Giới thiệu chỉ số chất lượng nước sử dụng cho đánh giá chất lượng nước mặt

Trong bài viết này, tác giả trình bày WQI được xây dựng bởi Hội đồng Bộ trưởng Canada (Canadian Council of Ministers of the Environment), sau đây viết tắt là CCME – WQI. Ưu và nhược điểm; công thức tính toán cũng như ví dụ minh họa cho CCME – WQI cũng sẽ được trình bày chi tiết.

Thông báo Khoa học Công nghệ* Số 2-2012 109 GIỚI THIỆU CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC SỬ DỤNG CHO ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC MẶT ThS Hoàng Anh Sơn Khoa Kỹ thuật Hạ tầng đô thị, trường Đại học Xây dựng Miền Trung Tóm tắt: Đánh giá chất lượng nước thực cách phân tích thơng số vật lý, hóa học sinh học nước Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index – WQI) cho giá trị đơn giản chất lượng nước giúp hạn chế số lượng lớn thơng số cần phân tích Tùy thuộc vào nhu cầu quốc gia việc đánh giá chất lượng nước kiểm sốt nhiễm nên giới có nhiều WQI riêng biệt sử dụng Trong viết này, tác giả trình bày WQI xây dựng Hội đồng Bộ trưởng Canada (Canadian Council of Ministers of the Environment), sau viết tắt CCME – WQI Ưu nhược điểm; công thức tính tốn ví dụ minh họa cho CCME – WQI trình bày chi tiết Giới thiệu Để đánh giá chất lượng nước, Việt Nam nhiều quốc gia giới, người ta thường dựa vào việc phân tích thông số chất lượng nước riêng biệt, so sánh thơng số với giá trị giới hạn quy định tiêu chuẩn quốc gia tiêu chuẩn quốc tế Các thông số chất lượng nước hay phân tích [1]: - Các thơng số vật lý: màu; mùi; nhiệt độ; tổng chất rắn (TS); tổng chất rắn hòa tan (TDS); độ đục (TUR); độ dẫn điện (EC);… - Các thơng số hóa học: oxy hịa tan (DO); nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5); nhu cầu oxy hóa học (COD); tổng cacbon hữu (TOC); độ mặn; độ cứng; pH; NO3-; NO2-; NH4+/ NH3; PO43-; F-; SO42-; hóa chất bảo vệ thực vật (nhóm DDT, nhóm HCH, Aldrine,…); kim loại độc (HgII, CdII, PbII,…);… - Các thông số vi sinh: tổng Coliform (TC); Coliform phân (FC);… Tuy vậy, cách làm khơng thể nói đến diễn biến chất lượng nước tổng quát sông (hay đoạn sơng) vậy, khó so sánh chất lượng nước vùng sông, so sánh chất lượng nước sông với sông khác, chất lượng nước thời gian với thời gian khác (theo tháng, mùa), chất lượng nước so với tương lai… Như khó khăn cho cơng tác giám sát diễn biến chất lượng nước, khó đánh giá hiệu đầu tư để bảo vệ chất lượng nước kiểm sốt nhiễm nước… Mặt khác, đánh giá thông qua thông số chất lượng nước riêng biệt, nhà khoa học / nhà chuyên môn hiểu vậy, khó thơng tin chất lượng nước cho cộng đồng nhà hoạch định sách đề định quản lý khai thác nguồn nước Để khắc phục điều đó, cần phải có thơng số mơ tả tổng quát, cho phép lượng hóa chất lượng nước Một thơng số tổng qt Chỉ số chất lượng nước (WQI) WQI đề xuất áp dụng Mỹ vào năm 1965 – 1970 Sau WQI nhanh chóng chấp nhận triển khai áp dụng nhiều quốc gia giới WQI thơng số tổ hợp tính tốn từ nhiều thơng số chất lượng nước theo phương pháp xác định (hay theo cơng thức tốn học xác định) [3] WQI dùng để mô tả định lượng chất lượng nước biểu diễn qua thang điểm: Thông báo Khoa học Công nghệ* Số 2-2012 thơng thường ÷ 100; số trường hợp 10 ÷ 100; ÷ 1000,… Hiện có nhiều số chất lượng nước phát triển nhiều quốc gia giới Trong số đó, có số chất lượng nước hay dùng là: số chất lượng nước Quỹ vệ sinh Mỹ đề xuất (NSF – WQI); số chất lượng nước Bhargava đề nghị (Bhargava – WQI) số chất lượng nước Hội đồng Bộ trưởng Canada đề nghị (CCME – WQI) định đưa vào áp dụng từ năm 2001 Ở nước ta, nhiều tác giả áp dụng có cải tiến số CCME – WQI để đánh giá chất lượng nước Dưới giới thiệu CCME – WQI Phương pháp tính tốn 2.1 Cơng thức tính CCME – WQI [3] CCME – WQI xây dựng sở kế thừa phát triển mơ hình WQI bang British Columbia (Canada) năm 2001 Hội đồng Bộ trưởng môi trường Canada chấp nhận đưa vào sử dụng Chỉ số tổ hợp yếu tố: phạm vi (Scope); tần số (Frequency) độ lớn hay biên độ (Amplitude) Chỉ số nhận giá trị khoảng từ (ứng với mức chất lượng nước xấu nhất) đến 100 (ứng với mức chất lượng nước tốt nhất) Người ta chia theo mức khác (Bảng 1) Các thông số lựa chọn cho mục đích sử dụng nước thay đổi tùy thuộc điều kiện thực tế vùng CCME – WQI loại mơ hình cho mục đích riêng mục đích tổng qt áp dụng cho nguồn nước ngọt, nước lợ nước mặn Những thông số chất lượng nước cần quan trắc (các thông số lựa chọn) tiêu chuẩn chất lượng nước cho mục đích sử dụng khác phụ thuộc vào tiêu chuẩn quy định quốc gia hoặc/và quốc tế Bảng Phân loại chất lượng nước theo CCME – WQI 110 Loại CCME WQI 95 ÷ 100 80 ÷ 94 65 ÷ 79 Giải thích Rất tốt Tốt Trung bình (hay tạm được) IV 45 ÷ 64 Xấu (hay mức cho phép) V ÷ 44 Rất xấu CCME – WQI tính tốn từ hệ số đại diện cho yếu tố: phạm vi (F1), tần số (F2) độ lớn(F3) F1 F2 xác định trực tiếp, F3 xác định gián tiếp (1) Xác định F1 (phạm vi): F1 thể số thông số chất lượng nước không đạt chuẩn – vượt (hoặc nhỏ hơn) giới hạn cho phép tiêu chuẩn chất lượng nước ứng với mục đích F1 đo tỉ số số thông số không đạt chuẩn tổng số thông số quan trắc Số thông số không đạt chuẩn F1 = Tổng thông số quan trắc (2) Xác định F2 (tần số): F2 cho biết tần số (số lần) không đạt chuẩn thông số quan trắc so với tổng số kết quan trắc tất thông số: Số kết quan trắc không đạt chuẩn F2 = Tổng kết quan trắc I II III (3) Xác định F3 (độ lớn): F3 cho biết độ lớn thông số không đạt chuẩn so với giá trị thơng số quy định tiêu chuẩn xác định qua bước: i) Bước 1: Xác định độ lệch (Excursion – ký hiệu EXi) thông số không đạt chuẩn, cao hay thấp so với tiêu chuẩn quy định thơng số mục đích sử dụng nước xác định EXi tính sau: a Khi giá trị thông số cao tiêu chuẩn: Thông báo Khoa học Công nghệ* Số 2-2012 FXi = Giá trị thông số Xi vượt chuẩn Giá trị thông số Xi nhỏ tiêu chuẩn 111 -1 F3; yếu tố xem vectơ khơng gian chiều Nói cách khác, CCME – WQI vectơ tổ hợp từ vectơ F1, F2 F3:  b Ngược lại, giá trị thông số nhỏ tiêu chuẩn: ii) Bước 2: Xác định độ lệch tổng cộng chuẩn hoá (nse – normalized sum of excursions) Nse tỷ số tổng độ lệch (EXi) tổng số kết quan trắc không đạt chuẩn (lớn nhỏ chuẩn) mục đích sử dụng nước xác định iii) Bước 3: Tính F3 hàm nse tính từ nse cho nhận giá trị khoảng  100 nse  F3 =   , 01  nse   , 01  Cuối tính CCME – WQI: CCME – WQI xem tổ hợp yếu tố F1, F2 CCME – WQI = 100 -   F1  F 22  F 32   1,732  Trong công thức xuất giá trị 1,732 hệ số F nhận giá trị cao 100 (trường hợp xấu nhất) vậy, độ dài vectơ tổ hợp đạt cực đại F1  F22  F32  0  0  00  0 0  73, Để đưa vectơ tổ hợp 100 (giá trị cao nhất), bắt buộc phải chia cho 1,732 lúc CCME – WQI = 0, ứng với chất lượng nước xấu 2.2 Ví dụ tính CCME – WQI Số liệu thu quan trắc 10 thơng số bao gồm: oxy hịa tan (DO); pH; tổng photpho (TP); tổng nitơ (TN); coliform phân (FC); asen (As); chì (Pb); thủy ngân (Hg); 2,4 – D; Lindane dịng sơng Bắc Saskatchewan năm 1997 (tần suất lấy mẫu: tháng/lần) [4] trình bày Bảng 2: Bảng Số liệu quan trắc năm 1997 sông Bắc Saskatchewan Ngày DO tháng mg/L 7/1/97 11.4 4/2/97 4/3/97 pH TP TN FC As Pb Hg 2,4-D Lindane mg/L mg/L #/dL mg/L mg/L g/L g/L g/L 8.0 0.006 0.160 0.0002 0.0004