Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.4. Phương pháp tính toán bằng chỉ số chất lượng nước
Tác giả lựa chọn tính toán chỉ số chất lượng nước theo 3 phương pháp:
Phương pháp tính WQI do tổng cục môi trường ban hành là phương pháp có tính pháp lý áp dụng cho hệ thống sông ngòi ở Việt Nam. Đối với phạm vi luận văn này, tác giả áp dụng phương pháp WQI-TCMT để tính toán, đánh giá chỉ số chất lượng nước sông Phan, tỉnh Vĩnh Phúc. Tuy nhiên, số liệu quan trắc hiện trạng môi trường hàng năm của tỉnh Vĩnh Phúc không có đủ các thông số để tính toán theo công thức của tổng cục, vì vậy khó khăn cho việc áp dụng công thức này để đánh giá chất lượng nước sông Phan theo diễn biến thời gian. Để phục vụ cho việc tính toán, tác giả đã tham gia lấy mẫu phân tích và bổ sung chỉ tiêu còn thiếu (độ đục) cho 03 đợt quan trắc vào tháng 8, tháng 10/2014 và tháng 3/2015.
Đồng thời, tác giả cũng kế thừa kết quả quan trắc năm 2010 của Báo cáo đề án tổng thể Cải tạo cảnh quan sinh thái và bảo vệ môi trường lưu vực sông Phan [10] với bộ số liệu tương đối đầy đủ để làm cơ sở so sánh với giá trị WQI-TCMT.
Ngoài ra tác giả cũng tiến hành tính toán WQI theo phương pháp của NSF và Canada với các lý do sau:
- Phương pháp WQI-NSF là phương pháp cơ bản được áp dụng rộng rãi trên thế giới. Các thông số tính toán về cơ bản tương tự với thông số tính toán cần thiết theo phương pháp của tổng cục. Việc tính toán WQI-NSF nhằm mục đích so sánh kết quả thu được với WQI-TCMT để đánh giá tính phù hợp của từng phương pháp.
- Phương pháp WQI-CCME khắc phục được giới hạn của 2 phương pháp trên là có tính linh động cao, có thể tính toán cho tất cả các số liệu hiện có. Vì vậy tác giả tính toán theo phương pháp này để đánh giá diễn biến chuỗi số liệu theo khoảng thời gian các năm liên tiếp, làm cơ sở để đánh giá xu hướng diễn biến chất lượng nước sông Phan.
Cách tính toán cụ thể đối với từng phương pháp như sau:
2.2.4.1. Phương pháp của Tổng cục môi trường (WQI-TCMT) a. Tính toán WQI thông số
* WQI thông số (WQISI) đƣợc tính toán cho các thông số BOD5, COD, N- NH4, P-PO4, TSS, độ đục, Tổng Coliform theo công thức nhƣ sau:
1
1 1
1
W SI i i ( i p) i
i i
q q
QI BP C q
BP BP (công thức 1)
Trong đó:
BPi: Nồng độ giới hạn dưới của giá trị thông số quan trắc được quy định trong bảng 1 tương ứng với mức i
BPi+1: Nồng độ giới hạn trên của giá trị thông số quan trắc đƣợc quy định trong bảng 1 tương ứng với mức i+1
qi: Giá trị WQI ở mức i đã cho trong bảng tương ứng với giá trị BPi qi+1: Giá trị WQI ở mức i+1 cho trong bảng tương ứng với giá trị BPi+1
Cp: Giá trị của thông số quan trắc đƣợc đƣa vào tính toán.
Bảng 1. Bảng quy định các giá trị qi, BPi
i qi
Giá trị BPi quy định đối với từng thông số BOD5
(mg/l)
COD (mg/l)
N-NH4 (mg/l)
P-PO4 (mg/l)
Độ đục (NTU)
TSS (mg/l)
Coliform (MPN/100ml)
1 100 ≤4 ≤10 ≤0.1 ≤0.1 ≤5 ≤20 ≤2500
2 75 6 15 0.2 0.2 20 30 5000
3 50 15 30 0.5 0.3 30 50 7500
4 25 25 50 1 0.5 70 100 10.000
5 1 ≥50 ≥80 ≥5 ≥6 ≥100 >100 >10.000
Ghi chú: Trường hợp giá trị Cp của thông số trùng với giá trị BPi đã cho trong bảng, thì xác định được WQI của thông số chính bằng giá trị qi tương ứng.
* Tính giá trị WQI đối với thông số DO (WQIDO): tính toán thông qua giá trị DO % bão hòa.
Bước 1: Tính toán giá trị DO % bão hòa:
- Tính giá trị DO bão hòa:
2 3
14.652 0.41022 0.007910 0.000077774
baohoa
DO T T T
T: nhiệt độ môi trường nước tại thời điểm quan trắc (đơn vị: 0C).
- Tính giá trị DO % bão hòa:
DO%bão hòa= DOhòa tan / DObão hòa*100 DOhòa tan: Giá trị DO quan trắc đƣợc (đơn vị: mg/l)
Bước 2: Tính giá trị WQIDO:
1 1
W SI i i ( p i) i
i i
q q
QI C BP q
BP BP (Công thức 2)
Trong đó:
Cp: giá trị DO % bão hòa
BPi, BPi+1, qi, qi+1 là các giá trị tương ứng với mức i, i+1 trong Bảng 2.
Bảng 2. Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với DO% bão hòa
i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
BPi ≤20 20 50 75 88 112 125 150 200 ≥200 qi 1 25 50 75 100 100 75 50 25 1
Nếu giá trị DO% bão hòa ≤ 20 thì WQIDO bằng 1.
Nếu 20 < giá trị DO% bão hòa < 88 thì WQIDO đƣợc tính theo công thức 2 và sử dụng Bảng 2.
Nếu 88 ≤ giá trị DO% bão hòa ≤ 112 thì WQIDO bằng 100.
Nếu 112 < giá trị DO% bão hòa < 200 thì WQIDO đƣợc tính theo công thức 1 và sử dụng Bảng 2.
Nếu giá trị DO% bão hòa ≥ 200 thì WQIDO bằng 1.
* Tính giá trị WQI đối với thông số pH
Bảng 3. Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với thông số pH
i 1 2 3 4 5 6
BPi ≤5.5 5.5 6 8.5 9 ≥9
qi 1 50 100 100 50 1
Nếu giá trị pH ≤ 5.5 thì WQIpH bằng 1.
Nếu 5,5 < giá trị pH < 6 thì WQIpH đƣợc tính theo công thức 2 và sử dụng bảng 3.
Nếu 6 ≤ giá trị pH ≤ 8,5 thì WQIpH bằng 100.
Nếu 8.5 < giá trị pH < 9 thì WQIpH đƣợc tính theo công thức 1 và sử dụng bảng 3.
Nếu giá trị pH ≥ 9 thì WQIpH bằng 1.
b. Tính toán WQI
Sau khi tính toán WQI đối với từng thông số nêu trên, việc tính toán WQI đƣợc áp dụng theo công thức sau:
1
5
X X
5 2 1/3
1 1
1 1 W
W W
5 2
W W
100 c
pH
a b
a b
QI QI QI
QI QI
Trong đó:
WQIa: Giá trị WQI đã tính toán đối với 05 thông số: DO, BOD5, COD, N- NH4+, P-PO43-.
WQIb: Giá trị WQI đã tính toán đối với 02 thông số: TSS, độ đục.
WQIc: Giá trị WQI đã tính toán đối với thông số Tổng Coliform.
WQIpH: Giá trị WQI đã tính toán đối với thông số pH.
c. So sánh chỉ số chất lượng nước đã được tính toán với bảng đánh giá
Sau khi tính toán được WQI, sử dụng bảng xác định giá trị WQI tương ứng với mức đánh giá chất lượng nước để so sánh, đánh giá, cụ thể như sau:
Giá trị WQI Mức đánh giá chất lượng nước Màu 91 - 100 Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt Xanh nước biển
76 - 90 Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt
nhƣng cần các biện pháp xử lý phù hợp Xanh lá cây 51 - 75 Sử dụng cho mục đích tưới tiêu và các mục đích
tương đương khác Vàng
26 - 50 Sử dụng cho giao thông thủy và các mục đích
tương đương khác Da cam
0 - 25 Nước ô nhiễm nặng, cần các biện pháp xử lý
trong tương lai Đỏ
2.2.4.2. Phương pháp của Quỹ vệ sinh quốc gia Mỹ (WQI –NSF) - Công thức tính toán:
1
WQI = W
n i i i
SI
SIi: Chỉ số phụ của thông số thứ i (tra trên giản đồ chỉ số phụ hoặc tính từ hàm toán chỉ số phụ);
n: Số lƣợng các thông số sử dụng để tính WQI ; Wi: Trọng số tương ứng.
Thông số Trọng số tương ứng Wi
Nhiệt độ 0,1
pH 0,11
DO 0,17
BOD1 0,11
TSS 0,07
N-NO3 0,11
P-PO43- 0,1
Độ đục 0,08
E.Coli 0,16
- Thông số tính toán: DO, BOD5, N-NH4+, N-NO3-, tổng P, nhiệt độ, tổng chất rắn, pH, F.Coliform.
- Thang phân loại: 0-25: Rất ô nhiễm 26-50: Ô nhiễm 51-70: Trung bình 71-90: Tốt
91-100: Rất tốt
2.2.4.3. Phương pháp của Cơ quan bảo vệ môi trường Canada (WQI-CCME) - Công thức tính toán:
2 2 2
1 2 3
1, 732
WQI 100 F F F
+ F1: Tỉ số các thông số không đáp ứng được so với mức hướng dẫn trong khoảng thời gian tính chỉ số.
F1 = (Số thông số vƣợt quá tiêu chuẩn/Tổng số thông số)*100 + F2: % số mẫu không đáp ứng được mức hướng dẫn
F2 = (Số mẫu không đáp ứng tiêu chuẩn/Tổng số mẫu)*100 + F3: Độ lệch vƣợt chuẩn
Với các giá trị không đáp ứng đƣợc tiêu chuẩn (cao hơn giới hạn trên hoặc thấp hơn giới hạn dưới), ta tính giá trị sau:
excursioi = (giá trị thông số/mức hướng dẫn) – 1 khi giá trị thông số cao hơn giới hạn trên của mức hướng dẫn.
excusioi = (mức hướng dẫn/giá trị thông số) – 1 khi giá trị thông số thấp hơn giới hạn dưới của mức hướng dẫn.
Tính toán giá trị nse: 1
ex us o s
k
i i
c i
n e n
Trong đó n là tổng số mẫu. F3 được tính toán bằng phương pháp tiệm cận và có khoảng giá trị từ 0 đến 100.
3
se 0.01 s 0.01 F n
n e
- Thông số tính toán: Không giới hạn thông số - Thang phân loại: 0-44: Rất ô nhiễm
45-64: Ô nhiễm 65-79: Trung bình 80-94: Tốt
95-100: Rất tốt