Kiểm nghiệm và đánh giá chỉ số chất lượng nước WQI - cải tiến được xây dựng phù hợp với các sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên

8 93 1
Kiểm nghiệm và đánh giá chỉ số chất lượng nước WQI - cải tiến được xây dựng phù hợp với các sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên

Đang tải... (xem toàn văn)

Thông tin tài liệu

Nghiên cứu đã tiến hành kiểm nghiệm và đánh giá mức độ tối ưu của chỉ số chất lượng nước WQI - cải tiến được xây dựng phù hợp với các sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên. Theo Ott W. R và Cục Bảo vệ môi trường Mỹ thì cần tập trung đánh giá theo 4 tiêu chí: tính ảo, tính che khuất, độ nhạy và khi thiếu số liệu quan trắc. Công thức WQI - cải tiến được đánh giá tính ảo, tính che khuất, kiểm tra độ nhạy và xem xét trường hợp thiếu số liệu quan trắc đều cho kết quả phù hợp.

Hóa học & Kỹ thuật mơi trường KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC WQI - CẢI TIẾN ĐƯỢC XÂY DỰNG PHÙ HỢP VỚI CÁC SÔNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN Nguyễn Lê Tú Quỳnh1*, Lê Trình2 Tóm tắt: Nghiên cứu tiến hành kiểm nghiệm đánh giá mức độ tối ưu số chất lượng nước WQI - cải tiến xây dựng phù hợp với sông địa bàn tỉnh Thái Nguyên Theo Ott W R Cục Bảo vệ môi trường Mỹ cần tập trung đánh giá theo tiêu chí: tính ảo, tính che khuất, độ nhạy thiếu số liệu quan trắc Công thức WQI - cải tiến đánh giá tính ảo, tính che khuất, kiểm tra độ nhạy xem xét trường hợp thiếu số liệu quan trắc cho kết phù hợp Từ khóa: Chỉ số chất lượng nước, Thái Nguyên MỞ ĐẦU Hiện nay, có nhiều cách xây dựng hàm số tổng hợp để xác định công thức tổng quát Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index - WQI) Công thức tổng quát WQI hàm số tổng hợp dạng tổng, dạng tích, dạng ghép, dạng min, max Công thức tổng quát WQI tính từ giá trị số phụ trọng số điểm quan trắc Để đánh giá ưu nhược điểm WQI, theo Ott [1] (1978) đưa 21 tiêu chí, Cục Bảo vệ môi trường Mỹ (US EPA) [2] tổng hợp với 15 tiêu chí để đánh giá WQI Tuy nhiên, nghiên cứu thường tập trung đánh giá kiểm nghiệm với tiêu chí sau: (1) tính ảo; (2) tính che khuất; (3) xem xét độ nhạy; (4) tính tốn trường hợp thiếu số liệu Trong nghiên cứu "Xây dựng số chất lượng nước phân vùng chất lượng nước sông địa bàn tỉnh Thái Nguyên", Nguyễn Lê Tú Quỳnh xây dựng WQI - cải tiến phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tỉnh Thái Nguyên Ngoài ra, WQI - cải tiến xây dựng dựa vào trạng chất lượng nước sông Cầu - Công địa bàn tỉnh Thái Nguyên ý kiến chuyên gia Để đánh giá mức độ tối ưu WQI - cải tiến, cần thiết phải đánh giá theo tiêu chí nêu PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Mơ hình WQI - cải tiến tiến hành kiểm nghiệm đánh giá mô tả sau: - Các thông số tính tốn trọng số: pH (0,12), TSS (0,09), DO (0,15), BOD5 (0,17), Dầu mỡ (0,08), T.Coliform (0,09), COD (0,14), NO3- (0,08), PO43- (0,08) Nhóm thơng số độc tính cao (1) - Cơng thức hàm tổng hợp: + Dạng tổng có tính đến trọng số đóng góp: k q n  WQIA - cải tiến = đh  qi.wi  100   + Dạng tích có tính đến trọng số đóng góp:  q  n WQIM - cải tiến = đh  qi wi  100   128 (1) k (2) N L T Quỳnh, Lê Trình, “Kiểm nghiệm đánh giá… địa bàn tỉnh Thái Nguyên.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Trong đó: - qi: số phụ thông số I; - qđh: số phụ nhóm thơng số độc hại; - wi: trọng số thông số I; - n: số lượng thơng số tính; - k: hệ số mũ, đó: k  n w (3) j với: - j: thông số thiếu số liệu; - wj: trọng số thông số thiếu số liệu - Giá trị thông số thay đổi bước nhảy theo giới hạn QCVN 08:2008/BTNMT chia thành 61 trường hợp (từ - 61) KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN 3.1 Xem xét tính che khuất tính ảo mơ hình WQI - cải tiến Các trường hợp tính tốn sau: - Trường hợp từ đến 6: Nồng độ thông số thay đổi từ đạt chuẩn A1 đến vượt chuẩn B2 - Trường hợp từ đến 11: Nồng độ số BOD5 (có trọng số lớn nhất) thay đổi từ đạt chuẩn A1 đến vượt chuẩn B2 Nồng độ thông số khác giữ nguyên đạt chuẩn A1 - Trường hợp từ 12 đến 16: Nồng độ số BOD5 giữ nguyên chuẩn A1 Nồng độ thơng số DO (có trọng số lớn thứ hai) thay đổi từ đạt chuẩn A1 đến vượt chuẩn B2 Nồng độ thông số khác giữ nguyên đạt chuẩn A1 - Trường hợp từ 17 đến 21: Nồng độ số BOD5 giữ nguyên chuẩn A2 Nồng độ thông số DO thay đổi từ đạt chuẩn A1 đến vượt chuẩn B2 Nồng độ thông số lại giữ nguyên đạt chuẩn A1 - Trường hợp từ 22 đến 26: Nồng độ số BOD5 giữ nguyên chuẩn B1 Nồng độ thông số DO hay đổi từ đạt chuẩn A1 đến vượt chuẩn B2 Nồng độ thơng số lại giữ ngun đạt chuẩn A1 - Trường hợp từ 27 đến 31: Nồng độ số BOD5 giữ nguyên chuẩn B2 Nồng độ thông số DO thay đổi từ đạt chuẩn A1 đến vượt chuẩn B2 Nồng độ thơng số lại giữ nguyên đạt chuẩn A1 - Trường hợp từ 31 đến 36: Nồng độ số BOD5 giữ nguyên vượt chuẩn B2 Nồng độ thông số DO thay đổi từ đạt chuẩn A1 đến vượt chuẩn B2 Nồng độ thông số khác giữ nguyên đạt chuẩn A1 - Trường hợp từ 37 đến 41: Nhóm thơng số độc hại có số phụ (qđh) chuẩn A1 Nồng độ số BOD5 thay đổi từ đạt chuẩn A1 đến vượt chuẩn B2 Nồng độ thơng số lại giữ nguyên đạt chuẩn A1 - Trường hợp từ 42 đến 46: Nhóm thơng số độc hại có qđh chuẩn A2 Nồng độ số BOD5 thay đổi từ đạt chuẩn A1 đến vượt chuẩn B2 Nồng độ thơng số lại giữ ngun đạt chuẩn A1 - Trường hợp từ 47 đến 51: Nhóm thơng số độc hại có qđh chuẩn B1 Nồng độ số BOD5 thay đổi từ đạt chuẩn A1 đến vượt chuẩn B2 Nồng độ thơng số lại giữ nguyên đạt chuẩn A1 Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 44, 08 - 2016 129 Hóa học & Kỹ thuật môi trường - Trường hợp từ 52 đến 56: Nhóm thơng số độc hại có qđh chuẩn B2 Nồng độ số BOD5 thay đổi từ đạt chuẩn A1 đến vượt chuẩn B2 Nồng độ thơng số lại giữ ngun đạt chuẩn A1 - Trường hợp từ 57 đến 61: Nhóm thơng số độc hại có qđh vượt chuẩn B2 Nồng độ số BOD5 thay đổi từ đạt chuẩn A1 đến vượt chuẩn B2 Nồng độ thơng số lại giữ nguyên đạt chuẩn A1 Kết bảng 1, cho thấy: Bảng Kết tính theo mơ hình WQI cải tiến với số liệu thử nghiệm Kết tính WQI Kết tính WQI T Dạng tổng (1) Dạng tích (2) Dạng tổng (1) Dạng tích (2) TT T Điểm Phân Điểm Phân Điểm Phân Điểm Phân số loại số loại số loại số loại 100,0 I 100,0 I 31 73,7 II 53,8 III 75,8 II 74,9 II 32 78,9 II 48,8 IV 52,6 III 51,6 III 33 77,1 II 47,5 IV 26,2 IV 25,7 IV 34 75,4 II 45,9 IV 8,8 V 8,4 V 35 72,0 II 41,6 IV 0,0 V 0,0 V 36 69,4 III 34,5 IV 98,2 I 98,2 I 37 89,4 II 89,3 II 97,1 I 96,9 I 38 88,4 II 88,1 II 92,3 I 90,3 I 39 84,0 II 82,1 II 10 87,6 II 80,1 II 40 79,7 II 72,9 II 11 83,3 II 51,4 III 41 75,8 II 46,8 IV 12 93,8 I 93,1 I 42 69,7 III 69,7 III 13 92,0 I 90,6 I 43 68,9 III 68,8 III 14 90,3 I 87,7 II 44 65,5 III 64,1 III 15 86,9 II 79,3 II 45 62,2 III 56,9 III 16 84,3 II 65,9 III 46 59,2 III 36,5 IV 17 92,6 I 91,8 I 47 50,1 IV 50,1 IV 18 90,9 I 89,4 II 48 49,5 IV 49,4 IV 19 89,2 II 86,5 II 49 47,1 IV 46,0 IV 20 85,7 II 78,3 II 50 44,7 IV 40,9 IV 21 83,1 II 65,0 III 51 42,5 IV 26,2 IV 22 87,8 II 85,6 II 52 25,5 V 25,5 V 23 86,1 II 83,3 II 53 25,2 V 25,2 V 24 84,4 II 80,6 II 54 24,0 V 23,5 V 25 80,9 II 72,9 II 55 22,8 V 20,8 V 26 78,4 II 60,6 III 56 21,7 V 13,4 V 27 83,1 II 76,0 II 57 0,0 V 0,0 V 28 81,4 II 74,0 II 58 0,0 V 0,0 V 29 79,7 II 71,6 II 59 0,0 V 0,0 V 30 76,2 II 64,8 II 60 0,0 V 0,0 V 61 0,0 V 0,0 V 130 N L T Quỳnh, Lê Trình, “Kiểm nghiệm đánh giá… địa bàn tỉnh Thái Nguyên.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Kết đánh giá tính ảo tính che khuất với trường hợp giả định xác định sau - Dạng tổng cho giá trị WQI cao dạng tích - Tính che khuất dạng tổng thể rõ chuỗi số liệu 11, 16, 21, 26 từ 31 đến 36 Ví dụ: chuỗi số liệu 11, thơng số có giá trị qi thấp (qBOD = 2) kết WQI dạng tổng 83,3 Như chưa hợp lý Trong đó, dạng tích 51,4 cho kết phù hợp Cũng tương tự chuỗi số liệu 31, 36 Khi hai thơng số có giá trị qi thấp giá trị WQI dạng tổng lại cao Đối với chuỗi số liệu từ 37 đến 56, qđh thay đổi theo thang xác định, thông số BOD thay đổi dạng tích ln cho giá trị WQI phù hợp, dạng tổng có giá trị WQI chưa phù hợp Điều phù hợp với nghiên cứu Ott [1,2] Cũng theo nghiên cứu này, dạng tích xảy tính che khuất trọng số nhỏ Điều không xảy với nghiên cứu WQI cải tiến trọng số thấp 0,08 - Tính ảo xảy điểm số thông số chấp nhận số tổng quát lại cho kết ngược lại Với chuỗi số liệu từ đến tính ảo khơng xảy dạng tổng dạng tích Điều phù hợp với nghiên cứu Ott [1,3], tính ảo không xảy phương pháp tổng hợp dạng tổng dạng tích Qua kết tính tốn phân tích trên, kết luận rằng, dạng tích khơng có tính ảo tính che khuất ; dạng tổng khơng có tính ảo tính che khuất xảy số trường hợp nên nhiều không phản ánh mức độ ô nhiễm thơng số tính WQI 3.2 Xem xét độ nhạy mơ hình WQI - cải tiến Một tiêu chí cần quan tâm cơng thức tính WQI phải có độ nhạy lớn, nghĩa có thay đổi rõ rệt số phụ qi thay đổi khoảng nhỏ [1,2] Việc đánh giá độ nhạy mơ hình WQI - cải tiến kiểm tra với hai công thức dạng tổng (1) dạng tích (2) Việc kiểm tra dựa thay đổi số phụ qi, đó: số phụ thơng số có trọng số lớn (BOD5) trọng số nhỏ (đại diện dầu mỡ) thay đổi từ 10 đến 100, số phụ thơng số khác (trừ nhóm chất độc hại) giữ nguyên giá trị 10 - 51 - 100, riêng số phụ nhóm chất độc hại thay đổi giá trị 26 - 51 - 100 Để kiểm tra độ nhạy qđh, kiểm tra với q thông số khác thay đổi giá trị 10 - 51 - 100 qđh thay đổi bước - 26 - 51 - 91 - 100 Kết đánh giá độ nhạy mơ hình WQI - cải tiến trình bày Hình 1, cho thấy: - Dạng tích ln có độ nhạy cao dạng tổng - Trọng số số phụ ảnh hưởng lớn đến độ nhạy WQI Thơng số có trọng số cao làm cho độ nhạy phương pháp thay đổi lớn - Với bước nhảy số phụ, độ nhạy thơng số có trọng số lớn ln cao thơng số có trọng số nhỏ, điều thể so sánh Hình 1.a 1.d, 1.b - 1.đ 1.c - 1.e - Riêng với nhóm thơng số chất nhiễm có độc tính cao, thay đổi giá trị số phụ dạng tổng dạng tích có độ nhạy có độ nhạy lớn Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 44, 08 - 2016 131 Hóa học & Kỹ thuật mơi trường (a)- qBOD5 (trọng số lớn nhất) từ 10 đến 100, giữ nguyên số phụ lại 10 (b)- qBOD5 (trọng số lớn nhất) từ 10 đến 100, giữ nguyên số phụ lại 51 (c)- qBOD5 (trọng số lớn nhất) từ 10 đến 100, giữ nguyên số phụ lại 51 (d)- qdầu mỡ (trọng số nhỏ nhất) từ 10 đến 100, giữ nguyên số phụ lại 10 (đ)- (d)- qdầu mỡ (trọng số nhỏ nhất) từ 10 (g)- qdầu mỡ (trọng số nhỏ nhất) từ 10 đến 100, giữ nguyên số phụ đến 100, giữ nguyên số phụ lại 51 lại 100 (g)- thay đổi qđộc hại từ đến 100, giữ nguyên số phụ lại bước - 51 – 100 Hình Kiểm tra độ nhạy mơ hình WQI - cải tiến 132 N L T Quỳnh, Lê Trình, “Kiểm nghiệm đánh giá… địa bàn tỉnh Thái Nguyên.” Nghiên cứu khoa học công nghệ 3.3 Xem xét trường hợp thiếu số liệu quan trắc mơ hình WQI cải tiến Trong cơng thức (1) (2), khơng có hệ số k (công thức 3) ký hiệu dạng tổng (1.a) dạng tích (2.a), mơ hình WQI cải tiến không cho kết phân loại chất lượng nước với thực tế nguyên nhân sau: - Do thiếu trọng số thông số bị khuyết nên tổng trọng số không - Thiếu qi thông số bị khuyết Kiểm tra đánh giá thiếu số liệu tiến hành sau: - Trước hết việc áp dụng công thức sau: - Trường hợp thiếu số liệu áp dụng thông số (pH, TSS, DO, BOD5, Dầu mỡ, T.coliform, COD, NO3-, PO43-) - Đối với nhóm thơng số độc hại khơng có trọng số nên thiếu hồn tồn thơng số thuộc nhóm cơng thức tính WQI bỏ phần nhóm thơng số độc hại dạng tổng tích Lúc đó, kết WQI thiếu số liệu nhóm độc hại khơng ảnh hưởng đến WQI thơng số lại Do vậy, không cần xem xét đến trường hợp - Các trường hợp kiểm tra thiếu số liệu sau: + Trường hợp 1: đủ số liệu với qi tất thông số 100 + Trường hợp 2: thiếu số liệu BOD (có trọng số lớn nhất), thơng số lại qi 100 + Trường hợp 3: thiếu số liệu DO (có trọng số lớn thứ hai), thơng số lại qi 100 + Trường hợp 4: thiếu số liệu dầu mỡ (có trọng số nhỏ nhất), thơng số lại qi 100 + Trường hợp 5: thiếu số liệu BOD DO, thơng số lại qi 100 + Trường hợp 6: thiếu số liệu BOD dầu mỡ, thơng số lại qi 100 Kết kiểm nghiệm trình bày Bảng Bảng Giá trị WQI trường hợp đủ số liệu thiếu số liệu Các trường Thiếu số Thiếu Thiếu số Thiếu số Thiếu số Đủ số hợp liệu số liệu liệu Dầu liệu BOD5 liệu BOD5 liệu số liệu BOD5 DO mỡ DO Dầu mỡ BOD5 100 100 100 DO 100 100 100 100 COD 100 100 100 100 100 100 pH 100 100 100 100 100 100 TSS 100 100 100 100 100 100 Coliform 100 100 100 100 100 100 NO3100 100 100 100 100 100 3PO4 100 100 100 100 100 100 Dầu mỡ 100 100 100 100 Chất độc hại 100 100 100 100 100 100 1.a 100 83,0 85,0 92,0 68,0 75,0 Công thức 2.a 100 45,7 50,1 69,2 22,9 31,6 100 100 100 100 100 100 Công thức 100 100 100 100 100 100 Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 44, 08 - 2016 133 Hóa học & Kỹ thuật mơi trường Kết đánh giá trường hợp thiếu số liệu mơ hình WQI cải tiến trình bày Bảng cho thấy: - Trường hợp 1: kết WQI 100 Điều hợp lý - Trường hợp từ đến 4: thiếu số liệu, tất qi thơng số lại 100 mà WQI lại nhỏ 100 Điều chưa hợp lý Cũng nhận thấy dạng tổng điểm số cao dạng tích Điều chứng tỏ dạng tích ln có tính khắt khe dạng tổng Và thiếu thơng số có trọng số cao WQI có giá trị thấp ngược lại Nếu khơng có trọng số dù thiếu thông số cho WQI Như vậy, trọng số thể tầm quan trọng thông số tính tốn WQI - Trường hợp 6: thiếu thông số Kết WQI nhỏ 100 Điều khơng hợp lý Số liệu tính toán cho kết tương tự trường hợp từ đến Qua thử nghiệm cho thấy, điều xảy tương tự trường hợp với qi < 100 Để khắc phục hạn chế nên hệ số k (công thức 3) đưa vào công thức (1) (2) Kết tính WQI cơng thức (1) (2) với trường hợp đủ số liệu thiếu số liệu tính tốn Bảng cho thấy kết hợp lý Kết tính cuối không bị ảnh hưởng số liệu bị thiếu Công thức với trường hợp thiếu số liệu Như vậy, trường hợp đủ số liệu tính tốn Bảng giá trị k (công thức 3) KẾT LUẬN Qua kiểm nghiệm WQI - cải tiến với số liệu thử nghiệm đánh sau: Dạng tổng ln có giá trị cao dạng tích Dạng tích khơng có tính ảo tính che khuất ; dạng tổng khơng có tính ảo tính che khuất xảy số trường hợp nên nhiều không phản ánh mức độ ô nhiễm thơng số tính WQI Dạng tích có độ nhạy cao dạng tổng Mơ hình WQI-cải tiến có độ nhạy cao trọng số thông số khơng nhỏ Trong trường hợp thiếu số liệu tính tốn, cơng thức WQI-cải tiến tổng qt dạng tổng dạng tích cho kết phù hợp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Center for Environmental Quality Environmental Engineering and Earth Sciences, “Calculating NSF Water Quality Index”, United States of America, 2007 [2] US Environmental Protection Agency, “Water Quality Indices: A survey of indices used in the United States”, 1978 [3] Ott W R., “Environmental indices theory and practice”, 1978 134 N L T Quỳnh, Lê Trình, “Kiểm nghiệm đánh giá… địa bàn tỉnh Thái Nguyên.” Nghiên cứu khoa học công nghệ ABSTRACT TESTING AND EVALUATION OF WATER QUALITY INDEX (WQI - IMPROVED) BUILT IN ACCORDANCE WITH THE RIVER IN THAI NGUYEN PROVINCE The study presents testing and evaluating the optimal level of water quality index WQI - improvements are built in accordance with the river in Thai Nguyen province According to Ott W R and the US Environmental Protection Agency, the need to focus evaluated in criteria: ambiguity, eclipsing, the sensitivity and the lack of monitoring data Formula WQI improvements are assessed of ambiguity, eclipsing, sensitivity analysis and considering the absence of monitoring data, all results may be acceptable Keywords: Water Quality Index, Thai Nguyen province Nhận ngày 06 tháng 01 năm 2015 Hoàn thiện ngày 27 tháng 06 năm 2016 Chấp nhận đăng ngày 17 thỏng 08 nm 2016 Địa chỉ: 1Viện Công nghệ mới, Viện Khoa học Công nghệ quân sự; Viện Khoa học môi trường Phát triển (VESDEC); * Email: nguyenletuquynh@yahoo.com Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 44, 08 - 2016 135 ... đó: - qi: số phụ thông số I; - qđh: số phụ nhóm thơng số độc hại; - wi: trọng số thông số I; - n: số lượng thơng số tính; - k: hệ số mũ, đó: k  n w (3) j với: - j: thông số thiếu số liệu; - wj:... đổi giá trị 10 - 51 - 100 qđh thay đổi bước - 26 - 51 - 91 - 100 Kết đánh giá độ nhạy mơ hình WQI - cải tiến trình bày Hình 1, cho thấy: - Dạng tích ln có độ nhạy cao dạng tổng - Trọng số số phụ... hình WQI cải tiến không cho kết phân loại chất lượng nước với thực tế nguyên nhân sau: - Do thiếu trọng số thông số bị khuyết nên tổng trọng số không - Thiếu qi thông số bị khuyết Kiểm tra đánh giá

Ngày đăng: 12/02/2020, 23:05

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan