7. BỐ CỤC LUẬN VĂN
1.2.6. Phương pháp lập chỉ số chấtlượng nước
1.2.6.1. Khái niệm
Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index – WQI) là một trong các loại chỉ số môi trường (Environmental index) – được phân cấp theo số học hoặc theo khả năng mô tả lượng lớn các số liệu, thông tin về môi trường nhằm đơn giản hóa các thông tin này để cung cấp một thông tin dưới dạng dễ hiểu, dễ sử dụng cho các nhà quản lý và công chúng.
Kết quả chỉ số biểu hiện chất lượng của một lưu vực nhất định như hồ, sông hoặc suối.
1.2.6.2. Ưu điểm
- Cho phép giảm một lượng lớn các thông số vật lý, hóa học, vi sinh xuống còn một con sốđơn giản theo một phương thức đơn giản;
- Cho phép so sánh chất lượng nước theo thời gian và không gian;
- Cho phép định lượng chất lượng nước (tốt, xấu, trung bình...) theo một thang điểm liên tục và tổng hòa ảnh hưởng của các thông số;
- Chỉ rõ ảnh hưởng của sự thay đổi chất lượng nước lên khả năng sử dụng nước;
- Thuận lợi cho bản đồ hóa chất lượng nước thông qua “màu hóa“ các thang điểm WQI;
- Là một công cụ rất thuận lợi cho quản lý tài nguyên nước.
1.2.6.3. Hạn chế
- 25 -
- WQI không bao hàm thông tin về hiệu quả kinh tế có được từ những cải thiện chất lượng nước.
1.2.6.4. Phương pháp xây dựng WQI
Có 4 giai đoạn cơ bản để xây dựng WQI:
- Lựa chọn các thông số CLN quyết định (Xi). Một số ít các thông số quyết định (hay thông số lựa chọn) được chọn ra từ nhiều thông số CLN để tính vào WQI.
- Xác định phần trọng lượng đóng góp của mỗi thông số quyết định (wi);
- Chuyển các giá trị đo của các thông số quyết định (xi) thành các chỉ số phụ (qi) để quy chúng về một thang điểm chung từ 1-100;
- Tính toán WQI bằng các công thức tập hợp.
Quá trình xây dựng WQI có thểđược mô tả theo sơđồ:
Hình 1.5: Sơđồ quá trình xây dựng WQI
Các giai đoạn có thểđược thực hiện theo nhiều cách khác nhau như:
- Dựa vào ý kiến chủ quan của tác giả;
- Tập hợp ý kiến theo phương pháp Delphi, tức là sử dụng các bảng câu hỏi điều tra, rồi tập hợp kết quả;
- Sử dụng các kỹ thuật thống kê.
Số thông số quyết định được lựa chọn để tính vào WQI thường thay đổi, tuỳ thuộc vào điều kiện của dòng sông và mục đích sử dụng của nó nhưng thường là 8 – 13 thông số, điển hình là 9 thông số. q2 = f(x2) qn = f(xn) WQI=f(q1,q2...w1, w2...) Xn, wn q1, w1 qn, wn q2, w2 X1, w1 X2, w2 q1 = f(x1) . . .
- 26 -
Phần trọng lượng đóng góp (wi) của các thông số quyết định được biểu diễn dưới dạng số thập phân. Mỗi thông số có mức đóng góp lớn, nhỏ vào WQI khác nhau và tổng phần trọng lượng đóng góp của các thông số bằng 1 (åwi=1). Song, cũng có một số loại WQI không tính đến phần trọng lượng đóng góp.
Để chuyển giá trịđo của các thông số quyết định (xi) thành các chỉ số phụ (qi), chủ yếu theo hai cách:
- Sử dụng các hàm đồ thị còn gọi là hàm ẩn;
- Sử dụng các hàm tuyến tính hoặc phi tuyến tính.
Các công thức tính WQI có nhiều dạng khác nhau, có thể tính và không tính đến phần trọng lượng đóng góp, có thể là dạng tổng hoặc dạng tích hoặc dạng Solway (xem bảng 1.10). Bảng 1.10: Các công thức tập hợp tính WQI Dạng tổng Dạng tích Dạng Solway Không tính phần trọng lượng đóng góp ån qi n 1 1 (UA-WQI) (Õn qi 1 )1/n (UM-WQI) ) 1 ( 100 1 1 ån qi n 2 (US-WQI) Có tính phần trọng lượng đóng góp ån í qiwi (WA-WQI) Õn í qiwi (WM-WQI) ) ( 100 1 1 ån qiwi 2 (WS-WQI) Nhìn chung, WQI là một công cụđánh giá chất lượng nước được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Tuy nhiên, việc xây dựng WQI riêng cho mỗi vùng hoặc mỗi quốc gia đòi hỏi nhiều thời gian, nhiều công sức, nhiều chuyên gia. Do đó, một số vùng hoặc quốc gia thường áp dụng WQI có sẵn và điều chỉnh về thông số quyết định CLN. Điều này cho phép giảm được thời gian nghiên cứu, công sức và đồng thời cho phép đánh giá nhanh chất lượng nước dựa vào WQI.
Sông VCĐ là một trong những sông lớn thuộc hệ thống lưu vực sông Đồng Nai nên có thể áp dụng hệ thống phân loại theo Tôn Thất Lãng (2005) [2], [3], Lê Trình, Nguyễn Thế Lộc (2008) [11] để đánh giá chất lượng nước. Do đặc thù khu vực sông Sài Gòn khá tương đồng với lưu vực sông VCĐ về thời tiết, khí hậu, địa hình và các nguồn thải nên tác giả sẽ sử dụng kế thừa các kết quả nghiên cứu WQI
- 27 -
do TS. Lê Trình đưa ra để áp dụng đánh giá chất lượng nước sông VCĐ trên địa phận tỉnh Tây Ninh.
Nội dung nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước theo chỉ số CLN (WQI) và đánh giá khả năng sử dụng các nguồn nước sông, kênh rạch ở vùng Tp.HCM” năm 2008, của TS. Lê Trình [11] được trình bày tóm tắt như sau:
- Phương pháp tính:
Đây là mô hình do TS. Lê Trình và cộng sự đề xuất dựa theo cải tiến mô hình NFS-WQI của Hoa Kỳ. Ứng dụng phương pháp Delphi để xây dựng chỉ số chất lượng nước. Tác giả đề tài đã xây dựng một hệ thống câu hỏi gởi đến cho các chuyên gia chất lượng nước để lựa chọn thông số chất lượng nước quan trọng và đánh giá trọng số biểu thịđộ quan trọng của các thông số chất lượng nước.
- Công thức tính (1.8):
(1.8)
Trong đó Ii, Wi lần lượt là các chỉ số phụ và trọng số tương ứng với thông số chất lượng nước i được lựa chọn
- Kết quả lấy ý kiến các chuyên gia:
Áp dụng phương pháp Delphi, Đề tài này đã gửi 30 nhà khoa học môi trường, cán bộ quản lý nguồn nước, công ty cấp thoát nước bản danh mục gồm 40 thông số đề nghị lựa chọn ≤ 10 thông số điển hình và quan trọng nhất để phục vụ quan trắc và đánh giá chất lượng nước sông, kênh rạch TP. Hồ Chí Minh.
Kết quả từ 20 ý kiến trả lời 10 thông sốđược bình chọn nhiều nhất được trình bày trong bảng 1.11.
Bảng 1.11: Các thông số chất lượng nước và trọng số
Stt Thông số Trọng số cuối cùng 01 DO 0,19 02 BOD5 0,14 03 Ðộ ðục 0,12 04 Tổng N 0,11 05 COD 0,09 06 pH 0,08
- 28 - Stt Thông số Trọng số cuối cùng 07 Tổng Coliform 0,08 08 Tổng P 0,08 09 TSS 0,07 10 Dầu mỡ 0,01
- Xây dựng đồ thị tương quan giữa các yếu tố chất lượng nước và chỉ số phụ, xác định hàm chất lượng nước:
Từ điểm số trung bình do các chuyên gia cho ứng với từng khoảng nồng độ thực tế, đối với mỗi thông số chất lượng nước, tác giảđề tài đã xây dựng một đồ thị và hàm số tương quan giữa nồng độ và chỉ số phụ. Các hàm chất lượng nước được biểu thị bằng các phương trình sau: + Hàm CLN với thông số DO: y = - 0,7061 x2 + 17,179 x + 3,7855 + Hàm CLN với thông số BOD5: y = 0,0068 x2 − 2,1089 x + 100,34 + Hàm CLN với thông sốĐộđục: y = 105,73 e- 0,0168 x + Hàm CLN với thông số Tổng N: y = 0,1213 x2− 8,318 x + 99,233 + Hàm CLN với thông số COD: y = 0,0039 x2− 1,157 x + 94,011 + Hàm CLN với thông số pH: y = 0,416 x4 − 11,609 x3 + 110,15 x2− 409,46 x + 539,31 + Hàm CLN với thông số Tổng Coliform: y = − 8,899 Ln(x) + 132,04 + Hàm CLN với thông số Tổng P: y = − 14,443 Ln(x) + 33,146 + Hàm CLNvới thông số TSS: y = 0,0011 x2− 0,6468 x + 101,36 + Hàm CLNvới thông số Dầu mỡ: y = − 19,082 Ln(x) + 3,9124
- Phân loại chất lượng nguồn nước mặt bằng WQI:
Theo mô hình của NSF (Hoa Kỳ) CLN được phân thành 5 loại (hay 5 mức) trình bày trong bảng 1.12:
Bảng 1.12: Phân loại chất lượng nguồn nước mặt
Loại NSF – WQI Giải thích
I 91 – 100 Rất tốt (Không ô nhiễm – Ô nhiễm rất nhẹ) II 71 – 90 Tốt (Ô nhiễm nhẹ)
- 29 -
Loại NSF – WQI Giải thích
IV 26 – 50 Xấu (Ô nhiễm nặng) V 0 – 25 Rất xấu (Ô nhiễm rất nặng