Điều tra, khảo sát thực địa và lấy mẫu phân tích

Chƣơng 2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU

2.3.2. Điều tra, khảo sát thực địa và lấy mẫu phân tích

* Mạng lưới điểm quan trắc:

Mạng lưới quan trắc được lựa chọn theo mạng điểm thiết kế từ Dự án “Điều tra đặc điểm địa chất, địa động lực, địa chất khoáng sản, địa chất môi trường và dự báo tai biến địa chất vùng biển Thừa Thiên Huế - Bình Định (0-60m nước), tỷ lệ 1:100.000”.

* Lựa chọn thông số quan trắc và phân tích

Mục đích của đề tài nhằm nghiên cứu sự ô nhiễm hữu cơ, dinh dưỡng trong nước biển ven bờ khu vực biển miền Trung. Các chất hữa cơ, dinh dưỡng có trong nước thông qua các quá trình đồng hoá, dị hoá, phân huỷ, quang hợp, bài tiết... của sinh vật. Khi hàm lượng chất hữu cơ, dinh dưỡng trong vực nước cao sẽ gây ô nhiễm nguồn nước dẫn đến thiếu hụt oxy hoà tan.

Để đánh giá hàm lượng các chất hữu cơ, dinh dưỡng có trong vực nước, nghiên cứu xác định 12 chỉ tiêu bao gồm các thông số như đã liệt kê ở Bảng 2.2.

29

Là một thành viên của đoàn quan trắc, tác giả đã tham gia vào việc lập kế hoạch quan trắc; chuẩn bị trang thiết bị, vật tư cho các đoàn quan trắc và lập báo cáo kết quả thực hiện nhiệm vụ.

* Quan trắc tại thực địa

- Phương tiện khảo sát: Tàu đi quan trắc được thuê của ngư dân tại khu vực các vùng biển quan trắc, với công suất 186 CV với đầy đủ các trang thiết bị hàng hải cần thiết và các thiết bị phục vụ quan trắc và lấy mẫu.

- Thiết bị lấy mẫu: Sử dụng bộ lấy mẫu nước biển GO (General Oceanic) và Wildco của Mỹ. Thiết bị có thể lấy mẫu nước theo tầng và có thể lấy được theo phương ngang hoặc theo phương thẳng đứng. Thiết bị đo độ sâu của nước biển và bộ định vị vệ tinh sử dụng để xác định độ sâu khu vực quan trắc và định vị vị trí điểm quan trắc.

- Phương pháp quan trắc và phân tích mẫu

Mẫu được lấy tại tầng mặt bằng thiết bị lấy mẫu nước chuyên dụng. Các phương pháp tham chiếu áp dụng trong quan trắc, phân tích mẫu tại hiện trường: QCVN 31/2011/BTNMT ngày 01/8/2011 - Quy định Quy trình kỹ thuật quan trắc môi trường biển ven bờ; TCVN 5998-1995: Chất lượng nước - Lấy mẫu - hướng dẫn lấy mẫu nước biển; TCVN 6663-3:2008 : Chất lượng nước - Lấy mẫu - Hướng dẫn về bảo quản và xử lý mẫu; Thông tư số 21/2012/BTNMT ngày 19/12/2012 quy định việc bảo đảm chất lượng và kiểm soát chất lượng trong quan trắc môi trường;

Phân tích mẫu: Các bình chứa mẫu được đậy kín và tránh nhiệt, ánh sáng. Mẫu xác định muối dinh dưỡng được phân tích ngay tại hiện trường bằng máy xách tay DR/2400, DR/2800 hãng Hach - Mỹ cùng các thuốc thử kèm theo.

Các chỉ tiêu như nhiệt độ, pH, DO, EC được đo bằng các thiết bị đo nhanh. Thông số và những chỉ dẫn về phương pháp quan trắc, phân tích được thể hiện chi tiết trong bảng sau:

Bảng 2.2. Các thông số quan trắc và phương pháp, phân tích

TT Thông số Tên phƣơng pháp Trang thiết bị thực

hiện

Chỉ dẫn về độ tin cậy kết quả

1 Đo sâu vị trí

quan trắc MEMAC QT.05:2014

Máy đo sâu Honex, HE- 51 C

30

TT Thông số Tên phƣơng pháp Trang thiết bị thực hiện Chỉ dẫn về độ tin cậy

kết quả

2 Nhiệt độ (0C) SMEWW 2550B:2012 U-22XD, HORIBA, Nhật Khoảng đo 5-700 Độ phân giải: 0,010 C Độ chính xác: <10C 3 TSS TCVN 6625:2000 Bơm hút chân không, Tủ sấy Giới hạn phát hiện 5mg/l. Độ không đảm bảo đo 11,5% 4 EC SMEWW 2510B:2012 U-22XD, HORIBA, Nhật Khoảng đo 0-9,99S/m Độ phân giải: 0,1%FS Độ chính xác:  3% 5 pH TCVN 6492:2011 U-22XD, HORIBA, Nhật Khoảng đo 0-14 Độ phân giải: 0,01pH Độ chính xác: <1pH 6 DO (mg/l) SMEWW 4500O.G:2012 U-22XD, HORIBA,

Nhật. Sai số  5% kết quả đo 7 COD (mg/l) SMEWW 5220C:2012 COD Reator, Hach,

Mỹ

Giới hạn phát hiện 1,2mg/l Độ không đảm bảo đo 

16,23% 8 BOD5 (mg/l) TCVN 6001-1:2008 LBOD- Hach –

Mỹ Giới hạn phát hiện 2mg/l. Độ KĐBĐ: 12,5% 9 NH4 + -N (mg/l) HACH Method 8038 DR2800/DR2400 Hach, Mỹ Giới hạn phát hiện 0,001mg/l. Độ KĐBĐ: 14,94% 10 NO2 - -N (mg/l) HACH Method 8507 DR2800/DR2400 Hach, Mỹ Giới hạn phát hiện 0,002mg/l. Độ KĐBĐ: 12,97% 11 NO3 - N (mg/l) TCVN 6180:1996 DR2800/DR2400 Hach, Mỹ Giới hạn phát hiện 0,003mg/l. Độ KĐBĐ: 13,2% 12 PO4 3- (mg/l) HACH Method 8048 DR2800/DR2400 Hach, Mỹ Giới hạn phát hiện 0,001mg/l. Độ KĐBĐ: 14,99 % 13 Tổng P TCVN 6202:2008 DR2800/DR2400 Hach, Mỹ Giới hạn phát hiện 0,001mg/l. Độ KĐBĐ: 11,03 % 2.3.3. Phƣơng pháp đánh giá

2.3.3.1. Đánh giá chất lượng nước biển ven bờ vùng biển từ Thừa Thiên Huế đến Bình Định

31

Để đánh giá chất lượng nước biển ven bờ khu vực biển nghiên cứu, các kết quả quan trắc, phân tích được so sánh với QCVN 10-MT:2015/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước biển và các tiêu chuẩn của ASEAN, New Zealand, về chất lượng nước biển. Qua đó cho thấy tình trạng ô nhiễm của các chất hữu cơ, dinh dưỡng và bước đầu đưa ra nguyên nhân gây ô nhiễm tại khu vực nghiên cứu.

b. Tính toán chỉ số chất lượng nước WQI (Water Quality Index)

Để đánh giá tổng quát và định lượng về chất lượng nước, nhiều quốc gia trên thế giới đã tiếp cận “Chỉ số chất lượng nước” (Water Quality Index – WQI). WQI là một thông số “tổ hợp” được tính toán từ nhiều thông số chất lượng nước riêng biệt theo một phương pháp xác định. Thang điểm WQI thường là từ 0 (ứng với chất lượng nước xấu nhất) đến 100 (ứng với chất lượng nước tốt nhất). Hầu hết các nước trên thế giới hiện đang ứng dụng 3 phương pháp chính dưới đây để đánh giá tổng hợp chất lượng môi trường nước: Phương pháp chỉ số chất lượng nước của Mỹ (WQI – NSF); Phương pháp của Bỉ; Phương pháp đánh giá chất lượng nước của Canađa (CWQI). Các quốc gia ở Châu Âu, Malaysia, Ấn Độ…xây dựng WQI từ WQI – NSF. Ở Việt Nam, hiện đang áp dụng phương pháp tính WQI của Tổng cục Môi trường, cách tiếp cận cải tiến từ WQI – NSF.

Phương pháp của Kannel tính toán WQI theo cách tiếp cận cải tiến từ WQI – NSF của Mỹ. Phương pháp này được sử dụng để đánh giá chất lượng nước cho thủy vực sông, cửa sông ven biển và vùng vịnh. Thông số lựa chọn để tính toán thuộc nhóm hữu cơ và dinh dưỡng. Các thông số được đánh trọng số từ 1-4. Chất lượng nước được phân thành 5 cấp rất xấu, xấu, trung bình, tốt và rất tốt. Do đó, kế thừa nghiên cứu của Kannel để đánh giá chất lượng là thích hợp với mục tiêu của đề tài.

Công thức tổng quát tính WQI theo Kannel như sau [41]:

Trong đó:

Ci: là giá trị đã quy đổi từ phép đo thứ i sau khi chuẩn hóa;

32

n: là tổng số các thông số đo;

Pi: trọng số tương đối được gán cho mỗi tham số. Pi có giá trị từ 1 đến 4, với 4 gán cho một thông số nào đó có tầm quan trọng nhất đối với bảo tồn đời sống của thủy sản (ví dụ oxy hòa tan) và giá trị của 1 gán cho tham số có một tác động nhỏ nhất (ví dụ như EC).

Các thông số sử dụng để tính WQI có trọng số Pi và giá trị quy đổi Ci như trong bảng sau:

Bảng 2.3. Giá trị quy đổi Ci và trọng số Pi trong tính toán WQI [41]

Thông số

Đơn vị Pi Nhân tố chuẩn hóa (Ci)

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 WTemp °C 1 21/16 22/15 24/14 26/12 28/10 30/5 32/0 36/−2 40/−4 45/−6 >45/<− 6 pH pH unit 1 7 7–8 7–8.5 7–9 6.5–7 6–9.5 5–10 4–11 3–12 2–13 1–14 EC μS/cm 1 <750 <1000 <1250 <150 0 <200 0 <250 0 <300 0 <500 0 <8000 <=1200 0 >1200 0 DO mg/l 4 >=7.5 >7 >6.5 >6 >5 >4 >3.5 >3 >2 >=1 <1 TSS mg/l 4 <20 <40 <60 <80 <100 <120 <160 <240 <320 <400 >400 PO4P mg/l 1 <0.025 <0.05 <0.1 <0.2 <0.3 <0.5 <0.75 <1 <1.5 <=2 >2 TP mg/l 1 <0.2 <1.6 <3.2 <6.4 <9.6 <16 <32 <64 <96 <160 >160 NH4N mg/l 3 <0.01 <0.05 <0.1 <0.2 <0.3 <0.4 <0.5 <0.75 <1 <=1.25 >1.25 NO3N mg/l 2 <0.5 <2 <4 <6 <8 <10 <15 <20 <50 <=100 >100 NO2N mg/l 2 <0.005 <0.01 <0.03 <0.05 <0.1 <0.15 <0.2 <0.25 <0.5 <=1 >1 BOD5 mg/l 3 <0.5 <2 <3 <4 <5 <6 <8 <10 <12 <=15 >15 COD mg/l 3 <5 <10 <20 <30 <40 <50 <60 <80 <100 <=150 >150

Theo đó, WQI (Kannel 2007) với các khoảng giá trị khác nhau thì thủy vực có đặc điểm và mầu sắc như trong bảng sau:

Bảng 2.4. Phân loại chất lượng nước theo Kannel [41]

TT WQI Chất lƣợng thủy vực Mầu

1 0 - 25 Rất xấu Đỏ

2 26 - 50 Xấu Cam

3 51 - 70 Trung bình Vàng

4 71- 90 Tốt Xanh lá nhạt

5 91 - 100 Rất tốt Xanh lá đậm

c. Tính toán chỉ số tình trạng dinh dưỡng TSI (Trophic State Index)

Chỉ số TSI [39] là thông số phổ biến được sử dụng để đánh giá đặc tính phú dưỡng của thủy vực.

33

TSI = (TSIChl+ TSISD+TSITP + TSIDIN )/4 (2)

Trong đó:

TSITP = 14,42ln(PO43-)+ 4.15 (3) (TP: µg / l) TSIChl = 9,81 ln (Chl-a) + 30.6 (4) (Chl: µg /l) TSISD = 60 – 14.41 ln(Secchi depth) (5) (Độ sâu Secchi: m)

TSIDIN =54,45+14,43ln(DIN) (6) (DIN: mg/l) Thông số TSITP, TSIDIN thể hiện nguyên nhân trạng thái phú dưỡng; còn thông số TSIChl và TSISD là biểu hiện của trạng thái phú dưỡng. Do vậy, trong phạm vi luận văn này, việc phân tích TSITP và TSIDIN sẽ nhằm đánh giá nguy cơ phú dưỡng của thủy vực. Khi đó TSI được tính như sau:

TSI = (TSITP + TSIDIN )/2 (7)

TSI có thang điểm từ 1 đến 100 và mức độ phú dưỡng của thủy vực theo TSI được phân loại theo bảng sau:

Bảng 2.5. Sự phân loại TSI của Carlson [39]

TT TSI TP (µg/l) Phân loại Thuộc tính

1 <30 <6 Nghèo dinh dưỡng (Oligotrophic)

Nước sạch, oxi trong suốt chiều sâu của thủy vực.

2 30-40 6-12 Nghèo dinh dưỡng

(Oligotrophic)

Lớp đáy của thủy vực cạn có thể trở nên thiếu oxi

3 40-50 12-24 Dinh dưỡng trung bình (Mesotrophic)

Nước sạch vừa phải, khả năng thiếu oxi ở tầng đáy thủy vực trong suốt mùa hè

4 50-60 24-48 Phú dưỡng (Eutrophic) Tầng đáy thiếu oxi, có vấn đề về tảo

5 60-70 48-96 Phú dưỡng (Eutrophic) Tảo nhiều và các vấn đề về tảo 6 70-80 96-192 Siêu phú dưỡng (Hypereutrophic) Bùng nổ tảo và thực vật lớn, hạn chế ánh sáng xuống thủy vực 7 >80 192-384 Siêu phú dưỡng (Hypereutrophic) Bùng nổ tảo, mùa hè cá chết, vài thực vật lớn

34

Mối tương quan giữa WQI, TSI với các chỉ tiêu ô nhiễm được đánh giá bằng phương pháp phân tích tương quan. Phương pháp phân tích tương quan là một phương pháp toán học áp dụng vào việc phân tích thống kê nhằm biểu hiện và nghiên cứu mối liên hệ tương quan giữa các chỉ tiêu.

Liên hệ tương quan tuyến tính giữa hai chỉ tiêu:

* Phương trình hồi quy tuyến tính (đường thẳng)

Nếu gọi y và x là các trị số thực tế của các chỉ tiêu phân tích, có thể xây dựng được phương trình hồi quy đường thẳng như sau:

; (1a)

Trong đó:

- trị số lý thuyết (điều chỉnh) của chỉ tiêu x; a và b là các hệ số của phương trình

Bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất xây dựng được hệ phương trình chuẩn tắc xác định các hệ số a và b của phương trình đường thẳng:

(1b)

Từ số liệu đã cho của x và y, ta tính toán các đại lượng xy, x2 và y2. Thay số liệu tính được vào hệ phương trình 1b, tính được: a, b

Gán giá trị a và b vào phương trình tổng quát có dạng cụ thể của phương trình đường thẳng là: ;

* Hệ số tương quan tuyến tính giữa hai chỉ tiêu (ký hiệu là r)

Công thức tính hệ số tương quan:

(2a)

(2b)

Trong đó:

35

Hệ số tương quan lấy giá trị trong khoảng từ -1 đến 1 (-1 ≤ r ≤ 1)

Excel cung cấp chức năng thống kê để đo lường sự tương quan giữa hai biến. Áp dụng chức năng Pearson trong Excel để tính toán hệ số tương quan Pearson:

r = Pearson (dữ liệu tập x, dữ liệu tập y)

Khi r càng gần 0 thì quan hệ càng lỏng lẻo, ngược lại khi r càng gần 1 hoặc -1 thì quan hệ càng chặt chẽ (r > 0 có quan hệ thuận và r < 0 có quan hệ nghịch). Trường hợp r = 0 thì giữa x và y không có quan hệ [44].

2.3.4. Dự báo mức độ ô nhiễm

Mức độ ô nhiễm được dự báo bằng cách sử dụng phương pháp đánh giá nhanh, tính toán tải lượng thải phát sinh trên cơ sở các hệ số phát thải theo UNEP [43], San Diego-Mc Glone (2000) [42]; Trần Đức Thạnh và các cộng sự (2012) [28] đối với hoạt động sinh hoạt, du lịch, nguồn thải chăn nuôi, hoạt động công nghiệp. Phương pháp này sử dụng để đánh giá tải lượng ô nhiễm đưa vào đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (vùng nước biển ven bờ thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế - là 1 vùng ven biển được lựa chọn để dự báo ô nhiễm trong toàn khu vực nghiên cứu). Lượng chất ô nhiễm đưa vào khu vực đầm phá TG-CH được ước tính trên cơ sở phân tích các nguồn thải vào đầm phá, khả năng xử lý chất thải trong khu vực theo các kịch bản khác nhau.

Theo nhiều nghiên cứu [28], nguồn từ canh tác nông nghiệp vùng ven bờ có thể ảnh hưởng đến môi trường ven bờ bởi chất hữu cơ do sử dụng phân bón, do rửa trôi đất. Tuy nhiên ở luận văn này chưa xét đến ảnh hưởng của canh tác nông nghiệp đối với ô nhiễm hữu cơ vùng ven bờ bởi thiếu các nghiên cứu cơ bản về hệ số ô nhiễm phát sinh từ quá trình canh tác các cây nông nghiệp ở vùng ven biển; thiếu số liệu về nghiên cứu các loại đất nông nghiệp quanh đầm phá, định mức sử

36

dụng đất, thiếu số liệu về các loại cây trồng, phần trăm lượng phân bón dư thừa do canh tác….Tải lượng chất ô nhiễm từ các nguồn chính (sinh hoạt, công nghiệp, chăn nuôi, nuôi trồng thủy hải sản) được tính toán theo phương pháp sau:

a) Nguồn thải sinh hoạt

* Nguồn thải từ dân cư:

Tải lượng ô nhiễm của các thông số thuộc nhóm hữu cơ và dinh dưỡng đưa vào môi trường được tính theo công thức sau [28]:

Qdc = P . Qi x 10-3 (8)

Trong đó:

Qdc: Tải lượng thải từ dân cư (tấn/năm); P: Dân số khu vực nghiên cứu (người);

Qi: Đơn vị tải lượng thải sinh hoạt của chất i (kg/người/năm).

Qi của chất ô nhiễm thứ i có giá trị như sau:

Bảng 2.6. Hệ số ô nhiễm phát sinh từ sinh hoạt [28]

Thông số COD BOD5 T-N T-P NO3- + NO2- NH4+ PO43- Hệ số ô nhiễm

từ sinh hoạt

(kg/người/năm)

20 -55 20 - 25 4 0,5 – 1,1 0,04 2,2 0,27 – 0,594

* Nguồn thải từ hoạt động du lịch:

Tải lượng thải từ khách du lịch được ước tính dựa trên tổng số ngày lưu trú mỗi năm của khách và đơn vị tải lượng thải sinh hoạt [28].

Công thức tính toán như sau:

Qdl = n . Qi /365 x 10-3 (9)

Trong đó:

Qdl: Tải lượng thải từ khách du lịch (tấn/năm);

n: Tổng số ngày lưu trú của khách trong năm (ngày/năm).

Tải lượng thải từ nguồn sinh hoạt (Qsh) bằng tổng tải lượng thải từ dân cư (Qdc) và khách du lịch (Qdl).

Qsh = Qdc + Qdl (tấn/năm) (10)

b) Nguồn thải công nghiệp

Tải lượng thải công nghiệp được tính theo công thức [28]:

37 Trong đó:

Qij: Tải lượng thải của chất i từ cơ sở công nghiệp j (tấn/năm)

Vj: Thể tích nước thải hàng năm từ cơ sở công nghiệp (m3/năm)

Cij: Hàm lượng của chất i trong nước thải của cơ sở công nghiệp j (mg/l) n: Số cơ sở công nghiệp có trong khu vực.

Hàm lượng chất thải trong nước thải của các ngành công nghiệp khác nhau được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 2.7. Hàm lượng chất thải trong nước thải của các ngành công nghiệp [28]

Thông số Đơn vị Bia Bột mì Dầu ăn đông lạnh Hải sản

Nƣớc thải m3phẩm /tấn sản 11 25 10,5 95