PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHỈ SỐ CHẤTLƯỢNG NƯỚC (WQI)

0
TỔNG CỤC MÔI TRƯỜNG
TRUNG TÂM QUAN TR ẮC MÔI TRƯỜNG
o0o
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHỈ SỐ CHẤT
LƯỢNG NƯỚC (WQI)
Hà Nội, 2010
1
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
MỞ ĐẦU 3
I. TỔNG QUAN VỀ CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC (WQI) 4
1.1 Tổng quan về chỉ số môi trường 4
1.2 Tổng quan về WQI 5
1.2.1 Giới thiệu chung về WQI 5
1.2.2 Quy trình xây d ựng WQI 5
II. KINH NGHIỆM XÂY DỰNG WQI CỦA MỘT SỐ QUỐC GIA TRÊN THẾ GIỚI
10
2.1 Mô hình WQI áp d ụng tại bang Origon – Hoa Kỳ 10
2.1.1. Lựa chọn các thông số 10
2.1.2. Phương pháp chuy ển đổi biến số: 11
2.1.3. Trọng số: 15
Mô hình WQI hiện tại đang áp dụng sử dụng phương pháp trọng số cân bằng 15
2.1.4. Tính toán WQI cu ối cùng từ các chỉ số phụ 15
2.2 Mô hình WQI áp dụng ở bang Floria 16
2.2.1. Lựa chọn thông số 16
2.2.2. Tính toán chỉ số phụ 17
2.2.3. Trọng số: 19
2.2.4. Tính toán chỉ số cuối cùng 19
2.3 Các mô hình WQI áp d ụng tại Canada 20
2.3.1. Phương pháp đưa ra b ởi trung tâm St Laurent 20

2.3.2. Phương pháp c ủa QUEBEC 20
2.3.3. Phương pháp British Columbia 21
2.3.4. Phương pháp Manitoba 21
2.3.5. Phương pháp Ontario 21
2.3.6. Chi tiết phương pháp tính toán WQI áp d ụng tại Alberta (phát triển từ WQI
– CCME) 21
III. TÌNH HÌNH NGHIÊN C ỨU VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VỀ XÂY DỰNG WQI
Ở VIỆT NAM 23
3.1 Mô hình WQI đưa ra bởi TS Tôn Thất Lãng áp dụng cho sông Đồng Nai 24
3.1.1. Lựa chọn thông số: phương pháp Delphi 24
3.1.2. Tính toán chỉ số phụ: phương pháp delphi và phương pháp đư ờng cong tỉ lệ
24
3.1.3. Trọng số 24
3.1.4. Tính toán chỉ số cuối cùng 25
3.2 Mô hình WQI đưa ra bởi TS Phạm Thị Minh Hạnh 25
3.2.1. Lựa chọn thông số 26
2
3.2.2. Chuyển các thông số về cùng một thang đo 27
3.2.3. Trọng số 34
Không sử dụng trọng số 34
3.2.4. Tính chỉ số cuối cùng 35
3.3 Mô hình WQI đưa ra bởi Ủy ban sông Mekong 36
3.4 Mô hình WQI đưa ra bởi PGS.TS Lê Trình 37
3.4.1 Phương pháp l ập và tính toán WQI 38
3.4.2 Phương pháp ph ân loại và phân vùng chất lượng nước dựa theo WQI 40
IV. ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH WQI CHO M ẠNG LƯỚI QUAN TRẮC NƯỚC QUỐC
GIA 40
4.1 Lựa chọn thông số Error! Bookmark not defined.
4.2 Tính toán chỉ số phụ (WQI phụ) Error! Bookmark not defined.
4.3 Trọng số Error! Bookmark not defined.

4.4 Tính toán chỉ số cuối cùng Error! Bookmark not defined.
V. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC LVS CẦU VÀ NHUỆ ĐÁY THÔNG QUA
WQI 40
5. 1 Áp dụng WQI cho số liệu quan trắc cho hệ thống LVS Cầu 45
5.1.1 Tổng quan về hệ thống LVS Cầu 45
5.1.2 Áp dụng thử nghiệm WQI để đánh giá chất lượng nước LVS Cầu 47
5.1.3 Một số kết quả tính toán WQI khác đ ối với LVS Cầu 53
5.2 Áp dụng thử nghiệm WQI để đánh giá chất lượng nước LVS Nhuệ Đáy 57
5.2.1 Mạng lưới quan trắc LVS Nhuệ Đáy 57
5.2.2 Chất lượng nước LVS Nhuệ Đáy thông qua từng thông số 59
5.1.3 Một số kết quả tính toán WQI khác đ ối với LVS Nhuệ Đáy 64
VI. KẾT LUẬN 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO 77
3
MỞ ĐẦU
Việt Nam có mạng lưới sông ngòi khá dày, tuy nhiên quá trình phát tri ển kinh tế
xã hội nhanh đã dẫn đến nhiều lưu vực sông bị ô nhiễm nặng. Bảo vệ môi trường các
lưu vực sông đang là yêu cầu bức thiết và đang được quan tâm . Để có nguồn thông tin
phục vụ tốt công tác bảo vệ môi trường các lưu vực sông, mạng lưới quan trắc nước
trên toàn quốc đang hình thành và ngày càng m ở rộng.
Số liệu quan trắc nước từ các chương trình quan trắc thường được sử dụng trong
các báo cáo hiện trạng môi trường các lưu vực sông. Các thông s ố trong môi trường
nước được phân tích đánh giá và đưa ra các nh ận định về hiện trạng và diễn biến của
chất lượng nước.
Ngoài các phân tích đánh giá cho t ừng 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.
Chỉ số môi trường là cách sử dụng số liệu tổng hợp hơn so với đánh giá từng
thông số hay sử dụng các chỉ thị. Rất nhiều các quốc gia trên thế giới đã triển khai áp
dụng các mô hình chỉ số chất lượng nước (WQI) với nhiều mục đích khác nhau. Từ

nhiều giá trị của các thông số khác nhau, bằng các cánh tính toán phù h ợp, ta thu được
một chỉ số duy nhất, giá trị của chỉ số này phản ánh một cách tổng quát nhất về chất
lượng nước. Chỉ số chất lượng nước (WQI) với ưu điểm là đơn giản, dễ hiểu, có tính
khái quát cao có thể được sử dụng cho mục đích đánh giá diễn biến chất lượng nước
theo không gian và thời gian, là nguồn thông tin phù hợp cho cộng đồng, cho những
nhà quản lý không phải chuyên gia về môi trường nước.
Tài liệu này sẽ phân tích kinh nghi ệm các mô hình WQI đã được các quốc gia/địa
phương/nhà khoa h ọc đề xuất trên thế giới cũng như Việt Nam, trong đó nhi ều mô
hình đã áp dụng vào thực tế. Từ đó đề xuất mô hình WQI phù h ợp cho mạng lưới
quan trắc môi trường quốc gia. Mô hình này c ũng được thử nghiệm đối với lưu vực hệ
thống sông Cầu và Nhuệ Đáy.
4
Chương I. TỔNG QUAN VỀ CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC (WQI)
1.1 Tổng quan về chỉ số môi trường
Mô hình tháp dữ liệu thể hiện mối quan hệ giữa các mức độ sử dụng dữ liệu từ
chi tiết đến tổng hợp.
- Dữ liệu thô: Là các thông tin v ề môi trường thu được mà chưa qua phân tích
đánh giá.
- Dữ liệu đã được xử lý: Là các thông tin, s ố liệu đã được tổng hợp, phân tích,
đánh giá từ số liệu thô thu được từ điều tra, khảo sát, quan trắc.
- Chỉ thị môi trường: Chỉ thị môi trường là thước đo tổng hợp, cô đọng các thông
tin môi trường để đánh giá tình trạng môi trường.
- Chỉ số môi trường: là một tập hợp của các tham số hay chỉ thị được tích hợp
hay nhân với trọng số. Các chỉ số ở mức độ tích hợp cao hơn, nghĩa là chúng
được tính toán từ nhiều biến số hay dữ liệu để giải thích cho một hiện tượng
nào đó. Chỉ số môi trường truyền đạt các thông điệp đơn giản và rõ ràng về một
vấn đề môi trường cho người ra quyết định không phải là chuyên gia và cho
công chúng.
Mục đích của chỉ số môi trường:
- Phản ánh hiện trạng và diễn biến của chất lượng môi trường, đảm bảo tính phòng

ngừa của công tác bảo vệ môi trường
- Cung cấp thông tin cho những người những người quản lý, các nhà hoạch định chính
sách cân nhắc về các vấn đề môi trường và phát triển kinh tế xã hội để đảm bảo phát
triển bền vững
- Thu gọn kích thước, đơn giản hóa thông tin để dễ dàng quản lý, sử dụng và tạo ra
tính hiệu quả của thông tin.
- Thông tin cho cộng đồng về chất lượng môi trường, nâng cao nhận thức bảo vệ môi
trường cho cộng đồng.
5
1.2 Tổng quan về WQI
1.2.1 Giới thiệu chung về WQI
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.
Việc sử dụng sinh vật trong nước làm chỉ thị cho mức độ sạch ở Đức từ năm
1850 được coi là nghiên cứu đầu tiên về WQI.
Chỉ số Horton (1965) là chỉ số WQI đầu 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 tính toán, t ừ các thông số khác nhau ta thu đư ợc một chỉ số
duy nhất. Sau đó chất lượng nước có thể được so sánh với nhau thông qua ch ỉ số đó.
Đây là phương pháp đơn gi ản 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
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 th ời 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 th ể sử dụng cho các
nghiên cứu vĩ mô khác như đánh giá tác đ ộng của quá trình đô thị hóa đến
chất lượng nước khu vực, đánh giá hiệu quả kiểm soát phát thải,…
1.2.2 Quy trình xây d ựng WQI
Hầu hết các mô hình chỉ số chất lượng nước hiện nay đều được xây dựng thông
qua quy trình 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 số
khác nhau để tính toán WQI phụ thuộc vào mục đích sử dụng nguồn nước và mục tiêu
6
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 mục đích sử dụng đặc biệt.
Việc lựa chọn thông số có thể dùng phương pháp delphi ho ặc phân tích nhân tố
quan trọng. Các thông số không nên quá nhiều vì nếu các thông số quá nhiều thì sự
thay đổi của một thông số sẽ có tác động rất nhỏ đến chỉ số WQI cuối cùng. Các thông
số nên được lựa chọn theo 5 chỉ thị sau:
 Hàm lượng Oxy: DO
 Phú dưỡng: N-NH4, N-NO3, Tổng N, P-PO4, Tổng P, BOD5, COD, TOC
 Các khía cạnh sức khỏe: Tổng Coliform, Fecal Coliform, Dư lư 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
Hình dưới đây chỉ ra số lượng các thông số được sử dụng trong các mô hình
WQI khác nhau:
Hình 1: Số lượng các biến được sử dụng trong các báo cáo WQI (Couillard
and Lefebvre (1985) and Wepener et al (2006))
(nguồn: Development of Water Quality Indices for Surface Water Quality Evaluation
in Vietnam, Thesis for Ph.D.’s Degree - Pham Thi Minh Hanh)
7

Tần suất sử dụng các thông số được chỉ ra trong hình dưới đây:
Hình 2: Tần suất sử dụng các thông số trong các mô hình WQI
(nguồn: Development of Water Quality Indices for Surface Water Quality Evaluation
in Vietnam, Thesis for Ph.D.’s Degree - Pham Thi Minh Hanh)
Bước 2: Chuyển đổi các thông số về cùng một thang đo (tính toán ch ỉ số
phụ)
Các thông số thường có đơn vị khác nhau và có các kho ảng giá trị khác nhau, vì
vậy để tập hợp được các thông số vào chỉ số WQI ta phải chuyển các thông số về cùng
một thang đo. Bước này sẽ tạo ra một chỉ số phụ cho mỗi thông số. Chỉ số phụ có thể
được tạo ra bằng tỉ số giữa giá trị thông số và giá trị trong quy chuẩn. Có nhiều thang
đo có thể sử dụng:
 -100 to 100 (Stoner, 1978)
 -50 to 100 (Béronet al, 1979)
 0 to 1 (Swamee and Tyagi, 2000)
 0 to 10 (Cooper et al, 1994)
 0 to 14 (Prati et al, 1971)
8
 0 to 16 (Sargaonkar and Deshpande, 2003)
 0 to 25 (Gray, 1996)
 0 to 100 (Brown et al, 1973; Shyue et al, 1996; Liou et al, 2004; Sedeño -
Díaz and López-López, 2007; Simões et al, 2008)
 to 10 (Melloul and Collins, 1998)
 10 to 100 (Dunnette, 1979)
Có rất nhiều phương pháp chuy ển đổi thông số nhưng phương pháp đư ờng cong
tỉ lệ (rating curve) được sử dụng rộng rãi nhất.
Bước 3 : Trọng số
Trọng số được đưa ra khi ta cho r ằng các thông số có tầm quan trọng khác nhau
đối với chất lượng nước. Trọng số có thể xác định bằng phương pháp delphi, phương
pháp đánh giá tầm quan trọng dựa vào mục đích sử dụng, tầm quan trọng của các
thông số đối với đời sống thủy sinh, tính toán trọng số dựa trên các tiêu chuẩn hiện

hành, dựa trên đặc điểm của nguồn thải vào lưu vực, bằng các phương pháp th ống
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 tr ọng số khác nhau, vì vậy WQI của các lưu vực
khác nhau không thể so sánh với nhau.
Bước 4 : Tính toán chỉ số WQI cuối cùng
Các phương pháp thư ờng được sử dụng để tính toán WQI cuối cùng từ các chỉ
số phụ: trung bình cộng, trung bình nhân ho ặc giá trị lớn nhất.
STT
Phương pháp
Công thức
Nghiên cứu sử dụng
1
Trung bình cộng không
trọng số
Prati et al., 1971;
Sargaonkar and Deshpande,
2003; Frumin et al., 1997
2
Trung bình cộng có
trọng số
Brown et al., 1970, Prati et
al., 1971
3
Trung bình nhân không
trọng số
Bhargava, 1983
9
4
Trung bình nhân có

trọng số
Brown et al, 1972 Couillard
and Lefebvre, 1985
5
Tổng không trọng số
dạng Solway
Wepener et al., 2006
6
Tổng có trọng số dạng
Solway
Tyson and House, 1989;
Gray, 1996; Bordalo, 2006
7
Trung bình bình
phương điều hòa không
trọng số
Dojlido et al., 1994; Cude,
2001
8
Giá trị nhỏ nhất
I = Min(q
1
,q
2
, q
n
)
Smith, 1990
9
Giá trị lớn nhất

I = Max(q
1
,q
2
, q
n
)
Couillard and Lefebvre,
1985
(nguồn: Development of Water Quality Indices for Surface Water Quality Evaluation
in Vietnam, Thesis for Ph.D.’s Degree - Pham Thi Minh Hanh)
Một số bất cập khi tính toán chỉ số WQI cuối cùng :
 Tính che khuất : Một chỉ số phụ thể hiện chất lượng nước xấu nhưng có
thể chỉ số cuối cùng lại thể hiện chất lượng tốt
 Tính mơ hồ : Điều này xảy ra khi chất lượng nước chấp nhận được nhưng
chỉ số WQI lại thể hiện ngược lại
 Tính không mềm dẻo : Khi một thông số có thể bổ xung vào việc đánh giá
chất lượng nước nhưng lại không được tính vào WQI do phương pháp đ ã
được cố định.
Swamee and Tyagi đ ã đề xuất một công thức có thể khắc phục các bất cập trên :
k
n
i
k
i
qnI












1
/1
1
Trong đó :
I : Chỉ số cuối cùng
10
n : số lượng thông số
qi: Chỉ số phụ
k là hằng số và được tính như sau:
 
1log/1
2
 nk
Liou et al. (2004) cũng đề xuất dùng một công thức kết hợp cả trung bình cộng
và trung bình nhân.
3/1
1
1
2
1
3
1


































 k
k
j
jj
i
iitoxpHtem
qwqwqCCCI
Trong đó :
C
tem
. C
pH
, C
tox
: Chỉ số phụ tương đương ứng với nhiệt độ, pH và các chất độc
hại
q
i
: Chỉ số phụ của nhóm các thông s ố DO, BOD
5
, N-NH
3
q
j
: Chỉ số phụ ywngs với nhóm thông số độ đục, TSS
q
k
: Chỉ số phụ của nhóm vi sinh vật bao gồm Fecal coliform
Chương II. KINH NGHI ỆM XÂY DỰNG WQI CỦA MỘT SỐ QUỐC GIA TRÊN TH Ế

GIỚI
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 B ảo vệ môi trường Canada (The Canadian
Council of Ministers of the Environment - CCME, 2001) xây d ựng
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 ch ỉ 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
2.1 Mô hình WQI áp d ụng tại bang Origon – Hoa Kỳ
2.1.1. Lựa chọn các thông s ố
11
WQI là một con số đại diện cho chất lượng nước tính toán từ 8 thông số: Nhiệt
độ, DO, BOD, pH, Tổng N (ammonia+nitrate nitrogen), T ổng P, Tổng rắn (Total
solids), fecal coliform. OWQI đư ợc đưa ra từ năm 1970 và liên t ục được cải tiến.
Giới hạn áp dụng: WQI là một chỉ số tổng hợp được sử dụng để đánh giá chất
lượng nước cho các mục đích thông thường (câu cá, bơi…). Nó th ể xác định chất
lượng nước cho các mục đích đặc biệt, WQI cũng không thể ước tính được hết tất cả
các tác động có hại đến sức khỏe. OWQI được xây dựng cho các lưu vực thuộc bang
Oregon, việc áp dụng cho các nơi khác c ần có cân nhắc và điều chỉnh phù hợp.
2.1.2. Phương pháp chuy ển đổi biến số :
WQI đầu tiên được xây dựng khi National Sanitation Foundation’s Water Quality
Index được thành lập. Các chỉ số WQI này (chỉ số WQI ban đầu và chỉ số WQI được
sử dụng hiện tại) đều sử dụng phương pháp tiếp cận Delphi.
Việc lựa chọn biến số sử dụng phương pháp DELPHI và t ập hợp lại bằng phương
pháp chuyên gia. Chuy ển đổi các biến số bằng cách logarit hóa để tính các chỉ số phụ.

Trong quá trình xây d ựng chỉ số WQI ban đầu, một nhóm các chuyên gia đ ã được tập
hợp và sử dụng phương pháp Delphi đ ể xác định các biến số và trọng số của mỗi biến.
Việc loại bỏ các tỉ lệ bằng phương pháp Redudancy and impai rment categories của 6
thông số (DO, BOD, pH, tổng rắn, amoni+nitrat, fecak coliform). Các thông s ố được
phân loại thành các nhóm nhân t ố khác nhau: tiêu thụ oxy, phú dưỡng, thông số vật lý,
các chất hòa tan và yếu tố ảnh hưởng đến sức khẻ
Sự tiêu thụ Oxy. Với nhiều biến thì sự thay đổi nhỏ trong một biến không thể
phản ánh rõ nét trong ch ỉ số WQI cuối cùng.
Chỉ số WQI phụ được tính toán từ giá trị các thông số thông qua một đường phi
tuyến xây dựng trước. WQI hiện nay cũng được bổ xung thêm 2 thông s ố là tổng P và
nhiệt độ dựa trên những nghiên cứu về điều kiện của các lưu vực tai Oregon. Mỗi một
chỉ số phụ có giá trị từ 10 đến 100.
Oxy hòa tan (DO)
WQI ban đầu chỉ được tính dựa trên độ bão hòa với các điều kiện nhiệt độ khác
nhau. DO là chỉ số quan trọng cho Cá hồi, tôm Chỉ số phụ DO được xây dựng dựa
trên tác động đến các loài thủy sinh. Cách tính chỉ số phụ DO như sau:
- Nồng độ DO bão hòa (DO saturation hay DOs) ≤ 100% hoặc Nồng độ DOc ≤
3.3 mg/l SI
DO
= 10
- 3.3 mg/l < DOc ≤ 10.5 mg/l SI
DO
=-80.29+31.88*DOc-1.401*DOc
2
12
- 10.5 mg/l < DOc SI
DO
= 100
- 100% < DOs ≤ 275% SI
DO

=100*exp((DOs - 100)*1.179E-2)
- 275% < Dos SI
DO
= 100
Nhu cầu Oxy sinh học (BOD)
BOD thể hiện tổng mức tiêu thụ oxy do các sinh vật thủy sinh. Phương pháp tính
chỉ số phụ BOD như sau:
BOD ≤ 8 mg/l: SI
BOD
= 100*exp(BOD*-0.1993)
8 mg/l < BOD SI
BOD
= 10
13
Amonia + nitrate nitrogen N
Quá trình Nitrat hóa di ễn ra trong một số dòng chảy thuộc bang Oregon và quá
trình này cũng có thể tiêu thụ oxy. Chỉ số phụ Nitơ được tính dựa trên tổng của amoni
và nitrat, tuy nhiên trong cơ s ở dữ liệu vẫn cần lưu riêng amoni và nitrat đ ể có thể
phân tích về mức độ đóng góp của amoni và nitrat đối với chỉ số phụ Nitơ. Phương
pháp tính toán chỉ số phụ Nito nêu ở phần dưới.
Phú dưỡng
Sự gia tăng nồng độ các hợp chất nitơ và photpho dễ tiêu trong nước tạo ra những
điều kiện thuận lợi cho tảo phát triển. Phú dưỡng có thể ảnh hưởng rất lớn đến chất
lượng môi trường nước và đời sống của các loài thủy sinh.
Amonia + nitrate nitrogen N
Amonia và nitrat vừa có tác động đến nồng độ oxy hòa tan vừa có ảnh hưởng chủ
yếu đến phú dưỡng. Phương pháp tính ch ỉ số phụ Nitơ như sau:
N ≤ 3 mg/l SI
N
= 100*exp(N* -0.4605)

3 mg/l < N SI
N
=10
14
Tổng photphat P
P ≤ 0.25 mg/l SI
P
= 100 – 299.5*P – 0.1384*P
2
0.25 mg/l ≤ P SI
P
= 10
Các chất hòa tan
a. pH
Công thức tính chỉ số phụ pH như sau:
- pH < 4 SI
pH
= 10
- 4 ≤ pH < 7 SI
pH
= 2.628*exp(pH*0.52)
- 7 ≤ pH ≤ 8 SI
pH
= 100
- 8 <pH ≤ 11 SI
pH
=100*exp((pH-8)*-0.5188)
- 11 < pH SI
pH
=10

b. Tổng rắn TS
Công thức tính phụ thuộc vào các lưu vực khác nhau…
Nhân tố vật lý - Nhiệt độ T
15
T ≤ 11
o
C SI
T
= 100
11
o
C ≤ 29
o
C SI
T
= 76.54 + 4.172*T – 0.1623.T
2
– 2.0557*10
-3
*T
3
.
29
o
C ≤ T SI
T
= 10
Yếu tố ảnh hưởng đến sức khỏe - Fecal Coliform FC
FC ≤ 50 #/100 ml SL
FC

= 98
50 #/100ml < FC ≤ 1600 #/100ml SL
FC
= 98*exp((FC-50)* -9.9178E-4)
1600 #/100ml < FC SL
FC
= 10
2.1.3. Trọng số:
Mô hình WQI hiện tại đang áp dụng sử dụng phương pháp trọng số cân bằng
2.1.4. Tính toán WQI cu ối cùng từ các chỉ số phụ
WQI ban đầu được tính bằng trung bình số học có trọng số của các chỉ số phụ
thành phần:
16



n
i
ii
WSIWQI
1
Trong đó SIi là chỉ số phụ đối với thông số i, Wi là trọng số tương ứng.
NSF AQI là trung bình theo không gian (geometic mean) có tr ọng số của các
chỉ số phụ thành phần:
i
n
i
i
WSIWQI




1
WQI được sử dụng tại hiện tại ở Oregon sử dụng hàm bình phương điều hòa
không trọng số theo công thức sau:



n
i
i
SI
n
WQI
1
2
1
Trong đó:
WQI: chỉ số cuối cùng
n là số lượng các chỉ số WQI thành phần.
SLi: Chỉ số phụ
Sau khi WQI cuối cùng được xác định, chất lượng nước được đánh gia theo các
thang như sau:
10 – 59 rất xấu
60 – 79 Xấu
80 – 84 Trung bình
85 – 89 Tốt
90 – 100 Rất tốt
2.2 Mô hình WQI áp d ụng ở bang Floria
2.2.1. Lựa chọn thông số

Các nhóm thông số để tính toán WQI
- Độ trong của nước: độ đục, tổng rắn lơ lửng
17
- Hàm lượng oxy: DO
- Như cầu oxy (phú dưỡng): COD, BOD, TOC
- Các chất dinh dưỡng: Tổng N, nitrat, Tổng P
- Vi khẩn: Tổng Coliform và Fecal Coliform
2.2.2. Tính toán ch ỉ số phụ
Chỉ số phụ được tính toán từ giá trị thông số bằng phương pháp đư ờng cong tỉ lệ
(rating curve), đường cong này được xây dựng từ các tiêu chuẩn về nước mặt và các
nghiêm cứu về nồng độ các chất ô nhiễm trong nước.
Thông số
Chất lượng tốt
Chất lượng kém
WQI
Đơn
vị
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Chỉ thị: Chất rắn lơ lửng
Độ đục
JTU
1.5

3
4
4.5
5.2
8.8
12.2
16.5
21
TSS
mg/l
2
3
4
5.5
6.5
9.5
12.5
18
26.5
Chỉ thị: Hàm lượng oxy
DO
mg/l
8
7.3
6.7
6.3
5.8
5.3
4.8
4

3.1
Chị thị: Nhu cầu oxy
BOD
mg/l
0.8
1
1.1
1.3
1.5
1.9
2.3
3
5.1
COD
mg/l
16
24
32
38
46
58
72
102
146
TOC
mg/l
5
7
9.5
12

14
17.5
21
27.5
37
Chị thị: Chất dinh dưỡng
Tổng N
mg/l
0.55
0.75
0.9
1
1.2
1.4
1.6
2
2.7
N-NO3
mg/l
0.01
0.03
0.05
0.07
0.1
0.14
0.2
0.32
0.64
Tổng P
mg/l

0.02
0.03
0.05
0.07
0.09
0.16
0.24
0.46
0.89
18
Chị thị: Vi sinh vật
Tổng
Coliform
MPN/10
0ml
100
150
250
425
600
1100
1600
3700
7600
Fecal
Colifoem
MPN/10
0ml
10
30

35
55
75
135
190
470
960
Ghi chú: *: đơn vị trong tài liệu gốc; *=MPN/100ml (ngư ời dịch)
Các đường cong tỉ lệ được thể hiện cụ thể trong các hình dưới đây:
19
2.2.3. Trọng số:
Không sử dụng trọng số
2.2.4. Tính toán ch ỉ số cuối cùng
Sử dụng công thức trung bình cộng không trọng số:



n
i
i
q
n
I
1
1
Trong đó:
I : Chỉ số cuối cùng
20
n: số lượng thông số
qi: chỉ số phụ

Thang điểm WQI:
- Tốt: 0 – 44
- Trung bình: 45 – 59
- Kém: 60 – 99
2.3 Các mô hình WQI áp d ụng tại Canada
Bộ Môi trường Canada đưa ra m ột mô hình WQI (WQI – CCME), mô hình đó
được sử dụng ở nhiều bang tại Canada
2.3.1. Phương pháp đưa ra b ởi trung tâm St Laurent
Trung tâm St Laurent (CSL) là m ột trung tâm chịu trách nhiệm báo cáo chất
lượng nước của sông St. Lawrence. Ch ỉ số WQI được CSL đưa ra như sau:
n
FA
WQI
ii


Trong đó Ai là giá tr ị trung bình mức độ vượt độ vượt quá mức hướng dẫn của
các biến. Khi giá trị của thông số vượt quá mức hướng dẫn đối với thông số đó tỉ lệ
“giá trị thông số/mức hướng dẫn” được tính toán. Ai là trung bình c ủa các giá trị đó.
Fi là tần số của giá trị vượt quá mức hướng dẫn so với tổng số giá trị thu được
của biến đó ( Fi = Faccced/Ftotal)
CSL tính toán các ch ỉ số chất lượng nước khác nhau cho các m ục đích sử dụng
khác nhau như: b ảo vệ các loài thủy sinh, dùng làm nư ớc sinh hoạt, môi trường nước
mặn…
2.3.2. Phương pháp của QUEBEC
Phương pháp này dựa trên cách tiếp cận của New Zealand. WQI là giá tr ị nhỏ
nhất của các giá trị WQI phụ. Mỗi chỉ số phụ được tính toán từ một thông số quan trắc
môi trường nước.
WQI = min(Isub1, Isub2,…,Isubn)
Phương pháp tính toán các ch ỉ số phụ khác các phương pháp áp d ụng tại

Canada đó là phương pháp này s ử dụng đường cong Delphi. Đư ờng cong Delphi xây
21
dựng bằng phương pháp chuyên gia v ề mức độ quan trọng của các thông số trong môi
trường nước. Họ sử dụng một đường phi tuyến (dựa trên ý kiến tổng hợp các chuyên
gia) để xác định mức WQI phụ dựa trên giá trị các thông số. Chỉ số Quebec là giá trị
xấu nhất của các giá trị WQI phụ.
2.3.3. Phương pháp British Columbia
WQI = (F12+F22+F32)½
F1 là phần trăm các mẫu vượt quá mức hướng dẫn
F2 là phần trăm các thông s ố có một hoặc nhiều hơn 1 mẫu vượt quá mức
hướng dẫn
F3 là giá trị cao nhất của mẫu vượt quá mức hướng dẫn
Trong 3 thành phần F1, F2, F3 thì có 2 thành ph ần giống với các phương pháp
tính WQI khác: F2 giống với chỉ số của bang Alberta, F3 tương t ự chỉ số của trung tâm
St Laurent, còn thành ph ần F1 thì không giống bất kỳ phương pháp nào khác. Các m ức
WQI khác nhau phù h ợp với các mục đích sử dụng khác nhau.
2.3.4. Phương pháp Manitoba
Bang Manitoba s ử dụng phương pháp đ ã áp dụng tại bang British Columbia mà
có bất kỳ thay đổi nào, với số liệu trong 4 năm tại 8 vùng khác nhau thu ộc Manitoba,
bang Manitoba đã kết luận phương pháp Bitish Columbia hoàn toàn có th ể áp dụng
phù hợp cho Manitoba.
2.3.5. Phương pháp Ontario
Bang Ontario sử dụng phương đã áp dụng tại British Columbia nhưng s ửa đổi
giá trị F3 là giá trị trung bình chứ không phải giá trị cao nhất. Họ đưa ra đánh giá về
một số vấn đề xảy ra đối với phương pháp British Columbia khi m ột số giá quá lớn so
với mục tiêu chất lượng.
Các thông số môi trường sử dụng để tính toán WQI bao g ồm: Clorua, Fecal
Coliform, đồng, sắt, chì, kẽm, magan, natri, tổng N, tổng P, DO, sunfat, pH, t ổng rắn.
2.3.6. Chi ti ết phương pháp tính toán WQI áp d ụng tại Alberta (phát tri ển từ WQI
– CCME)

Lựa chọn thông số: Các thông số dùng để tính toán WQI là h ầu hết các thông
số có trong chương tr ình quan trắc tại Alberta
Metals & Ions
22
Aluminum
Copper
Molybdenum
Vanadium
Arsenic
Iron
Nickel
Zinc
Beryllium
Lead
Selenium
Cyanide
Boron
Lithium
Silver
Fluoride
Cadmium
Manganese
Thallium
Cobalt
Mercury
Uranium
Pesticides
2,4-D
Picloram
Bromoxynil

Chlorpyrifos
MCPP
Dicamba
Cyanazine
Imazamethabenz
MCPA
Triallate
Malathion
Diuron
Diazinon
Atrazine
Methoxychlor
Dichlorprop
Lindane
Nutrients & Related Variables
Dissolved Oxygen
Total Phosphorus
Nitrite-Nitrogen (NO2-N)
pH
Total Nitrogen
Ammonia Nitrogen
Bacteria
Fecal Coliforms
Escherichia coli
Các thông số sử dụng để tính toán chỉ số WQI
WQI được tính toán thông qua các bư ớc như sau:
Bước 1: Tính toán giá tr ị phạm vi - SCOBE F1
F1 là 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 vượt quá tiêu chuẩn/tổng số thông số)*100

Bước 2: Tính toán giá tr ị tần suất F2
F2 là phần trăm số mẫu không đáp ứng được mức hướng dẫn
F2 = (Số mẫu không đáp ứng tiêu chuẩn/Tổng số mẫu)*100
Bước 3: Tính toán giá tr ị biên độ F3
Giá trị F3 được tính toán qua 3 bư ớc sau:
23
- Với các giá trị không đáp ứng được tiêu chuẩn (cao hơn giới hạn trên hoặc
thấp hơn giới hạn dưới), ta tính giá trị sau:
 excursio
i
= (giá trị thông số/mức hướng dẫn) – 1 khi giá trị thông số cao
hơn giới hạn trên của mức hướng dẫn
 excusio
i
= (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
o
n
excusio
nse
k
i
i



1
o 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

o
01.001.0
3


nse
nse
F
Bước 4: Tính toán giá tr ị WQI
372.1
100
2
3
2
2
2
1
FFF
WQI


Các mức WQI
Rất tốt: 95 - 100.
Tốt: 80 - 94
Trung bình: 65 - 79
Xấu: 45 - 64
Rất Xấu: 0 – 44
Chương III: TÌNH HÌNH NGHIÊN C ỨU VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VỀ XÂY DỰNG
WQI Ở VIỆT NAM
Tại Việt Nam WQI chưa đư ợc triển khai chính thức, một số nghiên cứu điển hình

như sau:
- Nghiên cứu của TS Tôn Thất Lãng, TS Phạm Thị Minh Hạnh, cách tiếp cận
cải tiến từ WQI – NSF.
24
- Phương pháp WQI đưa ra b ởi Ủy ban sông Mê Kông: tính toán t ổng hợp
3.1 Mô hình WQI đưa ra bởi TS Tôn Thất Lãng áp dụng cho sông Đồng Nai
3.1.1. Lựa chọn thông số: phương pháp Delphi
Các thông số được lựa chọn để tính WQI cho sông Đồng Nai:
- BOD, Tổng N
- DO
- SS
- pH
- Coliform
3.1.2. Tính toán ch ỉ số phụ: phương pháp delphi và phương pháp đư ờng cong tỉ lệ
Từ điểm số trung bình do các chuyên gia cho ứng với từng khoảng nồng
độ thực tế, đối với mỗi thông số chất lượng nước chúng tôi xây dựng một đồ thị và
hàm số tương quan giữa nồng độ và chỉ số phụ. Dựa vào phương pháp th ử với sự trợ
giúp của phần mềm xử lý bảng tính Excel, các hàm ch ất lượng nước được biểu thị
bằng các phương trình sau:
- Hàm chất lượng nước với thông số BOD5 y = - 0,0006x2 - 0,1491x +
9,8255
- Hàm chất lượng nước với thông số DO y = 0,0047x2 + 1,20276x - 0,0058
- Hàm chất lượng nước với thông số SS y = 0,0003x2 - 0,1304x + 11,459
- Hàm chất lượng nước với thông số pH y = 0,0862x4 - 2,4623x3 +
24,756x2 – 102,23x + 150,23
- Hàm chất lượng nước với thông số tổng N: y = - 0,04x2 – 0,1752x + 9,0244
- Hàm chất lượng nước với thông số coliform y = 179.39x -0,4067
3.1.3. Trọng số
Thep phương pháp Delphi, các m ẫu phỏng vấn được biên soạn và gởi
đến 40 chuyên gia ch ất lượng nước ở các trường Đại Học, các Viện Nghiên Cứu, các

trung tâm Môi trường để lấy ý kiến. Các mẫu phỏng vấn được gởi đi hai đợt: đợt một
là các câu hỏi để xác định các thông số chất lượng nước quan trọng, đợt hai là các câu
hỏi để xác định trọng số của các thông số chất lượng nước để xây dựng chỉ số phụ và
hàm chất lượng nước.