5. Những đóng góp mới của đề tài
1.2.2 Phương pháp chỉ số chất lượng nước
1.2.2.1. Tổng quan phương pháp
a. Khái niệm
Chỉ số chất lượng nước của Việt Nam là chỉ số được tính toán từ các thông số quan trắc chất lượng nước mặt ở Việt Nam, dùng để mô tả định lượng về chất lượng nước và khả năng sử dụng của nguồn nước đó, được biểu diễn qua một thang điểm.[8, tr2]
b. Kinh nghiệm xây dựng chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index – WQI) của một số quốc gia trên thế giới
Việc sử dụng sinh vật trong nước làm chỉ thị cho mức độ sạch ở Đức từ năm 1850 được coi là nghiên cứu đầu tiên về WQI trong đó chỉ số Horton (1965) là chỉ số WQI đầu tiên được xây dựng trên thang số [17]
WQI được đề xuất và áp dụng đầu tiên ở Mỹ vào những năm 1965 ÷ 1970. Sau đó, do có nhiều ưu điểm nên WQI nhanh chóng được chấp nhận và triển khai áp dụng ở nhiều quốc gia trên thế giới như: Canada, Achentina, Anh, Mexico, Ấn Độ, Thái Lan,…Một số điển hình ở các nước như sau:
Hoa Kỳ: WQI được thực hiện từ những năm 70 của thế kỷ 20 và hiện đã được xây dựng cho mỗi bang, đa số các bang tiếp cận theo phương pháp của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Mỹ (National Sanitation Foundation – NSF) – gọi tắt là WQI – NSF, điển hình một số bang như:
+ Bang Origon: WQI là một con số đại diện cho chất lượng nước tính toán từ 8 thông số: nhiệt độ, DO, BOD, pH, Tổng N, Tổng P, tổng rắn, fecal coliform. Việc lựa chọn biến số sử dụng phương pháp delphi và tập hợp lại các biến số bằng phương pháp chuyên gia, Chuyển đổi các biến số bằng cách logarit hóa để tính các chỉ số phụ. OWQI được đưa ra từ năm 1970 và liên tục được cải tiến. WQI áp dụng tại Bang là một chỉ số tổng hợp được sử dụng để đánh giá chất lượng nước cho các mục đích thông thường (câu cá, bơi…). Mô hình WQI hiện tại đang áp dụng sử dụng phương pháp trọng số cân bằng và công thức WQI sử dụng hàm bình phương điều hòa không trọng số.
+ Bang Floria: Các nhóm thông số để tính toán WQI: Độ trong của nước: độ đục, tổng rắn lơ lửng. Hàm lượng ôxy: DO; nhu cầu ôxy (phú dưỡng): COD, BOD, TOC; các chất dinh dưỡng: Tổng N, tổng P, Nitrat; Vi khuẩn: Tổng Coliform và Fecal Coliform. Chỉ số phụ được tính toán từ giá trị thông số bằng phương pháp đường cong tỷ lệ, đường cong này được xây dựng từ các tiêu chuẩn về nước mặt và các nghiên cứu về nồng độ các chất ô nhiễm trong nước. Mô hình WQI hiện tại không sử dụng trọng số và công thức trung bình cộng không trọng số.
Canada: Phương pháp do Cơ quan Bảo vệ môi trường Canada (The Canadian Council of Ministers of the Environment – CCEM, 2001) xây dựng. Phương pháp WQI-CCME được xây dựng dựa trên rất nhiều số liệu khác nhau sử dụng một quy trình thống kê với tối thiểu 4 thông số và 3 hệ số chính (F1-phạm vi, F2-tần suất, F3-biên độ của các kết quả không đáp ứng được các mục tiêu CLN giới hạn chuẩn). WQI-CCME là một công thức rất định lượng và việc sử dụng hết sức thuận tiện với các thông số cùng các giá trị chuẩn (mục tiêu CLN) của chúng có thể dễ dàng đưa vào WQI-CCME để tính toán tự động. Tuy nhiên, trong WQI- CCME, vai trò của các thông số CLN trong WQI được coi như nhau, mặc dù trong thực tế các thành phần CLN có vai trò khác nhau đối với nguồn nước.
Châu Âu: Các quốc gia ở châu Âu chủ yếu được xây dựng phát triển từ WQI – NSF (của Hoa Kỳ), tuy nhiên mỗi quốc gia – địa phương lựa chọn nhóm các thông số và phương pháp tính chỉ số phụ riêng. WQI-NSF được xây dựng bằng cách sử dụng kỹ thuật Delphi của tập đoàn Rand, thu nhận và tổng hợp ý kiến của một số đông các chuyên gia khắp nước Mỹ để lựa chọn các thông số CLN quyết định sau đó xác lập phần trọng lượng đóng góp của từng thông số (vai trò quan trọng của thông số - wi) và tiến hành xây dựng các đồ thị chuyển đổi từ các giá trị đo được của thông số sang chỉ số phụ (qi). WQI-NSF được xây dựng rất khoa học dựa trên ý kiến số đông các nhà khoa học về chất lượng nước, có tính đến vai trò (trọng số) của các thông số tham gia trong WQI và so sánh các kết quả với giá trị chuẩn (mục tiêu CLN) qua giản đồ tính chỉ số phụ (qi). Tuy nhiên các giá trị trọng số (wi) hoặc giản đồ tính chỉ số phụ (qi) trong WQI-NSF chỉ thích hợp với điều kiện chất lượng nước của Mỹ.
Các quốc gia Malaysia, Ấn Độ phát triển từ WQI – NSF, nhưng mỗi quốc gia có thể xây dựng nhiều loại WQI cho từng mục đích sử dụng.
1.2.2.2. Tình hình nghiên cứu và xây dựng WQI ở Việt Nam
Tại Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu và đề xuất và áp dụng về bộ chỉ số CLN như các WQI-2 và WQI-4 được sử dụng để đánh giá số liệu CLN trên sông Sài Gòn tại Phú Cường, Bình Phước và Phú An trong thời gian từ 2003 đến 2007. Một số nghiên cứu điển hình như sau:
Nghiên cứu của TS. Tôn Thất Lãng, sử dụng chỉ số chất lượng nước (WQI) để đánh giá và phân vùng chất lượng nước sông Hậu năm 2008 [24]
Tác giả đã nghiên cứu WQI để đánh giá và phân vùng chất lượng sông Hậu với mô hình WQI với nhóm gồm 6 thông số: pH, DO, BOD, COD, TSS, Coliform. Mô hình có ứngdụng phương pháp Delphi và phương pháp đường cong tỷ lệ.
Kết quả: Đã chỉ rõ diễn biến chất lượng tại từng vùng từ đó phân vùng chất lượng nước. - Mô hình WQI đưa ra bởi TS. Phạm Thị Minh Hạnh [17]: Chỉ số chất lượng nước được chia làm 2 loại là: Chỉ số chất lượng nước cơ bản IB và chỉ số chất lượng nước tổng hợp IO. Chỉ số chất lượng nước cơ bản IB sử dụng các thông số: COD, BOD5, DO, Độ đục, TSS, N-NH4, P-PO4, tổng Coliform và Chỉ số chất lượng nước tổng hợp IO sử dụng 8 thông số sử dụng cho IB, pH và các chất độc hại (phenols, pesticides, cyanide kim loại nặng: As, Cd, cr, Pb, hg, Zn, Cu và Ni). WQI được chia làm 5 mức, mức càng cao thi chất lượng môi trường nước càng tốt.
- Mô hình WQI đưa ra bởi PGS. TS Lê Trình [17]:
Đề tài “Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước theo các chỉ số chất lượng nước (WQI) và đánh giá khả năng sử dụng các nguồn nước sông, kênh rạch ở vùng thành phố Hồ Chí Minh” năm 2008 do PGS. TS Lê Trình làm chủ nhiệm là một trong những nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam về phân vùng chất lượng nước theo WQI. Trong đề tài nghiên cứu này 4 mô hình WQI đã được nghiên cứu, tính toán dựa trên 2 mô hình WQI cơ bản của Hoa Kỳ và Ấn Độ gồm mô hình cơ bản của Quỹ vệ sinh Quốc gia Hoa Kỳ (NSF-WQI) NSF- WQI được tính theo một trong 2 công thức: công thức dạng tổng và công thức dạng tích và mô hình Bhargava (1983).
- Mô hình WQI đưa ra bởi Ủy ban sông Mekong [26]: các thông số được sử dụng để tính toán gồm: DO, Amoni, NH4+, COD, Tổng P. Sau khi tính toán WQI, mức độ ảnh hưởng
đến con người dựa vào điểm số được phân loại theo 04 mức A, B, C, D thang điểm từ 1 đến 10 điểm.
- Tổng cục Môi trường đã ban hành Quyết định số 1460/QĐ-TCMT ngày 12/11/2019 về việc ban hành hướng dẫn kỹ thuật tính toán và công bố chỉ số chất lượng nước Việt Nam (VN_WQI) với mục đích hướng dẫn việc tính toán và công bố chỉ số chất lượng nước (VN_WQI) từ dữ liệu quan trắc định kỳ môi trường nước mặt lục địa.[8]
1.2.2.3. Tình hình nghiên cứu về diễn biến chất lượng nước mặt ở Quảng Ninh có sử dụng phương pháp chỉ số CLN WQI
Một số nghiên cứu điển hình gồm:
+ Nghiên cứu đánh giá diễn biến chất lượng nước sông Cầm, huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh thông qua chỉ số chất lượng nước WQI của Nguyễn Trung Ngọc (2010) [5]
- Tác giả đã sử dụng các thông số DO, COD, BOD5, TSS, N-NH4, P-PO4, Coliform, pH, độ đục để tính toán WQI cho sông Cầm năm 2011 và 2012 theo WQI của Tổng cục Môi trường và sử dụng các thông số pH, DO, COD, BOD5, N-NH4 để tính toán WQI sông Cầm từ năm 2006 đến 2012 theo phương pháp WQI kannel.
- Kết quả nghiên cứu tính toán trong 2 năm 2011-2012 cho thấy chất lượng nước sông Cầm đang có dấu hiệu bị ô nhiễm. Xu thế đánh giá trong 6 năm từ 2006 đến 2012 cho thấy nước sông đang có dấu hiệu gia tăng mức độ ô nhiễm, đặc biệt là từ những năm 2011 – 2012 do các cơ sở sản xuất công nghiệp xả thải vào sông.
+ Nghiên cứu sử dụng chỉ số WQI để đánh giá chất lượng nước sông Vàng Danh, thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh của Phạm Văn Nhị (2013) [7]
- Tác giả đã sử dụng các thông số DO, pH, COD, BOD5, độ đục, NH4, PO4, TSS, Coliform để tính toán WQI sông Vàng Danh năm 2010 đến 2013 theo phương pháp của Tổng cục Môi trường và sử dụng các thông số pH, T-P, DO, COD, BOD5, Fe, T-N, Dầu mỡ, TSS, Coliform để tính toán WQI sông Vàng Danh từ năm 2010 đến 2013 theo phương pháp NSF-WQI cải tiến (Vàng Danh – WQI).
- Kết quả nghiên cứu cho thấy từ năm 2010-2013 cho thấy mức độ ô nhiễm nước sông Vàng Danh đang có chiều hướng giảm
+ Nghiên cứu áp dụng một số phương pháp tính toán chất lượng nước sông Diễn Vọng đoạn chảy qua thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh của Nguyễn Tiến Thành (2013) [6]
- Tác giả đã sử dụng các thông số DO, COD, BOD5, TSS, N-NH4, P-PO4, Coliform, pH, độ đục để tính toán diễn biến chất lượng nước sông Diễn Vọng dựa trên WQI của Tổng cục Môi trường và sử dụng các thông số pH, DO, COD, BOD5, N-NH4 để đánh giá hiện trạng CLN sông Diễn Vọng từ năm 2016 đến năm 2012 theo phương pháp WQI Kannel.
- Kết quả nghiên cứu cho thấy chất lượng nước sông Diễn Vọng đang có biểu hiện của sự gia tăng chất ô nhiễm. Kết quả tính toán chỉ số WQI từ các năm 2006 – 2009 sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng cần các biện pháp xử lý, WQI từ các năm 2010 – 2012 sử dụng cho mục đích tưới tiêu. Xu thế đánh giá trong 6 năm từ 2006 đến 2012 cho thấy nước sông đang có dấu hiệu gia tăng mức độ ô nhiễm, đặc biệt là từ những năm 2011 – 2012 các chất gây ô nhiễm ngày càng tăng do các đơn vị sản xuất xả thải vào lưu vực sông Diễn Vọng ngày càng nhiều
Từ những kết quả nghiên cứu tổng quan trên thấy rằng tất cả các đề tài nghiên cứu trên đa số đều có một kịch bản chung là đánh giá chất lượng nước của sông dựa trên phương pháp tính chỉ số chất lượng nước WQI từ đó đưa ra các giải pháp quản lý phù hợp với từng địa phương.
- Cho đến thời điểm hiện tại, chưa có nghiên cứu nào về đánh giá chất lượng nước mặt tại khu vực nghiên cứu sử dụng dụng phương pháp chỉ số CLN WQI.
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU