BÀI GIẢNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ KIỂM SOÁT

Hoạt động đánh giá Mục đích đánh giáĐánh giá thông thường 1 Quan trắc đa mục đích Phân bố không gian và thời gian của chất lượng nước 2 Quan trắc xu hướng Theo thời gian ảnh hưởng bởi c

TS TRỊNH QUANG HUY

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

Phát triển kinh tế

= Gia tăng áp lực lên bề mặt

do giảm diện tích của các khu vực thấm nước

40% bốc hơi 38% bốc hơi

10%

chảy tràn

20%

chảy tràn

25% rửa trôi

tầng nông 21% rửa trôi tầng nông

25% rửa trôi theo chiều sâu

21% rửa trôi theo chiều sâu

Mức độ sử dụng tài nguyên theo các mục

đích ảnh hưởng tới điều kiện thủy văn

35% bốc hơi 30% bốc hơi

30%

chảy tràn

55%

chảy tràn

20% rửa

trôi tầng

nông

10% rửa trôi tầng nông 15% rửa

trôi theo chiều sâu

5% rửa trôi theo chiều sâu

35–50% Bề mặt không thấm nước 75—100% Bề mặt không thấm nước

WHAT DOES THIS

MEAN???

More runoff in a shorter

amount of time

Phát triển Lưu lượng tăng nhanh trong thời gian ngắn

Không phát triển Lưu lượng nhỏ trong thời gian dài

Sơ đồ mô phỏng mối quan hệ giữa thay sự thay đổi điều kiện thủy văn giữa phát triển và không phát triển

Lưu lượng

chảy tràn

(Q)

Thời gian

Minh họa hình ảnh

ngập lụt

Xói mòn bờ, kè

Tạo dòng chảy

Ngăn cản dòng chảy

Trầm tích

Gia tăng chất ô nhiễm

ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC

(WQA)

trình đánh giá điều kiện tự nhiên của nước bao gồm các yếu tố lý – hóa học và sinh học diễn ra một cách đồng thời nhằm mục tiêu phát triển bền vững

 Mục đích dài hạn

 Định lượng và diễn biến xu thế chất lượng theo thời gian và không gian

 Thông báo định kỳ số liệu chất lượng môi trường.

 Cung cấp số liệu chất lượng để trao đổi thông tin các lĩnh vực; đầu vào cho mô hình hóa; kiểm soát pháp luật

 Phối hợp cùng với các hệ thống giám sát khác

 Xác định hiệu quả kiểm soát đối với chất lượng.

 Xác định mối quan hệ giữa phát thải và hệ tiếp nhận

 Mục đích ngắn hạn:

 Cung cấp thông tin về chất lượng môi trường hiện tại và xu thế của chúng.

 Xác định các vùng cần ưu tiên bảo vệ.

 Giám sát các biến đổi có hại đến môi trường nước.

 Xác định sự tương đồng giữa các qui định và quy chuẩn.

WQA bao gồm các hoạt động chính:

Hoạt động đánh giá Mục đích đánh giá

Đánh giá thông thường

1 Quan trắc đa mục đích Phân bố không gian và thời gian của

chất lượng nước

2 Quan trắc xu hướng Theo thời gian ảnh hưởng bởi các tác

nhân ô nhiễm (nồng độ và tải lượng)

3 Khảo sát cơ bản Đối tượng và địa điểm xác định, phân

bố không gian của chúng

4 Giám sát Theo mục đích cụ thể và theo các thông

số xác định

Đánh giá nâng cao

5 Quan trắc nền Hàm lượng nền trong các nghiên cứu

quá trình tự nhiên; sử dụng cho mục đích tham khảo trong đánh giá ảnh hưởng và điểm ô nhiễm

6 Kháo sát nâng cao Phát hiện chất ô nhiễm, khả năng biến

động không gian và thời gian trước khi thiết kế trương trình quan trắc

CÁC HOẠT ĐỘNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG

Hoạt động đánh giá Mục đich đánh giá

Đánh giá nâng cao (tiếp)

7 Khảo sát khẩn cấp Phát hiện chất ô nhiễm, khả năng phân

bố không gian và thời gian phục vụ cho trước khi thiết kết trương trình quan trắc

8 Khảo sát ảnh hưởng Lấy mẫu giới hạn về thời gian và

không gian, thông thường tập trung vào một vài thông số gần nguồn ô nhiễm

9 Khảo sát mô hình Đánh giá chất lượng nước chuyên sâu

giới hạn về thời gian và không gian và

số lượng biến Ví dụ: mô hình phú dưỡng or mô hình cân bằng ôxy

10 Giám sát cảnh báo sớm Giựa trên giới hạn cho phép của chất

lượng nước theo mục đích sử dụng

Hệ thống trạm giám sát chất lượng

nước cơ bản: Xác định chất lượng

nước thiên nhiên khi không có nguồn

thải gia nhập đáng kể

Hệ thống trạm xu thế chất lượng nước: Xác định xu thế dài hạn của các chỉ thị cơ bản về ô nhiễm môi trường nhất là đối với nguồn nước ngọt

 Vị trí: Trạm được đặt tại khu vực không

bị ảnh hưởng trực tiếp sự khuếch tán hay

nguồn điểm xả thải (Thông thường đặt ở

hồ chính hoặc đầu nguồn sông khi sông

chưa bị phân nhánh)

 Mục tiêu:

 Thiết lập hiện trạng chất lượng nước tự

nhiên.

 Cung cấp cơ cở để so sánh chất lượng

nước của những nơi không có nguồn thải

gia nhập trực tiếp và trạm có tác động

của nguồn thải.

 Xác định mức độ ảnh hưởng của vận

chuyển xa của các chất gây ô nhiễm hoặc

do biến đổi khí hậu.

 Vị trí: đặt ở hồ hoặc sông, hoặc tầng chứa nước lớn

 Theo dõi dài hạn chất lượng nước có liên quan đến các nguồn ô nhiễm và sử dụng đất.

 Cung cấp cơ sở để xác định nguyên nhân ảnh hưởng đến hiện trạng chất lượng nước đã đo lường hoặc xu thế

đã tính toán được.

Hệ thống trạm giám sát thông

lượng nước: Xác định thông lượng

độc chất của các chất hóa học, dinh

dưỡng, và chất lơ lửng từ thủy vực

 Các chỉ tiêu có thể theo dỏi: hữu cơ,

vô cơ, cacbon, nitơ, phospho…được

bổ sung vào nước do các yếu tố địa

hóa

Áp dụng cho các đối tượng cụ thể

Ví dụ như: Nhà hàng, khách sạn, nhà máy… thủy sản… đòi hỏi thiết lập các thông số quan trắc dựa trên đặc tính nguồn thải của đối tượng giám sát

 Giám sát đa mục đích

 Áp dụng cho nhiều đối tượng

 Các thông số lựa chọn có thể rất đa dạng

CÁC THÔNG TIN THU ĐƯỢC TỪ HOẠT ĐỘNG

ĐÁNH GIÁ PHẢI ĐẢM BẢO CÁC THUỘC TÍNH SAU:

 Độ chính xác của số liệu: thể hiện thông qua khả năng tương

đồng giữa các số liệu và điều kiện thực tế

 Tính đặc trưng của số liệu: số liệu thu được tại các vị trí quan

trắc phải đại diện cho một không gian đánh giá

 Tính đồng nhất của số liệu: các số liệu thu thập trong các thời

điểm khác nhau phải cùng một vị trí đã được thiết lập trên chương trình quan trắc

 Khả năng theo dõi liên tục theo thời gian

LẬP KẾ HOẠCH LỰA CHỌN VỊ TRÍ QUAN TRẮC

Xem xét vị trí trạm, tổ hợp thông tin

Thẩm định các số liệu

Lưu trữ số liệu tại trạm.

Các thông tin cơ bản yêu cầu cho hệ thống sông, hồ là rất quan trọng cho từng trạm Do đó, chúng được tổ hợp thành một hồ sơ cho từng trạm.

DỮ LIỆU CƠ SỞ CHO MỘT

TRẠM GIÁM SÁT

Dữ liệu cơ sở cho một trạm giám sát

chất lượng nước sông

1 Thông tin cơ sở

 Tên trạm

 Vị trí địa lý

 Tọa độ

 Độ cao so với mực nước biển

 Cảnh quan xung quanh vị trí lấy

mẫu

 Khoảng cách theo độ dài sông

 Thủy vực chính tiêu thoát nước của

sông

 Các quốc gia có sông chảy qua

 Loại trạm, mã số trạm

2 Thông tin sông.

 Chiều rộng của khúc sông tại vị trí lấy mẫu.

 Độ sâu của khúc sông tại vị trí lấy mẫu.

 Đặc điểm của bờ sông.

 Bản chất của đáy sông.

3 Lưu vực thoát nước.

Diện tích lưu vực thoát nước

Sự sử dụng nước chính (uống và sinh hoạt,…)

Nguồn ô nhiễm lớn gần nhất

Các kiểu ô nhiễm khác, tính chất, xu hướng và biện pháp kiểm soát

5 Lấy mẫu và phân tích.

trên mặt cắt.

Dữ liệu cơ sở cho một trạm

giám sát chất lượng nước Hồ

1 Thông tin cơ sở.

 Tên trạm.

 Vị trí địa lý tọa độ (kinh độ vĩ

độ)

 Độ cao so với mực nước biển.

 Cảnh quan xung quanh vị trí

lấy mẫu.

 Các vùng tiếp giáp với hồ.

 Hồ thuộc lưu vực sông

 Thời giam đổ đầy lý thuyết

 Dao động mực nước trong năm

 Kiểu và chu trình phân tầng

 Đặc điểm của nước.

 Tính trong suốt.

 Đặc điểm dinh dưỡng.

 Số lượng nước ở thượng lưu và

hạ lưu.

3 Lưu vực thoát nước

 Diện tích lưu vực thoát nước.

 Sự sử dụng nước chính (uống, sinh hoạt,…)

 Kiểu ô nhiễm và biện pháp kiểm soát.

 Mục đích sử dụng nước.

 Các thông tin giải thích liên quan khác

5 Lấy mẫu và phân tích.

 Các độ sâu đã lấy.

 Phương pháp lấy.

 Thiết bị sử dụng lấy mẫu.

 Sự khó khăn khi lấy mẫu.

 Sự khó khăn trong lấy mẫu (do thời tiết, …).

 Sự dễ bị ảnh hưởng của trạm lấy mẫu.

 Tần số của việc lấy mẫu thường xuyên

 Phòng thí nghiệm tiến hành phân tích.

 Khoảng cách đến PTN, phương tiện và thời gian lấy mẫu.

 Thời gian trung bình giữa lúc lấy mẫu và bắt đầu phân tích trong PTN.

 Tần số của việc lấy mẫu thường xuyên

 Phòng thí nghiệm tiến hành phân tích.

Đối tượng thực hiện quan trắc

 Nước mắt lục địa:

 Các dòng sông đi qua thành phố, thị trấn…

 Các kênh dẫn nước

 Các hồ chính

 Các vùng đất ngập nước ven biển

 Nước biển ven bờ

 Nước ngầm

Các điểm ưu tiên lựa chọn: là các sông và lưu vực sông lớn trong địa bàn cung cấp nguồn nước sinh hoạt, sản xuất, công nghiệp đồng thời là nơi tiếp nhận các nguồn thải; các vùng cửa sông nơi chuyển nguồn ô nhiễm từ đất liền vào vùng biển gần bờ; các nguồn thải các khu CN, nhà máy, đô thị, thương mại ; các đầm, hồ (vùng nhạy cảm, giàu ĐDSH; phát triển NTTS);

…

CÁC BƯỚC THỰC HIỆN TRONG HOẠT ĐỘNG

QUAN TRẮC CHẤT LƯỢNG

B1 Xác định đối tượng đánh

giá (mục tiêu quan trắc) Cần giựa trên các thông tin về chế độ thủy văn, sử dụng nước, phát triển kinh tế, chính sách…

Đây là những thông tin đặc biệt quan trọng liên quan tới nồng độ và tải lượng, or phân bố không gian, thời gian, đối tượng cần quan trắc

B2 Khảo sát Nhằm khoanh vùng và xác định đối tượng ảnh

hưởng tới biến động chất lượng nước, dạng chất ô nhiễm cần quan tâm, khả năng đáp ứng về kỹ thuật

và kinh phí cho chương trình quan trắc

B3 Thiết kế chương trình

quan trắc Bao gồm việc lựa chọn các dạng chất ô nhiễm, địa điểm lấy mẫu, tần xuất lấy mẫu, phương tiện

lấy mẫu…

B4 Quan trắc thực địa Bao gồm việc đo đạc, lấy mẫu ngoài thực tế.

B5 Quan trắc thủy văn Bao gồm việc đo đạc lưu lượng, mực nước, phân

tầng nhiệt độ… các vị trí đo đạc phải liên quan tới các vị trí thực hiện lấy mẫu đánh giá chất lượng

B6 Hoạt động tại phòng

thí nghiệm Đo đạc nồng độ và đánh giá sinh học…

B7 Kiểm soát chất lượng số

liệu QA/QC

B8 Xử lý thông tin lưu trữ

và báo cáo Thiết lập cơ sở dữ liệu, phân tích thống kê, xác định xu hướng, phân tích tương quan….

B9 Diễn giải số liệu So sánh số liệu chất lượng nước giữa các điểm lấy

mẫu, phân tích xu hướng, phân tích mối quan hệ giữa các dữ liệu về chất lượng và dữ liệu về môi trường (địa chất, thủy văn, sử dụng đất, nguồn ô nhiễm).

B10 Quản lý và khuyến cáo

Phương pháp tiếp cận xác định mục

tiêu quan trắc

XÁC ĐỊNH MỤC TIÊU QUAN TRẮC

1 Tổ hợp các thông tin xác định áp lực và nhu cầu quan trắc thông qua việc thu thập và thống kê dư liệu sẵn có:

chất lượng nước hiện tại và tương lai

2 Thẩm định các số liệu

nguồn thải

giám sát.

Ví dụ về phân tích hệ thống

LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ

QUAN TRẮC

Tính tương tác: Các thông số được lựa chọn phải phán ánh được

vấn đề môi trường (Vi dụ: hiện tượng phú dưỡng, sự suy giảm quần xã sinh vật or đặc tính nguồn thải)

Tính pháp lý: các thông số được lựa chọn phải là cơ sở để giải

thích cho những biến đổi môi trường

Giá trị chuẩn đoán: thông số được lựa chọn có khả năng phát

hiện nguyên nhân dẫn tới suy giảm chất lượng

Tính thích ứng: các thông số được lựa chọn phải dựa trên khả

năng thực hiện của các phương tiện kỹ thuật và chi phí phân tích

Ví dụ: Một số thông số trung gian phản ảnh xu thế chất lượng nước

Ví dụ: Lựa chọn các thống số đánh giá chất lượng nước dựa trên

sự am hiểu về đặc tính nguồn thải

 Ví dụ: Lựa chọn các thông số đánh giá chất lượng nước dựa trên khả năng đáp ứng của các phương tiện bảo quản

và kỹ thuật phân tích…

 EPA định nghĩa tính đại diện là mức độ đúng và chính

xác của phép đo biểu diễn đặc trưng của quần xã; sự biến động của một thông số tại điểm lấy mẫu; một điều kiện hoặc điều kiện môi trường

 Tính đại diện (Representativeness) chỉ thị cho chất lượng của số

liệu (Data quality indicator (DQIs)

 Tính đại diện phản ánh chất lượng số liệu trong một điều kiện nhất định.

 Tính đại diện luôn luôn phụ thuộc vào mục tiêu quan trắc Điều này có nghĩa, một mẫu có thể là đại diện cho trường hợp này những sẽ không đại diện cho trường hợp khác!!

CƠ SỞ LỰA CHỌN CÁC VỊ TRÍ VÀ MẪU

QUAN TRẮC

Nguồn diện Nguồn điểm Phát tán

Ví dụ minh họa về ảnh hưởng của địa tầng tới phân bố của các chất ô nhiễm nước

ngầm

Lấy mẫu nước sông

Lấy mẫu nước hồ

Các yếu tố ảnh hưởng tới

tính đại diện mẫu

Môi trường nước mặt: Môi trường nước ngầm:

 Lưu lượng dòng chảy

Tần suất lấy mẫu và số mẫu

 Ý nghĩa: Về cơ bản số lượng mẫu lấy càng nhiều sẽ cho phép

biểu diễn đúng được chất lượng môi trường Tuy nhiên vấn đề này gặp phải những khó khăn về thời gian và kinh phí thực hiện thu thập mẫu và phân tích Do vậy, người thự hiện quan trắc phải cân nhắc về số lượng mẫu lấy Số lượng mẫu lấy phải đảm bảo được tính khoa học và cho phép các kết luận đúng về

chất lượng môi trường (đảm báo tính đúng và tính chính xác của kết quả).

 Khu vực lấy mẫu không có sự biến động lớn về nông độ or dạng nguồn thải

 Ngược lại khu vực lấy mẫu có sự biến động lới về nồng độ or dạng nguồn thải

 Số lượng mẫu lấy (n) thường phụ thuộc vào các yếu tố sau:

1. Mục tiêu quan trắc - Mức lỗi cho phép or mức sai số

cho phép (δ) hoặc (e) – quyết định bởi người quan trắc;

2. Đặc điểm biến động của môi trường or mẫu đo - Độ

lệch chuẩn của tập hợp mẫu (σ) or Độ lệch chuẩn của mẫu đo (s);

3. Phương pháp lấy mẫu;

4. Phụ thuộc vào chi phí thực hiện (C);

 Giá trị trung bình (mean) được xác định như sau:

 Trong đó x 1 , x 2 , x n là giá trị được xem xét

 Độ lệch chuẩn của tập hơp mẫu (σ)

 Độ lệch chuẩn mẫu đo – phương sai (s)

 Hệ số biến động (CV) là tỷ số giữa độ lệch chuẩn và giá trị

trung bình đại số:

n

x x

% 100

σ

PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO SỐ LƯỢNG MẪU CẦN

LẤY – MANLY - 2001

 Bài tập ví dụ:

tại một khu vực Giá trị đo của Pb được trình bày trong bảng dưới đây Sử dụng các phương trình dự báo số lượng mẫu của Manly, tính toán mức sai số?

PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO SỐ LƯỢNG MẪU CẦN LẤY – EPA

 Bài tập ví dụ: Tính toán số mẫu cần lấy

 Nước thải sản xuất của một nhà máy cần được lấy mẫu và phân tích Số liệu thứ cấp cho thấy nước thải chứa Pb với nồng độ Pb ~ 0.7 mg/l (giá trị trung bình

từ 5 mẫu) và độ lệch chuẩn (s) là 0.12 mg/l Giả sử

tiêu chuẩn quy định giá trị cho phép của Pb trong nước là RT = 0.74 mg/l Hãy tính:

a) Số mẫu cần lấy tại mức tin cậy 80%

b) Tính toán số mẫu cần lấy để đạt được giá trị trung bình của mẫu là 0.58 mg/l

Ghi chú: 1 - Ưu tiên sử dụng; 2 – chấp nhận được; 3 – có thể chấp nhận; 4 – ít chấp nhận

 1 Lấy mẫu phỏng đoán (judgmental sampling)

 Lấy mẫu phỏng đoán thường áp dụng đối với khu vực lấy mẫu

đã lựa chọn được đối tượng quan trắc dựa trên cở sở các phỏng đoán từ kiến thức chuyên ngành sử dụng các thông tin thứ cấp đối với khu vực lấy mẫu, phân tích hình ảnh (sự rửa trôi và màu sắc) và thông tin bản địa

 Phương pháp này được dùng trong trường hợp hạn chế về thời gian và kinh phí Lấy mẫu phỏng đoán cũng được áp dụng đối với các khu vực thí nghiệm hoặc khi mục tiêu quan trắc chỉ để

mô tả sự tồn tại hay không tồn tại của chất nhiễm bẩn

 Lấy mẫu phỏng đoán không được sử dụng trong trường hợp kết quả quan trắc cần được công bố

 2 Lấy mẫu ngẫu nhiên đơn giản – lấy mẫu ngẫu nhiên (Simple Random Sampling)

 Cách lấy hoàn toàn tự do không có chủ đích liên quan đến số mẫu

 Các mẫu lấy là hoàn toàn độc lập và không có mối liên hệ với nhau

=

 Ví dụ: Lấy mẫu ngẫu nhiên đơn giản

Một nhà máy có chất thải lỏng được chứa trong bể không có nắp Trong trường hợp khi bể chứa đầy người ta cần đến một bể chứa phụ Một số thông số kỹ thuật của bề được xác định như sau:

 Bể lớn có đường kính 50 (m) và chiều cao 20 (m), thể tích chứa khoảng 295000 m 3 Bể được thiết kế có thể đứng trên nóc Chất nhiễm bẩn được sinh theo thời gian, tuy nhiên nó được xác định là

do các vật liệu bám trên thành bể.

 Bể nhỏ có đường kính 10 (m), cao 10 (m) thể tích chứa khoảng 6000

m 3 Không thể đứng trên nóc bể Dự báo thời gian để đầy bể nhỏ là

300 phút với tốc độ dòng là 20 m 3 /phút.

Nếu kinh phí chỉ cho phép lấy tổng số là 15 mẫu tại mỗi bể Hãy xác định kỹ thuật lấy mẫu sử dụng phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên

Điểm thu mẫu

6000 m 3

29500 m 3 Lối đi