BỘ GO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CH KHOA HÀ NỘI
----------o0o---------
PHẠM THỊ THU HƢƠNG
ĐÁNH GIÁ DIỄN BIẾN CHẤT LƢỢNG NƢỚC CÁC
SÔNG CHÍNH TRÊN HÀ NỘI THÔNG QUA CÁC CHỈ
SỐ CHẤT LƢỢNG NƢỚC VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP
QUẢN LÝ BẢO VỆ
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. HOÀNG THỊ THU HƢƠNG
HÀ NỘI - 2013
i
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự
giúp đỡ nhiệt tình của các thầy Viện Khoa học Công nghệ Môi trường Đại
học Bách Khoa Nội, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin, gia đình cùng
toàn thể bạn bè.
Có được kết quả như ngày hôm nay, trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu
sắc nhất tới TS. Hoàng Thị Thu Hương đã tận tình chỉ bảo cho việc định hướng
hoàn thành luận văn cũng như tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá
trình làm luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy Viện Khoa học Công nghệ Môi
trường Đại học Bách Khoa Nội truyền đạt kiến thức kinh nghiệm bổ ích
trong quá trình tôi học tập tại trường.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Viện Khoa học ng nghệ Mỏ - Vinacomin đã tạo
điều kiện hết sức thuận lợi về thời gian để tôi có thể yên tâm học tập và công tác.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn đã giúp đỡ tôi trong
suốt thời gian học tập.
Do hiểu biết còn hạn chế nên trong luận n sẽ còn những thiếu sót, tôi rất
mong được nhiều sự đóng góp ý kiến của các thầy các bạn đồng nghiệp để
luận văn được hoàn chỉnh hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 12 nnăm 2013
Phạm Thị Thu Hương
ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài “Đánh giá diễn biến chất lượng nước các sông
chính trên Nội thông qua các chỉ số chất lượng nước đề xuất biện pháp quản
bảo vệ” do TS. Hoàng Thị Thu Hƣơng ớng dẫn công trình nghiên cứu của
riêng tôi.
Các số liệu trích dẫn trong luận văn nguồn gốc ràng, đều đƣợc chỉ
nguồn gốc, đã đƣợc công bố theo đúng quy định hoặc đã đƣợc sự cho phép của các
tác giả. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn không giống với bất cứ luận văn nào
trƣớc đây.
Hà Nội, ngày 2 tháng 12 năm 2013
NGƢỜI CAM ĐOAN
Phạm Thị Thu Hƣơng
iii
MỤC LỤC
DANH MỤC VIẾT TẮT ....................................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................................ vi
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................................. vii
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................................. 3
1.1. Các phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng thủy vực ........................................................ 3
1.1.1. Phƣơng pháp đánh giá theo tiêu chuẩn ................................................................ 3
1.1.2. Phƣơng pháp chỉ số chất lƣợng nƣớc ................................................................... 4
1.1.2.1. Khái niệm chỉ số chất lƣợng nƣớc ................................................................ 4
1.1.2.2. Lịch sử phát triển chỉ số chất lƣợng nƣớc ..................................................... 4
1.1.2.3. Ƣu điểm của WQI trong đánh giá diễn biến chất lƣợng nƣớc ...................... 5
1.1.2.4. Các phƣơng pháp tính toán chỉ số chất lƣợng nƣớc...................................... 6
1.2. Lƣu vực sông Nhuệ - Đáy ......................................................................................... 16
1.2.1. Giới thiệu LVS Nhuệ - Đáy ............................................................................... 16
1.2.2. Các nguồn thải chính ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc LVS Nhuệ - Đáy ......... 23
1.2.2.1. Nguồn thải công nghiệp .............................................................................. 23
1.2.2.2. Nguồn thải sinh hoạt ................................................................................... 25
1.2.2.3. Nguồn thải làng nghề .................................................................................. 26
1.2.2.4. Nguồn thải y tế ............................................................................................ 26
1.2.2.5. Nguồn thải nông nghiệp .............................................................................. 27
1.2.3. Hiện trạng chất lƣợng nƣớc LVS Nhuệ - Đáy ................................................... 29
1.2.3.1. Chất lƣợng nƣớc sông Nhuệ ....................................................................... 29
1.2.3.2. Chất lƣợng nƣớc sông Đáy ......................................................................... 30
1.2.3.3. Chất lƣợng nƣớc một số sông trong nội thành Hà Nội. .............................. 31
1.2.3.4. Chất lƣợng nƣớc một số sông khác trong lƣu vực ...................................... 31
CHƢƠNG 2. MỤC TIÊU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................... 33
2.1. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................. 33
2.1.1. Mục tiêu chung .................................................................................................. 33
2.1.2. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 33
2.2. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................. 33
iv
2.2.1.trí nghiên cứu trên LVS Nhuệ - Đáy ............................................................. 33
2.2.2. Thời gian ............................................................................................................ 36
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................................... 36
2.3.1. Phƣơng pháp WQI của Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng ...................................... 36
2.3.2. Phƣơng pháp WQI tổng quát của Kannel .......................................................... 39
2.3.3. Tính toán WQI theo phƣơng pháp của Phạm Ngọc Hồ ..................................... 44
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................................... 48
3.1. Diễn biến chất lƣợng nƣớc LVS Nhuệ - Đáy ........................................................... 48
3.1.1. Sông Nhuệ ...................................................................................................... 48
3.1.2. Sông Đáy ........................................................................................................ 50
3.1.3. Một số sông trong nội thành Hà Nội.............................................................. 52
3.1.4. Một số sông khác trong lƣu vực .................................................................... 54
3.2. So sánh phƣơng pháp đánh giá WQI với phƣơng pháp tiêu chuẩn truyền thống đối
với chất lƣợng nƣớc lƣu vực sông Nhuệ – Đáy ............................................................... 56
3.3. Đánh giá mức độ phù hợp và tính ứng dụng của các phƣơng pháp tính toán WQI
đang áp dụng .................................................................................................................... 57
3.3.1. Phƣơng pháp của Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng ............................................... 57
3.3.2. Phƣơng pháp của Kannel ................................................................................... 58
3.3.3. Phƣơng pháp của GS. Phạm Ngọc Hồ ............................................................... 58
3.3.4. Kiến nghị về việc lựa chọn WQI ....................................................................... 59
3.4. Đề xuất các biện pháp quản lý, bảo vệ LVS Nhuệ - Đáy ......................................... 62
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................. 65
1. Kết luận ........................................................................................................................ 65
2. Kiến nghị ...................................................................................................................... 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 66
PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 70
v
DANH MỤC VIẾT TẮT
BOD
: Biochemical oxygen demand (Nhu cầu oxy sinh hóa)
CCME
: The Canadian Council of Ministers of the Environment (Bộ Môi trƣờng
Canada)
COD
: Chemical oxygen demand (Nhu cầu oxy hóa học)
DO
: Dissolved Oxygen (Oxy hòa tan)
LVS
: Lƣu vực sông
NSF
: National Sanitation Fund (Qu Vệ sinh Quốc gia)
QCVN
: Quy chuẩn Việt Nam
TCVN
: Tiêu chuẩn Việt Nam
TNMT
: Tài nguyên và Môi trƣờng
TP
: Thành phố
TSS
: Total suspended solids (Tổng chất rắn lơ lửng)
WQI
: Water quality index (Chỉ số chất lƣợng nƣớc)
vi
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Ƣu nhƣợc điểm của các phƣơng pháp đánh giá diễn biến chất lƣợng nƣớc ......... 6
Bảng 1.2. Trọng số của các thông số trong NSF-WQI .......................................................... 7
Bảng 1.3. Phân loại chất lƣợng nƣớc theo giá trị của NSF-WQI .......................................... 8
Bảng 1.4. Phân loại chất lƣợng nƣớc dựa trên giá trị WQI-CCME ....................................... 9
Bảng 1.5. Các thông số chất lƣợng nƣớc và trọng số đƣợc lựa chọn .................................. 11
Bảng 1.6. Phân loại chất lƣợng nguồn nƣớc mặt theo chỉ số WQI ...................................... 11
Bảng 1.7. Phân loại chất lƣợng nguồn nƣớc mặt theo chỉ số WQI ...................................... 13
Bảng 1.8: Mức hƣớng dẫn đối với một số thông số chất lƣợng nƣớc ................................. 15
Bảng 1.9. Phân loại chất lƣợng nguồn nƣớc mặt theo chỉ số WQI ...................................... 15
Bảng 2.1. Tỷ lệ các nguồn thải chính gây ô nhiễm môi trƣờng LVS Nhuệ - Đáy .............. 23
Bảng 2.2. Tải lƣợng chất ô nhiễm từ nguồn thải sinh hoạt trong LVS Nhuệ - Đáy năm
2008 ..................................................................................................................................... 25
Bảng 2.3. Tải lƣợng chất ô nhiễm từ nguồn thải bệnh viện trong LVS Nhu- Đáy năm
2008 ..................................................................................................................................... 27
Bảng 2.4: Mô tả các điểm quan trắc chất lƣợng nƣớc LVS Nhuệ - Đáy ............................. 33
Bảng 2.5. Bảng quy định các giá trị q
i
, BP
i
......................................................................... 37
Bảng 2.6. Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với DO% bão hòa ................................. 38
Bảng 2.7. Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với thông số pH .................................... 38
Bảng 2.8. Phân loại chất lƣợng nƣớc theo giá trị WQI của Bộ TNMT ............................... 39
Bảng 2.9. Bảng tiêu chuẩn hóa các giá trị thông số sử dụng trong tính toán chỉ số chất
lƣợng nƣớc ........................................................................................................................... 41
Bảng 2.10. Hệ thống phân loại chất lƣợng nƣớc theo WQI của Kannel ............................. 44
Bảng 2.11. Bảng phân cấp chất lƣợng nƣớc ứng với n chẵn và n lẻ tại điểm j bất k......... 45
Bảng 3.1. Hệ số tƣơng quan giữa các thông số tính toán với WQI theo phƣơng pháp tổng
quát của Kannel ................................................................................................................... 60
Bảng 3.2. Hệ số tƣơng quan giữa các thông số tính toán với WQI theo phƣơng pháp của
GS. Phạm Ngọc Hồ .............................................................................................................. 61
Bảng 3.3: Tỷ lệ các điểm quan trắc không thay đổi về phân loại chất lƣợng nƣớc ............. 62
vii
DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Bản đồ mạng lƣới sông suối LVS Nhuệ - Đáy .................................................... 18
Hình 2.2. Tỷ lệ nguồn thải cơ khí của các tỉnh LVS Nhuệ - Đáy ........................................ 23
Hình 2.3. Tỷ lệ nguồn thải ngành công nghiệp chế biến lƣơng thực thực phẩm của các
tỉnh LVS Nhuệ - Đáy ........................................................................................................... 24
Hình 3.1. Biến động WQI sông Nhuệ tháng 1 năm 2008 ÷ 2010 ........................................ 49
Hình 3.2. Biến động WQI sông Nhuệ tháng 3 năm 2008 ÷ 2011 ........................................ 49
Hình 3.3. Biến động WQI sông Nhuệ tháng 5 năm 2008 ÷ 2011 ........................................ 49
Hình 3.4. Biến động WQI sông Nhuệ tháng 7 năm 2008 ÷ 2011 ........................................ 49
Hình 3.5. Biến động WQI sông Nhuệ tháng 9 năm 2008 ÷ 2011 ........................................ 50
Hình 3.6. Biến động WQI sông Nhuệ tháng 11 năm 2008 ÷ 2011 ...................................... 50
Hình 3.7. Biến động WQI sông Đáy tháng 1 năm 2008 ÷ 2010 .......................................... 50
Hình 3.8. Biến động WQI sông Đáy tháng 3 năm 2008 ÷ 2011 .......................................... 51
Hình 3.9. Biến động WQI sông Đáy tháng 5 năm 2008 ÷ 2011 .......................................... 51
Hình 3.10. Biến động WQI sông Đáy tháng 7 năm 2008 ÷ 2011 ........................................ 51
Hình 3.11. Biến động WQI sông Đáy tháng 9 năm 2008 ÷ 2011 ........................................ 51
Hình 3.12. Biến động WQI sông Đáy tháng 3 năm 2008 ÷ 2011 ........................................ 52
Hình 3.13. Biến động WQI một số sông trong nội thành Hà Nội tháng 1 năm 2008 ÷ 2010
............................................................................................................................................. 52
Hình 3.14. Biến động WQI một số sông trong nội thành Hà Nội tháng 3 năm 2008 ÷ 2011
............................................................................................................................................. 53
Hình 3.15. Biến động WQI một số sông trong nội thành Hà Nội tháng 5 năm 2008 ÷ 2011
............................................................................................................................................. 53
Hình 3.16. Biến động WQI một số sông trong nội thành Hà Nội tháng 7 năm 2008 ÷ 2011
............................................................................................................................................. 53
Hình 3.17. Biến động WQI một số sông trong nội thành Hà Nội tháng 9 năm 2008 ÷ 2011
............................................................................................................................................. 53
Hình 3.18. Biến động WQI một số sông trong nội thành Hà Nội tháng 11 năm 2008 ÷ 2011
............................................................................................................................................. 54
Hình 3.19. Biến động WQI một số sông khác trong lƣu vực tháng 1 năm 2008 ÷ 2010 .... 54
Hình 3.20. Biến động WQI một số sông khác trong lƣu vực tháng 3 năm 2008 ÷ 2011 .... 54
viii
Hình 3.21. Biến động WQI một số sông khác trong lƣu vực tháng 5 năm 2008 ÷ 2011 .... 55
Hình 3.22. Biến động WQI một số sông khác trong lƣu vực tháng 7 năm 2008 ÷ 2011 .... 55
nh 3.23. Biến động WQI một số sông khác trong lƣu vực tháng 9 năm 2008 ÷ 2011 .... 55
Hình 3.24. Biến động WQI một số sông khác trong lƣu vực tháng 11 năm 2008 ÷ 2011 .. 55
1
MỞ ĐẦU
LVS Nhuệ - Đáy là một trong những lƣu vực sông quan trọng miền Bắc,
vị trí địa lý đặc biệt, đóng vai trò rất quan trọng trong phát triển nền kinh tế của
vùng đồng bằng sông Hồng và có ảnh hƣởng đến số dân cƣ lớn sinh sống quanh lƣu
vực sông. Hệ thống sông Nhuệ - Đáy nằm ở hữu ngạn sông Hồng với u vực chiếm
diện tích tự nhiên 7.665 km
2
. Mạng lƣới ng ngòi trong lƣu vực tƣơng đối phát
triển, mật độ lƣới sông đạt 0,7 ÷ 1,2 km/km
2
. Lƣu vực dạng dài, hình nan quạt
gồm các sông chính sông Nhuệ sông Đáy. Ngoài ra, LVS Nhuệ - sông Đáy
có nhiều phụ lƣu lớn chảy qua thành phố, thị xã, thị trấn, thị tứ, tụ điểm dân cƣ, khu
công nghiệp, khu chế xuất, dịch vụ, làng nghề... Đây nguồn cung cấp nƣớc nƣớc
ngọt quan trọng cho sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và dân sinh.
Hiện nay, hoạt động phát triển kinh tế - xã hội trên LVS Nhuệ - Đáy đang diễn
ra rất mạnh; cấu kinh tế chủ yếu dựa trên công nghiệp, nông nghiệp. Việc khai
thác tài nguyên thiên nhiên quá mức, thâm canh nông nghiệp có sử dụng nhiều phân
hóa học và hóa chất bảo vệ thực vật, hoạt động của các làng nghề, cũng nhƣ quá trình
đô thị hóa quá nhanh hình thành các khu công nghiệp với nhiều ngành nghề khác
nhau đã sinh ra một lƣợng chất thải khá lớn đa dạng. Theo số liệu thống chƣa
đầy đủ, hàng ngày khoảng 636.000 m
3
nƣớc thải ng nghiệp, 610.000 m
3
nƣớc
thải sinh hoạt, 150.000 m
3
nƣớc thải bệnh viện và hơn 2 triệu m
3
nƣớc thải trồng trọt
chăn nuôi, 2618,5 tấn chất thải rắn sinh hoạt, 430,3 tấn chất thải rắn công nghiệp
nguy hại, 973 tấn chất thải y tế… thải vào LVS Nhu- Đáy [3,31]. Phần lớn lƣợng
chất thải này không đƣợc xử lý tại nguồn xả thải trực tiếp ra môi trƣờng. Hầu hết
các nguồn thải đều đƣợc thải ra các sông trong lƣu vực [4]. Đây nguyên nhân chủ
yếu làm cho môi trƣờng nƣớc LVS Nhuệ - Đáy ngày càng suy giảm cả về slƣợng
lẫn chất lƣợng. Nồng độ một số chất ô nhiễm cao hơn hàng chục lần so với tiêu chuẩn
cho phép, gây ảnh hƣởng không nhỏ đến sức khỏe ngƣời dân.
Trƣớc tình hình trên, việc quan trắc môi trƣờng nƣớc LVS Nhuệ - Đáy ngày
càng đƣợc chú trọng, mạng lƣới quan trắc đƣợc mrộng với nhiều điểm quan trắc
khác nhau, số liệu quan trắc đƣợc cập nhật thƣờng xuyên phản ánh hiện trạng môi
2
trƣờng nƣớc ở khu vực này. Tuy nhiên, phƣơng pháp truyền thống (sdụng các tiêu
chuẩn, quy chuẩn đã xây dựng sẵn) không phản ánh đƣợc diễn biến chất lƣợng nƣớc
sông theo không gian và thời gian cũng nhƣ khó phân loại chất lƣợng nƣớc cho một
mục đích cụ thể. Để khắc phục những hạn chế y, góp phần nâng cao hiệu quả
quản chất lƣợng ớc LVS, cần phải đánh giá đƣợc xu thế diễn biến chất lƣợng
nƣớc sông của khu vực. Chỉ số chất lƣợng nƣớc sự tích hợp số liệu mô tả đặc tính
ô nhiễm của nhiều tham số trong một chỉ số duy nhất, công cụ giúp đánh giá
nhanh chất lƣợng nƣớc sông một cách tổng quát, từ đó sở trong việc đề xuất
các biện pháp bảo vệ môi trƣờng nƣớc, góp phần nâng cao hiệu ququản chất
lƣợng nƣớc LVS [5,7,9].
3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Các phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng thủy vực
1.1.1. Phương pháp đánh giá theo tiêu chuẩn
Đây phƣơng pháp truyền thống đƣợc áp dụng ph biến đánh giá chất
lƣợng thủy vực thông qua việc so sánh giá trị các tham số chất lƣợng nƣớc với các
tiêu chuẩn, quy chuẩn xây dựng sẵn. Tiêu chuẩn quy định về đặc tính kỹ thuật
yêu cầu quản lý, do một tổ chức công bố dƣới dạng văn bản để tự nguyện áp dụng.
Việt Nam, trƣớc giai đoạn 2009, việc đánh giá chất lƣợng nƣớc mặt thƣờng dựa
vào tiêu chuẩn TCVN 5942:1995. Tuy nhiên trong quá trình triển khai, tiêu chuẩn
này bộc lộ nhiều vấn đề bất cập:
- Các quy định pháp luật về xây dựng, ban hành và áp dụng tiêu chuẩn chƣa
đầy đủ đồng bộ, chƣa tƣơng thích với thông lệ quốc tế kém hài hòa với hệ
thống tiêu chuẩn của các nƣớc phát triển trong khu vực cũng nhƣ trên thế giới [32].
- Tổ chức hoạt động tiêu chuẩn hóa chƣa phù hợp với cơ chế quản lý kinh tế
thị trƣờng, còn chịu ảnh hƣởng nặng nề của phƣơng thức tiếp cận từ trên xuống vốn
đặc thù của nền kinh tế tập trung. Việc xây dựng, ban hành tiêu chuẩn quốc gia
chủ yếu phục vụ yêu cầu quản của các quan nhà nƣớc mà chƣa thu hút đƣợc
sự tham gia rộng rãi của các doanh nghiệp. Chƣa chế hội hóa hoạt động
xây dựng tiêu chuẩn để huy động đƣợc các nguồn lực xã hội [32].
- Hệ thống tiêu chuẩn 3 cấp (tiêu chuẩn Việt Nam, tiêu chuẩn ngành tiêu
chuẩn sở) không hệ thống quy chuẩn kỹ thuật bắt buộc áp dụng dẫn đến
nhiều bất cập trong quá trình áp dụng, nhiều tiêu chuẩn lạc hậu so với thực tiễn,
mức độ hài hòa với tiêu chuẩn quốc tế còn thấp [32].
Để khắc phục những hạn chế trên, hệ thống Quy chuẩn kỹ thuật đƣợc xây
dựng đƣa vào áp dụng. Từ năm 2009, tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc TCVN 5942
đƣợc thay thế bởi QCVN 08 - 2008:2008/BTNMT. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia
quy định về mức giới hạn của đặc tính chất lƣợng đƣợc ban hành dƣới dạng văn
bản để bắt buộc phải áp dụng.
4
Phƣơng pháp tiêu chuẩn cho phép đánh giá ngay đƣợc chất lƣợng nƣớc,
thông số nào đạt hay không đạt tiêu chuẩn cho phép. các thời điểm khác nhau và
tùy vào mục đích sử dụng số lƣợng các thông số cần đánh giá cũng nhƣ các
ngƣỡng tiêu chuẩn cho từng thông số khác nhau. Tuy nhiên, phƣơng pháp này
còn nhiều hạn chế trong việc trong việc biểu diễn chất lƣợng nƣớc tổng quát, khó
phân vùng phân loại chất lƣợng nƣớc sông, do đó khó khăn trong việc so sánh
chất lƣợng nƣớc theo thời gian không gian. Bên cạnh đó còn gây khó khăn trong
việc phân loại chất lƣợng nƣớc cho một mục đích cụ thể cũng nhƣ công tác theo dõi
diễn biến chất lƣợng nƣớc, đánh giá hiệu quả đầu để bảo vệ nguồn nƣớc kiểm
soát ô nhiễm nƣớc. Phƣơng pháp truyền thống khó sử dụng phổ biến thông tin
cho cộng đồng, các quan quản lý, nhà lãnh đạo để đề ra các quyết định phù hợp
về bảo vệ và khai thác nguồn nƣớc.
1.1.2. Phương pháp chỉ số chất lượng nước
1.1.2.1. Khái niệm chỉ số chất lượng nước
Chỉ số chất lƣợng nƣớc (Water Quality Index WQI) một chỉ số tổ hợp
đƣợc tính toán từ các thông số chất lƣợng ớc xác định thông qua một công thức
toán học. WQI dùng để tả định lƣợng về chất lƣợng đƣợc biểu diễn qua một
thang điểm [12]. WQI cung cấp thông tin ới dạng đơn giản dễ hiểu cho các cơ
quan quản tài nguyên nƣớc quyết định về chất lƣợng khả năng sử dụng của
một lƣu vực nƣớc nào đó [18]
1.1.2.2. Lịch sử phát triển chỉ số chất lượng nước
Chỉ số Horton (1965) chỉ số WQI đầu tiên đƣợc y dựng trên thang số.
Hiện nay, hầu hết các mô hình chỉ số chất lƣợng nƣớc đều đƣợc xây dựng thông qua
quy trình 4 bƣớc nhƣ sau:
Bước 1: Lựa chọn thông số
rất nhiều thông số thể thể hiện chất lƣợng nƣớc, sự lựa chọn các
thông số khác nhau để tính toán WQI phụ thuộc vào mục đích sử dụng nguồn nƣớc
và mục tiêu của WQI. Các thông số đƣợc lựa chọn theo 5 nhóm chỉ thị sau:
- Hàm lƣợng Oxy: DO;
5
- Phú dƣỡng: N-NH
4
, N-NO
3
, Tổng N, P-PO
4
, Tổng P, BOD
5
, COD, TOC;
- Các khía cạnh sức khỏe: Tổng Coliform, Fecal Coliform, ợng thuốc
bảo vệ thực vật, các kim loại nặng;
- Đặc tính vật lý: Nhiệt độ, pH, Màu sắc;
- Chất rắn lơ lửng: Độ đục, TSS.
Bước 2: Chuyển đổi các thông số về cùng một thang đo (tính toán chỉ số phụ)
Các thông số thƣờng đơn vị khác nhau các khoảng giá trị khác
nhau, vì vậy để tập hợp đƣợc các thông số vào chỉ số WQI phải chuyển các thông số
về cùng một thang đo. Bƣớc y sẽ tạo ra một chỉ sphcho mỗi thông số. Chỉ số
phụ có thể đƣợc tạo ra bằng tỉ số giữa giá trị thông sốgiá trị trong quy chuẩn. Có
nhiều thang đo có thể sử dụng: 0 ÷ 1, 0 ÷ 10, 0 ÷ 14, 0 ÷ 16, 0 ÷ 25, 0 ÷ 100, …[12].
rất nhiều phƣơng pháp chuyển đổi thông số nhƣng phƣơng pháp đƣờng
cong tỉ lệ (rating curve) đƣợc sử dụng rộng i nhất. Đƣờng cong tỉ lệ là một hàm số
dùng để tính toán WQI phụ từ giá trị thông số, đƣợc xây dựng từ các tiêu chuẩn về
nƣớc mặt và các nghiên cứu về nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc.
Bước 3 : Trọng số
Trọng số đƣợc đƣa ra khi ta cho rằng các thông số tầm quan trọng khác
nhau đối với chất lƣợng nƣớc. Mỗi lƣu vực khác nhau có các đặc điểm khác nhau và
có các trọng số khác nhau. Ví dụ cụ thể với DO, trong phƣơng pháp Delphi trọng số
của DO 0,17. Để phù hợp với điều kiện của Việt Nam, trong nghiên cứu của TS.
Lê Trình DO đƣợc sử dụng với trọng số là 0,18. Lựa chọn các thông số sao cho tổng
trọng số của các thông số bằng 1.
Bước 4 : Tính toán chỉ số WQI cuối cùng
Các phƣơng pháp thƣờng đƣợc sử dụng để tính toán WQI cuối cùng từ các
chỉ số phụ: trung bình cộng, trung bình nhân hoặc giá trị lớn nhất.
Chỉ số chất lƣợng nƣớc của Horton s cho việc phát triển hình
chất lƣợng nƣớc sau này [12]
1.1.2.3. Ưu điểm của WQI trong đánh giá diễn biến chất lượng nước
6
Việc sử dụng WQI thể khắc phục đƣợc các hạn chế trong cách đánh giá
nghiên cứu diễn biến chất lƣợng nƣớc theo phƣơng pháp truyền thống. Các ƣu điểm
và hạn chế của phƣơng pháp này so với phƣơng pháp truyền thống nhƣ sau:
Bảng 1.1. Ưu nhược điểm của các phương pháp đánh giá diễn biến chất lượng nước [9]
Phƣơng pháp đánh giá bằng WQI
- Cho phép phân loại chất lƣợng nƣớc cho
một mục đích sử dụng nhất định
- Cho phép so sánh chất lƣợng nƣớc theo thời
gian và không gian.
- Thuận lợi hơn trong việc theo theo dõi
đánh giá diễn biến chất lƣợng nƣớc để kịp thời
những giải pháp quản thích hợp đánh
giá thuận lợi cho việc đánh ghiệu quả đầu tƣ
- WQI cho phép ƣớc lƣợng hóa khả
năng phỏng tác động tổng hợp của nồng
độ nhiều thành phần, trong đó đã tính đến
mức độ đóng góp quan trọng của từng thông
số, do đó đơn giản hóa và dễ hiểu. Thuận lợi
cho việc sử dụng phổ biến trong cộng đồng.
1.1.2.4. Các phương pháp tính toán chỉ số chất lượng nước
a. Thế giới
WQI đƣợc đề xuất áp dụng đầu tiên Mvào những năm 1965 1970
và đang đƣợc áp dụng rộng rãi ở nhiều bang. Hiện nay nhiều hình WQI đã đƣợc
triển khai nghiên cứu áp dụng nhiều quốc gia n Ấn Độ, Canada, Chi Lê, Anh,
Wales, Đài Loan, Úc, Malaysia. WQI đƣợc xem công cụ hữu hiệu đối với nhà
quản môi trƣờng trong giám sát chất lƣợng nƣớc, quản nguồn nƣớc. Sử dụng
WQI sẽ thuận lợi hơn trong việc ứng dụng tin học quản chất lƣợng ớc bản
7
đồ hóa chất lƣợng nƣớc. Từ những năm 70 đến nay, trên thế giới đã hàng trăm
công trình nghiên cứu phát triển áp dụng hình WQI cho quốc gia hay địa
phƣơng mình. Dƣới đây một số mô hình chính đang đƣợc áp dụng trên thế giới.
Mô hình WQI của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Hoa Kỳ (NSF-WQI) [25]
NSF-WQI đƣợc ứng dụng nhiều nhất hiện nay trên thế giới, trên sở của
Horton, đƣợc xây dựng bằng cách sử dụng kỹ thuật Delphi của tập đoàn Rand.
NSF-WQI thu nhận tổng hợp ý kiến của số đông các các nhà khoa học về chất
lƣợng nƣớc khắp nƣớc Mỹ để lựa chọn ra các thông số chất lƣợng nƣớc quyết định
(X
i
), sau đó xác lập phần trọng lƣợng đóng góp của từng thông s(w
i
) tiến hành
xây dựng các đồ thị chuyển đổi từ các gtrị đo đƣợc của thông số sang chỉ số phụ
(qi). WQI-NSF tính đến vai trò (trọng số) của các thông số tham gia trong WQI
so sánh các kết quả với giá trị chuẩn qua giản đồ tính chỉ số phụ (qi). Tuy nhiên
các giá trị trọng số (wi) hoặc giản đồ tính chỉ số phụ (qi) trong NSF-WQI hiện chỉ
thích hợp với điều kiện chất lƣợng nƣớc của Mỹ.
NSF-WQI đƣợc tính theo một trong hai công thức: dạng tổng (WA-WQI)
dạng tích (WM-WQI) với 9 thông số đƣợc lựa chọn là oxy hoà tan (DO), F.coli, pH,
nhu cầu oxy sinh hoá (BOD
5
), NO
3
-
, PO
4
3-
, biến thiên nhiệt độ nƣớc giữa 2 điểm
quan trắc gần nhau (
T), độ đục tổng chất rắn (TSS). Công thức tính toán các
chỉ số WQI nhƣ sau:
WA-WQI =
9
1i
ii
qw
WM-WQI =
9
1i
w
i
i
q
Trong đó:
qi: Chỉ số phụ của thông số i
w: Trọng số của thông số thứ i. Trọng số của 9 thông số đƣợc tổng kết trong
bảng 1.2
Bảng 1.2. Trọng số của các thông số trong NSF-WQI [25]
DO
(mg/l)
F.coli
(MPN/100ml)
pH
BOD
5
(mg/l)
NO
3
-
(mg/l)
PO
4
3-
(mg/l)
T
(%)
Độ đục
(NTU)
TSS
(mg/l)
0,17
0,15
0,12
0,10
0,10
0,10
0,10
0,08
0,08