6. Ý nghĩa của đề tài
1.3.1.3. Chỉ số chất lượng nước chung (UWQI-Universal Water Quality
Index)
Được áp dụng phổ biến tại một số quốc gia Châu Âu, chỉ số chất lượng nước chung được xây dựng và áp dụng với mục đích đưa ra một phương pháp đơn giản trong việc đánh giá chất lượng nước mặt cho mục đích cấp nước. Chỉ số này cịn được ứng dụng vào việc đặc tính hố tồn bộ hệ sinh thái khu vực (Boyacioglu 2006; Ionus 2010). Cơng thức chung của UWQI bao gồm:
1 n i i i UWQI w I (Cơng thức 1.3)
Với: Wi là trọng số của thơng số i ; Ii là chỉ số phụ của thơng số i; n là số thơng số Cách phân loại: sau khi tính tốn giá trị chỉ số chất lượng nước (UWQI), người ta chia chất lượng nước ra thành 5 loại: Từ 95 đến 100 là rất tốt; từ 75 đến 94 là tốt; từ 50 đến 74 là trung bình; từ 25 đến 49 là ơ nhiễm; từ 0 đến 24 là rất ơ nhiễm.
1.3.1.4. Chỉ số chất lượng nước của Bhargava (Ấn Độ)
Bhargava năm 1983 đãđề xuất xây dựng một hệ thống các chỉ số chất lượng nước, thoả mãn các yêu cầu:
- Cĩ khảnăng đáp ứng nhanh chĩng những thay đổi của giá trị các biến số - Trọng số của các biến (đại diện cho sự liên hệ của biến đối với từng mục đích sử dụng khác nhau) phải cĩ liên hệ với WQI
- Nĩ phải cho giá trị thấp (cĩ thể bằng 0) khi một biến đơn đạt giá trị mà chất lượng nước xem là khơng phù hợp
- Nĩ cĩ thể duy trì trạng thái khi một biến đạt một giá trị vượt ngưỡng mà khơng ảnh hưởng đến mục đích sử dụng nước
- Sự khác biệt trong chuỗi chỉ thị cĩ thể phản ánh được sự khác biệt về mức độ quan trọng của một biến tuỳ theo mục đích sử dụng
Theo mơ hình Bhargava 1983, WQI cho mỗi mục đích sử dụng nước (nước sinh hoạt, cơng nghệp, nơng nghiệp…) được tính tốn theo cơng thức 1.4 và WQI tổng quát được tính theo cơng thức 1.5:
100 * 1 1 1 n n i F WQI (Cơng thức 1.4) k WQI WQI k i 1 1 (Cơng thức 1.5)
Fi: Giá trị hàm nhạy của thơng số I, nhận giá trị khoảng 0,01 đến trên dưới 1 và được xác định từđồ thị hàm nhạy đối với thơng số i. Xét dựa vào các Tiêu chuẩn quốc gia (quốc tế) quy định về chất lượng nước cho mỗi mục đích sử dụng riêng.
n : thơng số chất lượng nước lựa chọn (khoảng từ3 đến 6 loại thơng số). Trong đĩ WQI1 là WQI của các mục đích sử dụng nước khác nhau, k là số mục đích sử dụng nước. Các thơng số chất lượng nước lựa chọn cho các mục đích riêng và cách phân loại chất lượng nước theo mơ hình Bhargava như sau:
Bảng 0.3. Các thơng số chất lượng nước lựa chọn theo Bhargava
STT Mục đích sử dụng riêng Các thơng số lựa chọn n
1 Tiếp xúc trực tiếp Độđục, amoni, TC, BOD5, DO 5 2 Cấp nước sinh hoạt Độ đục, BOD5, TC, DO, Cl- 5
3 Nơng nghiệp Cl-, TDS, Bo, SAR 4
4 Cơng nghiệp Độ đục, TDS, độ cứng 3
5 Bảo vệ đời sống thủy sinh nước
ngọt và tiếp xúc gián tiếp T0, DO, Cl
Kết quả phân loại chất lượng nước theo WQI tổng quát như sau: 90 -100: Rất tốt; 65 – 89: Tốt; 35 – 64: Trung bình; 11 – 34: Ơ nhiễm; 0 – 10: Rất ơ nhiễm
1.3.1.5. Chỉ số chất lượng nước Malaysia
Từ năm 1983 Malaysia đã xây dựng một hệ thống chỉ số chất lượng nước, bao gồm 6 thơng số: DO, BOD5, COD, SS, NH3-N, và pH đểđánh giá sức khoẻ của các con sơng. Cơng thức đánh giá tổng quát như sau:
WQI = 0,22(SI-DO)+0,19(SI-BOD)+0,16(SI-COD)
+0,16(SI-SS)+0,15(SI-NH3-N) +0,12(SI-pH) (Cơng thức 1.6)
Trong đĩ: SI - trọng số phụ của các chỉ số chính, được xác định theo những cơng thức chuyên biệt.
Kết quả phân loại căn cứ vào WQI tổng quát như sau: 81-100: Sạch; 60-80: Ơ nhiễm ít; 0-59: Ơ nhiễm
1.3.2. Mơ hình WQI Việt Nam
Phương pháp sử dụng chỉ số chất lượng nước (WQI) đã được ứng dụng nhiều trong cơng tác quản lý sử dụng nước. Các cơng trình nghiên cứu xây dựng WQI đặc trưng riêng cho Việt Nam cũng đã được các nhà nghiên cứu quan tâm, tập trung vào các lưu vực sơng lớn như sơng Hồng, sơng Cửu Long, sơng Đồng Nai. Các nghiên cứu về WQI nổi bật tại Việt Nam cĩ thể kể đến nghiên cứu của TS. Tơn Thất Lãng.
1.3.2.1. Chỉ số chất lượng nước WQI theo nghiên cứu của PGS.TS Lê Trình
Chỉ sốnày do PGS.TS. Lê Trình đề xuất dựa theo 2 mơ hình WQI cơ bản của Mỹ và Ấn Độ áp dụng cho các sơng tại TPHCM trong khuơn khổ đề tài “Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước theo các chỉ số chất lượng nước (WQI) và đánh giá
khảnăng sử dụng các nguồn nước sơng, kênh rạch ở vùng Tp. Hồ Chí Minh”.
Theo đĩ, nghiên cứu đề xuất 2 mơ hình tính tốn chỉ số chất lượng nước HCM –WQI và WQIB – HCM. Cụ thểnhư sau:
Mơ hình HCM-WQI: cải tiến dựa theo mơ hình NFS-WQI của Hoa Kỳ, lựa chọn các thơng số điển hình và dựa vào thứ tự ưu tiên tính điểm xếp hạng (mi), trọng số đĩng gĩp trung gian (wi’), trọng số đĩng gĩp chính (wi), xây dựng đồ thị tương quan giữa các thơng số và lựa chọn chỉ số phụ (qi) của từng thơng số.
Bảng 0.4. Các trọng số ( i của các thơng số lựa chọn tương ứng
Thơng số DO BOD5 Độ đục TN COD pH Coliform TP SS Dầu mỡ
Trọng số 0,19 0,14 0,12 0,11 0,09 0,08 0,08 0,08 0,07 0,04
Bảng 0.5. Phương trình xác định chỉ số phụ (qi đối với các thơng số lựa chọn
DO (y) y = - 0,7061 x2 + 17,179 x + 3,7855 BOD5 (y) y = 0,0068 x2 2,1089 x + 100,34 Độ đục (y) y = 105,73 e- 0,0168 x Tổng N (y) y = 0,1213 x2 8,318 x + 99,233 COD (y) y = 0,0039 x2 1,157 x + 94,011 pH (y) y = 0,416 x4 11,609 x3 + 110,15 x2 409,46 x + 539,31 Tổng coliform (y) y = 8,899 Ln(x) + 132, 04 Tổng P (y) y = 14,443 Ln(x) + 33,146 SS (y) y = 0,0011 x2 0,6468 x + 101,36 Dầu mỡ (y) y = 19,082 Ln(x) + 3,9124
Mơ hình WQIB – HCM: chọn lọc các thơng số: pH, DO, SS, EC, BOD5, COD, NH4+ (hoặc NO3-), Fe, T.colifform và dầu mỡđể tính theo cơng thức
1/n n i i=1 WQI = F x 100 (Cơng thức 1.7)
Từ kết quả tính WQI và phân loại chất lượng nước khảo sát, lập ký hiệu màu từng loại chất lượng nước
Bảng 0.6. Phân loại chất lượng nước
Chất lượng nước Ký hiệu màu
Loại I ( rất tơt, khơng ơ nhiễm) Xanh lam
Loại II (tốt, ơ nhiễm nhẹ) Xanh lục
Loại III (trung bình, ơ nhiễm trung bình) Vàng
Loại IV(xấu, ơ nhiễm nặng) Da cam
Loại V (rất xấu, ơ nhiễm rất nặng) Đỏ
1.3.2.2. Chỉ số chất lượng nước WQI theo nghiên cứu của TS. Tơn Thất Lãng
Tiến sĩ Tơn Thất Lãng nghiên cứu về đánh giá chất lượng nước sử dụng phương pháp Delphi xác định trọng số cho các thơng số và các hàm thực nghiệm để xây dựng các hàm trọng số phụ WQI đánh giá chất lượng nước sơng Hậu và Đồng
Nai. Các kết quảthu được đã giúp xác định chất lượng tổng hợp nguồn nước, từđĩ đề ra các giải pháp phịng ngừa và giảm thiểu ơ nhiễm tại các khu vực sơng.
Chỉ số WQI được thiết lập theo phương pháp Delphi, dựa vào 6 thơng số quan trọng đối với chất lượng nước là pH, BOD, DO, TSS, Tổng Nitơ và Coliform với những trọng sốtương ứng.
Bảng 0.7. Các thơng số chất lượng nước và trọng sốtương ứng
Thơng số BOD5 DO TSS pH N Coliform
Trọng số 0.23 0.18 0.16 0.15 0.15 0.13
Dựa vào ý kiến của các chuyên gia chất lượng nước, các thơng số chất lượng nước quan trọng được đánh giá bằng phương pháp cho điểm theo các khoảng giá trị của các yếu tố đĩ. Điểm sẽ biến thiên từ 1 – 10 tương ứng với các giá trị các thơng số biến thiên từ xấu đến tốt.
Trị số trung bình từng điểm được tính tốn tương ứng với những khoảng giá trị của các thơng số chất lượng nước, được gọi là chỉ số phụ.
Cơng thức tính tốn chỉ sốWQI như sau:
6 1 ) ( i Ti Pi WQI (Cơng thức 1.8)
Trong đĩ: Pi là chỉ số của thơng số thứ i; Ti là trọng số của thơng số thứ i. Sau đĩ, phân loại ơ nhiễm nguồn nước mặt theo 6 mức độ như sau:
Bảng 0.8. Phân loại ơ nhiễm nguồn nước theo chỉ số WQI
Ký hiệu mẫu WQI Đánh giá
Xanh dương 9.0 – 10 Khơng ơ nhiễm Lục 7.0 – 8.9 Ơ nhiễm rất nhẹ Vàng 5.0 – 6.9 Ơ nhiễm nhẹ
Cam 3.0 – 4.9 Ơ nhiễm trung bình Đỏ 1.0 – 2.9 Ơ nhiễm nặng Nâu < 1 Ơ nhiễm rất nặng
1.3.2.3. Chỉ số chất lượng nước WQI theo Sổ tay hướng dẫn Tổng cục mơi trường
Năm 2011, Tổng cục mơi trường đã ban hành sổtay hướng dẫn tính tốn chỉ số chất lượng nước (Quyết định 879 QĐ-TCMT) với mục đích đánh giá nhanh chất lượng nước mặt lục địa một cách tổng quát, cĩ thểđược sử dụng như một nguồn dữ liệu để xây dựng bản đồ phân vùng chất lượng nước, cung cấp thơng tin mơi trường cho cộng đồng một cách đơn giản, dễ hiểu, trực quan và nâng cao nhận thức về mơi trường. Phương pháp tính cơ bản như sau:
Tính tốn WQI thơng số: WQI thơng số (WQISI) được tính tốn cho các thơng số BOD5, COD, N-NH4, P-PO4 , TSS, độ đục, Tổng Coliform theo cơng thức như sau: 1 1 1 1 i p i i i i i SI BP C q BP BP q q WQI (Cơng thức 1.9) Trong đĩ:
BPi : Nồng độ giới hạn dưới của giá trị thơng số quan trắc được quy định trong bảng 1 tương ứng với mức i
BPi+1: Nồng độ giới hạn trên của giá trị thơng số quan trắc được quy định trong bảng 1 tương ứng với mức i+1
qi: Giá trị WQI ở mức i đã cho trong bảng tương ứng với giá trịBPi
qi+1: Giá trị WQI ở mức i+1 cho trong bảng tương ứng với giá trị BPi+1 Cp: Giá trị của thơng số quan trắc được đưa vào tính tốn.
Bảng 0.9. Bảng quy định các giá trị qi, BPi
i qi
Giá trị BPi quy định đối với từng thơng số
BOD5 (mg/l) COD (mg/l) N-NH4 (mg/l) P-PO4 (mg/l) Độđục (NTU) TSS (mg/l) Coliform (MPN/100ml) 1 100 ≤4 ≤10 ≤0.1 ≤0.1 ≤5 ≤20 ≤2500 2 75 6 15 0.2 0.2 20 30 5000 3 50 15 30 0.5 0.3 30 50 7500 4 25 25 50 1 0.5 70 100 10.000 5 1 ≥50 ≥80 ≥5 ≥6 ≥100 >100 >10.000
Ghi chú: Trường hợp giá trị Cp của thơng số trùng với giá trị BPi đã cho trong bảng, thì xác định được WQI của thơng số chính bằng giá trị qi tương ứng.
Tính giá trị WQI đối với thơng số DO (WQIDO): tính tốn thơng qua giá trị DO % bão hịa.
- Bước 1: Tính tốn giá trị DO % bão hịa: Tính giá trị DO bão hịa:
3 2 0.000077774 0079910 . 0 41022 . 0 652 . 14 T T T DObaohoa
Với T là nhiệt độ mơi trường nước tại thời điểm quan trắc (đơn vị: 0C). Tính giá trị DO % bão hịa:
DO%bão hịa= DOhịa tan / DObão hịa*100 DOhịa tan: Giá trị DO quan trắc được (đơn vị: mg/l)
- Bước 2: Tính giá trị WQIDO:
p i i i i i i SI C BP q BP BP q q WQI 1 1 (Cơng thức 1.10)
Trong đĩ: Cp: giá trị DO % bão hịa. Cịn các giá trị BPi, BPi+1, qi, qi+1 là các giá trị tương ứng với mức i, i+1 trong Bảng 1.10.
Bảng 0.10. Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với DO% bão hịa
i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
BPi ≤20 20 50 75 88 112 125 150 200 ≥200
qi 1 25 50 75 100 100 75 50 25 1
Nếu giá trị DO% bão hịa ≤ 20 thì WQIDO bằng 1.
Nếu 20< giá trị DO% bão hịa< 88 thì WQIDO được tính theo cơng thức 1.10 và sử dụng Bảng 1.10.
Nếu 88≤ giá trị DO% bão hịa≤ 112 thì WQIDO bằng 100.
Nếu 112< giá trị DO% bão hịa< 200 thì WQIDO được tính theo cơng thức 1.9 và sử dụng Bảng 1.10.
Nếu giá trị DO% bão hịa ≥200 thì WQIDO bằng 1. Tính giá trị WQI đối với thơng số pH
Bảng 0.11. Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với thơng số pH
I 1 2 3 4 5 6
BPi ≤5.5 5.5 6 8.5 9 ≥9
qi 1 50 100 100 50 1
Nếu giá trịpH≤5.5 thì WQIpH bằng 1.
Nếu 5,5< giá trị pH<6 thì WQIpH tính theo cơng thức 1.10 và sử dụng bảng 1.11. Nếu 6≤ giá trịpH≤8,5 thì WQIpH bằng 100.
Nếu 8.5< giá trị pH< 9 thì WQIpH tính theo cơng thức 1.9 và sử dụng bảng 1.11. Nếu giá trị pH≥9 thì WQIpH bằng 1.
Tính tốn WQI
Sau khi tính tốn WQI đối với từng thơng số nêu trên, việc tính tốn WQI được áp dụng theo cơng thức sau:
3 / 1 2 1 5 1 2 1 5 1 100 b c b a a pH WQI WQI WQI WQI WQI (Cơng thức 1.11) Trong đĩ:
WQIa: Giá trị WQI đã tính tốn đối với 05 thơng số: DO, BOD5, COD, N-NH4, P-PO4
WQIb: Giá trị WQI đã tính tốn đối với 02 thơng số: TSS, độđục WQIc: Giá trịWQI đã tính tốn đối với thơng số Tổng Coliform WQIpH: Giá trị WQI đã tính tốn đối với thơng số pH.
Ghi chú: Giá trị WQI sau khi tính tốn sẽđược làm trịn thành số nguyên. So sánh chỉ số chất lượng nước đã được tính tốn với bảng đánh giá
Sau khi tính tốn được WQI, sử dụng bảng xác định giá trị WQI tương ứng với mức đánh giá chất lượng nước đểso sánh, đánh giá, cụ thểnhư sau:
Bảng 0.12. Phân loại chất lượng nước theo chỉ số WQI
Giá trị WQI Mức đánh giá chất lượng nước Màu
91 - 100 Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt Xanh nước biển 76 - 90 Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng
cần các biện pháp xử lý phù hợp Xanh lá cây 51 - 75 Sử dụng cho mục đích tưới tiêu và các mục đích
tương đương khác Vàng
26 - 50 Sử dụng cho giao thơng thủy và các mục đích
tương đương khác Da cam
0 - 25 Nước ơ nhiễm nặng, cần các biện pháp xử lý
CHƯƠNG 2
PHÂN LOẠI VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC NGUỒN GÂY Ơ NHIỄM MƠI TRƯỜNG NƯỚC MẶT TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH