4. Ý ng ha của đề tài
1.3 Tổng quan về các phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng nƣớc mặt
1.3.1 Phương pháp đánh giá chất lượng nước mặt truyền thống
Quan trắc môi trƣờng nƣớc là hoạt động quan trọng trong công tác quản lý nhà nƣớc về ảo vệ môi trƣờng đã đƣợc các cơ quan an ngành trực thuộc Bộ Tài Nguyên và Môi trƣờng Việt Nam đƣa vào thực hiện từ n m 1994 đến nay. Hoạt động quan trắc môi trƣờng nhằm ghi nhận các thông tin về hiện trạng và diễn iến môi trƣờng nhằm phục vụ cho việc xây dựng chiến lƣợc, lập kế hoạch, chƣơng trình BVMT. Quan trắc CLMT nƣớc và khơng khí là hai hoạt động quan trắc mơi trƣờng chủ yếu hiện nay. Công tác quan trắc môi trƣờng ao gồm các ƣớc cơ ản nhƣ sau: - Thiết lập kế hoạch quan trắc.
- Thiết lập mạng lƣới quan trắc. - Lấy mẫu và đo đạc tại hiện trƣờng. - Phân tích trong phịng thí nghiệm. - Xử lý số liệu.
- Phân tích và đánh giá số liệu. - Viết áo cáo kết quả quan trắc.
Kết quả quan trắc thƣờng đƣợc so sánh với tiêu chuẩn, Quy chuẩn về môi trƣờng hiện hành để đánh giá về mức độ ô nhiễm của môi trƣờng. Hiện nay, kết quả quan trắc đã đƣợc sử dụng trong một số các mơ hình tính tốn để xây dựng các dự áo về diễn iến môi trƣờng theo các kịch ản phát triển kinh tế xã hội tại địa phƣơng. Nhƣợc điểm của phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng nƣớc thông qua việc so sánh kết quả quan trắc chất lƣợng nƣớc với giới hạn cho phép của Quy chuẩn Việt Nam hiện hành là:
- Khi đánh giá qua từng thơng số riêng iệt sẽ khơng nói lên diễn iến chất lƣợng tổng quát của con sơng hay đoạn sơng, do vậy khó so sánh CLN từng vùng của một con sông, so sánh CLN của con sông này với con sông khác, CLN thời điểm này với thời điểm khác (theo tháng, theo mùa), CLN quá khứ, hiện tại và tƣơng
24
lai…Vì thế, sẽ gây khó kh n cho cơng tác theo dõi, giám sát diễn iến CLN; khó đánh giá hiệu quả đầu tƣ để ảo vệ nguồn nƣớc và kiểm sốt ơ nhiễm nƣớc…. - Khi đánh giá chất lƣợng nƣớc qua các thơng số riêng iệt, có thể có thơng số đạt,
có thơng số vƣợt so giới hạn cho phép của Quy chuẩn. Điều đó chỉ nói lên CLN đối với từng thơng số riêng iệt và chỉ các nhà khoa học hoặc các nhà chuyên mơn mới hiểu đƣợc. Vì vậy, khó thơng tin về tình hình CLN cho cộng đồng dân chúng, gây khó kh n khi các nhà quản lý đƣa ra các quyết định phù hợp về ảo vệ, khai thác nguồn nƣớc.
1.3.2 Tổng quan về phương pháp WQI
Chỉ số chất lƣợng nƣớc (WQI) là một thông số tổ hợp đƣợc tính tốn từ nhiều thơng số chất lƣợng nƣớc theo một phƣơng pháp xác định (hay theo một cơng thức tốn học xác định). WQI đƣợc dùng để mô tả định lƣợng về CLN và đƣợc iểu diễn qua thang điểm: thông thƣờng 0 - 100, một số trƣờng hợp 10 - 100, hoặc 0 - 1000... WQI (Water Quality Index) đƣợc xuất hiện đầu tiên ở Mỹ vào thập niên 70 và hiện đang đƣợc áp dụng rộng rãi ở nhiều ang. Có rất nhiều quốc gia đã đƣa áp dụng WQI vào thực tiễn, cũng nhƣ có nhiều các nhà khoa học nghiên cứu về các mơ hình WQI.
Hoa Kỳ: WQI đƣợc xây dựng cho mỗi ang, đa số các ang tiếp cận theo phƣơng pháp của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Mỹ (National Sanitation Foundation -NSF) – gọi tắt là WQI-NSF. NSF-WQI đƣợc Brown, Mc Clelland, Deininger và Tozer xây dựng vào đầu những n m 1970, dƣới sự hỗ trợ của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Mỹ (US- NSF). NSFWQI là kiểu chỉ số CLN tổng quát, tức là chung cho đa mục đích sử dụng nƣớc.
Canada: Phƣơng pháp do Cơ quan Bảo vệ môi trƣờng Canada (The Canadian Council of Ministers of the Environment- CCME, 2001) xây dựng
25
Châu Âu: Các quốc gia ở châu Âu chủ yếu đƣợc xây dựng phát triển từ WQI – NSF (của Hoa Kỳ), tuy nhiên mỗi Quốc gia – địa phƣơng lựa chọn các thơng số và phƣơng pháp tính chỉ số phụ riêng
Các quốc gia nhƣ Malaysia, Ấn Độ phát triển từ WQI – NSF, nhƣng mỗi quốc gia có thể xây dựng nhiều loại WQI cho từng mục đích sử dụng
Tại Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu và đề xuất và áp dụng về ộ chỉ số CLN nhƣ các WQI-2 và WQI-4 đƣợc sử dụng để đánh giá số liệu CLN trên sơng Sài Gịn tại Phú Cƣờng, Bình Phƣớc và Phú An trong thời gian từ 2003 đến 2007.
Để thống nhất cách tính tốn chỉ số CLN, tháng 07 n m 2011, Tổng cục Mơi trƣờng đã chính thức an hành Sổ tay hƣớng dẫn kỹ thuật tính tốn chỉ số chất lƣợng nƣớc theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT ngày 01 tháng 07 n m 2011 của Tổng cục trƣởng Tổng cục Môi trƣờng.
Trong đề tài nghiên cứu này, phƣơng pháp WQI đƣợc c n cứ theo quyết định 1460/QĐ-TCMT Về việc an hành Hƣớng dẫn kỹ thuật tính tốn và cơng ố chỉ số chất lƣợng nƣớc Việt Nam (VN_WQI) ngày 12 tháng 11 n m 2019.
1.3.3 Chỉ số chất lượng nước Việt Nam VN_WQI
1.3.3.1 Yêu cầu đối với số liệu sử dụng để tính tốn VN_WQI
Thiết ị quan trắc phải đƣợc kiểm soát chất lƣợng hệ thống và đo lƣờng theo các quy định của pháp luật.
Dữ liệu quan trắc đƣợc đƣa vào tính tốn đã qua xử lý, đảm ảo đã loại ỏ các giá trị sai lệch, đạt yêu cầu đối với quy trình quy phạm về đảm ảo và kiểm soát chất lƣợng số liệu.
1.3.3.2 Cách thức sử dụng số liệu để tính tốn VN_WQI
VN_WQI đƣợc tính tốn riêng cho dữ liệu của từng điểm quan trắc.
WQISI đƣợc tính tốn cho mỗi thơng số quan trắc, từ giá trị WQISI tính tốn giá trị WQI cuối cùng.
26
Các thơng số đƣợc sử dụng để tính VN_WQI đƣợc chia thành 05 nhóm thơng số, bao gồm các thơng số sau đây:
+ Nhóm I: thơng số pH.
+ Nhóm II (nhóm thơng số thuốc ảo vệ thực vật): bao gồm các thông số Aldrin, BHC, Dieldrin, DDTs (p,p’-DDT, p,p’-DDD, p,p’-DDE), Heptachlor & Heptachlorepoxide.
+ Nhóm III (nhóm thơng số kim loại nặng): bao gồm các thông số As, Cd, Pb, Cr6+, Cu, Zn, Hg.
+ Nhóm IV (nhóm thơng số hữu cơ và dinh dƣỡng): bao gồm các thông số DO, BOD5, COD, TOC, N-NH4, N-NO3, N-NO2, P-PO4
+ Nhóm V (nhóm thơng số vi sinh): bao gồm các thơng số Coliform, E.coli.
Số liệu để tính tốn VN_WQI phải ao gồm tối thiểu 03/05 nhóm thơng số, trong đó ắt uộc phải có nhóm IV. Trong nhóm IV có tối thiểu 03 thông số đƣợc sử dụng để tính tốn. Trƣờng hợp thuỷ vực chịu tác động của các nguồn ô nhiễm đặc thù ắt uộc phải lựa chọn nhóm thơng số đặc trƣng tƣơng ứng để tính tốn (thuỷ vực chịu tác động của ô nhiễm thuốc BVTV ắt uộc phải có nhóm II, thuỷ vực chịu tác động của kim loại nặng ắt uộc phải có nhóm III).
1.3.3.3 Tính tốn giá trị VN_WQI
Tính tốn WQI thơng số (WQISI)
* Đối với các thông số As, Cd, Pb, Cr6+, Cu, Zn, Hg, BOD5, COD, TOC, N-NH4, N- NO2, N-NO3, P-PO4, Coliform, E.Coli, tính tốn theo cơng thức nhƣ sau:
(1-1) Trong đó: Trong đó:
BPi: Nồng độ giới hạn dƣới của giá trị thông số quan trắc đƣợc quy định trong bảng 1.7 tƣơng ứng với mức i
27
BPi+1: Nồng độ giới hạn trên của giá trị thông số quan trắc đƣợc quy định trong bảng 1.7 tƣơng ứng với mức i+1
qi: Giá trị WQI ở mức i đã cho trong ảng tƣơng ứng với giá trị BPi qi+1: Giá trị WQI ở mức i+1 cho trong ảng tƣơng ứng với giá trị BPi+1 Cp: Giá trị của thông số quan trắc đƣợc đƣa vào tính tốn.
Bảng 1.8 Quy định các giá trị qi, BPi cho các thơng số nhóm IV và V
i qi
Giá trị Pi quy định đối với từng thông số BOD5 COD TOC N-NH4 N-
NO3 N- NO2
P-PO4 Coliform E.coli
mg/L MPN/100 mL 1. 100 ≤4 ≤10 ≤4 <0,3 ≤2 ≤0,05 ≤0,1 ≤2.500 ≤20 2. 75 6 15 6 0,3 5 - 0,2 5.000 50 3. 50 15 30 15 0,6 10 - 0,3 7.500 100 4. 25 25 50 25 0,9 15 - 0,5 10.000 200 5. 10 ≥50 ≥150 ≥50 ≥5 ≥15 ≥0,05 ≥4 >10.000 >200
28
Bảng 1.9 Quy định các giá trị qi, BPi cho các thơng số kim loại nặng (nhóm III)
i qi
Giá trị Pi quy định đối với từng thông số
As Cd Pb Cr6+ Cu Zn Hg mg/L 1. 100 ≤0,01 <0,005 <0,02 ≤0,01 ≤0,1 ≤0,5 <0,001 2. 75 0,02 0,005 0,02 0,02 0,2 1,0 0,001 3. 50 0,05 0,008 0,04 0,04 0,5 1,5 0,0015 4. 25 0,1 0,01 0,05 0,05 1,0 2,0 0,002 5. 10 >0,1 ≥0,1 ≥0,5 ≥0,1 ≥2 ≥3 ≥0,01
Ghi chú: Trường hợp giá trị Cp của thông 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.
* Đối với thơng số DO (WQIDO), tính tốn thơng qua giá trị DO % ão hòa. Bƣớc 1: Tính tốn giá trị DO % ão hịa
- Tính giá trị DO ão hịa:
DObaohoa = 14,652 - 0,41022T + 0,0079910T2 - 0,000077774T3
T: nhiệt độ môi trường nước tại thời điểm quan trắc (đơn vị: 0C).
- Tính giá trị DO % ão hịa:
DO% ão hòa = DOhòa tan /DO ão hòa * 100
DOhòa tan: Giá trị DO quan trắc được (đơn vị: mg/l)
Bƣớc 2: Tính giá trị WQIDO
(1-2) Trong đó: Cp: giá trị DO % ão hòa
29
Bảng 1.10 Quy định các giá trị BPi và qi đối với DO% ão hòa
i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
BPi <20 20 50 75 88 112 125 150 200 >200
qi 10 25 50 75 100 100 75 50 25 10
Nếu DO% ão hòa < 20 hoặc DO% ão hịa > 200, thì WQIDO = 10.
Nếu 20 < DO% ão hịa < 88, thì WQIDO tính theo cơng thức 1-2 và sử dụng Bảng 1.9 Nếu 88 ≤ DO% ão hịa ≤ 112, thì WQIDO = 100.
Nếu 112 < DO% ão hòa < 200, thì WQIDO tính theo cơng thức 1-1 và sử dụng 1.9
* Đối với thông số pH
Bảng 1.11 Quy định các giá trị BPi và qi đối với thông số pH
i 1 2 3 4 5 6
BPi < 5,5 5,5 6 8,5 9 > 9
qi 10 50 100 100 50 10
Nếu pH < 5,5 hoặc pH > 9, thì WQIpH = 10.
Nếu 5,5 < pH < 6, thì WQIpH tính theo cơng thức 2 và sử dụng Bảng 1.10. Nếu 6 ≤ pH ≤ 8,5, thì WQIpH ằng 100.
30
* Đối với các thông số nhóm II: Aldrin, BHC, Dieldrin, DDTS, Heptachlor & Heptachlorepoxide
Bảng 1.12 Quy định giá trị WQISI của các thơng số nhóm II
Thơng số Giá trị quan trắc
(Đơn vị: µg/l) WQISI Aldrin ≤0,1 100 >0,1 10 Benzene hexachloride (BHC) ≤0,02 100 >0,02 10 Dieldrin ≤0,1 100 >0,1 10 Tổng Dichloro diphenyl trichloroethane (DDTS) ≤1,0 100 >1,0 10 Heptachlor & Heptachlorepoxide ≤0,2 100 >0,2 10 Tính tốn WQI
Sau khi tính tốn WQI đối với từng thơng số nêu trên, tính tốn WQI cuối cùng đƣợc áp dụng theo công thức sau:
(1-3)
Trong đó:
WQI: Kết quả tính tốn đối với thơng số nhóm I WQII: Kết quả tính tốn đối với các thơng số nhóm II
31
WQIII: Kết quả tính tốn đối với các thơng số nhóm III WQIV: Kết quả tính tốn đối với các thơng số nhóm IV WQV: Kết quả tính tốn đối với thơng số nhóm V
Chú ý: Nếu khơng có số liệu của nhóm thơng số V thì cơng thức tính tốn WQI cuối cùng nhƣ sau :
(1-4)
Đối với thủy vực cần chú ý vấn đề ơ nhiễm hữu cơ, tính tốn WQI với trọng số của nhóm thơng số theo Bảng 5 (tƣơng ứng Công thức 5)
Bảng 1.13 Quy định trọng số của các nhóm thơng số
Nhóm thơng số Nhóm IV Nhóm V
Trọng số 2 1
(1-5)
Ghi chú:
32
Các mức WQI và đánh giá chất lƣợng nƣớc nhƣ sau:
Bảng 1.14 Các mức VN_WQI và sự phù hợp với mục đích sử dụng Khoảng Khoảng giá trị WQI Chất lƣợng nƣớc
Phù hợp với mục đích sử dụng Màu quy định
91 - 100 Rất tốt Sử dụng tốt cho mục đích cấp nƣớc sinh hoạt 76 - 90 Tốt Sử dụng cho mục đích cấp nƣớc sinh hoạt nhƣng cần các iện pháp xử lý phù hợp
51 - 75 Trung ình Sử dụng cho mục đích tƣới tiêu và các mục đích tƣơng đƣơng khác
26 - 50 Kém Sử dụng cho giao thông thủy và các mục đích tƣơng đƣơng khác
10 - 25 Ơ nhiễm nặng
Nƣớc ơ nhiễm nặng, cần các iện pháp xử lý trong tƣơng lai
< 10 Ô nhiễm rất nặng
Nƣớc nhiễm độc, cần có iện pháp khắc phục, xử lý
1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nƣớc
Nƣớc là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng với đời sống và sản xuất của con ngƣời nói riêng và các lồi sinh vật trên Trái Đất nói chung. Tuy nhiên nguồn tài ngun nƣớc lại vơ cùng nhạy cảm, dễ ị ơ nhiễm thậm chí mất khả n ng tự làm sạch và “chết” đi, gây ảnh hƣởng đến môi trƣờng xung quanh và đời sống của dân cƣ trong khu vực. Vì vậy có rất nhiều cơng trình nghiên cứu liên quan đến việc đánh giá chất lƣợng ằng chỉ số WQI và ảo vệ nguồn nƣớc của các thủy vực nhƣ sông
33
suối, kênh rạch, các hồ chứa và các vùng ven iển đã đƣợc thực hiện trong và ngoài nƣớc.
1.4.1 Trong nước
Nguyễn Minh Anh và cộng sự [3] thực hiện đánh giá chất lƣợng nƣớc hồ An Dƣơng, tỉnh Hải Dƣơng sử dụng chỉ số WQI kết hợp với chỉ số ô nhiễm hữu cơ tổng hợp CPI [4] và chỉ số ô nhiễm hữu cơ OPI [5 . Cách tính chỉ số WQI trong nghiên cứu này đƣợc thực hiện theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT ngày 1 tháng 7 n m 2011 của Tổng Cục Môi trƣờng. Các thông số chất lƣợng nƣớc đƣợc sử dụng để tính WQI là DO, BOD5, COD, NH4+, PO43-, TSS, Độ đục, Coliform, pH. Kết quả trong mùa mƣa chỉ số WQI cho thấy chất lƣợng nƣớc hồ An Dƣơng ở 2 mức cao nhất (sử dụng tốt cho mục đích sinh hoạt) thì chỉ số CPI cho kết quả “nƣớc khá sạch”, chỉ số OPI cho kết quả “rất tốt” và “tốt”. Trong mùa khô chỉ số WQI ở mức 3 (trung ình - Sử dụng cho mục đích tƣới tiêu và các mục đích tƣơng đƣơng khác) cịn với chỉ số CPI là “Ơ nhiễm nặng” và chỉ số OPI là “Mức ô nhiễm nặng”. Chúng ta có thể thấy sự tƣơng đồng về việc sử dụng chỉ số WQI và các chỉ số khác để đánh giá chất lƣợng nƣớc hồ.
Võ Thị Ngọc Giàu và các đồng sự [6] cũng sử dụng chỉ số WQI để đánh giá diễn iến chất lƣợng nƣớc mặt của các sông trên địa àn tỉnh Cần Thơ giai đoạn 2010- 2014. Số liệu đƣợc thu thập từ nƣớc từ Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trƣờng thành phố Cần Thơ để tính tốn chỉ số WQI [7]. Số liệu đƣợc thu thập liên tục trong giai đoạn 2010-2014. Thông số chất lƣợng nƣớc quan trắc ao gồm: pH, tổng chất rắn lơ lửng (TSS), hàm lƣợng oxi hòa tan (DO), nhu cầu oxi hóa học (COD), nhu cầu oxi sinh hoc (BOD5), Amoni N-(NH4+), Nitrat (NO3-), Coliform [5]. Cơng thức tính WQI đƣợc thực hiện theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT ngày 1 tháng 7 n m 2011 của Tổng Cục Môi trƣờng. Kết quả cho thấy dựa trên chỉ số WQI và các thông số riêng lẻ, chất lƣợng nƣớc mặt các sơng tại đây có chiều hƣớng tốt lên về các n m sau này. Điều này cũng phù hợp với các iện pháp của địa phƣơng nhằm cải thiện chất lƣợng nƣớc các con sông thông qua giảm xả thải và nạo vét ùn đáy.
34
Tƣơng tựu nghiên cứu trên, đề tài “Đánh giá hiện trạng và phân tích diễn biến chất
lượng nước mặt tỉnh Nghệ An” của Dƣơng Thanh Nga đánh giá diễn iến chất
lƣợng nƣớc theo chỉ số chất lƣợng nƣớc WQI và diễn iến chất lƣợng nƣớc với các chỉ tiêu riêng lẻ trong giai đoạn từ tháng 9 n m 2010 đến tháng 9 n m 2012. [8]. Trong nghiên cứu này chỉ số WQI đƣợc tính theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT. Các chỉ tiêu riêng lẻ nhƣ TSS, NH4, NO2-, COD, BOD5, CN-, DO đƣợc đánh giá và so sánh trực tiếp với QCVN 08:2008/ BTNMT. Kết quả nghiên cứu cho thấy tỉ lệ