2007 qua việc tính tốn chỉ số chất lượng nước theo phương pháp WQI – NSF
2.3.2.1. Ý nghĩa của việc đánh giá hiện trạng chất lượng nước qua chỉ số CLN
Để đánh giá chất lượng nước (CLN), ơ nhiễm nước sơng, kênh rạch, ao đầm…, hiện nay ở Việt Nam và nhiều quốc gia trên thế giới, người ta thường dựa vào việc phân tích các thơng số CLN riêng biệt, sau đĩ so sánh từng thơng số đĩ với giá trị giới hạn được quy định trong Tiêu chuẩn Quốc gia hoặc tiêu chuẩn Quốc tế. Tuy nhiên, cách làm truyền thống này cĩ rất nhiều hạn chế như sau:
Khi đánh giá CLN qua nhiều thơng số riêng biệt, sẽ khơng thể nĩi lên diễn biến CLN tổng quát của một con sơng (hay đoạn sơng) và do vậy, khĩ so sánh CLN từng vùng của một con sơng, so sánh CLN sơng này với sơng khác, CLN thời gian này với thời gian khác (theo tháng, mùa), CLN hiện tại so với tương lai…Vì thế, sẽ gây khĩ khăn cho cơng tác giám sát diễn biến CLN, khĩ đánh giá hiệu quả đầu tư để bảo vệ nguồn nước và kiểm sốt ơ nhiễm nước…Mặt khác, khi đánh giá qua các thơng số CLN riêng biệt, chỉ các nhà khoa học hoặc nhà chuyên mơn mới hiểu được, do đĩ khĩ thơng tin về CLN cho cộng đồng và các cơ quan quản lý Nhà nước, các nhà lãnh đạo để ra các quyết định phù hợp về bảo vệ và khai thác nguồn nước…
Để khắc phục khĩ khăn trên, cần phải cĩ một hoặc hệ thống chỉ số cho phép lượng hĩa được CLN (nghĩa là biểu diễn CLN theo một thang điểm thống nhất), cĩ khả năng mơ tả tác động tổng hợp của nồng độ nhiều thành phần hĩa – lý – sinh trong nguồn nước. Một trong những chỉ số đĩ là Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index – WQI).
Bộ chỉ số chuẩn chất lượng nước (Water Quality Index - WQI) về cơ bản là phương tiện tốn học để tính tốn một giá trị riêng lẻ từ kết quả một số thí nghiệm. Kết quả chỉ số biểu hiện chất lượng nước (CLN) của một lưu vực nhất định như hồ, sơng hoặc suối. WQI được đề xuất và áp dụng đầu tiên ở Mỹ vào những năm 70 và hiện vẫn đang được áp dụng rộng rãi ở nhiều bang. Hiện nay nhiều mơ hình WQI đã được triển khai nghiên cứu áp dụng ở nhiều quốc gia như Ấn Độ, Canada, Chile, Anh, Đài Loan, Úc, Malaysia…,và ngay tại Việt Nam trong những năm gần đây cũng đã cĩ nhiều nghiên cứu về vấn đề này. Một trong những bộ chỉ số WQI nổi tiếng, được áp dụng phổ biến nhất trên thế giới là bộ chỉ số WQI- NSF.
2.3.2.2. Chỉ số chất lượng nước NSF - WQI
Chỉ số CLN của Quỹ vệ sinh Quốc gia Mỹ NSF (National Sanitation Foundation -Water Quality Index) là một trong những chỉ số CLN nổi tiếng và đựơc sử dụng phổ biến nhất. NSF – WQI là kiểu chỉ số CLN tổng quát, chung cho các mục đích sử dụng. Do đĩ, nhĩm nghiên cứu sẽ áp dụng việc tính tốn CLN theo chỉ số WQI- NSF để tiến hành thành lập các bản đồ phân vùng chất lượng.
2.3.2.3. Phương pháp tính tốn
NSF - WQI được xây dựng bằng cách sử dụng kỹ thuật Delphi của tập đoàn Rand. Mục đích của phương pháp này là thu nhận và tổng hợp ý kiến của một số đơng các chuyên gia khắp nước Mỹ để lựa chọn các thơng số CLN quyết định (Xi), sau đĩ xác lập phần trọng lượng đĩng gĩp của từng thơng số (wi) và tiến hành xây dựng các đồ thị chuyển đổi từ các giá trị xi (giá trị đo được của thơng số Xi) sang chỉ số phụ (qi).
Cĩ 4 giai đoạn cơ bản để xây dựng WQI. Quá trình xây dựng WQI cĩ thể được mơ tả theo sơ đồ:
a) Giai đoạn 1: Lựa chọn các thơng số CLN quyết định (Xi): Một số ít các thơng số quyết định (hay thơng số lựa chọn) được chọn ra từ nhiều thơng số CLN để tính vào WQI. Từ kết quả các phiếu câu hỏi điều tra các chuyên gia, 9 trong 35 thơng số CLN được lựa chọn, bao gồm :
Thơng số vật lý: Thay đổi nhiệt độ, Độđục, Tổng chất rắn. Thơng số hĩa học: pH, BOD5, DO, NO3-, PO43-.
Thơng số vi sinh: Fecal Coliform.
Bảng 2-12.Các thơng số chọn lọc trong tính tốn WQI-NSF
Nhu cầu oxy hố sinh (BOD)
Là sốđo lượng thức ăn của vi khuẩn cĩ trong nước. Vi khuẩn sử dụng chất hữu cơ để hơ hấp và lấy oxy từnước. Xét nghiệm BOD cho ta biết
khái quát trong nước cĩ bao nhiêu chất thải cĩ thể phân hủy.
Oxy hồ tan (DO)
Là lượng oxy cần cho cá, động vật khơng xương sống và tất cảđộng vật sống dưới nước. Khi mức oxy hồ tan hạ xuống thấp thì đĩ là dấu hiệu nước cĩ thể bị ơ nhiễm.
Trực khuẩn phân
(Fecal coliform) Trực khuẩn phân là một dạng vi khuẩn trong phân người và động vật. Nitrate (NO3-) Nitrate là sốđo một dạng nitrogen oxy hĩa và là chất dinh dưỡng cần
thiết trong mơi trường dưới nước.
pH Mức pH là sốđo hàm lượng acid trong nước. Hầu hết các dạng sống
dưới nước đều cĩ xu hướng nhạy cảm đối với pH. Nước chứa nhiều chất bẩn hữu cơ thì thường ít nhiều chua phèn.
Thay đổi nhiệt độ
(delta T)
Delta T ảnh hưởng trực tiếp đến các đặc trưng tự nhiên và hĩa sinh của dịng sơng. Người ta dùng cùng một nhiệt kếđể lấy nhiệt độnước tại
địa điểm thí nghiệm và tại vịtrí tương tựcách đĩ một dặm vềhướng
Tổng chất rắn (TS)
Là sốđo tồn bộ các chất rắn tồn tại trong nước. Nồng độ chất rắn quá cao hoặc quá thấp cĩ thể hạn chế sựtăng trưởng của nhiều dạng vi sinh vật sống trong mơi trường nước và thậm chí giết chết chúng.
Phosphate (PO43-) Là hợp chất hố học được cấu tạo từ các nguyên tố Photpho và oxy. Phosphate cần cho thực vật và động vật. Nồng độ Phosphate cao cĩ thể
là dấu hiệu của hiện tượng phú dưỡng hố.
Độ đục
Là sốđo độ tán sắc ánh sáng trong cột nước do các chất lơ lững trong nước. Độ vẩn đục càng cao thì nước càng đục. Nếu nước quá đục thì nĩ mất khả năng nuơi dưỡng cuộc sống đối với nhiều thực vật và sinh vật dưới nước.
b) Giai đoạn 2: Xác định phần trọng lượng đĩng gĩp của mỗi thơng số quyết định (wi).
Phần trọng lượng đĩng gĩp (wi) của các thơng số quyết định được biểu diễn dưới dạng số thập phân. Mỗi thơng số cĩ mức đĩng gĩp lớn, nhỏ vào WQI khác nhau và tổng phần trọng lượng đĩng gĩp của các thơng số bằng 1 (wi = 1). Song, cũng cĩ một số loại WQI khơng tính đến phần trọng lượng đĩng gĩp.
Phần trọng lượng đĩng gĩp (wi) được xác định theo trình tự: Xác định điểm xếp hạng của mỗi thơng số quyết định (mi) :
mi = (1)
Tính phần trọng lượng đĩng gĩp trung gian của mỗi thơng số (wi'): chấp nhận mi nhỏ nhất cĩ wi’ bằng 1,0 tính wi’ của các thơng số khác bằng cơng thức: i i i m m w ' (min) (2) Tính phần trọng lượng đĩng gĩp chính thức của mỗi thơng số (wi) wi = n wi wi 1 ' ' (3)
c) Giai đoạn 3:Chuyển các giá trị đo của các thơng số quyết định (xi) thành các chỉ số phụ (qi) để quy chúng về một thang điểm chung từ 1-100.
Tổng điểm của thơng số i Tổng số phiếu câu hỏi
Để chuyển giá trị đo của các thơng số quyết định (xi) thành các chỉ số phụ (qi), chủ yếu theo hai cách: sử dụng các hàm đồ thị cịn gọi là hàm ẩn hoặc sử dụng các hàm tuyến tính / phi tuyến tính. Giản đồ xác định các chỉ số phụ được minh họa trong phụ lục 4.
d) Giai đoạn 4: Tính tốn WQI bằng các cơng thức tập hợp.
Các cơng thức tính WQI cĩ nhiều dạng khác nhau, cĩ thể tính và khơng tính đến phần trọng lượng đĩng gĩp, cĩ thể là dạng tổng hoặc dạng tích hoặc dạng Solway.
Trong số sáu cơng thức ở bảng 2.13 thì hai cơng thức WQI dạng tổng và dạng tích là hai cơng thức được NSF xây dựng. Hai cơng thức này đã được sử dụng rộng rãi ở Mỹ cũng như nhiều quốc gia trên thế giới.
Bảng 2-13. Các cơng thức tập hợp tính WQI Dạng tổng Dạng tích Dạng Solway Khơng tính phần trọng lượng đĩng gĩp n qi n 1 1 (UA-WQI) ( n qi 1 )1/n (UM-WQI) ) 1 ( 100 1 1 n qi n 2 (US-WQI) Cĩ tính phần trọng lượng đĩng gĩp n í qiwi (WA-WQI) n í qiwi (WM-WQI) ) ( 100 1 1 n qiwi 2 (WS-WQI)
Dạng tổng và dạng tích cơng thức WQI của NSF.
Dạng tổng và cĩ tính đến phần trọng lượng đĩng gĩp: WA - WAI = n wi qi 1 . (4) Dạng tích và cĩ tính đến trọng lượng đĩng gĩp : WM - WQI = n wi qi 1 (5)
Kết quả tính phần trọng lượng đĩng gĩp (wi) của 9 thơng số quyết định như sau:
Bảng 2-14. Phần trọng lượng đĩng gĩp (TLĐG) (wi) của 9 thơng số quyết định
STT Thơng số Điểm xếp hạng thơng số(mi) TLĐG trung gian (wi') TLĐG chính thức(wi) 1 DO 1,4 1,0 0,17
2 Fecal Coliform 1,5 0,9 0,15 3 pH 2,1 0,7 0,12 4 BOD5 2,3 0,6 0,10 5 NO3- 2,4 0,6 0,10 6 PO43- 2,4 0,6 0,10 7 Nhiệt độ 2,4 0,6 0,10 8 Độđục 2,9 0,5 0,08 9 TS 3,2 0,4 0,08 wi 1,00
Trên cơ sởWQI tính được, người ta phân loại và đánh giá CLN theo thang điểm WQI theo bảng 2.15
Bảng 2-15. Phân loại chất lượng nước theo NSF – WQI
Loại WQI Giải thích
I 91-100 Excellent (Chất lượng tuyệt hảo)
II 71- 90 Good (Tốt)
III 51- 70 Medium (Trung bình)
IV 26 – 50 Bad (Khơng Tốt)
V 0 – 25 Very Bad (Rất tệ)
2.3.2.4. Xây dựng các bản đồ hiện trạng ơ nhiễm chất lượng nước mặt tại các sơng trên khu vực nghiên cứu theo chỉ số WQI – NSF
Áp dụng tính tốn chất lượng nước theo chỉ số WQI –NSF dạng tích
(QM-WQI) đã trình bày ở trên cho các số liệu quan trắc chất lượng nước của sơng Sài Gịn – Đồng Nai các giai đoạn 1993, 1998, 2000, 2003, 2006 và 2007, đề tài đã xây dựng một cách sơ lược các bản đồ hiện trạng ơ nhiễm chất lượng nước mặt tại các sơng trên khu vực nghiên cứu. Qua đĩ, diễn biến chất lượng nước sơng theo thời gian cĩ thể được nhìn nhận một cách đơn giản và dễ hiểu hơn qua các thang điểm cụ thể và các bản đồ.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Phú An Hĩa An Cát Lái Nhà Bè Vàm Sát Cái Mép Kên h N 46 Tân Thái
Sơng Sài Gịn sơng Đồng
Nai
Cửa sơng NB-SR Cửa biển Kênh nội thành
W Q I- N S F
Very Bad Bad Medium Good Excellent 1993 1998 2000 2003 2006 2007
Hình 2-14. Đồ thị diễn biến giá trị WQI – NSF qua các giai đoạn nghiên cứu
Nhận xét: Qua kết quả hình 2.14 cho thấy:
- Các giá trị chỉ số chất lượng nước WQI – NSF đều nằm trong cấp độ ơ nhiễm từ Bad đến Good (CLN khơng tốt đến tốt), khơng cĩ giá trị nào đạt mức Excellent (CLN tuyệt hảo) hoặc Very Bad (CLN quá xấu).
- Đồ thị cho thấy vào năm 2000, tại các trạm quan trắc thuộc khu vực Nhà Bè – Sồi Rạp CLN đạt tốt nhất (Good) so với các năm khác. Ngoài năm 1993 (giai đoạn đưa vào vận hành các trạm quan trắc đầu tiên), giá trị WQI tại trạm Phú An trên sơng Sài Gịn ở vào mức Bad. Nhìn chung ta nhận thấy xu hướng suy giảm CLN mặt tại khu vực nghiên cứu theo thời gian khá rõ rệt.
- Do mạng lưới quan trắc CLN trên khu vực nghiên cứu cịn khá thưa thớt nên khĩ cĩ thể thực hiện được chính xác việc phân vùng CLN theo chỉ số WQI- NSF (“màu hĩa” các đoạn sơng theo mức độ ơ nhiễm). Vì vậy, đề tài chỉ tiến hành xây dựng các bản đồ đánh giá mức độ ơ nhiễm tại các trạm quan trắc qua các kí hiệu đại diện cho mức độ đánh giá CLN theo thang điểmWQI như đã trình bày ở bảng 2.15. Với những mốc thời gian cĩ số liệu quan trắc tương đối “dày” hơn, đề tài sẽ sử dụng phương pháp nội suy Grid TIN bằng phần mềm Surfer và Mapinfo để thể hiện “màu hĩa” thang điểm WQI chất lượng nước mặt khu vực nghiên cứu.
Hình 2-15. Bản đồ hiện trạng chất lượng nước trên sơng Sài Gịn – Đồng Nai năm 1993 theo chỉ số WQI – NSF
Hình 2-16. Bản đồ hiện trạng chất lượng nước trên sơng Sài Gịn – Đồng Nai năm 1998 theo chỉ số WQI – NSF
Hình 2-17. Bản đồ hiện trạng chất lượng nước trên sơng Sài Gịn – Đồng Nai năm 2000 theo chỉ số WQI – NSF
Hình 2-18. Bản đồ hiện trạng chất lượng nước trên sơng Sài Gịn – Đồng Nai năm 2003 theo chỉ số WQI – NSF
Hình 2-19. Bản đồ hiện trạng chất lượng nước trên sơng Sài Gịn – Đồng Nai năm 2006 theo chỉ số WQI – NSF
Hình 2-20. Bản đồ hiện trạng chất lượng nước trên sơng Sài Gịn – Đồng Nai năm 2007 theo chỉ số WQI – NSF
2.3.3. Kết luận
Qua việc đánh giá diễn biến chất lượng nước từ năm 2000 đến 2007 theo từng thơng số tại các trạm quan trắc trên lưu vực sơng Sài Gịn trong phạm vi nghiên cứu và đối chiếu so sánh với các bản đồ chất lượng nước theo chỉ số WQI- NSF (từ hình 2.15 đến hình 2.20), ta rút ra những kết luận sau đây:
- Tại 03 trạm đầu nguồn trên sơng Sài Gịn (trạm Phú Cường, Bình Phước và Phú An ) cho thấy chất lượng nước đã cĩ chiều hướng xấu đi. Từ năm 1993 (bắt đầu thành lập trạm) đến năm 2000 thì chất lượng tại các trạm này mang giá trị trung bình (WQI khoảng từ 51 – 70). Nhưng từ năm 2000 đến nay thì WQI tại các trạm lại xấu đi (WQI từ 26 – 50).
- Ngồi ra, kể từ năm 2007 thì đã thành lập thêm 04 trạm mới trên khu vực đầu nguồn sơng Sài Gịn (trạm Bến Củi, Bến Súc, Thị Tính và Rạch Tra). Tại các trạm này chất lượng nước chỉ đạt giá trị trung bình (WQI dao động trong khoảng từ 51 – 70).
- Nguyên nhân của việc suy giảm chất lượng nước trên sơng Sài Gịn là do tốc độ gia tăng các KCN – KCX, cụm CN và khu đơ thị dọc theo lưu vực sơng, với lượng nước thải đơ thị và cơng nghiệp chưa xử lý hoặc xử lý khơng đạt tiêu chuẩn cho phép đã làm cho khả năng tự làm sạch của sơng kém đi.
- Đồng thời, cùng với việc gia tăng các làng cá bè trong hồ Dầu Tiếng cũng gĩp phần gia tăng ơ nhiễm trên khu vực này.
Chương 3:
ƯỚC TÍNH TỔNG TẢI LƯỢNG CHẤT Ơ NHIỄM
VÀO LƯU VỰC SƠNG NGHIÊN CỨU