Ứng hệ thống thông tin địa lý GIS trong quản lý môi trường

Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu xây dựng bản đồ phân vùng chất lượng nước của lưu vực sông Cầu Tài nguyên nước của nhiều con sông của Việt Nam nói chung đang ở trong tìnhtrạng suy g

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề 6

2 Tính cấp thiếp của đề tài 6

3.Mục đích của đề tài 7

4.Nội dung nghiên cứu 7

5.Phạm vi nghiên cứu 7

NỘI DUNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG CẦU 8

1.1.Điều kiện tự nhiên 8

1.1.1.Vị trí địa lý 9

1.1.2.Chế độ thủy văn 9

1.2.Đặc điểm kinh tế – xã hội 10

1.2.1.Đặc điểm dân cư – xã hội 10

1.2.2.Đặc điểm kinh tế 11

1.3.Hiện trạng môi trường nước trên lưu vực sông Cầu 11

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 30

2.1.Tổng quan về WQI 30

2.2.Kinh nghiệm xây dựng WQI của một số quốc gia trên thế giới 34

2.2.1.Mô hình WQI áp dụng tại bang Origon – Hoa Kỳ 34

2.2.2.Mô hình WQI của Bhargava (Ấn Độ) 35

2.3.Tình hình nghiên cứu & áp dụng chỉ số WQI tại Việt Nam 37

2.3.1.Mô hình WQI của hệ thống sông Đồng Nai 37

2.3.2.Mô hình WQI áp dụng cho sông Hậu 39

2.3.3.Sổ tay hướng dẫn tính toán chí số chất lượng nước theo quyết định số 879/QĐ-TCMT 42

2.4.GIS - Ứng dụng của GIS 47

3.2.Kết quả tính toán WQI theo Bộ Tài Nguyên & Môi Trường 56

3.3.Xây dựng bản đồ phân vùng chất lượng nước lưu vực sông Cầu 59

KẾT LUẬN 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

DANH MỤC HÌNH

1 Hình 1.1: Bản đồ lưu vực Sông Cầu 9

2 Hình 1.2: Biểu đồ giá trị BOD5 thượng lưu 12

3 Hình 1.3: Biểu đồ giá giá trị Coliform thượng lưu 13

4.Hình 1.4: Biểu đồ giá trị COD thượng lưu 14

5 Hình 1.5: Biểu đồ giá trị N- NH4 thượng lưu 15

6 Hình 1.6: Biểu đồ giá trị P- P04 thượng lưu 16

7 Hình 1.7: Biểu đồ giá trị TSS thượng lưu 17

8 Hình 1.8: Biểu đồ giá trị BOD5 trung lưu 18

9 Hình 1.9: Biểu đồ giá giá trị COD trung lưu 19

10.Hình 1.10: Biểu đồ giá trị TSS trung lưu 20

11 Hình 1.11: Biểu đồ giá trị Coliform trung lưu 21

12 Hình 1.12: Biểu đồ giá trị N- NH4 trung lưu 22

13 Hình 1.13: Biểu đồ giá trị P- P04 trung lưu 23

14 Hình 1.14: Biểu đồ giá trị BOD5 hạ lưu 24

15 Hình 1.15: Biểu đồ giá giá trị COD hạ lưu 25

16.Hình 1.16: Biểu đồ giá trị TSS hạ lưu 26

17 Hình 1.17: Biểu đồ giá trị Coliform hạ lưu 27

18 Hình 1.18: Biểu đồ giá trị N- NH4 hạ lưu 28

19 Hình 1.19: Biểu đồ giá trị P- P04 hạ lưu 29

20 Hình 2.1 Đồ thị hàm nhạy FI 36

21 Hình 2.2 Các giá trị xây dựng chỉ số WQI 39

22 Hình 2.3 Đồ thị và hàm số tương quan giữa COD và chỉ số phụ 40

23 Hình 2.4 các thành phần của hệ quản trị cơ sở dữ liệu 48

24 Hình 2.5 Các thành phần cứng chính của GIS 49

26 Hình 2.6 Thành phần phần mềm của GIS 50

27 Hình 2.7 Sơ đồ nhập dữ liệu 50

DANH MỤC BẢNG

1 Bảng 1.1 Cơ cấu dân số các tỉnh thuộc lưu vực sông Cầu 10

2 Bảng 2.1 Các phương pháp thường được sử dụng tính toán WQI 32

3 Bảng 2.2.Bảng thông số chất lượng nước 38

4 Bảng 2.3 Bảng đề xuất phân loại nguồn nước theo WQI 38

5 Bảng 2.4 Các công thức tính WQI 39

6 Bảng 2.5: Trọng số của các thông số chất lượng nước 41

7 Bảng 2.6 Phân loại ô nhiễm nguồn nước mặt 42

8 Bảng 2.7 Bảng quy định giá trị qi, BPi 44

9 Bảng 2.8 Bảng quy định giá trị qi, BPi đối với DO 45

10 Bảng 2.9 Bảng quy định giá trị qi,BPi đối với PH 45

11 Bảng 2.10 Bảng giá trị WQI tương ứng 46

12 Bảng 3.1 Bảng thông số chất lượng nước lưu vực sông Cầu 57

13 Bảng 3.2 Thông số WQI trung bình cho từng đoạn sông 58

14 Bảng 3.3 Chú giản bản đồ phân vùng chất lượng nước lưu vực sông Cầu 60

Tài nguyên nước mặt của Việt Nam được đánh giá là phong phú so với các quốc gia trong khu vực Đông Nam Á và trên Thế Giới Tổng hợp hai nguồn nước mặt(nước mưa và nước sông ): nguồn hình thành trên lãnh thổ quốc gia và từ nước ngoài chảy vào ,nói một cách khái quát,Việt Nam có tổng lượng nước mặt trung bình năm bằng khoảng 830 tỷ m3.Trong đó thành phần hình thành trong nước là 310 tỷ

m3,chiếm 37%;phần từ nướcngoài chảy vào là 520 tỷ m3,chiếm 63% Tài nguyên nước nói trên tồn tại dưới những dạng hình thức khác nhau như sông,hồ kênh,rạch,đầm phá,vừa lưu giữ,vận chuyển, chuyển hóa nước,vừa tạo nên tài nguyên đa dạng sinh học

và nguồn cảnh sắc thiên nhiên vô cùng phong phú và đa dạng

Tuy nhiên,tình hình khai thác và sử dụng tài nguyên nước mặt nói chung ở ViệtNam đã và đang xảy ra những vấn đề mà chúng ta cần phải quan tâm Sông Cầu là mộttrong những con sông của Việt Nam có vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước ngọt cho hoạt dông sản xuất nông nghiệp,công nghiệp,làng nghề thủ công hoạt động đánh bắt thủy sản …Tuy nhiên với sự khai thác quá mức nước sông và việc xả các chất thải xuống dòng sông đã và đang làm suy giảm cả về chất lượng cũng như số lượng nước con sông này

2 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu xây dựng bản đồ phân vùng chất lượng nước của lưu vực sông Cầu

Tài nguyên nước của nhiều con sông của Việt Nam nói chung đang ở trong tìnhtrạng suy giảm cả về số lượng và chất lượng nước.Đối với Sông Cầu,do viêc khai thác

và phát triển chưa hợp lý như phát triển công nghiệp và khai khoáng ồ ạt,chặt phá rừngphòng hộ đầu nguồn cũng như phát triển làng nghề chưa có quy hoạch cụ thể và việc

xử lý nước thải còn bi coi nhẹ …nên nguồn nước,cảnh quan và hệ sinh thái của SôngCầu cũng như lưu vực đang bị suy thoái và có nguy cơ cạn kiệt, nguồn nước càng bị

ô nhiễm nặng nề, giảm giá trị sử dụng, ảnh hưởng xấu đến sản xuất và đời sống, môitrường sinh thái cảnh quan thiên nhiên

Sông Cầu là một nhánh sông quan trọng của hệ thống sông Thái Bình,đây là nơilưu giữ nguồn tài nguyên thiên nhiên dồi dào, cung cấp nước cho các hoạt động côngnghiệp,nông nghiệp và sinh hoạt cho trên địa bàn 6 tỉnh Bắc Kạn, Thái Nguyên, Bắc

Giang, Bắc Ninh, Vĩnh Phúc và Hải Dương Hiện nay, cùng với sự phát triển kinh tế xãhội của 6 tỉnh, hầu hết trong một điều kiện nghèo, đông dân, công nghệ lạc hậu cùngvới sự thiếu ý thức của con người đã làm suy giảm nghiêm trọng chất lượng nước, ảnhhưởng tới cảnh quan lưu vực

Ngày 23 tháng 6 năm 2001, Hội nghị Chủ tịch Uỷ ban nhân dân 6 tỉnh thuộc đề

án Sông Cầu lần thứ 4 nhằm tìm ra giải pháp toàn diện cho vấn đề trên Tại hội nghị đã

ký " Thỏa ước về hợp tác bảo vệ và khai thác bền vững sông Cầu và lưu vực sôngCầu "

Trên cơ sở đó, đề tài " NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÂN VÙNGCHẤT LƯỢNG NƯỚC CỦA LƯU VỰC SÔNG CẦU" được lựa chọn với mục đíchđánh giá tổng quan chất lượng nước sông Cầu dựa trên phương pháp mới, có nhiều

ưu điểm phục vụ công tác quản lý môi trường và đề xuất các biện pháp quản lý môitrường nước

3 Mục đích nghiên cứu của đề tài :

- Nhận dạng các vấn đề môi trường bức xúc liên quan đến chất lượngnước trong lưu

vực sông Cầu

- Cung cấp các số liệu, thông tin cần thiết về hiện trạng và diễn biến chấtlượng nước phục vụ công tác quản lý bảo vệ môi trường lưu vực sông

- Đánh giá chất lượng nước theo phương pháp tính chỉ số chất lượng nước (WQI);

5 Phạm vi nghiên cứu :

- Địa điểm nghiên cứu : nghiên cứu từ thượng lưu,trung lưu vạ hạ lưu sông Cầu.

- Quy mô : lưu vực sông Cầu

- Vấn đề trọng tâm : phân vùng chất lượng nước lưu vực sông Cầu

- Phạm vi : môi trường nước mặt (dòng chảy trên) của sông Cầu

- Thời gian: 23/4/2009 - 27/04/2009

NỘI DUNG CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG CẦU 1.1 Điều kiện tự nhiên :

Sông Cầu là một dòng sông lớn trong hệ thống sông Thái Bình, bắt nguồn từvùng núi Phia Đeng (1527m) sườn đông nam của dãy Pia-bi-óc (Bắc Kạn, Cao Bằng) ,Dòng chính dài 288km, chảy qua các tỉnh Bắc Cạn, Thái Nguyên, Bắc Giang, BắcNinh, Bắc Giang,Vĩnh Phúc và hai huyện của Hà Nội( Đông Anh, Sóc Sơn)

Nhìn chung địa hình sông Cầu thấp dần theo hướng Tây Bắc- Đông Nam và cóthể chia ra làm 3 vùng : miền núi, trung du và đồng bằng

Mạng lưới sông suối của lưu vực sông Cầu tương đối phát triển, Các nhánhsông chính phân bố tương đối đều dọc theo dòng sông chính, nhưng các sôngnhánhtương đối lớn và đều nằm ở phía hữu ngạn lưu vực như các sông: Chợ Đu, Đu, Công,

Cà Lồ…Trên toàn bộ lưu vực có 68 sông suối có chiều dài trên 10km

Hình 1.1: Bản đồ Lưu Vực Sông Cầu

Lưu vực sông Cầu nằm trong phạm vi toạ độ địa lý: 21o07' - 22o18' vĩ bắc, 105o28'

- 106 o08' kinh đông, có tổng diện tích lưu vực là 10530 km2, bao gồm toàn bộ hay phầnlãnh thổ 6 tỉnh (Bắc Kạn, Bắc Giang, Bắc Ninh, Thái Nguyên, Hải Dương, Vĩnh Phúc)

và 2 huyện thuộc Hà Nội, trong đó chính lưu sông Cầu có chiều dài là 288 km và diện tíchlưu vực2 là 6030 km2 Các phụ lưu có tổng chiều dài là 1332 km và diện tích lưu vực

là 3535 km

1.1.2 Chế độ thủy văn :

Dòng chảy trên lưu vực sông Cầu khá đồng đều Lưu vực sông Công có modundòng chảy vào khoảng 27-30 l/s.km2, vùng thượng lưu sông Cầu (từ Thác Riềng trở lên)

có modun dòng chảy năm là 22-24 l/s.km2 thuộc 2 loại trung bình Vùng ít nước nhất

là sông Đu có modun dòng chảy năm là 19,5-23 l/s.km2

Tổng lượng nước trên lưu vực sông Cầu là 4,5 tỷ m3/năm Chế độ thủy văn củacác con sông trong lưu vực sông Cầu được chia thành 2 mùa:

Mùa lũ bắt đầu từ tháng 6 đến tháng 9 và chiếm 70 – 80 % tổng lưu lượng dòng chảy trong năm

- Mùa khô từ tháng 10 đến tháng 5 năm sau, chỉ chiếm 20 – 30 % tổng lưu lượng dòng chảy của năm

Lưu lượng dòng chảy trung bình các tháng trong năm chênh lệch nhau tới 10lần, mực nước cao và thấp nhất chênh nhau khá lớn, có thể tới 5 – 6 m

1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội :

1.2.1 Đặc điểm dân cư – xã hội :

Bảng 1.1: Cơ cấu dân số các tỉnh thuộc lưu vực Sông Cầu

Nguồn Niên giám thống kê năm 2010

Lưu vực chiếm khoảng 47% diện tích của 6 tỉnh Tổng dân số 6 tỉnh thuộc lưuvực năm 2010 khoảng trên 6,7 triệu người Trong đó, dân số nông thôn khoảng 5,7 triệungười, dân số thành thị khoảng trên 1 triệu người Mật độ dân số trung bình khoảng

427 người/km2, cao hơn 2 lần so với mật độ trung bình quốc gia

Vùng núi thấp và trung du là khu vực có mật độ dân cư thấp nhất trong lưu vực,chiếm khoảng 63 % diện tích toàn lưu vực nhưng dân số chỉ chiếm bằng 15 % dân số lưuvực Mật độ dân số cao ở vùng trung tâm và khu vực đồng bằng

Vùng thượng lưu sông Cầu chủ yếu là các đồng bào dân tộc ít người, sống vàcòn nhiều khó khăn Vùng trung và hạ lưu là vùng dân cư đông đúc, có nhiều khu côngnghiệp và làng nghề.Cơ cấu kinh tế của các tỉnh trong lưu vực chủ yếu dựa trên nôngnghiệp, lâm nghiệp và công nghiệp; thủy sản đóng góp đáng kể vào cơ cấu kinh tế này.

Tốc độ tăng trưởng ngành công nghiệp cao hơn tỷ lệ trung bình quốc gia Sảnphẩm từ nông nghiệp, lâm nghiệp và thủy sản chiếm 26 % và đang có xu hướng giảm

Công nghiệp khai khoáng và tuyển quặng tập trung phát triển ở hai tỉnh thượngnguồn là Bắc Kạn và Thái Nguyên Nằm trên lưu vực có hơn 200 làng nghề các loạichủ yếu tập trung ở Bắc Ninh và Bắc Giang

Các hoạt động công nghiệp của các tỉnh có lưu vực sông đi qua phát triển khámạnh mẽ như nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ và một số nhà máy giấy khác trên địa bàntỉnh Thái Nguyên, cụm công nghiệp và khu đô thị ở Vĩnh Phúc và một phần của thànhphố Hà Nội (huyện Sóc Sơn,Đông Anh)…

1.3.Hiện trạng môi trường nước trên lưu vực sông Cầu

1.3.1 Thượng lưu.

Thượng nguồn Sông Cầu nằm trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn ngoài dòng chảy chính

là Sông Cầu còn có phụ lưu là Sông Chợ Chu Chất lượng nước sông Cầu và Sông Chợ Chu tương đối ổn định

Phần thượng lưu gồm 3 trạm: Thác Giềng, Chợ Mới, Thần Sa

Sử dụng số liệu nồng độ BOD5, COD, TSS, Coliform, Amoni - NH4+, Photphat -P043- so sánh với QCVN 08/2008 dạng A2 và B1

a Đánh giá nồng độ BOD5 (mg/l)

Hình 1.2 Biểu đồ giá trị BOD5 sông Cầu đoạn chảy qua Bắc Kạn

Dựa vào biểu đồ ta thấy hàm lượng BOD5 (mg/l) từ các điểm quan trắc đều thấphơn cả QCVN08/2008 dạng A2 và B1 Ta thấy nếu xét dạng A2 tại trạm quan trắcThác Riềng hàm lượng BOD5 là 1.9 mg/l thấp hơn hàm lượng quy chuẩn khoảng 3,1lần và trạm Chợ Mới là1.6 mg/l ,Thần Sa là 1.83 mg/l thấp hơn hàm lượng quy chuẩnkhoảng 3,8 lần, còn theo dạng B1 thì thấp hơn nhiều lần.Vậy qua số liệu quan trắc đócho thấy hàm lượng BOD5 phần thượng nguồn chảy qua tỉnh Bắc Kạn đều thỏa mãnđược quy chuẩn nước mặt dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt và tưới tiêu thủylợi

b Đánh giá nồng độ Coliform (MPN/100ml).

Hình 1.3 Biểu đồ giá trị Coliform sông Cầu đoạn chảy qua Bắc Kạn

Theo như biểu đồ trên ta thấy hàm lượng Coliform (MPN/100ml) ở các trạmquan trắc đều thấp hơn so với QCVN 08:2008 cột A2 và B1.Rõ hơn ta thấy tại trạmquan trắc Thác Riềng hàm lượng Coliform là 1850 MPN/100ml thấp hơn quy chuẩnnước mặt A2 khoảng 2.7 lần; quy chuẩn B1 khoảng 4.1 lần.Tại trạm Chợ Mới hàmlượng Coliform thấp hơn quy chuẩn nước mặt 08:2008 A2, B1 lần lượt là: 1.3, 2.0 lần.Tuy nhiên Tại trạm Thần Sa hàm lượng Colifom cao hơn quy chuẩn 08 cột A2 là 1,7lần và 1,1 lần so với cột B1

c Đánh giá nồng độ COD (mg/l).

Hình 1.4 Biểu đồ giá trị COD sông Cầu đoạn chảy qua Bắc Kạn

Qua biểu đồ giá trị COD trên sông Cầu đoạn chảy Bắc Kạn ta thấy nhìn chunggiá trị COD đều nằm trong khoảng cho phép hơn thế hàm lượng COD ở 3 trạm quantrắc đều thấp hơn nhiều so với giá trị hàm lượng chuẩn được quy định theo QCVN 08-2008/BTNMT Tại trạm quan chắc Thác Giềng đạt 5mg/l thấp hơn so với cột A2 là 3lần và thấp hơn B1 tới 6 lần Trạm quan trắc Chợ Mới cũng thấp hơn so với cột A2 là2.3 lần và B1 khoảng 4.7 lần Nhận định chung ta thấy hàm lượng COD qua thượngnguồn đoạn chảy Bắc Kạn đã thỏa mãn theo quy chuẩn chung năm 2008

d Đánh giá nồng độ amoni - NH4 + (mg/l).

Hình 1.5 Biểu đồ giá trị N-NH4 sông Cầu đoạn chảy qua Bắc Kạn

Theo biểu đồ ta thấy rằng tổng hàm lượng NH4+ là thấp so với quy QCVN08/2008 cột B1 nhưng có phần cao so với cột A2 Cụ thể tại trạm Thác Riềng hàmlượng NH4+ thấp hơn cột B1 khoảng 2 lần song lại cao hơn cột A2 khoảng 1.3 lần Tại

trạm Chợ Mới hàm lượng này vượt quá cột A2 khoảng 1.4 lần và thấp hơn cột B1khoảng 1.9 lần Tóm lại với mức quy chuẩn quy định theo QCVN2008/BTNMT ta cóthể khẳng định được rằng hàm lượng NH4+ đã thỏa mãn được QCVN 08/2008 cột B1

và có thể thỏa mãn được cột A2

e Đánh giá nồng độ Phosphat – PO4 3-

Hình 1.6 Biểu đồ giá trị P-PO4 sông Cầu đoạn chảy qua Bắc Kạn

Theo quy chuẩn và biểu đồ ta nhận thấy: Hàm lượng PO43- ở khu Chợ Mới,Thần Sa đạt mức tiêu chuẩn cho phép Song điều đó khiến chúng ta phải đặt ra câu hỏitại sao cùng trong thượng nguồn đoạn chảy Bắc Kạn mà trạm Thác Riềng lại có hàmlượng PO43- vượt quá 1.3 lần so với QCVN 08/2008 cột A2 trong khi đó trạm ChợMới, Thần Sa lại thấp hơn khá nhiều ( khoảng 10 lần)

f Đánh giá nồng độ tổng chất rắn lơ lửng – TSS (mg/l)

Hình 1.7 Biểu đồ giá trị TSS sông Cầu đoạn chảy qua Bắc Kạn

Qua hình 1.7 ta kết luận được rằng hàm lượng TSS thượng nguồn sông Cầuđoạn chảy qua Bắc Kạn đã thỏa mãn theo QCVN08/2008 ở cả cột A2 và B1 Tại 2trạm Thác Riềng và Chợ Mới, Thần Sa đều thấp hơn quy chuẩn chung đưa ra:

- Thác Riềng: Thấp hơn khoảng 1.4 lần(A2), khoảng 2.3 lần (B1)

- Chợ Mới: Thấp hơn khoảng 1.3 lần (A2), khoảng 2.1 lần (B1)

Kết Luận: Qua sự so sánh các tiêu chí trên với quy chuẩn nước mặt Việt Nam08:2008/ BTMNT ta có thể nhận định rằng phần thượng lưu sông Cầu đoạn chảy quaBắc Kạn là đoạn sông khá sạch đã thỏa mãn được QCVN 08/2008 cột A2 có thể dùngcho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp Bêncạnh đó cũng vẫn còn một số tiêu chí đánh giá còn hạn chế như: hàm lượng PO43- vàamoni NH4+ bởi: Theo báo cáo của UBND tỉnh Bắc Kạn ngày 30/7/2014 Sông Cầuchảy qua địa phận 4 huyện, thị xã của tỉnh Hiện các huyện thị này chưa có khu xử lýnước thải sinh hoạt tập trung do vậy nước thải vẫn thải trực tiếp ra sông Có một số cơ

sở sản xuất kinh doanh ảnh hưởng đến lưu vực sông là Bệnh viện đa khoa Chợ Mới;Khu công nghiệp Thanh Bình; Nhà máy giấy của Công ty Cổ phần B&H

1.3.2 Trung lưu Lưu vực sông Cầu (qua tỉnh Thái Nguyên) :

Lưu vực sông Cầu đoạn chảy qua Thái Nguyên gồm dòng chính là sông Cầu và

3 phụ lưu : Sông Nghinh Tường, sông Đu và sông Công Gồm 4 trạm quan trắc: ThácBưởi, Giang Tiên, Gia Bảy, Mỏ Bạch Và sử dụng các số liệu nồng độ BOD5, COD,

TSS, Coliform, Amoni - NH4+, Photphat -P043- so sánh với QCVN 08/2008 dạng A2 vàB1.

Đoạn sông Cầu trước khi chảy vào thành phố Thái Nguyên : bắt đầu chịu tácđọng do các hoạt động sản xuất công nghiệp, khai thác khoáng sản, sản xuất nôngnghiệp dọc bên bờ sông Ngoài ra ,đoạn sông này còn tiếp nhận 2 phụ lưu lá sôngNghinh Tường và sông Đu nên chất lượng nước sông Cầu bị ảnh hưởng từ nguồn nướchai phụ lưu này đổ sang Sông Nghinh Tường chiu ảnh hưởng của hoạt động khai thácvàng, đoạn cuối sông Đu tiếp nhận nước thải của mỏ than Phấn Mễ,tuy nhiên mức độ

ô nhiễm với hai dòng sông này chưa đáng kể

a Nồng độ BOD5 trên sông Cầu đoạn chảy qua Thái Nguyên.

Hình 1.8 Biểu đồ giá trị BOD5 trên sông Cầu đoạn chảy qua Thái Nguyên

Dựa vào biểu đồ Hình 1.8 ta thấy hàm lượng BOD5 (mg/l) từ các điểm quantrắc Thác Bưởi, Giang Tiên,Gia Bảy đều thấp hơn cả QCVN08/2008 cột A2 và cộtB1.tuy nhiên tại Mỏ Bạch cao hơn 1,7 lần so với Quy chuẩn 08 cột A2

b Nồng độ COD trên sông Cầu đoạn chảy qua Thái Nguyên

Hình 1.9 Biểu đồ giá trị COD trên sông Cầu đoạn chảy qua Thái Nguyên

Qua biểu đồ giá trị COD trên sông Cầu đoạn chảy Bắc Kạn ta thấy nhìn chunggiá trị COD đều nằm trong khoảng cho phép.nhưng hàm lượng COD ở trạm quan trắc

Mỏ Bạch cao hơn nhiều so với giá trị hàm lượng chuẩn được quy định theo QCVN08cột A2 Tại trạm quan chắc Mỏ Bạch đạt 26,4 mg/l cao hơn so với quy cột A2 là 1,8lần và thấp hơn B1

c Nồng độ TSS trên sông Cầu đoạn chảy qua Thái Nguyên.

Hình 1.10 Biểu đồ giá trị TSS trên sông Cầu đoạn chảy qua Thái Nguyên

Nhận thấy hàm lượng TSS tại các trạm Giang Tiên, Gia Bảy, Mỏ Bạch đềudưới mức quy chuẩn 08 cột A2 Tại trạm Thác Bưởi cao hơn QCVN08/2008 cột A2đưa ra: - Thác Bưởi: Cao hơn khoảng 1.3 lần(A2), thấp hơn khoảng 1.3 lần (B1)

d.Nồng độ tổng Colifom trên sông Cầu đoạn chảy qua Thái Nguyên

Hình 1.11 Biểu đồ giá trị Coliform trên sông Cầu đoạn chảy qua Thái

Nguyên

Theo như biểu đồ trên ta thấy hàm lượng Coliform ở các trạm ThácBưởi,Giang Tiên,Gia Bảy đều thấp hơn so với QCVN 08/2008 cột A2 và B1 Đạt tiêu

chuẩn cho nước sinh hoạt.Nhưng tại trạm quan trắc Mỏ Bạch đều vượt quy chuẩn 08cột A2 và B1:

Tại trạm Mỏ Bạch hàm lượng Coliform là 41800 cao hơn QCVN 08/2008 cộtA2 khoảng 8,4 lần; cột B1 khoảng 5,6 lần

e Nồng độ N-NH4+ trên sông Cầu đoạn chảy qua Thái Nguyên

Hình 1.12 Biểu đồ giá trị N-NH4 trên sông Cầu đoạn chảy qua Thái

f Nồng độ PO4 3- trên sông Cầu đoạn chảy qua Thái Nguyên.

Hình 1.13 Biểu đồ giá trị P-PO4 trên sông Cầu đoạn chảy qua Thái

Nguyên

Theo quy chuẩn và biểu đồ ta nhận thấy: Hàm lượng PO43- ở trạmGia Bảy vượtmức tiêu chuẩn cho phép Trạm Gia Bảy lại có hàm lượng PO43- vượt quá 2,0 lần sovới QCVN08/2008 cột A2 và 1,4 lần so với B1.Còn lại các trạm Thác Bưởi, Mỏ Bạchđều dưới mức quy chuẩn 08 cột A2

Tổng kết: Thái nguyên là tỉnh công nghiệp với các hoạt động sản xuất quy môlớn, nhỏ đa dạng Đoạn sông chảy qua thành phố Thái Nguyên bắt đầu tiếp nhận nướcthải của nhà máy (nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ, nhiệt điện Cao Ngạn, Khu côngnghiệp Gang thép Thái nguyên ),các bệnh viện,khu dân cư,đô thị,

1.3.3 Hạ lưu Sông Cầu ( từ Chã đến Cầu Vát)

a Nồng độ BOD5 Hạ lưu sông Cầu.

Hình 1.14.Biểu đồ giá trị BOD5 hạ lưu sông Cầu

Dựa vào biểu đồ ta thấy hàm lượng BOD5 (mg/l) từ các điểm quan trắc Chã, ĐaPhúc, Cầu Vát đều thấp hơn cả QCVN08/2008 cột A2 và cột B1 Tuy nhiên tại LưuNhân Trú cao hơn 1,7 lần so với Quy chuẩn 08 cột A2 và thấp hơn 1,5 lần so với quychuẩn 08 cột B1.

b.Nồng độ COD Hạ lưu sông Cầu

Hình 1.15.Biểu đồ giá trị COD hạ lưu sông Cầu

Dựa vào biểu đồ ta thấy hàm lượng COD (mg/l) từ các điểm quan chắc Chã ,

Đa Phúc, Cầu Vát đều thấp hơn cả quy chuẩn nước mặt A2 và quy chuẩn B1.tuy nhiêntại Lưu Nhân Trú cao hơn 1,33 lần so với Quy chuẩn 08 cột A2và thấp hơn 1,5 lần sovới quy chuẩn 08 cột B1

c Nồng độ tổng rắn lơ lửng TSS Hạ lưu sông Cầu

Hình 1.16 Biểu đồ giá trị TSS hạ lưu sông Cầu

Qua biểu đồ ta thấy hàm lượng TSS tại các trạm Chã, Lưu Nhân Trú, Đa Phúc,Cầu Vát đều vượt mức QCVN08/2008 cột A2 Tại trạm Đa Phúc và Cầu Vát cao hơnQCVN08/2008 cột A2 và cột B1 đưa ra:

Đa Phúc: Cao hơn khoảng 2.1 lần(A2), thấp hơn1.2 lần (B1)

Cầu Vát : Cao hơn khoảng 2,3 lần QCVN08/2008 cột A2 và cao hơn 1,4 lần sovới cột B1

d Nồng độ Colifom Hạ lưu sông Cầu.

Dựa vào biểu đồ ta thấy hàm lượng Colifom (mg/l) từ các điểm quan trắc LưuNhân Trú, Đa Phúc, Cầu Vát đều cao cả QCNV08/2008 cột A2 (Hình 1.17)

-Tại Lưu Nhân Trú cao hơn 19 lần so với Quy chuẩn 08 cột A2và cao hơn12,8 lần so với quy chuẩn 08 cột B1

-Tại Đa Phúc cao hơn 1,9 lần so với Quy chuẩn 08 cột A2 và cao hơn 1,2 lần

so với quy chuẩn 08 cột B1

-Tại Cầu Vát cao hơn 1,0 lần so với Quy chuẩn 08 cột A2và Thấp hơn 1,5lần so với quy chuẩn 08 cột B1.

Hình 1.17 Biểu đồ giá trị Coliform hạ lưu sông Cầu

e Nồng độ N -NH4 Hạ lưu sông Cầu

Hình 1.18.Biểu đồ giá trị N-NH4 hạ lưu sông Cầu

Theo biểu đồ ta thấy rằng tổng hàm lượng NH4+ là cao so với QCVN08/2008cột A2 nhưng có phần thấp so với cột B1 Đặc biệt tại trạm Lưu Nhân Trú hàm lượng

NH4+cao hơn rất nhiều cột A2 khoảng 7,3 lần và cao hơn cột B1 khoảng 4,8lần

Hình 1.19.Biểu đồ giá trị P-PO4 hạ lưu sông Cầu

Theo QCVN08/2008 và biểu đồ ta nhận thấy: Hàm lượng PO43- ở trạm Chã,Lưu Nhân Trú, Đa Phúc, Cầu Vát đều nằm trong mức tiêu chuẩn cho phép của QC 08cột A2 và B1

Kết luận: Chất lượng nước sông Cầu đoạn chảy qua địa bàn thành phố TháiNguyên (đoạn từ Chã đến Cầu Vát ) bị ô nhiễm nhẹ hợp chất hữu cơ, hàm lượng TSSdao động từ 35,3 -68,4 mg/l vượt 2,1-2,3 lần so với QCVN 08:2008/BTNMT cột A2,chất lượng nước sông Cầu khu vực này không đảm bảo sử dụng cho mục đích sinhhoạt nhưng vẫn đảm bảo sử dụng mục đích tưới tiêu thuỷ lợi Nguyên nhân, do đoạnsông này tiếp nhận nước thải từ các hoạt động sản xuất công nghiệp, đô thị thuộc địabàn thành phố Thái Nguyên

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1.Tổng quan về WQI.

2.1.1 Giới thiệu chung về WQI.

Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index - WQI) là một chỉ số tổ hợp đượctính toán từ các thông số chất lượng nước xác định thông qua 1 công thức toán học.WQI dùng để mô tả định lượng về chất lượng nước và được biểu diễn qua 1 thangđiểm

Việc sử dụng sinh vật trong nước làm chỉ thị cho mức đô sạch ở Đức từ năm

1850 được coi là nghiên cứu đầu tiên về WQI Chỉ số Horton (1965) là chỉ số WQIđầu tiên được xây dựng trên thang số

Hiện nay có rất nhiều quốc gia/ địa phương xây dựng và áp dụng chỉ số WQI.Thông qua một mô hình toán, từ các thông số khác nhau ta thu được một chỉ số duynhất 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

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 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

- 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 đánhgiá tác động của quá trình đô thị hóa đến chất lượng nước khu vực, đánh giá hiệu quả kiểm soát phát thải

2.1.2 Quy trình xây dựng WQI.

Hầu hết quy trình chất lượng nước hiện nay đều được xây dựng thông qua quytrình 4 bước như sau:

Bước 1: Lựa chọn thông số

Có rất nhiều thông số có thể thể hiện chất lượng nước, sự lựa chọn các thông sốkhác nhau để tính WQI phụ thuộc vào mục đích sử dụng nguồn nước và mục tiêu của WQI Dựa vào mục đích sử dụng WQI có thể được phân loại như sau: Chỉ số chất lượng nước thông thường, chỉ số chất lượng nước cho sử dụng đặc biệt

Việc lựa chọn thông số có thể dùng phương pháp Delphi hoặc phân tích nhân tố

- Các khía cạnh sức khỏe: Tổng Coliform, Phecal Coliform, dư lượng 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 thường có các đợn vị khác nhau và có các khoảng giá trị khácnhau, vì vậy để tập hợp được các thông số vào chỉ số WQI ta phải chuyển các thông số

về cùng một thang đó Bước này sẽ tạo ra một chỉ số phụ cho mỗi thông số Chỉ số phụ

có thể được tạo ra bằng tỷ số giữa giá trị thông số và giá trị trong quy chuẩn Có nhiềuthang đo có thể sử dụng

Bước 3: Trọng số

Trọng số được đưa ra khi ta cho rằng các thông số có tầm quan trọng khác nhauđối với chất lượng nước Trọng số có thể xác định bằng phương pháp Delphi, phươngpháp đánh giá tầm quan trọng dựa vào mục đích sử dụng, tầm quan trọng các thông sốđối với đời sống thủy sinh, tính toán trọng số dựa trên các tiêu chuẩn hiện hành, dựatrên đặc điểm nguồn thải của lưu vực, bằng phương pháp thống kê

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 vựckhác nhau không thể so sánh với nhau

Bước 4: Tính toán chỉ số WQI cuối cùng

Các phương pháp thường được sử dụng để tính toán WQI cuối cùng từ các chỉ

số phụ: Trung bình cộng, trung bình nhân hoặc giá trị lớn nhất

Bảng 2.1: Các phương pháp thường được sử dụng để tính toán WQI cuối cùng từ

các chỉ số phụ

STT Phương pháp Công thức Nghiên cứu sử dụng

1 Trung bình cộng

không trọng số

Prati et al., 1971;Sargaonkar andDeshpande,

2003; Frumin et al.,1997

and Lefebvre, 1985

5 Tổng không trọng

số Solway

Wepener et al.,2006

6 Tổng có trọng số

dạngSolway

Tyson and House,1989;Gray,1996Bordalo, 2006

7 Trung bình bình

phương điềuhòakhông

trọng số

Dojlido et al.,1994; Cude,

cuối cùng lại thể hiện chất lượng nước tốt.

- Tính mơ hồ: Điều này xảy ra khi chất lượng nước chấp nhận được nhưng chỉ số WQIlại thể hiện ngược lại

- Tính không mềm dẻo: Khi một thông số có thể bổ sung vào việc đánh giá chất lượng nước nhưng lại không được tính vào WQI do phương pháp đã được cố định

2.2.Kinh nghiệm xây dựng WQI của một số quốc gia trên thế giới.

Có rất nhiều quốc gia đã đưa áp dụng WQI vào thực tiễn, cũng như có nhiềucác 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 theophươngpháp của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Mỹ (National Sanitation Foundation -NSF) –sau đâygọi tắt là WQI-NSF

Canada: Phương pháp do Cơ quan Bảo vệ môi trường Canada (TheCanadianCouncil 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 sốvàphương pháp tính chỉ số phụ riêng

Các quốc gia Malaysia, Ấn Độ phát triển từ WQI – NSF, nhưng mỗi quốc giacóthể xây dựng nhiều loại WQI cho từng mục đích sử dụng

2.2.1 Mô hình WQI áp dụng tại bang Origon – Hoa Kỳ

WQI là một con số đại diện cho chất lượng nước tính toán từ 8 thông số:

Nhiệtđộ, DO, BOD, pH, Tổng N (ammonia+nitrate nitrogen), Tổng P, Tổng rắn

(Totalsolids), fecal coliform OWQI đư ợc đưa ra từ năm 1970 và liên tục được cải tiến

Giới hạn áp dụng: WQI là một chỉ số tổng hợp được sử dụng để đánh giáchấtlượng nước cho các mục đích thông thường (câu cá, bơi…) Nó thể xác định

chấtlượng nước cho các mục đích đặc biệt, WQI cũng không thể ước tính được hết tấtcảcác tác động có hại đến sức khỏe OWQI được xây dựng cho các lưu vực thuộcbangOregon, việc áp dụng cho các nơi khác cần có cân nhắc và điều chỉnh phù hợp.

2.2.2.Mô hình WQI của Bhargava (Ấn Độ)

Công thức tính:

Theo mô hình Bhargava (1983), WQI cho mỗi mục đích sử dụng nước(chẳnghạn, cấp nước sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp…) được tính toán theo côngthứcvà WQI tổng quát (hay WQI cho đa mục đích sử dụng nước) được tính theo côngthức :

- Giá trị "hàm nhạy" của thông số i, nhận giá trị trong khoảng 0,01 ÷ 1

- Fi được xác định từ "hàm nhạy" đối với thông số i ;

- n: số thông số CLN lựa chọn (n = 3 ÷ 5, tuỳ thuộc vào mục đích sử dụngnước)

Theo mô hình này WQI = 0 khi một trong các thông số mô tả chất độc (kim loạiđộc, chất ô nhiễm hữu cơ tồn lưu…) không đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn quốc gia hoặcquốc tế

WQI tổng quát cho sông, ở đây không lấy trung bình số học của các WQI chocác mục đích riêng chấp nhận áp dụng công thức (1), nhưng để tăng tính đại diện, sốthông số CLN lựa chọn (n) tăng lên, gồm 9 – 10 thông số: pH, DO, SS, EC – các thông

số đặc trưng cơ bản; BOD5, COD – mô tả ô nhiễm hữu cơ; NO3-và/hoặc amoni,PO43- - mô tả ô nhiễm các chất dinh dưỡng; TC – mô tả ô nhiễm vi khuẩn phân Bằngcách đó, mỗi thông số CLN chỉ đóng góp một lần vào WQI tổng quát, chứ không bịtính lặp lại như trước đây và lúc này mô hình được gọi là mô hình Bhargava-WQI điềuchỉnh (hay cải tiến) Hàm nhạy (sensitive fuction) Filà đại lượng mô tả chất lượng của