1.2.1 .Tổng quan về chỉ số môi trƣờng
1.2.4. Tình hình nghiên cứu và kết quả đạt đƣợc về xây dựng WQI ở Việt Nam
1.2.4.1. Mơ hình WQI do PGS. TS. Lê Trình áp dụng cho sơng, kênh rạch của thành phố Hồ Chí Minh
Đề tài “Nghiên cứu phân vùng chất lƣợng nƣớc theo các chỉ số chất lƣợng nƣớc (WQI) và đánh giá khả năng sử dụng các nguồn nƣớc sông, kênh rạch ở vùng thành phố Hồ Chí Minh” do PGS.TS Lê Trình làm chủ nhiệm [12], đã cải tiến mơ hình của Quỹ vệ sinh Quốc gia Hoa Kỳ (NSF-WQI) và mơ hình của Bhargava (Bhargava-WQI) cho phù hợp với đặc điểm chất lƣợng nƣớc TP. Hồ Chí Minh.
a- Phương pháp lập và tính tốn WQI
Có nhiều phƣơng pháp xây dựng cơng thức và tính tốn WQI. Trong đề tài nghiên cứu này 4 mơ hình WQI đã đƣợc nghiên cứu, tính tốn dựa theo 2 mơ hình WQI cơ bản của Hoa Kỳ và Ấn Độ.
Mơ hình cơ bản của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Hoa Kỳ (NSF-WQI)
NSF-WQI đƣợc tính theo một trong 2 công thức: công thức dạng tổng (ký kiệu là WA-WQI) và cơng thức dạng tích (ký kiệu là WM-WQI):
9 1 i i iq w WQI WA (1.5) 9 1 i w i i q WQI WM (1.6)
Phần trọng lƣợng đóng góp (wi) của 9 thông số lựa chọn nhƣ sau:
DO = 0,17; F.coli = 0,15; pH = 0,12; BOD5 = 0,10; NO3-: 0,10; PO43-: 0,10; biến thiên nhiệt độ (ΔT = độ lệch nhiệt độ nƣớc giữa 2 điểm quan trắc gần nhau) = 0,10; độ đục = 0,08; tổng chất rắn (TSS) = 0,08 [12]. Tổng trọng lƣợng đóng góp của tất cả các thông số là: 9 1 i wi = 1 Chỉ số phụ qi đƣợc xác định dựa vào các đồ thị qi = f(xi)
Áp dụng phương pháp tính tốn chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sơng Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)
Theo mơ hình này, giá trị WQI xác định đƣợc nằm trong khoảng 0 đến 100: WQI = 0 ứng với mức CLN xấu nhất, WQI = 100 ứng với mức CLN tốt nhất.
Dựa theo mơ hình cơ bản NSF-WQI đề tài đã cải tiến thành 3 mơ hình phù hợp với đặc điểm CLN TP. Hồ Chí Minh:
- Mơ hình NSF-WQI/HCM - Mơ hình HCM-WQI - Mơ hình HCM-WQI6TS
Mơ hình của Bhargava (Bhargava-WQI)
Cơng thức tính
Theo mơ hình Bhargava (1983), WQI cho mỗi mục đích sử dụng nƣớc (chẳng hạn nhƣ cấp nƣớc sinh hoạt, nông nghiệp, cơng nghiệp…) đƣợc tính tốn theo cơng thức (1.7) và WQI tổng quát (hay WQI cho đa mục đích sử dụng nƣớc) đƣợc tính theo cơng thức (1.8). 100 / 1 1 n n i i F WQI (1.7) Trong đó Fi:
- Giá trị "hàm nhạy" của thơng số i, nhận giá trị trong khoảng 0,01 ÷ 1; - Fi đƣợc xác định từ "hàm nhạy" đối với thông số i;
- n: số thơng số CLN lựa chọn (n = 3 ÷ 5, tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng nƣớc).
Hàm nhạy là hàm tuyến tính biểu diễn sự phụ thuộc giữa giá trị hàm nhạy (Fi) và nồng độ của thông số i đối với một mục đích sử dụng nƣớc xác định. Đồ thị Fi = f(xi) đƣợc xây dựng dựa vào các tiêu chuẩn Quốc gia tƣơng ứng (hoặc quốc tế) ban hành theo nguyên tắc: nồng độ (hay giá trị) của một thông số càng thỏa mãn tiêu chuẩn quy định (tức là chất lƣợng của thơng số càng cao), thì giá trị Fi của thơng số đó càng cao và ngƣợc lại.
Áp dụng phương pháp tính tốn chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sông Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)
k WQI WQI k i i 1 (1.8) Trong đó:
- WQIi là WQI của các mục đích sử dụng nƣớc khác nhau; - k là số mục đích sử dụng nƣớc.
Có thể đƣa vào tử số của công thức (1.8) các hệ số thể hiện tầm quan trọng khác nhau của mỗi mục đích sử dụng nƣớc.
Xác định các mục đích sử dụng nước sơng kênh rạch ở TP. Hồ Chí Minh
Các mục đích sử dụng nƣớc của các sơng kênh rạch ở TP. Hồ Chí Minh bao gồm:
(i) Tiếp xúc trực tiếp (tắm, bơi lội);
(ii) Cấp nƣớc sinh hoạt (điểm thu nƣớc thô cho các nhà máy nƣớc); (iii) Nông nghiệp (hay nƣớc thủy lợi);
(iv) Công nghiệp (nƣớc cấp cho các ngành cơng nghiệp nói chung: làm mát, vệ sinh công nghiệp);
(v) Thủy sản (nuôi tôm, cá...).
Xác định các thơng số CLN lựa chọn cho các mục đích sử dụng nước
Các tiêu chí để xác định các thơng số CLN lựa chọn cho mỗi mục đích sử dụng nƣớc bao gồm:
- Thơng số phải có tầm quan trọng lớn;
- Thơng số có thể xác định nhanh và chính xác;
- Số thơng số càng ít càng tốt, nhƣng phải đủ để mô tả đặc điểm về CLN của sông, kênh rạch đƣợc khảo sát.
b- Phương pháp phân loại và phân vùng chất lượng nước dựa theo WQI
Theo mơ hình của NSF (Hoa Kỳ) và Bhargava (Ấn Độ), CLN đƣợc phân thành 5 loại (hay 5 mức). Trên cơ sở phân loại CLN, tiến hành phân vùng CLN cho các sông khảo sát, tức là chia mỗi sông thành các vùng (các đoạn). Mỗi vùng (đoạn) của một sông đƣợc xem là cùng mức CLN nếu cùng nằm trong một loại (khi đánh giá qua WQI).
Áp dụng phương pháp tính tốn chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sông Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)
Bảng 1.4. Phân loại chất lượng nước theo Bhargava-WQI, NSF-WQI
Loại Bhargava-WQI (a) NSF-WQI (b) Giải thích
I 90 ÷ 100 91 ÷ 100 Rất tốt (không ô nhiễm - nhiễm rất nhẹ)
II 65 ÷ 89 71 ÷ 90 Tốt (ơ nhiễm nhẹ)
III 35 ÷ 64 51 ÷ 70 Trung bình (ơ nhiễm trung bình)
IV 11 ÷ 34 26 ÷ 50 Xấu (ơ nhiễm nặng)
V 0 ÷ 10 0 ÷ 25 Rất xấu (ô nhiễm rất nặng)
(a)WQI tổng quát (đa mục đích sử dụng) hoặc WQI cho mục đích sử dụng riêng
(b)WQI tổng quát
Việc phân loại chất lƣợng nƣớc các sơng, kênh rạch ở TP. Hồ Chí Minh theo các mơ hình WQI cải tiến do Đề tài này đề xuất (HCM-WQI, NSF-WQI/HCM, WQIB-HCM) cũng dựa theo các phân loại trên.
1.2.4.2. Mơ hình WQI do TS. Tơn Thất Lãng áp dụng tại sông Đồng Nai
Lựa chọn thông số: phƣơng pháp Delphi (ý kiến chuyên gia)
Các thơng số đƣợc lựa chọn để tính WQI cho sơng Đồng Nai : BOD5, tổng N, DO, SS, pH, Coliform.
Tính tốn chỉ số phụ: phƣơng pháp delphi (ý kiến chuyên gia) và phƣơng pháp đƣờng cong tỉ lệ.
Từ điểm số trung bình do các chuyên gia cho ứng với từng khoảng nồng độ thực tế, đối với mỗi thông số chất lƣợng nƣớc tiến hành xây dựng một đồ thị và hàm số tƣơng quan giữa nồng độ và chỉ số phụ. Dựa vào phƣơng pháp thử với sự trợ giúp của phần mềm xử lý bảng tính Excel, các hàm chất lƣợng nƣớc đƣợc biểu thị bằng các phƣơng trình sau:
- Hàm chất lƣợng nƣớc với thông số BOD5: y = - 0,0006x2 - 0,1491x + 9,8255
- Hàm chất lƣợng nƣớc với thông số DO: y = 0,0047x2 + 1,20276x - 0,0058 - Hàm chất lƣợng nƣớc với thông số SS: y = 0,0003x2 - 0,1304x + 11,459
Áp dụng phương pháp tính tốn chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sông Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)
- Hàm chất lƣợng nƣớc với thông số pH: y = 0,0862x4 - 2,4623x3 + 24,756x2 – 102,23x + 150,23
- Hàm chất lƣợng nƣớc với thông số tổng N: y = - 0,04x2 – 0,1752x + 9,0244 - Hàm chất lƣợng nƣớc với thơng số Coliform: y = 179,39x-0,4067
Trong đó:
x- giá trị hàm lƣợng của các thông số đƣợc lựa chọn để tính tốn (x ≥ 0); y- chỉ số phụ của các thông số (0 ≤ y ≤ 100).
Trọng số
Theo phƣơng pháp Delphi (ý kiến chuyên gia), các mẫu phỏng vấn đƣợc biên soạn và gửi đến 40 chuyên gia chất lƣợng nƣớc ở các trƣờng Đại học, các Viện nghiên cứu, các trung tâm Môi trƣờng để lấy ý kiến. Các mẫu phỏng vấn đƣợc gửi đi hai đợt: đợt một là các câu hỏi để xác định các thông số chất lƣợng nƣớc quan trọng, đợt hai là các câu hỏi để xác định trọng số của các thông số chất lƣợng nƣớc để xây dựng chỉ số phụ và hàm chất lƣợng nƣớc.
Kết quả có 6 thơng số chất lƣợng nƣớc đƣợc lựa chọn là những thông số chất lƣợng nƣớc quan trọng với các trọng số đƣợc trình bày trong bảng sau:
Bảng 1.5. Trọng số của các thông số chất lượng nước
STT Thông số Trọng số tạm thời Trọng số cuối cùng
1 BOD5 1,00 0,23 2 DO 0,76 0,18 3 SS 0,70 0,16 4 pH 0,66 0,15 5 Tổng N 0,63 0,15 6 Tổng coliform 0,56 0,13 Tổng cộng 1,00 Tính tốn chỉ số cuối cùng
Áp dụng phương pháp tính tốn chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sơng Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)
n i i iw q I 1 (1.9) Trong đó : I: Chỉ số WQI cuối cùng; qi: chỉ số phụ của thông số chất lƣợng nƣớc thứ i ;
wi: Trọng số (tầm quan trọng của thông số chất lƣợng nƣớc).
Để đánh giá chất lƣợng nƣớc hệ thống sông Đồng Nai, dựa vào một số kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả và kinh nghiệm thực tế đề xuất phân loại nguồn nƣớc mặt theo chỉ số WQI nhƣ sau:
Bảng 1.6. Phân loại chất lượng nước theo chỉ số WQI
Loại nguồn nƣớc Ký hiệu màu Chỉ số WQI Đánh giá chất lƣợng Mục đích sử dụng nƣớc 1 Xanh dƣơng 9<WQI≤10 Không ô nhiễm Sử dụng cho tất cả các mục đích sử dụng nƣớc mà không cần xử lý
2 Lam 7<WQI≤9 Ô nhiễm rất
nhẹ
Nuôi trồng thủy hải sản, nơng nghiệp, mục đích giải trí, GTT.
3 Lục 5<WQI≤7 Ơ nhiễm
nhẹ
Giải trí ngoại trừ các mơn thể thao tiếp xúc trực tiếp, phù hợp với một số loại cá
4 Vàng 3<WQI≤5 Ơ nhiễm
trung bình
Chỉ phù hợp với sự giải trí tiếp xúc gián tiếp với nƣớc, GTT
5 Da cam 1<WQI≤3 Ô nhiễm
nặng
Dùng cho giải trí khơng tiếp xúc và GTT
6 Đỏ WQI≤1 Ô nhiễm rất
Áp dụng phương pháp tính tốn chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sơng Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)
CHƢƠNG 2 - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
2.1.1. Các thông số đƣợc lựa chọn
- Thông số vật lý: nhiệt độ, độ đục, tổng chất rắn lơ lửng (TSS) - Thơng số hóa học: pH, DO, COD, BOD5, N-NH4, P-PO4 - Thơng số vi sinh: tổng Coliform
2.1.2. Vị trí quan trắc đƣợc đƣa vào tính tốn
Bảng 2.1. Vị trí quan trắc đưa vào tính tốn
TT Kí
hiệu Vị trí
Tọa độ
Đặc điểm nơi quan trắc
Kinh độ Vĩ độ
1 NM1 Thôn Cổ Đơ - Xã Cổ Đơ - Ba
Vì 0536900 2353000 Nƣớc trong, dòng chảy mạnh 2 NM2 Hoắc Châu - Châu Sơn - Ba Vì 0540900 2354901 Nƣớc trong, dịng chảy mạnh 3 NM3 Phú Thịnh - Sơn Tây 0545900 2353001 Nƣớc trong, dòng chảy mạnh 4 NM4 Cẩm Đình - Phúc Thọ 0557500 2339202 Nƣớc trong, dòng chảy mạnh 5 NM5 Vân Hà - Phúc Thọ 0565700 2340301 Nƣớc trong, dòng chảy mạnh 6 NM6 Thôn Bá Nội - Hạ Mỗ - Đan
Phƣợng 0572001 2339304 Nƣớc trong, dòng chảy mạnh 7 NM7 Thƣợng Cát - Từ Liêm 0576451 2333736 Gần điểm khai thác cát Liên Mạc,
nƣớc trong, không mùi
8 NM8 P.Tứ Liên - Q.Tây Hồ 0587573 2331186 Gần khu trồng chuối và hoa màu. Nƣớc trong, không mùi
9 NM9 Cầu Vĩnh Tuy - Quận Hoàng
Mai 0591158 2322782
Cầu Vĩnh Tuy – cảng Hà Nội, nƣớc trong, không mùi
10 NM10 Thúy Lĩnh - P. Lĩnh Nam - Q.
Hoàng Mai 0594417 2320711
Sau cửa sông Đào Bắc Hƣng Hải, cách bến đò 250m, dòng chảy nhẹ
11 NM11 Duyên Hà - Thanh Trì 0591634 2314926
Hạ lƣu mƣơng thoát nƣớc của trạm bơm Yên Sở. Cách trạm bơm Yên Sở 700m, dòng chảy nhẹ 12 NM12 Tại Phà Mễ Sở - Hồng Vân -
Thƣờng Tín 0593908 2310320 Nƣớc trong, dòng chảy nhẹ 13 NM13 Thống Nhất - Thƣờng Tín 0595443 2301888 Nƣớc trong, dòng chảy nhẹ 14 NM14 Hồng Thái - Phú Xuyên 0600901 2296056 Nƣớc trong, dòng chảy nhẹ 15 NM15 Quang Lãng - Phú Xuyên 0603942 2285522 Nƣớc trong, dịng chảy vừa phải
Áp dụng phương pháp tính tốn chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sông Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)
Tiến hành khảo sát, lấy mẫu tại 15 điểm phân bố đều dọc từ Ba Vì xuống đến Phú Xuyên để đánh giá đƣợc đặc trƣng của nƣớc sông Hồng khi tiếp nhận các nguồn thải và tại các vị trí nƣớc sơng đƣợc sử dụng cho các mục đích nhƣ cấp cho sinh hoạt, tƣới tiêu thủy lợi, ni thủy sản….
Hình 2.1. Sơ đồ vị trí lấy mẫu nước sơng Hồng đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội
Áp dụng phương pháp tính tốn chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sông Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2.1. Thu thập, chọn lọc và phân tích các tài liệu có liên quan
- Thu thập, tổng quan các tài liệu Quốc tế và Việt Nam về phƣơng pháp tính chỉ số chất lƣợng nƣớc (WQI) trong đánh giá chất lƣợng nƣớc mặt. Các tài liệu chính là:
+ Các tài liệu của Cơ quan Bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ (US EPA), Quỹ vệ sinh Quốc gia (National Sanitation Foundation – NSF) và các bang của Hoa Kỳ về WQI và phân loại chất lƣợng nƣớc [23], [24], [28];
+ Các tài liệu của Cơ quan môi trƣờng các bang British Columbia, Nova Scotia, New Foundland (Canada) về phƣơng pháp và áp dụng WQI [16], [18], [20];
+ Các cơng trình nghiên cứu về phân loại và phân vùng chất lƣợng nƣớc trên địa bàn TP. Hồ Chí Minh (do Lê Trình chủ trì), Thừa Thiên – Huế, Quảng Trị (do Nguyễn Văn Hợp chủ trì), … [7], [8], [12];
- Các đề án, quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội các quận/huyện ven sông Hồng; quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội thành phố Hà Nội đến năm 2020…[1];
- Các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lƣợng nƣớc mặt; tiêu chuẩn cấp nƣớc cho tƣới tiêu thủy lợi, nuôi trồng thủy sản…[2], [3].
2.2.2. Phƣơng pháp lấy mẫu, phân tích
Trong khn khổ chƣơng trình: “Giám sát chất lƣợng mơi trƣờng của sơng Hồng đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội”. Do Trung tâm Quan trắc và Phân tích Tài nguyên Môi trƣờng – Sở Tài nguyên và Môi trƣờng Hà Nội thực hiện, tác giả luận văn đã tham gia khảo sát, lấy mẫu tại 15 điểm dọc từ Ba Vì xuống đến Phú Xuyên vào 2 đợt (tháng 3 và tháng 8/2010), đo đạc thêm các thông số độ đục, nhiệt độ để phục vụ cho việc tính tốn chỉ số chất lƣợng nƣớc (WQI).
Phương pháp và dụng cụ lấy mẫu:
+ Phƣơng pháp lấy mẫu theo tiêu chuẩn Việt Nam 5996-1995 (ISO 5667-6: 1990- hƣớng dẫn lấy mẫu ở sông và suối);
Áp dụng phương pháp tính tốn chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sơng Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)
+ Thiết bị đo chất lƣợng nƣớc đa chỉ tiêu TOA WQC-22A;
+ Tọa độ của điểm lấy mẫu đƣợc xác định bằng thiết bị định vị toàn cầu (GPS);
+ Mẫu đƣợc lấy tại các điểm đặc trƣng của khu vực.
Mẫu đƣợc bảo quản theo TCVN 5993-1995 (ISO5667-3:1985) và chuyển thẳng đến phịng thí nghiệm của Trung tâm ngay sau khi việc lấy mẫu kết thúc. Điều kiện bảo quản vẫn đƣợc duy trì trong thời gian tiến hành phân tích tại phịng thí nghiệm.
Phương pháp phân tích
Bảng 2.2. Phương pháp phân tích một số chỉ tiêu chất lượng nước
TT Chỉ tiêu phân tích Phƣơng pháp
phân tích Thiết bị
1 pH TCVN 6492:1999
Thiết bị đo chất lƣợng nƣớc đa chỉ tiêu TOA
(WQC-A22)
2 DO SMEWW4500-OC
3 Nhiệt độ 4 Độ đục
5 BOD5 TCVN 6001:1995 YSI 5000
6 COD SMEWW 5220 D DR 4000 – HACH
7 TSS TCVN 6625-2:2000 Cân phân tích - TOLEDO
8 Amoni (NH4
+) (Tính
theo N) Method – HACH 8038 Điện cực màng - TOLEDO
9 Photphats (PO4
3-) (Tính
theo P) TCVN 6494-2:2000 DR 4000 – HACH
10 Coliform tổng số TCVN 6187-1:1996 P.P nhiều ống (MPN)
2.2.3. Các phƣơng pháp tính tốn chỉ số chất lƣợng nƣớc (WQI)
Nhƣ đã trình bày ở phần tổng quan chung, hiện rất nhiều quốc gia trên thế giới đã triển khai áp dụng các mơ hình chỉ số chất lƣợng nƣớc (WQI) với nhiều mục đích khác nhau, phổ biến theo mơ hình tính tốn của Quỹ vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI). Còn tại Việt Nam, cũng đã có một số nghiên cứu về chỉ số WQI áp
Áp dụng phương pháp tính tốn chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sơng Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)
dụng cho sông Đồng Nai, sông Hậu (nghiên cứu của TS. Tôn Thất Lãng), sông và kênh rạch Thành phố Hồ Chí Minh (nghiên cứu của PGS. TS Lê Trình), sơng Hƣơng (nghiên cứu của Nguyễn Văn Hợp và nnk),…, là cơ sở cho việc xác lập và áp dụng WQI chung trong quản lý môi trƣờng nƣớc mặt trên phạm vi cả nƣớc.
Trong phạm vi luận văn, tác giả đã lựa chọn phƣơng pháp tính WQI theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT và phƣơng pháp đánh giá theo chỉ tiêu tổng hợp, áp dụng thực tế cho sông Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội), để thấy đƣợc những ƣu điểm và hạn chế của phƣơng pháp. Từ đó, đề xuất cải tiến phƣơng pháp tính WQI cho phù hợp.
2.2.3.1. Phương pháp tính tốn chỉ số chất lượng nước (WQI) theo Quyết định số