Phân tích nhóm được sử dụng để phát hiện ra các nhóm giống nhau giữa các điểm lấy mẫu. Kết quả thu được là biểu đồ ở hình 3.8, ở độ tương đồng 75% trong đó 22 địa điểm lấy mẫu tại lưu vực sông Cầu tỉnh Hải Dương được gộp thành 3 nhóm khác nhau có ý nghĩa thống kê. Kết hợp với thông tin đặc điểm và kết quả ô nhiễm tại các khu vực này 3 nhóm được chia ra bao gồm: nhóm các điểm có ô nhiễm thấp, vừa và cao.
39
27 26 25 32 31 24 23 34 33 29 28 30 17 16 22 21 20 19 15 14 18 13 0.00
33.33
66.67
100.00
Dia Diem
Similarity (%)
Hình 3.8 Phân nhóm các điểm lấy mẫu sử dụng kĩ thuật phân tích nhóm Nhóm 1, nhóm các điểm có ô nhiễm thấp gồm các điểm: S13, S14, S15, S18, S19, S20, S21, S22. Các điểm này có nồng độ NH4+
, NO2-
đều cao hơn mức cho phép nhưng không nhiều, giá trị COD, BOD, NO3
-, F-, PO4 3-… đều ở dưới mức cho phép, tuy nhiên TSS lại cao hơn giá trị cho phép và cao hơn hẳn các nhóm còn lại.
Nhóm 2, nhóm các điểm ô nhiễm lại gồm 4 nhóm nhỏ hơn lần lượt là S16, S17, S30; S28, S29, S33, S34; S24, S31, S32 và S23. Trong đó điểm S24 là điểm tiếp nhận nước thải của khu công nghiệp sản xuất nhôm, còn điểm S23 là điểm đầu vào của nước tại khu vực nghiên cứu, nước chảy từ Bắc Ninh vào Hải Dương qua điểm này, một phần nước tại điểm này tiếp nhận nước thải sinh hoạt của thị trấn Cẩm Giàng nhưng lưu lượng nước nhỏ, mật độ dân số không đông. S29 là điểm tiếp nhận nước thải sinh hoạt của thị trấn Neo và nước sản xuất nông nghiệp. S34 là điểm tiếp nhận nước thải nông nghiệp.
Nhìn chung các điểm này tiếp nhận ô nhiễm từ các nguồn ô nhiễm không xác
40
định (non-point source) ví dụ như nước thải từ các hoạt động trồng trọt và chăn nuôi, nước thải sinh hoạt..
Nhóm 3, nhóm các điểm ô nhiễm cao gồm các điểm: S25, S26, S27.
Trong đó điểm S25 tiếp nhận nước thải sinh hoạt của thị trấn Kẻ Sặt vừa là điểm tiếp nhận nước của Hưng Yên đi vào Hải Dương, S26 là điểm tiếp nhận nước thải đô thị của thành phố Hải Dương. 2 điểm S26, S27 tiếp nhận ô nhiễm từ các nguồn như: nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, từ các nhà máy xử lý nước thải, và các hoạt động công nghiệp tại các khu vực trong thành phố Hải Dương... nhóm này có nồng độ NH4+
, NO2-
, COD, BOD cao nhất trong 3 nhóm, tuy nhiên chỉ tiêu TSS thì lại thấp hơn nhiều so với nhóm 1.
Các kêt quả chỉ ra rằng kĩ thuật phân tích nhóm rất hữu dụng trong việc phân loại các nguồn nước mặt trong toàn khu vực và từ đó ta có thể thiết kế một chiến lược lấy mẫu tối ưu nhất, từ đó có thể giảm được lượng các điểm lấy mẫu và giá thành đi kèm.
3.3 Xác định các nguồn ô nhiễm (N, P) sử dụng kĩ thuật phân tích thành phần chính (PCA) và kĩ thuật phân tích nhân tố (FA)
PCA và FA được thực hiện trên tập số liệu (gồm 15 biến) riêng biệt cho từng nhóm đã được phân loại sử dụng kĩ thuật CA, để so sánh kiểu thành phần giữa các mẫu nước được phân tích và nhận dạng các yếu tố ảnh hưởng lẫn nhau. Ma trận đưa vào để chạy PCA/FA có kích thước [15 x 207] cho các điểm thuộc nhóm ít ô nhiễm, [15 x 143] cho các điểm thuộc nhóm ô nhiễm vừa, và [15 x 39] cho các điểm thuộc nhóm ô nhiễm nhiều. PCA của 3 tập số liệu cho ra 6 PCs cho cả 3 khu vực ô nhiễm có trị riêng (Egienvalue) > 1, đóng góp 81,8%, 73,2% và 71,4% của tổng phương sai tương ứng với các tập giá trị chất lượng nước. Yếu tố nào có trị riêng lớn nhất thì quan trọng nhất.
Trị riêng bằng 1 hoặc lớn hơn được coi là vô cùng quan trọng. Cùng số lượng yếu tố (VF) thu được từ 3 nhóm thông qua FA được thực hiện trên các PC này. VF tương ứng, trọng số (variable loading) và phương sai (variance) được
41
chỉ ra trong bảng 3.4. Trọng số được phân loại thành các cấp như ‘mạnh’,
‘vừa’ và ‘yếu’ tương ứng với các giá trị tuyệt đối của trọng số là: >0,75, từ 0,75 tới 0,50 và từ 0,50 tới 0,40.
Bảng 3.4 Trị số của từng biến ứng với từng yếu tố cho nhóm các điểm ít ô nhiễm
Chỉ tiêu VF 1
(Do đặc điểm thủy văn)
VF 2 (Nước thải sinh
hoạt)
VF 3 (Do biến
đổi hóa học)
VF 4 (Do nước
thải NN)
VF 5 VF 6
Nhóm các điểm ít ô nhiễm
Lưu lượng 0,335 0,032 -0,002 -0,548 -0,311 -0,059
pH 0,135 0,299 0,454 0,218 -0,644 -0,158
Độ dẫn 0,915 -0,243 -0,137 -0,03 0,052 0,101
TDS 0,916 -0,246 -0,136 -0,031 0,052 0,099
Muối 0,666 -0,188 -0,113 0,021 -0,136 -0,186
DO 0,216 0,128 0,333 0,583 -0,447 -0,15
F- 0,053 -0,076 -0,106 0,218 0,114 -0,652
NH4-N -0,16 0,243 -0,447 -0,232 -0,289 -0,176
NO3-N -0,024 -0,103 -0,521 0,612 0,092 -0,159
NO2-N -0,081 0,086 -0,678 0,357 -0,192 0,265
PO43-
- P -0,098 0,24 -0,519 -0,215 -0,413 0,258
COD -0,329 -0,896 -0,015 -0,049 -0,268 -0,034
BOD5 -0,308 -0,901 0,009 -0,055 -0,276 -0,023
TSS -0,032 0,206 -0,201 -0,339 -0,119 -0,636
Phương sai 2,5452 2,0596 1,6189 1,4604 1,2095 1,1054
% Phương sai 0,182 0,147 0,116 0,104 0,086 0,079
% Phương sai tích lũy 18,2 32,9 44,5 54,9 63,5 71,4
Ở khu vực có ít ô nhiễm, khu vực 1, trong số 6 VF, VF1 đóng góp 18,2% tổng phương sai, trong đó độ dẫn, TDS có ảnh hưởng dương mạnh, độ muối có ảnh hưởng dương vừa thể hiện ảnh hưởng của đặc điểm thủy văn.
VF2 chiếm 14,7% tồng phương sai, có các chỉ tiêu như COD và BOD5 ảnh hưởng âm mạnh điều này thể hiện ảnh hưởng do nước thải sinh hoạt gây ra.
42
VF3 đóng góp 11,6% tổng phương sai, trong VF3 pH có ảnh hưởng dương yếu, trong khi nồng độ NH4+
có ảnh hưởng âm yếu, và NO3-,
NO2-
, PO43-
ảnh hưởng âm vừa chứng tỏ sự biến đổi hóa học trong môi trường nước. VF4 đóng góp 10,4% tổng phương sai, có lưu lượng ảnh hưởng âm vừa, DO và nồng độ NO3-
ảnh hưởng dương vừa, VF4 thể hiện ảnh hưởng của nước thải nông nghiệp do nông dân thường sử dụng nhiều loại phân bón nitơ, thông qua các quá trình nitrat hóa, NO3- được sinh ra đã đi vào nước sông, mặt khác khi lưu lượng nước giảm xuống, nhiệt độ nước tăng lên cũng làm tăng khả năng hòa tan oxy [17]. VF5 đóng góp 8,6% tổng phương sai, và pH ảnh hưởng âm vừa, DO và nồng độ PO43- ảnh hưởng âm yếu lên. VF6 giải thích cho 7,5%
tổng phương sai, và có ảnh hưởng âm vừa lên nồng độ F- và TSS.
Bảng 3.5 Trị số của từng biến ứng với từng yếu tố cho nhóm điểm ô nhiễm vừa
Chỉ tiêu VF 1
(Do đặc điểm thủy văn)
VF 2 (Nước
thải sinh hoạt)
VF 3 (Pha loãng)
VF 4 (Do quá trình quang
hợp)
VF 5 (Nước
thải NN)
VF 6 (Nước
thải NN)
Nhóm các điểm ô nhiễm vừa
Lưu lượng 0,29 -0,061 0,44 0,316 0,17 0,423
pH 0,254 0,248 0,11 0,7 0,09 -0,174
Độ dẫn 0,904 0,247 -0,158 -0,102 0,023 0,156
TDS 0,908 0,253 -0,132 -0,106 0,028 0,155
Muối 0,671 0,195 -0,362 -0,153 -0,202 0,03
DO 0,081 0,316 0,433 0,432 0,016 -0,181
F- 0,32 -0,034 0,209 0,074 0,636 -0,311
NH4 - N 0,048 -0,403 -0,626 0,204 0,297 0,035
NO3 - N -0,192 -0,205 -0,622 0,185 0,152 -0,232
NO2 - N 0,097 -0,493 -0,357 0,518 -0,044 0,322
PO43- - P -0,366 -0,044 0,141 0,023 0,125 0,683
COD 0,345 -0,832 0,324 -0,135 -0,027 -0,103
43
BOD5 0,403 -0,808 0,325 -0,142 -0,049 -0,104
TSS 0,131 -0,147 0,026 0,388 -0,709 -0,124
Phương sai 2,8297 2,1459 1,749 1,3612 1,1184 1,0488
% Phương sai 0,202 0,153 0,125 0,097 0,08 0,075
% Phương sai tích lũy 20,2 35,5 48 57,7 65,7 73,2
Với khu vực ô nhiễm vừa, nhóm 2 (Bảng 3.5), trong số 6 VF, VF1 đóng góp 20,2% tổng phương sai, trong đó độ dẫn, TDS ảnh hưởng dương mạnh, độ muối ảnh hưởng dương vừa, và có nồng độ BOD5 ảnh hưởng dương yếu, VF1 thể hiện ảnh hưởng do đặc điểm thủy văn của khu vực theo dõi. VF2 đóng góp 15,3% tổng phương sai, và có nồng độ NH4+ ,NO2- ảnh hưởng âm yếu, có COD và BOD5 ảnh hưởng âm mạnh, VF2 thể hiện ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt. VF3 đóng góp 12,5% tổng phương sai, và có lưu lượng và DO ảnh hưởng dương yếu, nồng độ NH4+
và NO3-
ảnh hương ẩm yếu, VF3 thể hiện ảnh hưởng của quá trình pha loãng, do sự pha loãng lưu lượng nước tăng lên, nồng độ NH4+, NO3-, NO2- có xu hướng giảm xuống, đồng thời DO tăng khi lượng chất hữu cơ trong nước bị giảm đi trong quá trình pha loãng. VF4 đóng góp 9,7% tổng phương sai, và có pH, NO2-
ảnh hưởng dương vừa, DO ảnh hưởng dương yếu. VF4 thể hiện ảnh hưởng của quá trình quang hợp. VF5 đóng góp 8% tổng phương sai, và có F- ảnh hưởng dương vừa, TSS ảnh hưởng âm vừa. VF6 đóng góp 7,5% tổng phương sai, có lưu lượng ảnh hưởng dương yếu, nồng độ PO43-
ảnh hưởng dương vừa. VF5 và VF6 thể hiện ảnh hưởng của nước thải nông nghiệp, do nguồn gốc của phốt phát hòa tan chủ yếu là do nông dân sử dụng phân phốt phát, một phần lượng phốt phát từ phân bón được hòa tan thấm vào đất và được cây trông hấp thụ phần còn lại bị rò rì ra sông, một lượng khác bị rửa trôi ra sông thông qua các rạch mương thoát nước, quá trình này cũng làm tăng TSS, TSS tăng lại tăng khả năng hấp phụ F-.
Bảng 3.6 Trị số của từng biến ứng với từng yếu tố cho nhóm ảnh hưởng cao
Chỉ tiêu VF 1
(Do đặc
VF 2 (Do
VF 3 (Do
VF 4 (Do
VF 5 VF 6
44 điểm
thủy văn)
nước sinh hoạt)
nước thải NN)
nước thải NN) Nhóm các điểm ô nhiễm nặng
Lưu lượng 0,268 -0,223 0,24 0,622 0,475 -0,054
pH -0,322 0,076 0,119 0,17 0,435 0,548
Độ dẫn 0,936 -0,114 -0,142 0,052 0,204 0,112
TDS 0,919 -0,144 -0,184 0,055 0,239 0,084
Muối 0,839 -0,123 -0,223 -0,105 -0,125 0,041 DO 0,051 0,075 -0,582 -0,113 0,263 -0,58
F- -0,059 0,387 -0,517 0,494 -0,074 -0,2
NH4 - N 0,753 0,382 0,297 -0,145 -0,08 0,04
NO3 - N -0,083 0,47 0,074 -0,605 0,433 -0,043
NO2 - N 0,153 0,722 -0,144 -0,306 0,156 0,149
PO43-
- P 0,524 -0,162 0,601 -0,058 -0,319 -0,23
COD 0,071 0,864 0,272 0,284 -0,103 -0,093
BOD5 0,07 0,904 0,219 0,252 0,002 -0,112
TSS 0,152 0,298 -0,541 0,074 -0,422 0,466
Phương sai 3,5103 2,825 1,6704 1,3238 1,1117 1,0178
% Phương sai 0,251 0,202 0,119 0,095 0,079 0,073
% Phương sai tích lũy 25,1 45,3 57,2 66,7 74,6 81,9
Với nhóm cuối, nhóm ô nhiễm cao (Bảng 3.6), VF1 đóng góp 25,1%
tổng phương sai, và có độ dẫn, TDS, muối ảnh hưởng dương mạnh, nồng độ PO43-
có ảnh hưởng dương vừa. Điều này chỉ ra rằng các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng nước ở đây là do đặc điểm thủy văn của vùng. VF2 đóng góp 20,2% tồng phương sai, và có COD, BOD5 ảnh hưởng dương mạnh, nồng độ NO3
- , NO2
- có ảnh hưởng dương vừa. VF2 thể hiện ảnh hưởng tới từ nước thải sinh hoạt. VF3 đóng góp 11,9% tổng phương sai, trong đó nồng độ PO43-
ảnh hưởng dương vừa, DO, F- và TSS ảnh hưởng âm vừa, VF4 giải thích 9,5%
tổng phương sai và có ảnh hưởng dương vừa lên lưu lượng, ảnh hưởng âm vừa lên nồng độ NO3-
. VF3, VF4 thể hiện ảnh hưởng do sự pha loãng của
45
nước thải từ các khu vực trồng trọt, nước thải hòa tan theo lượng phân bón dư thừa xuống sông làm tăng sự phát triển của các loại tảo tiêu thụ oxy trong nước và làm giảm DO trong nước, mặt khác do sự pha loãng nên hàm lượng F- và TSS cũng bị giảm đi. VF5 đóng góp 7,9% tổng phương sai, trong đó lưu lượng, pH và NO3-
ảnh hưởng dương yếu, TSS ảnh hương âm yếu. VF6 đóng góp 7,3% tổng phương sai, và pH có ảnh hưởng dương vừa, TSS có ảnh hưởng dương yếu, và DO có ảnh hưởng âm vừa.