Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Sử dụng các phương pháp tính toán chất lượng nước cho một số sông thuộc lưu vực sông Nhuệ, sông Đáy

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:103

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là góp phần nâng cao hiệu quả quản lý môi trường sông Nhuệ - Đáy thông qua việc áp dụng phương pháp tính toán chỉ số chất lượng nước; áp dụng những kiến thức đã được đào tạo trong nhà trường vào điều kiện thực tế.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Sử dụng các phương pháp tính toán chất lượng nước cho một số sông thuộc lưu vực sông Nhuệ, sông Đáy

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Cái Anh Tú SỬ DỤNG CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHẤT LƢỢNG NƢỚC CHO MỘT SỐ SÔNG THUỘC LƢU VỰC SÔNG NHUỆ, SÔNG ĐÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2013
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Cái Anh Tú SỬ DỤNG CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHẤT LƢỢNG NƢỚC CHO MỘT SỐ SÔNG THUỘC LƢU VỰC SÔNG NHUỆ, SÔNG ĐÁY Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỠNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS: Trần Yêm Hà Nội - 2013
LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các Thầy, Cô trong Khoa Môi trường, gia đình và bạn bè. Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Trần Yêm, người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Môi trường nói chung, Bộ môn Công nghệ Môi trường nói riêng đã tạo điều kiện tốt để tôi hoàn thành khóa học này. Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, cổ vũ tôi trong suốt quá trình học tập. Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2013 Người thực hiện luận văn Cái Anh Tú i
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng: số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và thông trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2013 Người thực hiện luận văn Cái Anh Tú ii
MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1- 2 Mục tiêu nghiên cứu 1 Phạm vi nghiên cứu 1 Nội dung nghiên cứu 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1.1.Một số đặc điểm chính về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội 3 -7 tại lưu vực sông Nhuệ, sông Đáy 1.2.Một số nghiên cứu chính đã thực hiện về chất lượng nước 7 sông Nhuệ - Đáy 1.3.Tổng quan về chỉ số chất lượng nước (WQI) 7- 8 1.3.1.Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới về về áp dụng các 8 chỉ số đánh giá chất lượng nước mặt 1.3.2.Tổng quan các nghiên cứu đã thưc hiện ở Việt Nam về áp 9- dụng các chỉ số đánh giá chất lượng nước mặt 14 Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu 15 - 16 2.2. Phương pháp nghiên cứu 16 - 23 Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả quan trắc hiện trạng chất lượng nước sông Nhuệ, 24 sông Đáy iii
3.2. Tính toán chỉ số thể hiện chất lượng nước sông Đáy – Nhuệ 44 3.2.1. Phương pháp 1 - Đánh giá sắp xếp chất lượng nước sông 46 thông qua số lần thông số môi trường quan trắc đạt và không đat – QCVN 48 3.2.2. Phương pháp 2 – Đánh giá chất lượng nước thông qua việc 48 tính toán chỉ số ô nhiễm tổng IB1 3.2.3. Phương pháp 3 – Đánh giá chất lượng nước thông qua việc 52 tính toán chỉ số WQI A) Kịch bản 1: Tính WQI không có trọng số 53 – 58 B) Kịch bản 2: Tính WQI có trọng số 58 Trường hợp 1: Chỉ số WQI có trọng số riêng cho sông Đáy 60 Trường hợp 2: Chỉ số WQI có trọng số riêng cho sông Nhuệ 64 Trường hợp 3 - Trọng số chung cho cả lưu vực Nhuệ-Đáy 65 3.2.4. Phương pháp 4 – Đánh giá chất lượng nước thông qua việc 70 xác định trạng thái chất lượng nước 3.2.5. Nhận xét các phương pháp đánh giá chất lượng nước 71 Nhận xét phương pháp đánh giá chất lượng nước thông qua số lần 71 quan trắc có thông số môi trường đạt và không đạt QCVN Nhận xét phương pháp xác định chất lượng nước qua tính toán 71 chỉ số giá trị tỷ lệ trung bình Nhận xét phương pháp xác định chất lượng nước qua tính toán 71 chỉ số WQI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 80 - 84 iv
Kiến nghị 85 Tài liệu tham khảo 86 - 88 Phụ lục 89 - 100 v
MỞ ĐẦU Số liệu quan trắc nước mặt từ các chương trình quan trắc thường được sử dụng trong các báo cáo hiện trạng môi trường các lưu vực sông. Các thông số trong môi trường nước được phân tích đánh giá và đưa ra các nhận định về hiện trạng và diễn biến của chất lượng nước. Ngoài các phân tích đánh giá cho từng thông số, các bộ chỉ thị môi trường quốc gia cũng đã được xây dựng. Bộ chỉ thị môi trường nước mặt lục địa đã có quy định chi tiết và đang được áp dụng cho cấp độ địa phương cũng như quốc gia. Trước đây, đã có nhiều chương trình quan trắc ở lưu vực sông Nhệu – Đáy nhưng nhìn chung hoạt động quan trắc vẫn còn một số hạn chế như: - Các dữ liệu quan trắc được thu thập chưa đầy đủ. - Một số chương trình quan trắc chưa được gắn liền với mục tiêu sử dụng nước. - Phương pháp tiếp cận, phương pháp đánh giá chất lượng nước hiện vẫn còn chưa thống nhất, chưa hệ thống, trong đó có việc sử dung các chỉ số để đánh giá. Chỉ số chất lượng nước và các phương pháp đánh giá chất lượng nước là công cụ phục vụ việc đánh giá mức độ ô nhiễm từng đoạn sông phục vụ mục đích quy hoạch sử dụng hợp lý nguồn nước mặt và xây dựng định hướng kiểm soát ô nhiễm, bảo vệ môi trường nước. Từ đó, xây dựng các biện pháp để kiểm soát ô nhiễm môi trường nước tốt hơn, đây là một vấn đề rất cần thiết và cấp bách. Lưu vực sông Nhuệ - Đáy là một trong ba lưu vực được quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực bảo vệ môi trường lưu vực sông ở Việt Nam do các chức năng và vị trí quan trọng của lưu vực. Luận văn “Sử dụng các phương pháp tính toán chỉ số chất lượng nước cho một số sông thuộc lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy” được thực hiện với các mục tiêu, phạm vi và nội dung nghiên cứu chính như sau: Mục tiêu nghiên cứu - Góp phần nâng cao hiệu quả quản lý môi trường sông Nhuệ - Đáy thông qua việc áp dụng phương pháp tính toán chỉ số chất lượng nước. 1
- Tác giả được áp dụng những kiến thức đã được đào tạo trong nhà trường vào điều kiện thực tế. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu đã tiến hành 12 đợt khảo sát, đo đạc và lấy mẫu phân tích trong 12 tháng liên tục (từ tháng 11 năm 2012 đến tháng 10 năm 2013) tại tất cả các điểm lấy mẫu. Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu bao gồm các vấn đề chính như sau: 1. Hiện trạng chất lượng môi trường nước sông tại sông Nhuệ, sông Đáy - Kết quả quan trắc hiện trạng chất lượng nước sông Đáy. - Kết quả quan trắc hiện trạng chất lượng nước sông Nhuệ 2. Tính toán chỉ số thể hiện chất lượng nước sông Đáy – Nhuệ Kết luận và kiến nghị 2
Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1.1. Một số đặc điểm chính về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tại lƣu vực sông Nhuệ, sông Đáy Lưu vực sông Nhuệ - Đáy có tọa độ địa lý từ 200 - 21020' vĩ độ Bắc và 1050 - 106030' kinh độ Đông, diện tích 7665 km2, chiếm 10% diện tích toàn lưu vực sông Hồng, Bao gồm địa phận hành chính của các tỉnh sau: Tỉnh Hòa Bình: gồm các huyện Lương Sơn, Kim Bôi, Lạc Thủy, Yên Thủy. Thành phố Hà Nội: gồm nội thành, quận Hà Đông (Tp.Hà Đông), các huyện Từ Liêm, Thanh Trì, Đan Phượng, Hoài Đức, Thường Tín, Phú Xuyên, Thanh Oai, Ứng Hòa, Chương Mỹ, Mỹ Đức. Tỉnh Hà Nam: gồm thành phố Phủ Lý và các huyện Duy Tiên, Lý Nhân, Kim Bảng, Bình Lục, Thanh Liêm. Tỉnh Nam Định: gồm thành phố Nam Đinh và các huyện Nam Trực, Vụ Bản, Xuân Trường, Trực Ninh, Nghĩa Hưng, Ý Yên, Giao Thủy, Hải Hậu. Tỉnh Ninh Bình: gồm thành phố Ninh Bình, tp. Tam Điệp và các huyện Gia Viễn, Nho Quan, Hoa Lư, Yên Khánh, Yên Mô, Kim Sơn. Lưu vực được giới hạn như sau: Phía Bắc và phía Đông được giới hạn bởi đê Sông Hồng kể từ ngã ba Trung Hà tới cửa Ba Lạt với chiều dài 242 km. Phía Tây Bắc giáp với Sông Đà từ Ngòi Lát tới Trung Hà với chiều dài khoảng 33 km. Phía Tây và Tây Nam là đường phân lưu giữa lưu vực sông Hồng với lưu vực sông Mã bởi dãy núi Ba Vì, Cúc Phương – Tam Điệp, kết thúc tại núi Mai An Tiêm (nơi có sông Tống gặp sông Cầu Hội) và tiếp theo là sông Càn dài 10km rồi đổ ra biển tại Cửa Càn. 3
Phía Đông và Đông Nam là biển Đông, có chiều dài khoảng 95 km từ cửa Ba Lạt tới Cửa Càn. Lưu vực sông Nhuệ - Đáy là khu vực có nền kinh tế - xã hội phát triển. Trong vùng đã hình thành một mạng lưới đô thị, với Hà Nội là thủ đô và là thành phố loại I trực thuộc Trung ương, thành phố Nam Định là đô thị loại 2, ngoài ra còn các thị xã tỉnh lị và thị xã công nghiệp. Theo kết quả khảo sát của Bộ Tài nguyên và Môi trường trong tháng 8/2013, trung bình mỗi ngày hiện nay 2 con sông Nhuệ và Đáy phải tiếp nhận khoảng 3,8 triệu m3 nước thải các loại, trong đó Hà Nội chiếm tới 48,8%, các tỉnh khác lần lượt là Nam Định 17,8%, Hà Nam 15%, Ninh Bình 14% và Hoà Bình chiếm 4,4%. Và trong 3,8 triệu m3 nước thải đó thì nước thải từ trồng trọt và chăn nuôi là 2,6 triệu m3 chiếm 62% tổng lượng thải, nước thải công nghiệp chiếm 16% (tương đương 636.000 m3 nước thải)… Theo sở TNMT Hà Nội, có hơn 700 nguồn thải công nghiệp, làng nghề, bệnh viện, sinh hoạt vào sông Nhuệ- Đáy hầu hết không qua xử lý /1/ /2/ Trên lưu vực này có khoảng 60-70% dân số toàn lưu vực sản xuất nông nghiệp, sử dụng phân bón và thuốc bảo vệ thực vật không đúng quy cách. Bên cạnh đó, chăn nuôi đang được khuyến khích đầu tư phát triển với số lượng đàn vật nuôi không ngừng tăng theo thời gian đang tác động rất xấu đến lượng nước thải, bởi hầu hết lượng nước thải đều đổ xuống các nguồn nước mặt. Theo số liệu thống kê của các Sở TN&MT các tỉnh, thành phố trong lưu vực thì hiện nay trong lưu vực có 458 làng nghề, phần lớn các cơ sở tiểu thủ công nghiệp tại các làng nghề đều phát triển tự phát theo yêu cầu của thị trường nên thiết bị, công nghệ đơn giản, mặt bằng sản xuất nhỏ, khả năng đầu tư cho các hệ thống xử lý nước thải rất hạn chế. Nước thải của các làng nghề này không qua xử lý hoặc xử lý ko hiệu quả. Tổng lượng nước thải phát sinh từ các làng nghề này khoảng 50.000-60.000m3 nước thải/ngày, trong đó riêng ở Hà Nội đã chiếm khoảng 40% /1/ /2/. Về đặc điểm thủy văn, nói chung, 90% lượng dòng chảy trên lưu vực sông Đáy có nguồn gốc từ sông Hồng chuyển sang, chỉ 10% còn lại bắt nguồn từ trên lưu vực. Tổng dòng chảy năm khoảng 28,8 tỉ m3, trong đó có đến 25,8 tỉ m3 (chiếm 85-90%) bắt nguồn 4
từ sông Hồng qua sông Đào. Lượng dòng chảy trên sông Hoàng Long chiếm khoảng 2.4% tổng dòng chảy năm, tương đương 0.68 tỉ m3. Lượng dòng chảy trên sông Tích vào sông Đáy tại Ba Thá chiếm khoảng 4.7%, tương đương 1.35 tỉ m3. Mật độ lưới sông trong lưu vực biến đổi trong phạm vi 0.7 - 1.2 km/km2. Hệ thống sông này gồm 2 con sông chính là sông Nhuệ và sông Đáy. Chế độ thủy văn sông Nhuệ - sông Đáy không những chịu ảnh hưởng của các yếu tố mặt đệm trên bề mặt lưu vực, các yếu tố khí hậu mà còn phụ thuộc vào chế độ dòng chảy của nước sông Hồng và các sông khác cũng như chế độ vận hành của các công trình thủy lợi trên sông. Vì thế mà chế độ thủy văn ở đây rất phức tạp và có sự khác nhau nhất định giữa các đoạn sông. Sự phân bố theo thời gian thể hiện rõ nét thông qua phân phối dòng chảy trong năm. Phân phối dòng chảy năm phụ thuộc vào sự phân phối theo mùa của lượng mưa năm nên dòng chảy trong năm cũng phân phối không đều và thể hiện hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô. Mùa mưa từ tháng V đến tháng X, chiếm 80 - 85% lượng mưa cả năm. Mùa khô từ tháng XI đến tháng IV năm sau. a) Sông Nhuệ: bắt nguồn tại cống Liên Mạc, lấy nước từ sông Hồng chảy vào. Đây là nguồn nước cấp cho nhiều hệ thống, công trình thủy lợi như Hà Đông, Đồng Quan, Nhật Tựu, Lương Cổ - Điệp Sơn. Ngoài ra, sông Nhuệ còn đóng vai trò tiêu nước cho thành phố Hà Nội và thị xã Hà Đông. Nước sông Tô Lịch thường xuyên xả vào sông Nhuệ với lưu lượng trung bình từ 11 - 17 m3/s, lưu lượng cực đại đạt 30 m3/s. Sông Nhuệ dài 75 km, chảy vào sông Đáy tại thị xã Phủ Lý, Hà Nam. Lưu vực sông Nhuệ có diện tích khoảng 1.070 km2, chiếm 13,5% tổng diện tích toàn lưu vực. Nối liền sông Nhuệ với sông Đáy có các sông Vân Đình dài 11,8 km, sông La Khê dài 6,8 km, Ngoại Độ dài 12 km, sông Duy tiên dài 21 km, một số sông nhỏ khác tạo thành một mạng lưới tưới tiêu tự chảy hoàn chỉnh. Tổng chiều dài 113,6 km, lưu lượng đến 150 m3/s vào mùa mưa và mùa cạn chỉ đạt 41m3/s. Sông Nhuệ có lưu lượng đến 150 m3/s vào mùa mưa. Mùa cạn chỉ đạt 41m3/s. Chế độ dòng chảy của sông Nhuệ chịu ảnh hưởng nhiều bởi chế độ vận hành của các công trình thủy lợi trên sông. Mực nước sông Nhuệ về mùa mưa tại hạ lưu đập Hà Đông nơi cửa xả của đập Thanh Liệt khoảng 5,20 - 5,77 m. Cao độ ruộng ven sông 5,4m. Mật độ lưới sông trong lưu vực biến đổi trong phạm vi 0.7 - 1.2 km/km2. Hệ thống sông này gồm 2 con sông chính là sông Nhuệ và sông Đáy. 5
Chế độ thủy văn sông Nhuệ - sông Đáy không những chịu ảnh hưởng của các yếu tố mặt đệm trên bề mặt lưu vực, các yếu tố khí hậu mà còn phụ thuộc vào chế độ dòng chảy của nước sông Hồng và các sông khác cũng như chế độ vận hành của các công trình thủy lợi trên sông. Vì thế mà chế độ thủy văn ở đây rất phức tạp và có sự khác nhau nhất định giữa các đoạn sông. Sự phân bố theo thời gian thể hiện rõ nét thông qua phân phối dòng chảy trong năm. Phân phối dòng chảy năm phụ thuộc vào sự phân phối theo mùa của lượng mưa năm nên dòng chảy trong năm cũng phân phối không đều và thể hiện hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô. Mùa mưa từ tháng V đến tháng X, chiếm 80 - 85% lượng mưa cả năm. Mùa khô từ tháng XI đến tháng IV năm sau. b) Sông Đáy: Nguyên là một phân lưu lớn của sông Hồng, chảy theo hướng Tây Bắc – Đông Nam và đổ ra biển Đông tại cửa Đáy. Kể từ năm 1937, sau khi đập Đáy được xây dựng, sông Đáy hầu như chỉ nhận nước từ sông Hồng qua cửa đập Đáy vào những năm phân lũ. Vì vậy, phần đầu nguồn sông Đáy, khoảng 70km từ km 0 đến Ba Thá, coi như đoạn sông chết. Lượng nước để nuôi sông Đáy chủ yếu do các sông nhánh cung cấp, quan trọng nhất là sông Tích, sông Bôi, sông Đào và sông Nhuệ. Sông Đáy dài 237 km, diện tích lưu vực khoảng 6.592 km2 (chiếm 83% diện tích toàn LVS Nhuệ - Đáy). Chế độ dòng chảy của sông Đáy rất phức tạp và có sự khác nhau giữa các đoạn sông do địa hình lòng dẫn và ảnh hưởng từ chế độ dòng chảy của sông Đào và triều cường Sông Đáy có chiều dài khoảng 240 km, diện tích lưu vực xấp xỉ 850.000 ha. Sông Đáy nguyên là một phân lưu lớn đầu tiên ở hữu ngạn sông Hồng, bắt đầu từ cửa Hát Môn chảy theo hướng Đông Bắc – Tây Nam rồi đổ ra biển qua Cửa Đáy. Sông Đáy bản thân nó cũng có các sông nhánh khác đổ vào nên chế độ dòng chảy tương đối phức tạp, vừa chịu ảnh hưởng của sông Hồng vừa chịu ảnh hưởng của các sông nội địa và thủy triều. Nhìn chung, sông Đáy hoàn toàn mang các đặc thù của sông đồng bằng. Vào mùa lũ, dòng chảy lũ trên sông Đáy phản ánh các đặc trưng chế độ dòng chảy lũ cả trên sông Hồng cũng như trên vùng núi. Do có đập Đáy, nước sông Hồng không thường xuyên vào sông Đáy qua cửa đập này trừ những khi phân lũ. Khi đập đáy đóng, sông Đáy chủ yếu nhận nước từ các sông nhánh là: sông Tích, sông Thanh Hà, Sông Châu Giang, sông Nhuệ, sông Hoàng Long, sông Sắt, sông Đào và sông Bút, phần đầu nguồn sông (từ km 0 đến Ba Thá dài 71 6
km) coi như một đoạn sông chết. Ở đoạn sông này xảy ra hiện tượng bồi lắng, nhân dân ven sông lấn đất canh tác làm dòng sông hẹp và nông, cản trở việc thoát lũ mùa mưa. Tại điểm giao nhau giữa sông Đáy và sông Hồng thuộc địa phận tỉnh Hà Tây cũ có hai công trình kiểm soát lũ trên sông Đáy, điều tiết dòng chảy từ sông Hồng vào. Việc tiêu nước trên sông Đáy dùng động lực là chính, chỉ có một số khu vực miền núi, trung du giáp biển là có thể tự chảy vì lợi dụng được độ dốc và thủy triều. 1.2. Một số nghiên cứu chính đã thực hiện về chất lƣợng nƣớc sông Nhuệ - Đáy Trong thời gian qua đã có một số nghiên cứu về chất lượng nước sông Nhuệ - Đáy, trong đó tiêu biểu là nghiên cứu: - Nghiên cứu của Trường Đại học Thuỷ lợi và Viện Quy hoạch Thuỷ lợi thông qua đề tài nghiên cứu khoa học nhằm tìm giải pháp làm hồi phục lại dòng sông Đáy. Qua phân tích tổng hợp và tính toán, nghiên cứu đã đưa ra phương án cải tạo sông Đáy thành sông tự nhiên nhằm duy trì dòng chảy sông Đáy với lưu lượng vào mùa kiệt từ 36 - 106 m3/s, mùa lũ khoảng 800m3/s, các giải pháp công trình được đề xuất - Nghiên cứu điều tra khảo sát nguồn thải sông Nhuệ - Đáy, Tổng Cục Môi trường 2010 với những kết quả chính như sau: Chất lượng nước sông Nhuệ - Đáy đang bị ô nhiễm do chịu ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải làng nghề chưa được xử lý hoặc xử lý chưa đạt yêu cầu đã đổ trực tiếp vào sông. Nghiên cứu đã đưa ra các mức xả thải khác nhau từ các nguồn (Hình 1) /12/ Tỷ lệ nước thải công nghiệp đổ vào lưu vực sông Nhuệ Đáy 7% 2% 7% 8% Hà Nôi Hà Nam Nam Định Ninh Bình Hòa Bình 76% Tỷ lệ nƣớc thải công nghiệp đổ vào lƣu Tỷ lệ nƣớc thải công nghiệp đổ vào lƣu 7
vực sông Đáy – Nhuệ /12/ vực sông Đáy – Nhuệ /12/ Tỷ lệ nƣớc thải bệnh viện đổ vào lƣu vực Tỷ lệ phân bố các làng nghề trên lƣu sông Đáy – Nhuệ /12/ vực sông Đáy – Nhuệ /12/ Hình 1 – Tỷ lệ các nguồn nƣớc đổ vào sông lƣu vực sông Nhuệ – Đáy /12/ 1.3. Tổng quan về chỉ số chất lƣợng nƣớc (WQI) 1.3.1. Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới về về áp dụng các chỉ số đánh giá chất lƣợng nƣớc mặt Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index- WQI) là một chỉ số tổ hợp được tính toán từ các thông số chất lượng nước xác định thông qua một công thức toán học. WQI dùng để mô tả định lượng về chất lượng nước và được biểu diễn qua một thang điểm. Hiện nay, có rất nhiều quốc gia, địa phương xây dựng và áp dụng chỉ số WQI. Thông qua một mô hình tính toán, từ các thông số khác nhau ta thu được một chỉ số duy nhất. Sau đó chất lượng nước có thể được so sánh với nhau thông qua chỉ số đó. Đây là phương pháp đơn giản so với việc phân tích một loạt các thông số /20/ /22/ /23/. * Các ứng dụng chủ yếu của WQI bao gồm: - Phục vụ quá trình ra quyết định: WQI có thể được sử dụng làm cơ sở cho việc ra các quyết định phân bổ tài chính và xác định các vấn đề ưu tiên. - Phân vùng chất lượng nước - Thực thi tiêu chuẩn: WQI có thể đánh giá được mức độ đáp ứng/không đáp ứng của chất lượng nước đối với tiêu chuẩn hiện hành - Phân tích diễn biến chất lượng nước theo không gian và thời gian. - Công bố thông tin cho cộng đồng 8
- Nghiên cứu khoa học: các nghiên cứu chuyên sâu về chất lượng nước thường không sử dụng WQI, tuy nhiên WQI có thể sử dụng cho các nghiên cứu vĩ mô khác như đánh giá tác động của quá trình đô thị hóa đến chất lượng nước khu vực, đánh giá hiệu quả kiểm soát phát thải,… * Quy trình xây dựng WQI: Quy trình xây dựng mô hình chỉ số chất lượng nước thông qua 4 bước: - Bước 1: Lựa chọn thông số - Bước 2: Chuyển đổi các thông số về cùng một thang đo – tính toán WQI thông số - Bước 3: Trọng số - Bước 4: Tính toán chỉ số WQI cuối cùng Có rất nhiều quốc gia đã đưa áp dụng WQI vào thực tiễn, cũng như có nhiều các nhà khoa học nghiên cứu về các mô hình WQI. Hoa Kỳ: WQI được xây dựng cho mỗi bang, đa số các bang tiếp cận theo phương pháp của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Mỹ (National Sanitation Foundation-NSF) – sau đây gọi tắt là WQI-NSF Canada: Phương pháp do Cơ quan Bảo vệ môi trường Canada (The Canadian Council of Ministers of the Environment - CCME, 2001) xây dựng Châu Âu: Các quốc gia ở châu Âu chủ yếu được xây dựng phát triển từ WQI – NSF (của Hoa Kỳ), tuy nhiên mỗi Quốc gia – địa phương lựa chọn các thông số và phương pháp tính chỉ số phụ riêng Các quốc gia Malaysia, Ấn Độ phát triển từ WQI – NSF, nhưng mỗi quốc gia có thể xây dựng nhiều loại WQI cho từng mục đích sử dụng. 1.3.2. Tổng quan các nghiên cứu đã thƣc hiện ở Việt Nam về áp dụng các chỉ số đánh giá chất lƣợng nƣớc mặt Phạm Thị Minh Hạnh, 2008 đưa ra mô hình WQI với chỉ số chất lượng nước được chia làm 2 loại là: Chỉ số chất lượng nước cơ bản IB và chỉ số chất lượng nước tổng hợp IO. Chỉ số chất lượng nước cơ bản được tính cho 8 thông số chính (COD, BOD 5, DO, độ đục, SS, NH4+ - N, PO43--P và Coliform. Chỉ số chất lượng nước tổng hợp ngoài 8 9
thông số trên được tính thêm các thông số pH, nhiệt độ, các kim loại nặng và dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong nước, chỉ số chất lượng nước tổng hợp cung cấp nhiều thông tin hơn cho việc đánh giá chất lượng nước. Năm 2009, tổng cục môi trường đã thực hiện tính toán WQI cho sông Cầu, sông Công và sông Ngũ huyện Khê, 2009 và đưa ra nhận định là: - Sông Cầu có 69% số mẫu quan trắc đạt chất lượng nước với WQI thuộc khoảng 76 – 90, có 31% số mẫu quan trắc có WQI thuộc khoảng 51 – 75. - Sông Công: Kết quả tính toán WQI có thể nhận thấy dễ dàng có 69% số mẫu quan trắc đạt chất lượng nước với WQI thuộc khoảng 76 – 90, có 31% số mẫu quan trắc có WQI thuộc khoảng 51 – 75. - So với công Cầu và sông Công thì sông Ngũ Huyện Khê có tỉ lệ các thông số vượt các mức trong Quy chuẩn cao hơn, tức có mức độ ô nhiễm lớn hơn. Có nhiều thông số vượt mức B1 đến trên 30% số mẫu quan trắc /19/. Mỗi thông số sẽ xác định một chỉ số chất lượng nước phụ, chỉ số WQI cuối cùng được xác định bằng việc kết hợp phương pháp trung bình cộng và trung bình nhân không trọng số /19/. Trong 10 năm gần đây, CLN tại các sông trên địa bàn Hà Nội đã được nhiều đơn vị, đề tài, dự án quan trắc, đánh giá /12/ /14/ /15/ 19/.. Công tác này đã và đang được Trung tâm Quan trắc và Phân tích Tài nguyên Môi trường (TNMT) (Sở TN&MT Hà Nội) thực hiện với tần suất trên 300 điểm quan trắc phủ khắp các sông lớn, nhỏ trong khu vực nội thành và ngoại thành. Dựa vào kết quả quan trắc của Sở TN&MT Hà Nội /14/, số liệu phân tích diễn biến CLN theo chiều dài các sông chính kết hợp phương pháp xác định chỉ số CLN (WQI) đề xuất trong Đề tài "Nghiên cứu phân vùng chất lương nước sông hồ theo WQI và đề xuất phương án sử dụng, BVMT nước mặt vùng Hà Nội" đã được Sở KHCN TP. Hà Nội nghiệm thu (2010). Phân vùng CLN sông, hồ (phân vùng theo chất lượng và mức độ ô nhiễm nguồn nước) đối vói một lưu vực sông hoặc một địa phương là nội dung đặc biệt quan trọng không chỉ trong quản lý môi trường mà còn phục vụ cho quy hoạch sử dụng và BVMT 10
nước. Trong năm 2008, Bộ TN&MT đã ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về CLN mặt (QCVN 08:2008/BTNMT). Để có cơ sở khoa học và thực tiễn trong việc phân loại và phân vùng CLN theo QCVN 08:2008/BTNMT cần áp dụng hệ thống phân loại theo chỉ số, CLN (WQI) phù họp đặc điểm nguồn nước của địa phương hoặc lưu vực. Khi có phân vùng tốt, các cấp lãnh đạo và các sở, ngành, doanh nghiệp ở TP. Hà Nội và cộng đồng sẽ xác định rõ: vùng (đoạn sông) đạt yêu cầu về CLN an toàn cho cấp nước sinh hoạt (lấy nước cho nhà máy nước); vùng đạt yêu cầu về CLN có khả năng nuôi trồng thủy sản an toàn, có hiệu quả kinh tế; vùng có khả năng cấp nước thủy lợi an toàn, có chất lượng tốt; vùng có khả năng xây dựng cơ sở thể thao, du lịch dưới nước đủ tiêu chuẩn; vùng không thể sử dụng cho các mục đích trên, cần ưu tiên xử lý, kiểm soát ô nhiễm. Để khắc phục khó khăn trên, cần phải có một hoặc một hệ thống chỉ số cho phép lượng hoá được CLN (nghĩa là biểu diễn CLN theo một thang điểm thống nhất), có khả năng mô tả tác động tổng hợp của nồng độ nhiều thành phần hoá – lý – sinh trong nguồn nước. Một trong số chỉ số đó là chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index - WQI). Năm 2008 Sở KHCN TP. Hà Nội đã giao Viện Môi trường và Phát triển (VESDEC) triển khai Đề tài: Nghiên cứu phân vùng CLN các sông, hồ trên địa bàn TP. Hà Nội (năm 2010). Trong Đề tài, nhóm nghiên cứu đã đề xuất 2 mô hình có thể sử dụng để phân loại CLN ở từng điểm quan trắc tại các sông, hồ trên địa bàn Hà Nội, từ đó kết họp với các phương pháp đo đạc diễn biến CLN liên tục theo các dòng sông có thể cho phép phân vùng CLN các sông, hồ chính /5/. Trong công tác quy hoạch quản lý tài nguyên nước, việc phân vùng CLN trên một diện rộng là một yêu cầu hết sức quan trọng và WQI là một công cụ hữu hiệu để đáp ứng nhiệm vụ này. Để phục vụ cho công tác quy hoạch tài nguyên nước của Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam, WQI đã được được nghiên cứu và sử dụng cho đánh giá CLN. Khi đánh giá CLN qua nhiều thông số riêng biệt sẽ không nói lên diễn biến CLN tổng quát của một con sông ( hay đoạn sông) và 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 gian này với thời gian khác (theo tháng, theo mùa), CLN hiện tại so với tương lai… Vì thế, sẽ gây khó 11
khăn cho công tác giám sát diễn biễn CLN, khó đánh giá hiệu quả đầu tư để bảo vệ nguồn nước và kiểm soát ô nhiễm nước… Khi đánh giá qua các thông số CLN riêng biệt, chỉ các nhà khoa học hoặc nhà chuyên môn mới hiểu được, do đó, khó thông 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 các khó khăn trên, cần phải có một hoặc hệ thống chỉ số cho phép lượng hóa được CLN (biểu diễn CLN theo một thang điểm thống nhất), có khả năng mô tả tác động tổng hợp của nồng độ nhiều thành phần hóa – lý - sinh trong nguồn nước. Một trong những chỉ số đó là chỉ số chất lượng nước ( Water Quality Index – WQI). Tại Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu và đề xuất và áp dụng về bộ chỉ số CLN như các WQI-2 và WQI-4 được sử dụng để đánh giá số liệu CLN trên sông Sài Gòn tại Phú Cường, Bình Phước và Phú An trong thời gian từ 2003 đến 2007. Một số nghiên cứu điển hình như sau: - Nghiên cứu của TS. Tôn Thất Lãng, sử dụng chỉ số chất lượng nước (WQI) để đánh giá và phân vùng chất lượng nước sông Hậu năm 2008 /9/. Nghiên cứu ở đây đã sử dụng WQI để đánh giá và phân vùng chất lượng sông Hậu với mô hình WQI với nhóm gồm 6 thông số: pH, DO, BOD, COD, TSS, Coliform. Mô hình có ứngdụng phương pháp Delphi và phương pháp đường cong tỷ lệ. Để phục vụ công tác quản lý và kiểm soát chất lượng nước sông Hậu, chỉ số chất lượng nước được xây dựng dựa vào phương pháp Delphi. Các hệ thống câu hỏi được gởi đến 40 chuyên gia chất lượng nước tại các Viện Nghiên cứu, trường Đại học, Trung tâm Môi trường v.v… Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước theo các chỉ số chất lượng nước (WQI) và đánh giá khả năng sử dụng các nguồn nước sông, kênh rạch ở vùng thành phố Hồ Chí Minh” năm 2008 do PGS. TS Lê Trình làm chủ nhiệm là một trong những nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam về phân vùng chất lượng nước theo WQI. Nghiên cứu đã xác định với tính định lượng cao các yếu tố ảnh hưởng đến CLN vùng TP. HCM (thủy văn, các nguồn thải CN, sinh hoạt, nông nghiệp, thủy lợi, thủy sản) và dự báo đến năm 2020. Nghiên cứu đã 12
đưa ra diễn biến chất lượng nước (ô nhiễm nước) các sông rạch chính theo không gian và thời gian và thiết lập hệ thống WQI phù hợp cho TP. HCM (và cả lưu vực sông Đồng Nai – Sài Gòn) và tính WQI cho 35 điểm khảo sát vào tháng 3 và tháng 9.2007. Dựa vào điểm số về WQI chất lượng nước tại các điểm đã được phân thành 5 loại (I – V). /7/ Nghiên cứu “Áp dụng phương pháp tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sông Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)” do Nguyễn duy Phú, Trịnh Thị Thanh, 2010 được tiến hành Nghiên cứu đã đánh giá các yếu tố có khả năng ảnh hưởng đến chất lượng nước sông Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội) và đánh giá hiện trạng nước sông Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội) vào mùa lũ và mùa cạn năm 2010. Xây dựng sơ đồ hiện trạng môi trường nước theo chỉ số WQI và đánh giá khả năng sử dụng nguồn nước sông Hồng (đoạn chảy qua địa bàn TP. Hà Nội): Tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI) theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT; Phương pháp đánh giá chất lượng nước theo chỉ tiêu tổng hợp; Đề xuất phương pháp tính chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sông Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội); Xây dựng sơ đồ hiện trạng chất lượng nước sông Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội) theo chỉ số WQI; Đánh giá khả năng sử dụng nguồn nước sông Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội) /5/. Tổng cục Môi trường đã ban hành Sổ tay hướng dẫn kỹ thuật tính toán chỉ số chất lượng nước theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT ngày 01 tháng 07 năm 2011 với mục đích: đánh giá nhanh chất lượng nước mặt lục địa một cách tổng quát; Có thể được sử dụng như một nguồn dữ liệu để xây dựng bản đồ phân vùng CLN; cung cấp thông tin môi trường cho cộng đồng một cách đơn giản, dễ hiểu, trực quan; nâng cao nhận thức về môi trường /16/ /17/. Một số nghiên cứu cho rằng trọng số là không cần thiết. Mỗi lưu vực khác nhau có các đặc điểm khác nhau và có các trọng số khác nhau, vì vậy WQI của các lưu vực khác nhau không thể so sánh với nhau /17/ Việc lựa chọn biến số sử dụng phương pháp DELPHI và tập hợp lại bằng phương pháp chuyên gia. Chuyển đổi các biến số bằng cách logarit hóa để tính các chỉ số 13