 / III 56 / III 50 / IV 40 / IV 50 / IV 62 / III 34 / IV 24 / V 55 / III 44 / IV 87 / II 57 / III 52 / III 47 / IV 61 / III S3 95 / I 62 / III 61 / III 58 / III 69 / III 91 / I 93 / I 59 / III 75 / III 80 / II 56 / III 83 / II 85 / II 41 / IV 66 / III 61 / III 41 / IV 50 / IV 49 / IV 50 / IV 85 / II 58 / III 57 / III 56 / III 64 / III S4 60 / III 59 / III 88 / II 56 / III 66 / III 40 / IV 61 / III 40 / IV 35 / IV 44 / IV 62 / III 51 / III 54 / III 33 / IV 50 / IV 61 / III 77 / II 33 / IV 74 / III 61 / III 88 / II 58 / III 34 / IV 35 / IV 54 / III S5 34 / IV 58 / III 51 / III 56 / III 50 / IV 36 / IV 58 / III 74 / III 84 / II 63 / III 34 / IV 34 / IV 37 / IV 49 / IV 38 / IV 42 / IV 75 / III 27 / IV 29 / IV 43 / IV 35 / IV 25 / V 21 / V 31 / IV 28 / IV S6 37 / IV 38 / IV 86 / II 48 / IV 52 / III 56 / III 47 / IV 35 / IV 55 / III 48 / IV 50 / IV 32 / IV 39 / IV 80 / II 50 / IV 33 / IV 38 / IV 19 / V 27 / IV 29 / IV 37 / IV 37 / IV 50 / IV 46 / IV 43 / IV Hình Biến động WQI trung bình (4 đợt) chi lưu sông Cổ Chiên (2015 – 2019) 33 .. .Đánh giá chất lượng nước chi lưu sông Cổ Chi? ?n tỉnh Trà Vinh dựa vào số chất lượng nước … huyện Càng Long, dài 20 km); sông Láng Thé (gồm nhánh – nhánh đổ vào sông Nhị Long dài... để tính cho chi lưu sơng Cổ Chi? ?n, bao gồm: pH, DO, TSS, BOD5, COD, N-NO3- , N29 Đánh giá chất lượng nước chi lưu sông Cổ Chi? ?n tỉnh Trà Vinh dựa vào số chất lượng nước … NH4+ , P-PO43- , Cl-,... thuộc vào đặc điểm CLN sông [2], [3] Với ưu điểm đó, WQI lựa chọn để đánh giá CLN chi lưu sông Cổ Chi? ?n 3.2 Biến động chất lượng nước chi lưu sông Cổ Chi? ?n Kết tính tốn WQI phân loại CLN chi lưu sông