Điều chỉnh công thức chỉ số đánh giá chất lượng nước mặt

Bài báo trình bày cách thiết lập chỉ số CLN dựa trên các thành phần chất lượng của chỉ số WQI, cơ sở lý thuyết toán đánh giá toàn diện “mờ” với phương pháp xác định trọng số Entropy. Với bộ số liệu CLN mặt sông Cái – tỉnh Ninh Thuận thu thập từ năm 2010 đến 2017, các bước tính toán các hệ số và tỷ trọng của các thành phần CLN mặt được xác định, qua đó thiết lập và kiểm nghiệm công thức chỉ số WQI mới.

TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 ĐIỀU CHỈNH CÔNG THỨC CHỈ SỐ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC MẶT IMPROVED THE FORMULA OF WATER QUALITY ASSESSMENT INDEX FOR WATER SURFACE TS Bùi Việt Hưng, KS Lê Xuân Anh Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Tp Hồ Chí Minh TĨM TẮT Chỉ số chất lượng nước WQI áp dụng rộng rãi cho đánh giá chất lượng nước (CLN) theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT Bộ Tài nguyên Môi trường hầu hết tỉnh thành Trong trình áp dụng đánh giá CLN nhiều địa phương bộc lộ nhiều bất cập không phản ánh thực trạng chất lượng nguồn nước, khơng phản ánh tính địa phương kinh tế, xã hội môi trường, dễ bị sai lệch số liệu đưa vào tính tốn có giá trị cao đột biến,… Để giải vấn đề trên, báo trình bày cách thiết lập số CLN dựa thành phần chất lượng số WQI, sở lý thuyết tốn đánh giá tồn diện “mờ” với phương pháp xác định trọng số Entropy Với số liệu CLN mặt sông Cái – tỉnh Ninh Thuận thu thập từ năm 2010 đến 2017, bước tính toán hệ số tỷ trọng thành phần CLN mặt xác định, qua thiết lập kiểm nghiệm công thức số WQI ABSTRACT Water quality index (WQI) are widely applied for the assessing water quality (WQ) according to decision No 879/QD-TCMT of the Minisstry of Natural Resource and Environment in most of the provinces The application duration of water quality assessment in the provinces, it occurred the many problems such as the identifying incorrectly on current status of local water quality, inaccording with local economic, social and environmental conditions, and the incorrection easly when met certainly high value of quality components,… For the solution of above problems, the paper presents the steps to formulate the water quality index based on the current water quality components of the old WQI formular, the fuzzy comprehensive evaluation theory with the Entropy rate method With the surface water quality data series of Cai River – Ninh Thuan province from 2010 to 2017, the computation steps of cofficients and rates of the assessing water quality components are identified, throught, the new assessment water quality formular is formulated and tested TỔNG QUAN Trong công tác quản lý chất lượng nguồn nước, đặc biệt nguồn nước mặt, hầu hết báo cáo chất lượng môi trường nước tỉnh thành nước sử dụng số WQI với cách thức tính tốn theo hướng dẫn Tổng cục Môi trường, Bộ Tài nguyên Môi trường định số 879/QĐ-TCMT VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 97 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 Qua thực tiễn thực nhiều đơn vị quản lý nhận thấy việc áp dụng số WQI cho tính tốn gặp nhiều bất cập Một số số WQI phụ thuộc nhiều vào số thành phần chất lượng mức độ xác đo đạc chúng tượng cao biến, thiếu thông tin nhiều thành phần không phản ánh đặc điểm phát triển kinh tế, xã hội môi trường địa phương Bên cạnh đó, số WQI dựa vào số liệu đo đạc thô (đo đạc trực tiếp) lớn, số WQI thường bị thiên lệch hay “dẫn dắt” giá trị thành phần có tính chất đột biến (quá lớn hay mang tính chủ quan đo đạc) Cơng thức tính tốn số chất lượng nguồn nước theo số WQI (truyền thống) theo định số 879/QĐ-TCMT bước tính tốn số thể theo hình Cơng thức tính số chất lượng áp dụng cho thành phần nước mặt sử dụng chung cho tất địa phương nước Điều tạo điều kiện thuận lợi cho nhà quản lý việc tính tốn so sánh (cùng cách tính) Tuy nhiên, nhận thấy rõ yếu điểm cơng thức tính số chất lượng nguồn nước mặt không phản ánh tính địa phương hay đặc điểm phát triển kinh tế (lĩnh vực kinh tế) vùng miền Một vị trí khảo sát Điểm đo Theo tác giả Chế Đình Lý (2013), việc đánh giá chất lượng nguồn nước theo WQI sử dụng QCVN 08:2015 đơn giản mang tính thời điểm (theo thời điểm đo đạc vị trí quan trắc) Cách phân tích đánh giá chất lượng nguồn nước thực thơng qua việc rời rạc hóa thơng số chất lượng Điều đưa đến việc kết đánh giá không phù hợp không xác số/nhóm thơng số chất lượng gần/có xu hướng rời xa giới hạn hay mức độ quan trọng chúng ngang đánh giá chất lượng (tính khơng qn nặng tính “chủ quan” sử dụng số liệu) Cũng theo tác giả Chế Đình Lý (2013), cách tính số WQI dựa phương pháp luận không hợp lý không chắn kết luận bậc chất lượng dùng số định lượng cố định làm điểm phân chia Thơng số/thành phần CLN Tính tốn WQI thành phần Chất lượng nước Đo đạc/xác định từ mẫu Mức đánh giá chất lượng nước 91 - 100 Không ô nhiễm, Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt DO WQIDO BOD5 WQIBOD5 COD WQICOD N-NH3 WQIN-NH3 P-PO WQIP-PO4 TSS WQIT SS Độ đục WQIĐD Coliform WQIColif WQI sinh pH WQIpH WQIpH WQI hoá WQI WQI lý 76 - 90 Khơng nhiễm, Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt cần biện pháp xử lý phù hợp 51 - 75 Ô nhiễm nhẹ, Sử dụng cho mục đích tưới tiêu mục đích tương đương khác 26 - 50 Ô nhiễm vừa, Sử dụng cho giao thơng thủy mục đích tương đương khác - 25 Ô nhiễm nặng, cần biện pháp xử lý tương lai Hình Sơ đồ tính WQI truyền thống cho điểm đo thời điểm đo Xem xét khía cạnh cơng thức tính tốn chất lượng nước, thành phần chất lượng cơng thức chia thành ba nhóm nhóm thành phần hữu cơ, nhóm thành phần vật lý nhóm sinh hố Các nhóm đánh giá vai trị định chất lượng ngang thơng qua tỷ số mũ 1/3 Trong nhóm, thành phần 98 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 chất lượng xác định vai trị nhau, ví dụ nhóm hữu cơ, giá trị chất lượng theo ô nhiễm hữu tính trung bình tổng thành phần DO, COD, BOD5, N-NH4 P-PO4 hay hệ số thành phần 1/5 Tương tự, nhóm vật lý, giá trị chất lượng theo ô nhiễm yếu tố vật lý trung bình tổng TSS độ đục, hay hệ số hai thành phần 1/2 Hay nói cách khác, cơng thức tính chất lượng nguồn nước WQI, thành phần chất lượng có vai trị ngang khơng yếu tố có tính trội dẫn dắt chất lượng Tóm lại, cách đánh giá WQI khơng phản ánh thực trạng kinh tế khu vực (không thấy đặc trưng gây ô nhiễm nguồn nước – thành phần gây ô nhiễm nguồn nước) không đưa chất lượng chung nguồn nước theo không gian (chỉ phản ánh vị trí đo) thời gian (chỉ phản ánh thời điểm đo) Nếu muốn biết chất lượng nguồn nước theo khu vực hay khoảng thời gian, thơng thường giá trị chất lượng WQI tính trung bình cộng khu vực Mức chất lượng trung bình có giá trị khác cách tính trung bình khác (trung bình giá trị thực đo, hay trung bình kết tính tốn chất lượng điểm) Như vậy, cần thiết phải có giải pháp cải tiến cơng thức tính tốn chất lượng nguồn nước mặt việc sử dụng số liệu thực đo cách phù hợp, hiệu logic nhằm khắc phục hạn chế công thức chung số WQI Có nhiều cách thức cho việc cải tiến công thức số định 711/QĐ-TCMT Tổng cục Môi trường điều chỉnh công thức WQI áp dụng cho khu vực sông Nhuệ Đáy sông Cầu điển hình Đây thực hướng tiếp cận cho việc xác lập cơng thức tính số chất lượng nguồn nước mặt áp dụng cho địa phương, vùng với đặc điểm đặc trưng Để thực điều chỉnh cơng thức số WQI định trên, có nhiều phương pháp thực nghiệm phân tích mẫu, phương pháp chuyên gia,… hay đơn thuật toán tối ưu Một thuật tốn hay dùng, chúng tơi tập trung vào phương pháp đánh giá toàn diện mờ (Fuzzy Comprehensive Evaluation - FCE) Lý thuyết tập hợp mờ (FCE) sáng lập giáo sư L.A Zadeh, đại học California, Berkeley – Mỹ, năm 1965 Ý tưởng bật khái niệm tập mờ Zadeh từ khái niệm trừu tượng ngữ nghĩa thông tin mờ, không chắn ô nhiễm nặng, ô nhiễm nhẹ, khơng nhiễm,… ơng tìm cách biểu diễn chúng khái niệm toán học, gọi tập mờ Logic mờ phát triển từ lý thuyết tập mờ để thực lập luận cách xấp xỉ thay lập luận xác Phương pháp logic mờ nhằm “xử lý” liệu cao biến, ngôn ngữ, không rõ ràng không chắn số liệu kiến thức có khả đưa luồng thông tin lôgic, đáng tin cậy minh bạch từ số liệu thu thập tới liệu sử dụng hệ thống môi trường ứng dụng (Raman Bai V., Reinier Bouwmeester Mohan S., 2009) Đối với toán phân lớp liệu toán đánh giá chất lượng nguồn nước, Entropy cực đại kỹ thuật hữu dụng Entropy cực đại dùng để ước lượng xác suất phân phối từ liệu Tư tưởng chủ đạo nguyên lý Entropy cực đại “mơ hình phân phối tập liệu tập ràng buộc cùng, phải đạt độ cân bằng/đều có thể” Hay nói cách khác, Entropy độ đo tính đồng hay VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 99 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 tính khơng chắn phân phối xác suất Một phân phối xác suất có Entropy cao phân phối đó, yếu tố cao biến có xác suất xuất thấp ảnh hưởng lớn lên tồn chuỗi liệu (Chế Đình Lý, 2013) Như vậy, khuôn khổ đề tài nghiên cứu tốt nghiệp, đề xuất hướng tiếp cận cải tiến công thức số chất lượng muồn nước mặt (WQI) qua việc xác định tỷ trọng đóng góp định chất lượng nguồn nước mặt thông số chất lượng thông qua lý thuyết FCE PHƯƠNG PHÁP LUẬN Đánh giá chất lượng nguồn nước theo số WQI: Hiện nay, công tác đánh giá chất lượng nguồn nước tỉnh thành nước chủ yếu theo số WQI so sánh giá trị thông số chất lượng nguồn nước theo QCVN 08:2015 Chỉ số chất lượng nguồn nước (WQI) hướng dẫn tính toán theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT Bộ Tài nguyên Mơi trường (TN&MT) Các thơng số tham gia tính WQI bao gồm BOD5, COD, N-NH4, P-PO4, TSS, độ đục, Tổng Coliform, DO Phương pháp tính số WQI theo cơng thức (Tổng cục Môi trường, 2011): ∑ ∑ (1) Trong đó: PO4 3- WQIa: Giá trị WQI tính tốn thông số: DO, BOD5, COD, N-NH4+, PWQIb: Giá trị WQI tính tốn thơng số: TSS, độ đục WQIc: Giá trị WQI tính tốn thơng số Tổng Coliform Các giá trị WQI thành phần tính theo cơng thức sau: (2) (3) Sau tính tốn WQI, sử dụng bảng xác định giá trị WQI tương ứng với mức đánh giá chất lượng nước để so sánh, đánh giá, cụ thể sau: 100 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHEÄ 2017 - 2018 Bảng Phân lớp chất lượng nước mặt Giá trị WQI/Bậc 91 – 100 (I) 76 – 90 (II) 51 – 75 (III) 26 – 50 (IV) – 25 (V) Mức đánh giá chất lượng nước Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt/Khơng nhiễm Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt cần biện pháp xử lý phù hợp/Ơ nhiễm nhẹ Sử dụng cho mục đích tưới tiêu mục đích tương đương khác/Ơ nhiễm trung bình Sử dụng cho giao thơng thủy mục đích tương đương khác/Ơ nhiễm nặng Nước nhiễm nặng, cần biện pháp xử lý tương lai/Ô nhiễm trầm trọng Màu Xanh nước biển Xanh Vàng Da cam Đỏ Nguồn: Tổng cục Môi Trường Đánh giá chất lượng nguồn nước theo số WQIFCE cải tiến: Để thực việc điều chỉnh công thức đánh giá chất lượng nguồn nước phù hợp với địa bàn tỉnh Ninh Thuận, công thức WQI cải tiến dự kiến thiết lập sau: (4) Trong đó: WQIa = a1 WQIDO + a2 WQIBOD5 + a3 WQICOD + a4 WQIN-NH4 + a5 WQIP-PO4 WQIb = b1 WQITSS + b2 WQIĐộ đục WQIc = WQIcoliform ra, rb, rc tỷ trọng với + rb + rc = a1, a5; b1, b2 hệ số thông số với a1 + a2 + a3 + a4 + a5 = 1; b1 + b2 =1 Để xác định tỷ trọng hệ số trên, áp dụng phương pháp đánh giá toàn diện mờ FCE với trọng số sử dụng Entropy xử lý số liệu đầu vào Các bước tính tốn phương pháp đánh giá tồn diện mờ sau: - Bước Chuẩn hoá tập hợp yếu tố đánh giá U: Trong nghiên cứu, yếu tố chất lượng nước tham gia vào mô hình đánh giá pH, DO, COD, BOD5, TSS, N-NH4, PPO4, Tổng Coliform độ đục Tập hợp yếu tố đánh giá U viết sau (Panchal, J., 2011; Chế Đình Lý, 2013): Umn = {pH, DO, COD, BOD5, N-NH4, P-PO4, TSS, độ đục, Coliform}; (5) Với: m số mẫu/số điểm quan trắc; n thông số - Bước Xây dựng hệ thống phân bậc cho yếu tố đánh giá: Hệ thống phân bậc đánh giá chất lượng nước nghiên cứu chia làm bậc, dựa hướng dẫn Quyết định 879/QĐ-TCMT Do vậy, tập hợp thể hệ thống phân bậc cho yếu tố tham gia mơ hình đánh giá Vkn = {I, II, III, IV, V}; k = bậc n = VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 101 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 thơng số Năm bậc chất lượng nước (hay ô nhiễm) theo ngôn ngữ tự nhiên là: I - Chưa ô nhiễm, II - Ô nhiễm nhẹ, III - Ô nhiễm trung bình, IV - Ô nhiễm nặng, V - Ô nhiễm nghiêm trọng Các giá trị phân chia bậc ô nhiễm cho thơng số tham gia đánh giá trình bày bảng Bảng Phân lớp chất lượng nước mặt BẬC THÔNG SỐ I II III pH 6,5 – 7,5 – 6,5/7,5 – – 6/8 – %DO bão hòa 88 - 112 75 – 88/112 - 125 50 – 75/125 - 150 BOD5 ≤4 15 N-NH3 ≤ 0,1 0,2 0,5 TSS ≤ 20 30 50 COD ≤ 10 15 30 Coliform ≤ 2.500 5.000 7.500 IV V 4,5 – 5/9–9,5 < 4,5 / > 9,5 20 – 50/150 - 200 ≤ 20 / ≥ 200 25 ≥ 50 ≥ 5 100 > 100 50 > 80 10.000 > 10.000 - Bước Xác định trọng số thông số thành phần (Ji-hong Zhou, C.4.H., Jun-guang Zhao, Ping Li, 2009; Jun-Jian Qiao, X.-W.z., Yan-Rui ZHang, 2008): Trọng số xác định theo phương pháp Entropy Phương pháp ứng dụng để đo lường kích thước thơng tin, nhiều thông tin chứa đựng thị đặc trưng ảnh hưởng thị việc định trở nên quan trọng Do đó, Entropy áp dụng để gán trọng số cho thị môi trường - Bước Xác định thông số chất lượng nguồn nước phục vụ cho đánh giá mức độ chất lượng Sau xác định giá trị trọng số Entropy, giá trị thông số chất lượng nguồn nước (được đo đạc) làm “mờ” tính chất bất lợi cho đánh tính cao biến, khơng rõ ràng… Dựa vào giá trị “mới” thông số chất lượng xác định mức độ/bậc chất lượng môi trường nước khu vực xem xét phương diện không gian thời gian (quý, năm, nhiều năm…) tùy thuộc nhu cầu nhà quản lý môi trường đưa định Các bước tính trọng số Entropy (Chế Đình Lý, 2013): - Bước Chuẩn hóa liệu gốc, giả sử ta có m điểm quan trắc n thơng số đánh giá, ma trận liệu gốc X - Bước Xác định Entropy theo công thức đây: !" #$$ ∑$& %"& ln (*+) (6) Trong fij = ∑/ - - , ≤ Hi ≤1 (7) Tuy nhiên, fij = 0, ln(fij) khơng có ý nghĩa Vì vậy, fij điều chỉnh sau: fij = (1+ rij)/∑$& (1 + 3"& ) 102 (8) VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 - Bước Trọng số Entropy xác định sau: 5" = wi = (1- Hi)/(m - ∑4 !" ), ≤ wi ≤1, ∑4 " " (9) Kết tính tốn Entropy tìm trọng số thông số pH, DO, COD, BOD5, TSS, N-NH4,… Coliform để tính tốn bậc nhiễm nguồn nước Các cách thức xác định mức độ/bậc chất lượng môi trường (theo bảng 3) theo giá trị thông số chất lượng nguồn nước Entropy hoá tổng hợp theo tiêu chí theo thời gian, theo khu vực Với cách tính tốn chất lượng nguồn nước mặt theo số WQIFCE, số cuối giúp đưa kết luận cụ thể chất lượng khu vực (các sông cụ thể, tỉnh) trạng đạt mức nào, qua hỗ trợ nhà quản lý nghiên cứu đưa giải pháp cụ thể (phi công trình/cơng trình) cải thiệt/hạn chế nhiễm gặp phải KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Theo kết quan trắc chất lượng nước sông Trung tâm quan trắc môi trường tỉnh Ninh Thuận thực hàng năm vị trí tập trung dân cư khu cơng nghiệp, chất lượng nước sơng bị nhiễm từ vừa đến trầm trọng Ơ nhiễm môi trường nước sông rác thải, nước thải từ hoạt động sản xuất sinh hoạt dọc sơng có chiều hướng ngày trầm trọng năm gần Hình Bản đồ hành tỉnh Ninh Thuận vị trí quan trắc (Nguồn: Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Ninh Thuận, 2016) Hiện Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Ninh Thuận thường xuyên công bố chất lượng nước mặt, nước ven biển, nước ngầm nước hồ địa bàn Tỉnh vị trí dọc sơng, đầm, vịnh hồ chứa nước Các vị trí thể đồ Số liệu sử dụng tính tốn số liệu quan trắc chất lượng nguồn nước sông Cái, kênh Bắc, kênh Nam từ 2010 đến 2017 Ví dụ số liệu chất lượng nước sông năm 2016 bảng VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 103 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 0,004 0,009 0,005 0,003 0,008 0,006 0,009 0,005 0,007 0,004 0,007 0,005 0,009 0,014 0,017 0,015 0,021 0,006 0,012 0,007 0,013 0,022 0,17 0,17 0,12 0,08 0,14 0,17 0,32 0,2 0,17 0,15 0,09 0,08 0,15 0,17 0,21 0,1 0,05 0,08 0,06 0,07 0,19 1 1 1,5 1 1 2 4,5 4 Coli COD mg/L 0 0 0 0 0,04 0,04 0,05 0,06 0,1 0,12 0,24 1,45 0,1 0,05 0,05 0,05 0,07 MPN/ 100mL BOD5 mg/L mg/L P-PO43- N-NO3- 7,9 7,7 7,9 7,8 7,6 8,1 6,8 5,9 6,4 5,7 5,1 5,6 5 4,6 2,2 6,4 5,5 5,4 mg/L 7,6 7,6 7,9 7,7 7,5 7,7 7,9 7,4 7,5 7,9 7,3 7,8 7,4 7,1 6,8 6,8 7,5 6,4 7,2 7,2 mg/L N-NO2- 21 21,5 23,5 23,5 25 26,5 29 25 25,5 27 27 28 25 25 25,5 24 27 24 25,5 26 25 24 mg/L N-NH4+ Kênh Nam Sông Cái C Kênh Bắc TSS mg/L VỊ TRÍ Cầu sơng Cái Cầu Ninh Bình Cầu Tân Mỹ Thôn Phú Thạnh Đập Lâm Cấm Cầu Móng Cầu Đạo Long Cầu Lầu Thái Giao Mương Nhật Trạm Phước Dân Cống 26 Cầu Bảo An Cầu Mã Đạo Cầu Nghiêng Cống Nhơn Sơn Mương Cố Lương Cang An Hòa Phước Nhơn Ba Tháp Bỉnh Nghĩa DO pH Tháng T0 mg/L Bảng Số liệu quan trắc chất lượng nước mặt (ví dụ cho tháng 1/2010) 360 11.000 420 1.500 750 750 9.300 1.500 11.000 46.000 20.000 24.000 240.000 240.000 46.000 460.000 460.000 46.000 1.400 9.300 110.000 24.000 Nguồn: Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Ninh Thuận, 2010 Kết tính tốn chất lượng nguồn nước mặt theo số WQI truyền thống sông địa bàn tỉnh Ninh Thuận từ năm 2010 đến 2017 (theo định 879/QĐ-TCMT): Chỉ số WQI chất lượng nước mặt sông tỉnh Ninh Thuận từ năm 2010 đến 2017 xác định (hình dưới) cho thấy nguồn nước sông biến động lớn sông tháng Chất lượng nước sông Cái nói chung tốt mùa khơ đầu mùa mưa (mức 2, 3) giảm dần chất lượng tháng mùa mưa (bị ô nhiễm nặng) Trong gian đoạn 2010 – 2017, chất lượng nước sơng Cái có dấu hiệu suy giảm Chất lượng nước kênh tưới tiêu kém, thường dao động ô nhiễm nặng đến trầm trọng 104 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 80 Chất lượng nước năm 84 79 73 60 60 59 53 51 49 44 Giá trị WQI Giá trị WQI Chất lượng nước tháng 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 32 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 68 63 57 55 49 2012 T10 T11 T12 62 2013 2014 2015 2016 2017 Hình Chất lượng nước trung bình WQI879 tháng năm sông Cái Chất lượng nước năm 56 53 48 47 43 41 32 30 39 31 31 21 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 Giá trị WQI Giá trị WQI Chất lượng nước tháng 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 38 2012 39 2013 43 38 2014 2015 30 28 2016 2017 Hình Chất lượng nước trung bình WQI879 tháng, năm kênh Bắc, kênh Nam Thực tế kênh Bắc, kênh Nam vận hành cấp nước tưới cho khu vực sản xuất nơng nghiệp, tiêu nước cho khu dân cư Bên cạnh có điều tiết nguồn nước kênh thông qua việc xả nước từ hồ chứa đập dâng Với thực tiễn cho thấy có khơng hợp lý kết tính tốn WQI tháng mùa mưa Như vậy, cơng thức tính chất lượng nguồn nước mặt tỉnh Ninh Thuận cần điều chỉnh nhằm phản ánh thực tế sử dụng nước ngành lĩnh vực khu vực Có hai hướng điều chỉnh tính tốn theo WQI sau: - Sử dụng cơng thức WQI định 879/QĐ-TCMT, thông số chất lượng phân bố lại theo phương pháp trọng số Entropy (entropy hóa thơng số chất lượng); - Dùng phương pháp tốn học “đánh giá tồn diện mờ” điều chỉnh hệ số thông số chất lượng số mũ nhóm sinh hóa lý cơng thức tính WQIFCE theo định 879/QĐ-TCM (“mờ” hóa cơng thức WQI) Tính tốn chất lượng nước với thơng số entropy hóa: Theo bước tính tốn trên, kết tính tốn WQIE thơng số sau xác định mức độ đồng chúng theo tần số xuất Hi wi công thức – 9, tổng hợp hình bảng (Hưng B V., Anh L X., 2017) VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 105 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 Bảng Bảng tổng hợp giá trị max, trung bình số liệu CLN Vị trí Đầu nguồn sơng Cái Thơng số pH %DObh COD BOD5 TSS N-NH4 P-PO4 Coliform Ðô Ðuc Giá trị Trung bình Max Min Variability 7,12 7,60 6,50 0,31 78,83 91,38 64,04 7,56 5,62 13,80 0,00 4,16 2,75 4,10 1,10 1,09 134,33 593,00 0,00 175,88 0,08 0,15 0,00 0,05 0,02 0,10 0,00 0,04 6.6051,67 240.000 230,00 89.118 44,78 197,67 0,00 58,63 Ghi chú: ví dụ cho vị trí đo đạc đầu nguồn sơng Cái Bảng Bảng tính tốn trọng số Entropy (theo công thức 6, 7, 8, 9) Khu vực Vị trí Tháng Đầu 1/2017 nguồn 2/2017 sơng 3/2017 Cái 4/2017 5/2017 6/2017 7/2017 8/2017 9/2017 10/2017 11/2017 12/2017 Thông số pH %DObh COD BOD5 TSS N-NH4 P-PO4 Coliform Ðô Ðuc 0,64 0,91 0,71 0,93 0,96 1,00 1,00 1,00 0,96 0,73 0,18 0,24 0,00 0,97 0,47 1,00 1,00 0,97 0,00 0,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,09 0,48 1,00 1,00 0,99 0,20 1,00 0,99 0,99 0,27 0,54 1,00 0,53 0,82 0,13 0,80 0,91 0,82 0,00 0,45 0,54 0,40 0,87 0,00 1,00 0,61 0,87 0,55 0,55 0,31 0,00 0,95 0,27 1,00 0,94 0,95 0,64 0,74 0,64 0,67 0,99 0,07 1,00 0,98 0,99 0,55 0,46 0,64 0,03 0,00 0,47 0,20 0,38 0,00 0,55 0,39 0,00 0,23 0,59 0,53 1,00 0,00 0,59 0,73 1,00 0,46 0,40 0,78 0,47 0,20 0,91 0,78 0,18 0,79 0,57 0,20 0,37 0,80 0,00 0,00 0,37 Entropy Hi wi 1,00 0,004 0,89 0,096 0,89 0,097 0,93 0,059 0,95 0,043 0,86 0,116 0,90 0,082 0,95 0,039 0,81 0,159 0,85 0,126 0,96 0,032 0,83 0,148 Ghi chú: ví dụ cho vị trí đo đạc đầu nguồn sơng Cái Trên sở trọng số Entropy cho thành phần chất lượng, giá trị chất lượng nước sử dụng đánh giá mức độ ô nhiễm (sử dụng cơng thức WQI theo định 879/QĐ-TCMT) tính tích giá trị thực đo với trọng số Entropy Sau tính tốn WQI thành phần chất lượng nước chuẩn hóa theo Entropy, WQI trung bình tháng năm nguồn nước lưu vực sông Cái sau: 80 Chất lượng nước năm 84 79 73 60 60 59 53 51 49 44 32 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 Giá trị WQI Giá trị WQI Chất lượng nước tháng 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 69 62 62 57 55 48 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Hình Chất lượng nước trung bình WQIE tháng, năm sơng Cái 106 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 Chất lượng nước năm 57 53 48 47 43 42 35 32 40 31 31 21 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 Giá trị WQI Giá trị WQI Chất lượng nước tháng 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 39 38 2012 2013 44 38 2014 2015 30 29 2016 2017 Hình Chất lượng nước trung bình WQIE tháng, năm kênh Bắc, kênh Nam Tính tốn chất lượng nước sơng theo cơng thức số WQIFCE điều chỉnh cho tỉnh Ninh Thuận từ năm 2010 – 2017 với cơng thức tính tốn làm “Mờ”: - Xác định thông số đánh giá chất lượng theo lý thuyết đánh giá toàn diện mờ từ bước – Các giá trị thông số mức đánh giá ứng với cấp mức độ ô nhiễm tổng hợp bảng đây: (ví dụ cho vị trí đo đầu nguồn sông Cái, tháng 1/2017) - Xác định hệ số số mũ nhóm chất lượng theo hố, sinh lý theo mức độ/tỷ trọng mức độ xuất bậc chất lượng bảng 4, 5, Cơng thức WQI điều chỉnh có dạnh công thức số Các giá trị hệ số số mũ thơng số chất lượng nhóm sau: Bảng Giá trị hệ số số mũ nhóm chất lượng Các thơng số/thành phần CLN pH %DO bão hoà COD BOD5 N-NH3 P-PO43TSS Độ đục Coliform Hệ số 1/100 0,36 0,17 0,13 0,22 0,12 0,59 0,41 Số mũ nhóm 0,605 0,256 0,138 Công thức đánh giá chất lượng nguồn nước điều chỉnh sau: (10) Dựa công thức trên, chất lượng nước mặt hệ thống sông kênh địa bàn tỉnh Ninh Thuận xác định lại hình 7, So sánh hình từ – 8, cho thấy diễn biến chất lượng nước mặt tháng năm tính theo cơng thức “cũ”, cơng thức điều chỉnh gần có sai khác giá trị Để thấy VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 107 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 khác biệt kết tính tốn cơng thức cũ – mới, sử dụng kiểm định thông kê (T- test) Thông số Loại pH %DO bão hịa COD BOD5 TSS N-NH3 P-PO43Độ đục Coliform T1/2017 Sơng Cái Đầu nguồn sông Cái Khu Vực Sông, kênh Vị trí Tháng Bảng Phân lớp chất lượng nước mặt BẬC Giá trị 7,16 88,43 3,98 1,293 24,87 0,00 0,00 82,89 925 0,34 0,98 1,00 1,00 0,49 1,00 1,00 0,00 1,00 0,66 0,02 0,00 0,00 0,51 0,00 0,00 0,00 0,00 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 80 84 88 83 71 65 69 71 65 62 58 48 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,43 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,57 0,00 Chất lượng nước năm T10 T11 Giá trị WQI Giá trị WQI Chất lượng nước tháng 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 T12 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 78 72 72 68 68 62 2012 2013 2014 Tháng 2015 2016 2017 Năm Hình Chất lượng nước trung bình WQFCE tháng, năm sông Cái 68 Chất lượng nước năm 68 60 58 61 58 48 46 54 50 49 37 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 Tháng T8 T9 T10 T11 T12 Giá trị WQI Giá trị WQI Chất lượng nước tháng 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 61 53 53 2012 2013 55 2014 2015 50 49 2016 2017 Năm Hình Chất lượng nước trung bình WQIFCE tháng, năm kênh Bắc, kênh Nam Kiểm định thống kê T- test cặp giá trị WQI theo định số 879/QĐTCMT với thông số đo đạc thực tế (WQI879), thông số entropy hố (WQIE) cơng thức điều chỉnh theo thuật tốn đánh giá tồn diện mờ (WQIFCE) tổng hợp theo bảng đây: 108 VIEÄN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 Bảng Kiểm định T-test cho cặp chuỗi kết CLN tháng WQI 879 47,11 146,75 12 Trung bình Phương sai Số quan sát Tương quan Pearson Giả thuyết khác biệt trung bình (0 - khơng/1 - có) df t Stat P(T