ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- Nguyễn Lê Tú Quỳnh NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC WATER QUALITY INDEX - WQI TRONG PHÂN VÙNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC CÁ
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-
Nguyễn Lê Tú Quỳnh
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC
(WATER QUALITY INDEX - WQI) TRONG PHÂN VÙNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC CÁC SÔNG
TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Hà Nội - 2016
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-
Nguyễn Lê Tú Quỳnh
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC
(WATER QUALITY INDEX - WQI) TRONG PHÂN VÙNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC CÁC SÔNG
TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN
Chuyên ngành: Môi trường Đất và Nước
Mã số: 62 44 03 03
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1 PGS TS Lê Trình
2 PGS TS Trịnh Thị Thanh
Hà Nội - 2016
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi
Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Nguyễn Lê Tú Quỳnh
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS TS Lê Trình và PGS.TS Trịnh Thị Thanh về những giúp đỡ quý báu về khoa học cũng như sự động viên, khích lệ để tôi hoàn thành luận án này
Bên cạnh đó, tôi xin cảm ơn tập thể thầy cô giáo Khoa Môi trường - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội và Thủ trưởng, các cán bộ Viện Công nghệ mới - Viện Khoa học và Công nghệ quân sự về những ý kiến đóng góp cho luận án và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành công việc nghiên cứu của mình
Tôi xin cảm ơn Trung tâm Quan trắc và Phân tích môi trường - Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên đã cung cấp số liệu, tài liệu và hỗ trợ tôi thực hiện luận án
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn đồng nghiệp, gia đình, bạn bè đã luôn động viên, ủng hộ và giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án
Tôi xin trân trọng cảm ơn!
Nguyễn Lê Tú Quỳnh
Trang 5MỤC LỤC
Lời cam đoan
Mục lục 1
Danh mục các ký hiệu và chứ viết tắt 5
Danh mục các bảng 7
Danh mục các hình 9
MỞ ĐẦU 1 Lí do lựa chọn đề tài luận án 11
2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án 12
3 Nội dung nghiên cứu của luận án 13
4 Điểm mới của luận án 14
5 Giá trị khoa học và thực tiễn của luận án 14
6 Bố cục của luận án 15
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Thiết lập và áp dụng các chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index - WQI) 16
1.1.1 Hình thành và phát triển chỉ số chất lượng nước 16
1.1.1.1 Sự cần thiết của chỉ số chất lượng nước 16
1.1.1.2 Các bước thiết lập chỉ số chất lượng nước 17
1.1.1.3 Tiêu chí đánh giá ưu nhược điểm của chỉ số chất lượng nước 23
1.1.2 Giới thiệu các WQI đánh giá chất lượng nước tiêu biểu 24
1.1.2.1 Các WQI đánh giá chất lượng nước tiêu biểu trên trên thế giới 24 1.1.2.2 Các WQI đánh giá chất lượng nước đã được phát triển tại Việt Nam 32
1.1.3 Tình hình sử dụng WQI trên thế giới và Việt Nam 43
1.2 Hiện trạng phân vùng và quản lý, bảo vệ môi trường nước sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên 46
Trang 61.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước các sông
trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên 46
1.2.1.1 Ảnh hưởng do yếu tố tự nhiên 46
1.2.1.2 Ảnh hưởng do yếu tố phát triển kinh tế - xã hội 51
1.2.2 Sơ lược về nghiên cứu phân vùng chất lượng nước các sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên 53
1.2.3 Một số nghiên cứu phục vụ quản lý, bảo vệ môi trường nước trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên 54
CHƯƠNG 2 PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phạm vi nghiên cứu 56
2.1.1 Phạm vi địa lí 56
2.1.2 Phạm vi thời gian 56
2.1.3 Phạm vi vấn đề nghiên cứu 56
2.2 Đối tượng nghiên cứu 56
2.3 Phương pháp nghiên cứu 57
2.3.1 Phương pháp Delphi 57
2.3.2 Phương pháp xây dựng chỉ số chất lượng nước theo Quỹ vệ sinh môi trường Hoa Kỳ 58
2.3.3 Phương pháp thu thập và xử lý thông tin - Phương pháp kế thừa 61
2.3.4 Phương pháp đánh giá khả năng sử dụng nước 62
2.3.5 Phương pháp phân vùng chất lượng nước sông 62
2.3.6 Phương pháp thu mẫu và phân tích 63
2.3.6.1 Hóa chất và dụng cụ phân tích 63
2.3.6.2 Thiết bị và phương pháp phân tích 63
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Hiện trạng chất lượng nước sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên 65
Trang 73.1.1 Hiện trạng chất lượng nước mặt sông Cầu 66
3.1.2 Hiện trạng chất lượng nước mặt sông Công 71
3.2 Kết quả xây dựng chỉ số chất lượng nước (WQI) cho các sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên và đánh giá 75
3.2.1 Lựa chọn và đánh giá tầm quan trọng của các thông số trong chỉ số chất lượng nước (WQI) 75
3.2.1.1 Lựa chọn và đánh giá tầm quan trọng của các thông số chất lượng nước sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên theo phương pháp Delphi 76
3.2.1.2 Lựa chọn và đánh giá tầm quan trọng của các thông số chất lượng nước sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên theo số liệu quan trắc 2006 - 2011 78
3.2.1.3 Lựa chọn các thông số chất lượng nước sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên phù hợp với đặc điểm hiện trạng kinh tế - xã hội 83
3.2.2 So sánh thông số lựa chọn giữa WQI của NSF, WQI của Tổng cục môi trường và WQI do tác giả cải tiến 88
3.2.3 So sánh sự phù hợp của thông số với các nghiên cứu trên thế giới 89
3.3 Kết quả xây dựng và đánh giá WQI - cải tiến 91
3.3.1 Các thông tin cơ sở 91
3.3.2 Công thức tính 92
3.3.3 Kết quả xây dựng đồ thị tương quan giữa thông số lựa chọn và chỉ số phụ (qi) 92
3.3.3.1 Chỉ số phụ của các thông số thông thường được lựa chọn (9 thông số) (qi) 92
3.3.3.2 Chỉ số phụ của nhóm các chất có độc tính cao (q đh ) 97
3.3.4 Kết quả đánh giá WQI - cải tiến do tác giả luận án đề xuất 98
3.3.4.1 Kiểm nghiệm WQI - cải tiến 98
3.3.4.2 Xem xét trường hợp thiếu số liệu quan trắc của WQI - cải tiến 107 3.3.4.3 Đánh giá WQI - cải tiến cho các sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên 111
Trang 83.4 Phân loại nguồn nước mặt các sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên
theo WQI - cải tiến 111
3.4.1 Kết quả phân loại 114
3.4.2 Nhận xét 114
3.4.2.1 Đối với sông Cầu 114
3.4.2.2 Đối với sông Công 119
3.5 Đề xuất các giải pháp sử dụng và bảo vệ chất lượng nước các sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên 122
3.5.1 Tổng hợp và đánh giá khả năng sử dụng nước sông Công, sông Cầu 122
3.5.1.1 Thực trạng và đánh giá khả năng sử dụng nước sông Cầu 122
3.5.1.2 Thực trạng và đánh giá khả năng sử dụng nước sông Công 124
3.5.1.3 Tổng hợp đánh giá khả năng sử dụng nước 126
3.5.2 Giải pháp bảo vệ môi trường nước mặt tỉnh Thái Nguyên 128
3.5.2.1 Thực hiện quản lý tổng hợp lưu vực sông Cầu 128
3.5.2.2 Giải pháp quản lý 128
3.5.2.3 Giải pháp công nghệ 132
3.5.3 Dự báo phân vùng chất lượng nước giai đoạn 2015 - 2030 khi thực hiện các biện pháp BVMT 135
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 139
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 141
TÀI LIỆU THAM KHẢO 142
PHỤ LỤC
Trang 9DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
BOD : Nhu cầu ôxy sinh hóa
BTNMT : Bộ Tài nguyên và Môi trường
CCME : Hội đồng Bộ trưởng Môi trường Canada
(Canadian Council of Ministers of the Environment)
Ci : Giới hạn cho phép của thông số i
CLN : Chất lượng nước
CN : Công nghiệp
COD : Nhu cầu ôxy hóa học
DO : Oxy hòa tan
EC : Độ dẫn điện
FC : Fecal Coliform
GDP : Tổng sản phẩm quốc nội
(Gross Domestic Product) GHCP : Giới hạn cho phép
GIS : Hệ thống thông tin địa lý
HCBVTV : Hóa chất bảo vệ thực vật
KH-CN : Khoa học - công nghệ
KT-XH : Kinh tế - xã hội
NSF : Quỹ Vệ sinh quốc gia Mỹ
(National Sanitation Foundation) OWQI : Chỉ số chất lượng nước bang Oregon
(Oregon Water Quality Index) QCVN : Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia
qđh : Chỉ số phụ của các thông số độc tính cao
qi : Chỉ số phụ của thông số i
SS : Chất rắn lơ lửng
TCMT : Tổng cục Môi trường
TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam
TDS : Tổng chất rắn hòa tan
Trang 10TS : Tổng chất rắn
UBND : Ủy ban nhân dân
UNEP : Chương trình Môi trường của Liên hợp quốc
US EPA : Cục Bảo vệ môi trường Mỹ
(US Environmental Protection Agency) WHO : Tổ chức Y tế Thế giới
(World Health Organization)
wi : Trọng số của thông số i
WQI : Chỉ số chất lượng nước
(Water Quality Index)
Trang 11TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Phạm Thế Anh, Nguyễn Văn Huy (2013), "Ứng dụng chỉ số WQI đánh giá hiện trạng
chất lượng môi trường nước mặt thành phố Đà Lạt", Bản tin khoa học giáo dục -
Trường Đại học Yersin Đà Lạt tr 13-18
2 Bộ Tài nguyên Môi trường và Cơ quan Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA) (2010),
Nghiên cứu quản lý môi trường nước các lưu vực sông Việt Nam, Công ty TNHH
NIPPON KOEI
3 Cục Thống kê tỉnh Thái Nguyên (2012), Niên giám Thống kê tỉnh Thái Nguyên, Nhà
xuất bản Thống kê, Hà Nội
4 Trần Đức Hạ và những người khác, (2009), Bảo vệ và quản lý tài nguyên nước, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội
5 Phạm Ngọc Hồ (2011), "Phương pháp đánh giá tổng hợp chất lượng nước có trọng số
và quy chuẩn về một thông số", Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa
học Tự nhiên và Công nghệ tập 27(5S), tr 112-119
6 Nguyễn Văn Hợp, Hoàng Thái Long, Nguyễn Hải Phong và Thủy Châu Tờ (2003),
"Đánh giá chất lượng nước sông Hương dựa vào chỉ số chất lượng nước (WQI)",
Tuyển tập công trình Hội nghị Khoa học Kỹ thuật phân tích Hóa - Lý - Sinh học toàn quốc lần 1
7 Nguyễn Văn Hợp, Hoàng Thái Long và Thủy Châu Tờ (2005), "Sử dụng Chỉ số Chất
lượng nước để phân loại và phân vùng chất lượng nước sông Hương", Tuyển tập công
trình Hội nghị Khoa học Kỹ thuật phân tích Hóa - Lý - Sinh học toàn quốc lần 2
8 Nguyễn Văn Hợp, Phạm Nguyễn Anh Thi, Nguyễn Mạnh Hưng, Thuỷ Châu Tờ,
(2010), "Đánh giá chất lượng nước sông Bồ dựa vào chỉ số chất lượng nước", Tạp chí
khoa học Đại học Huế tập 58, tr 77-85
9 Tôn Thất Lãng (2004), "Quản lý bền vững và xây dựng cơ sở dữ liệu các lưu vực
sông đến 2010", Tạp chí Tài nguyên và Môi trường tập 10, tr 55-58
10 Tôn Thất Lãng (2007), "Xây dựng chỉ số chất lượng nước để quản lý và đánh giá chất
lượng nước hệ thống sông Đồng Nai", Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ
10 - Viện KH KTTV&MT
11 Sở Khoa học và Công nghệ Thành phố Hà Nội (2010), Nghiên cứu phân vùng chất
lượng nước các sông, hồ trên địa bàn Thành phố Hà Nội, đề xuất các giải pháp sử dụng hợp lý và bảo vệ
Trang 1212 Sở Khoa học và Công nghệ Thành phố Hà Nội (2012), Quy hoạch bảo vệ môi trường
Thành phố Hà Nội đến năm 2020
13 Sở Khoa học và Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh (2008), Nghiên cứu phân vùng
chất lượng nước theo 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
14 Sở Khoa học và công nghệ thành phố Hồ Chí Minh (2009), Xây dựng cơ sở dữ liệu
GIS kết hợp với mô hình toán và chỉ số chất lượng nước để phục vụ công tác quản lý
và kiểm soát chất lượng nước hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai
15 Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Thái Nguyên, Báo cáo Hiện trạng môi trường tỉnh
Thái Nguyên (từ 2005-2012)
16 Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Thái Nguyên (2009), Quy hoạch Bảo vệ Môi trường
tỉnh Thái Nguyên đến năm 2020
17 Sở Tài Nguyên Môi trường tỉnh Thái Nguyên (2011), Dự án phân vùng chất lượng
nước mặt và đánh giá khả năng sử dụng nước và đề xuất các biện pháp bảo vệ môi trường nước trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên
18 Thủ tướng Chính Phủ (2006), Quyết định số 174/2006/QĐ-TTg ngày 28/7/2006, Đề
án Tổng thể bảo vệ và phát triển bền vững môi trường sinh thái, cảnh quan Lưu vực sông Cầu
19 Thủ tướng Chính Phủ (2007), Quyết định số 58/2007/QĐ-TTg ngày 04/5/2007, Quy
hoạch Tổng thể Phát triển KT-XH tỉnh Thái Nguyên đến năm 2020
20 Thủ tướng Chính Phủ (2007), Quyết định số 171/2007/QĐ-TTg ngày 14/11/2007,
Thành lập Ủy ban Bảo vệ môi trường Lưu vực sông Cầu
21 Tổng Cục Môi trường (2011), Quyết định số 879/QĐ-TCMT ngày 01 tháng 7 năm
2011, Sổ tay hướng dẫn tính toán chỉ số chất lượng nước
22 Trạm Khí tượng Thủy văn tỉnh Thái Nguyên (2011), Số liệu khí tượng thủy văn
23 Lê Trình (2003), Quan trắc và Kiểm soát ô nhiễm nước, NXB Khoa học và Kỹ thuật,
Hà Nội
24 Trung tâm Quan trắc Môi trường - Tổng Cục Môi trường, Số liệu trầm tích tại sông
Cầu năm 2010 - 2012
25 Trường Cao đẳng Tài nguyên và Môi trường TP Hồ Chí Minh (2008), Nghiên cứu
chỉ số chất lượng nước để đánh giá và phân vùng chất lượng nước sông Hậu
Trang 1326 Ủy ban Nhân dân tỉnh Thái Nguyên (2011), Quyết định 479/QĐ-UBND tháng 5 năm
2011, Phê duyệt Kế hoạch triển khai Đề án bảo vệ môi trường lưu vực sông Cầu trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2011 - 2015
Tiếng Anh
27 Abbasi, S A (2002), Water Quality Indices, State of the art report, Scientific
Contribution No.-INCOH/SAR-25/2002, Published by – INCOH, National Institute of Hydrology, Roorkee
28 Ahmadi-Mamaqani Y, Khorasani N, Rafiee GH (2011), "Investigation of pollution
sources and water quality of Tajan River", J Nat Environ Vol 63(4), pp 317 - 327
29 Beron, P., Valiquette, L and Patry, G (1979), Indices de la Qualite des Eaux du
GREMU, Ecole Polytechnique de Montreal, rapport no EP80, R, 11 Montreal:
Groupe de recherche sur l’eau en milieu urbani (GREMU)
30 Bhargava, D S.(1983), "Use of a water quality index for river classification and
zoning of Ganga River", Environmental Pollution Vol 6(Series B), pp 51 - 67
31 Bhargava D S (1985), Water Quality Variations and Control Technology of the
Yamuna River, Environmental Pollution Series A Ecological and Biological,
DOI: 10.1016/0143-1471(85)90124-2
32 Brown R M., McClelland N I và Deininger R A (1970), "A water quality index -
Do we dare?", Water Sewage Works Vol 117, pp 339-343
33 Brown R M., McClelland N I và Deininger R A (1973), A water quality index for
water quality management, Ann Arbor, Michigan: National Sanitation Foundation
34 Canadian Council of Ministers of the Environment (CCME) (2001), Canadian Water
Quality Guidelines for the Protection of Aquatic Life: CCME Water Quality Index 1.0, Technical Report, Canadian Council of Ministers of the Environment, Canada
35 Canadian Council of Ministers of the Environment (CCME) (2003), National Water
Quality Index Workshop Proceedings, Halifax, Nova Scotia, Canada
36 Canadian Council of Ministers of the Environment (CCME) (2004), Application and
Testing of the CCME Water Quality Index in selected water bodies in Atlantic Canada, Environment Canada, 2004
37 Canadian Council of Ministers of the Environment (CCME) (2004), Calculation of
the CCME Water Quality Index for Selected Rivers in the Georgia Basin, Proceedings
of the 2005 Puget Sound Georgia Basin Research Conference