đánh giá cln máy tại thành phố huế và vùng phụ cận bằng chỉ số cln

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu
của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong
luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho phép
sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một
công trình nào khác
Huế, tháng 9 năm 2014
Tác giả luận văn
Hồ Thị Diệu Hằng
Lời cảm ơn
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Tiến sĩ Hoàng
Thái Long đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn Thạc sĩ Trương Công Nam, Giám đốc Công ty cùng
các đồng nghiệp tại Phòng Quản lý chất lượng nước thuộc Công ty TNHH NN
MTV Xây dựng và Cấp nước Thừa Thiên Huế đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong
suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo trong tổ bộ môn Vô Cơ, Phân
Tích, quý thầy cô Khoa Hoá, Đại học Khoa Học Huế và bạn bè lớp Cao học hoá
K20, cảm ơn gia đình, người thân đã động viên giúp đỡ trong suốt thời gian học tập
và thực hiện luận văn này.
Huế, tháng 09 năm 2014
Tác giả
Hồ Thị Diệu Hằng
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1
1. Lý do chọn đề tài 1
2. Mục đích nghiên cứu 3
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3
4. Phương pháp nghiên cứu 3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4
ừ đó đề tài “Đđánh giá CLN máy tại thành phố Huế và vùng phụ cận bằng chỉ số
chất lượng nước” được thực hiện góp phần tạo cơ sở cho các Công ty Cấp nước
đánh giá khách quan về CLN, đồng thời cho phép so sánh CLN theo không gian,
thời gian và do vậy, thuận lợi cho phân vùng và phân loại CLN 4
6. Cấu trúc luận văn 4
Chương 1. TỔNG QUAN 6
1.1. Chất lượng nước và nhu cầu đánh giá chất lượng nước 6
1.2. Giới thiệu về chỉ số chất lượng nước 7
1.2.1. Khái niệm về WQI 7
1.2.2. Phân loại WQI 8
1.2.3. Ưu điểm và hạn chế của WQI 8
1.2.4. Phương pháp chung để xây dựng một mô hình tính WQI 9
1.2.5. Đánh giá chất lượng nước theo WQI 22
1.2.6. Sơ lược về tình hình sử dụng WQI 22
1.3. Sơ lược về HueWACO 23
1.4. Tiêu chí đánh giá nước “An toàn và Ngon” của HueWACO [6] 25
Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27
2.1. Nội dung nghiên cứu 27
2.2. Phương pháp nghiên cứu 27
2.2.1. Phạm vi nghiên cứu 27
2.2.2. Chuẩn bị mẫu cho phân tích 27
2.2.3. Phương pháp đo/phân tích các thông số CLN 30
2.2.4. Phương pháp tính toán WQI 31
2.2.5. Phương pháp đánh giá và phân loại CLN 31

2.2.6. Phương pháp đánh giá độ tin cậy của phương pháp phân tích 31
32
2.2.67. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm 32
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33
3.1. Kiểm soát chất lượng các phương pháp phân tích 33
3.2. Lựa chọn mô hình WQI để đánh giá CLN máy 35
3.2.1. Nguyên tắc lựa chọn 35
3.2.2. Kiểm tra độ nhạy của 2 mô hình WQIC và WQIH 36
3.2.3. Đánh giá chất lượng nước máy trên mạng cấp ở thành phố Huế và vùng
phụ cận từ năm 2009 đến năm 2013 theo tiêu chí nước “An toàn và Ngon” 39
3.3. Đánh giá biến động CLN máy trên mạng cấp ở thành phố Huế và vùng phụ
cận từ tháng 11 năm 2013 đến tháng 06 năm 2014 42
3.3.1. Biến động CLN máy theo không gian và thời gian 44
3.3.6. Biến động CLN đầu mạng và cuối mạng 47
3.4. Phân loại và phân vùng chất lượng nước 48
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO 53
PHỤ LỤC
Phụ lục 1 57
PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
Tiếng Việt Tiếng Anh Viết tắt
Cấp nước an toàn Safe Water SafetySupply

CNAT
Công ty TNHH NN MTV Xây
dựng và Cấp nước Thừa Thiên
Huế
Thua Thien Hue Water supply
and Construction State One

Member Limitted Company
HueWACO
Chất lượng nước Water quality CLN
Chỉ số chất lượng nước Water quality Index WQI
Chỉ số chất lượng nước của Hội
đồng Bộ trưởng Môi trường
Canada
Canadian Council of Ministers
of the Environment - Water
Quality Index
CCME -WQI
Chỉ số chất lượng nước của Quỹ
vệ sinh Mỹ
National Sanitation Foundation
- Water Quality Index
NSF -WQI
Chỉ số chất lượng nước của
Bhargava
Bhargava Water Quality Index Bhargava - WQI
Vùng cấp nước

Caretaker Metered Area CMA
Độ dẫn điện Electrical Conductivity EC
Độ đục Turbidity TUR
Độ lệch chuẩn Standard deliviation S
Độ lệch chuẩn tương đối Relative Standard deliviation RSD
Chất rắn lơ lửững Suspended solid SS
Nhu cầu oxi sinh hoá
5 - day Biochemical Oxygen
Demand

BOD
5

Nhu cầu oxi hoá học Chemical Oxygen Demand COD
Oxi hoà tan Dissolved Oxygen DO
Phân tích phương sai Analysis of Variance ANOVA
Tổng chất rắn hoà tan Total Dissolved Solids TDS
Tổ chức Y tế Thế giới World Health Organization WHO
Sản phẩm phụ của quá trình khử
trùng bằng clo
Chlorination by products CBP
S
Tổng coliform Total Coliform TC
Tổng cục Môi trường Việt Nam
Vietn Nam Environment
Protection Agency (VEPA)
TCMTVN
Tiêu chuẩn Việt Nam Vietnamese Nam Standard TCVN
Trihalogen metan Trihalomethanes THM
S
Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia

Vietnamese National

QCVN
Việt Nam
Technical RegulationViet Nam
Regulation

Giới hạn phát hiện Limit of Detection LOD

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các công thức tính WQI tổng quát 10
Bảng 1.2. Các thông số CLN lựa chọn cho các mục đích sử dụng nước khác
nhau 17
Bảng 1.3. Bảng quy định các giá trị qi, BPi 20
Bảng 1.4. Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với DO% bão hòa 20
Bảng 1.5. Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với thông số pH 21
Bảng 1.6. Bảng mức đánh giá CLN theo WQI 21
Bảng 1.7. Phân loại CLN theo WQI [3], [13], [15], [2294] 22
Bảng 1.8. Tiêu chí nước“An toàn và Ngon” của HueWACO [6], [19], [20] 25
Bảng 2.1. Mô tả các vị trí lấy mẫu trên mạng lưới cấp nước 29
Bảng 2.2. Các phương pháp đo/phân tích các thông số CLN [1] 31
Bảng 3.1. Kết quả xác định độ thu hồi của phương pháp phân tích 33
Bảng 3.2. Độ lặp lại của phương pháp phân tích sắt tổng, mangan tổng và
nhôm 35
Bảng 3.3. Các kết quả tính WQIC và WQIH 36
Bảng 3.4. Các kết quả tình toán WQIH và WQI*H 38
Bảng 3.5.a. Giá trị WQIH của nước máy ở thành phố Huế và vùng phụ cận từ
năm 2009 đến năm 2013 40
Bảng 3.5.b. Kết quả phân tích Anova 2 chiều bảng số liệu bảng 3.5a 41
Bảng 3.6. WQIH nước máy theo đợt và khu vực lấy mẫu 43
Bảng 3.7. Kết quả phân tích ANOVA 2 chiều của bảng số liệu 3.6 44
Bảng 3.8. WQIH đầu và cuối mạng phân phối nước 47
Bảng 3.9. Phân loại CLN máy trên mạng phân phối (11/2013–06/2014) 48
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1.Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý nước của HueWACO 24
Hình 2.1. Vị trí lấy mẫu trên bản đồ mạng thành phố Huế và vùng phụ cận 28
Hình 3.1. Mối tương quan giữa WQIH và WQI*H 39
Hình 3.3. Biến động CLN máy qua các đợt khảo sát 43
Hình 3.4. Biến động CLN của khu vực 1 đến khu vực 7 trong cả 4 đợt 45

Hình 3.5. Biến động CLN của khu vực 8 đến khu vực 14 trong cả 4 đợt 45
Hình 3.6. Biến động CLN trong 4 đợt khảo sát 46
Hình 3.7. Bản đồ hoá kết quả đã tính trong bảng 3.9 49
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Nước sạch là một trong những nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống hàng ngày
của con người. Nước sạch là nguồn sống, là sức khoẻ trước mắt và lâu dài cho cộng
đồng, là một trong những tiêu chí của xã hội văn minh, thể hiện trình độ văn hoá,
thước đo chất lượng cuộc sống con người.
Hiện nay, các vấn đề về nước sạch đang là mối quan tâm trên phạm vi toàn
cầu. L, làm thế nào để đảm bảo một nguồn nước sạch để sử dụng là điều cấầpn thiết
ở Việt Nam và nhiều quốc gia trên thế giới.
Nhận thức được tầm quan trọng của nước sạch, trong những năm qua, song
song với việc mở rộng phát triển hệ thống cấp nước, phát triển nhanh tỷ lệ người
dân dùng nước, Công ty TNHH NN MTV Xây dựng và Cấp nước Thừa Thiên Huế
(HueWACO) đã chú trọng nâng cao chất lượng nước (CLN), duy trì bền vững cấp
nước an toàn (CNAT) và từng bước tiến đến cấp nước “An toàn và Ngon” trên toàn
mạng cấp nước, nhằm góp phần nâng cao sức khỏe và chất lượng cuộc sống của
người dân. Trải qua 10 năm thực hiện chương trình mục tiêu CNAT, ngày
26/08/2009, HueWACO đã công bố CNAT trên toàn tỉnh Thừa Thiên Huế. Đặc biệt
vào tháng 03/2014, HueWACO đã công bố cấp nước “An toàn và Ngon” ở nhà máy
Phong Thu và mạng Phong Điền. Đây là nhà máy đầu tiên của HueWACO và của
Việt Nam công bố CNAT và ngoncấp nước “An toàn và Ngon” [6].
Hiện nay, HueWACO đang chuẩn bị công bố cấp nước “An toàn và Ngon” ở
thành phố Huế và các vùng phụ cận, hướng đến công bố nước “An toàn và Ngon”
trên toàn tỉnh Thừa Thiên Huế trong thời gian tới với mục đích nâng cao sức khỏe
và chất lượng cuộc sống cộng đồng, đưa nước sạch trở thành một thương hiệu có uy
tín, góp phần thu hút du khách đến với thành phố Huế và tỉnh Thừa Thiên Huế.
Trước khi công bố cấp nước “An toàn và Ngon”, nhiệm vụ quan trọng hàng

đầu của HueWACO là đánh giá chất lượng nước trên mạng cấp theo tiêu chí nước
“An toàn và Ngon” để giám sát, phân loại và phân vùng chất lượng nước, từ đó đưa
2
ra các biện pháp khắc phục nhằm đảm bảo cấp nước “An toàn và Ngon” trên toàn
tỉnh Thừa Thiên Huế trong thời gian tới.
Để đánh giá CLN trên mạng cấp, người ta thường dựa vào việc phân tích, rồi
so sánh các thông số riêng biệt với giá trị được quy định trong quy chuẩn quốc gia
hoặc quốc tế. Đánh giá chất lượng nước dựa vào quy chuẩn có nhược điểm là khó lý
giải về CLN cho cộng đồng cũng như không cho phép đánh giá một cách tổng quát
CLN, không phân loại, phân vùng CLN… và do vậy, sẽ khó khăn cho việc giám sát
và quản lý CLN. Để khắc phục những vấn đề trên, đồng thời tạo cơ sở thuận lợi cho
việc giám sát và quản lý CLN, cần phải có một thông số mô tả tổng quát và dễ hiểu
về CLN, cho phép lượng hóa được CLN (tức là biểu diễn CLN theo một thang điểm
thống nhất). Một trong những thông số tổng quát đó là chỉ số CLN (WQI – Water
Quality Index)

WQI là một thông số “tổ hợp” được tính toán từ nhiều thông số CLN theo
một phương pháp xác định hay theo một công thức toán học xác định [34, [36]. Đây
là một công cụ đơn giản có thể tóm tắt và báo cáo dữ liệu phức tạp về chất lượng
nước, thích hợp với việc tin học hoá, nên thuận lợi cho quản lý và thông báo cho
cộng đồng và các nhà hoach định chính sách. Ngoài ra, WQI được dùng để mô tả
định lượng về CLN và được biểu diễn qua các thang điểm thông thường từ 0-100
[35], [36], [36]. Hiện nay trên thế giới đã áp dụng nhiều mô hình WQI để đánh giá
CLN sông [21], [22], [33] và mới đây tổng cục Môi trường Việt Nam (TCMTVN)
đã ban hành quyết định số 879/QĐ-TCMT về sổ tay hướng dẫn tính toán WQI và
áp dụng mô hình WQI với 9 thông số để đánh giá CLN cho tất cả các sông trên cả
nước [3]. Ngoài ra, WQI còn được sử dụng để đánh giá CLN ngầm [27], [30]. Tuy
vậy, ở Việt Nam các nghiên cứu về WQI để đánh giá CLN sạch chưa được áp dụng
phổ biến đặc biệt là các công ty Cấp nước. Trong khi đó, trên thế giới nhiều quốc
gia đã áp dụng WQI để đánh giá CLN sạch [9], [11], [19], [24], [32], [34] và mới

đây the United Nations Environment Programme Global Environment Monitoring
System (GEMS/Water) [31] đã kết hợp chỉ số CLN của Hội đồng Bộ trưởng Môi
tường Canada với tiêu chuẩn hướng dẫn của WHO về chất lượng nước uống để phát
3
triển chỉ số CLN toàn cầu. Xuất phát từ vấn đề trên, chúng tôi chọn đề tài “Đánh giá
CLN máy tại thành phố Huế và vùng phụ cận bằng chỉ số CLN”
Xuất phát từ những vấn đề trên, chúng tôi chọn đề tài ‘Đánh giá chất lượng
nước máy tại thành phố Huế và vùng phụ cận bằng chỉ số CLN”
2. Mục đích nghiên cứu
 Thu thập số liệu và tài liệu liên quan đến đề tài;
 Xây dựngLựa chọn mô hình chỉ số CLN phù hợp để đánh giá CLN máy;
 Khảo sát lấy mẫu tại khu vực thành phố Huế và vùng phụ cận và phân tích
các thông số CLN theo tiêu chí nước “An toàn và Ngon” của HueWACO;
 Đánh giá, phân loại chất lượng nước theo WQI;
 Dựa vào WQI phân vùng CLN trên mạng cấp.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: nNước máy.
- Phạm vi nghiên cứu: mMạng lưới cấp nước ở thành phố Huế và vùng phụ
cận thuộc HueWACO.
- Thông số CLN máy tại thành phố Huế và vùng phụ cận từ năm 2009 đến-
20142013
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp đo/phân tích các thông số CLN: Các phương pháp đo/phân
tích các thông số CLN là các phương pháp tiêu chuẩn của Việt Nam;
- Phương pháp tính toán WQI: Tính toán theo mô hình CCME - WQI truyền
thống và CCME – WQI có trọng số;
- Phương pháp đánh giá và phân loại CLN: Đánh giá và phân loại CLN dựa vào
bảng phân loại theo WQI;

- Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm: sửÁp dụng chương trình Excel

2010 để xử lý , và kiểm tra các số liệu thực nghiệm và phương pháp phân tích
phương sai 2 yếu tố (ANOVA 2 yếu tố) để so sánh,và so sánh, đánh giá CLN.
4
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học: đánh giá CLN máy bằng WQI góp phần tạo cơ sở cho các
Công ty Cấp nước đánh giá khách quan về CLN, đồng thời cho phép so sánh CLN
theo không gian, thời gian và do vậy, thuận lợi cho phân vùng và phân loại CLN.
- Ý nghĩa thực tiễn. Hiện nay, để đánh giá CLN trên mạng cấp, người ta
thường dựa vào việc phân tích, rồi so sánh các thông số riêng biệt với giá trị được
quy định trong quy chuẩn quốc gia hoặc quốc tế. Đánh giá chất lượng nước dựa vào
quy chuẩn có nhược điểm là khó lý giải về CLN cho cộng đồng cũng như không cho
phép đánh giá một cách tổng quát CLN, không phân loại, phân vùng CLN… và do
vậy, sẽ khó khăn cho việc giám sát và quản lý CLN. Để khắc phục những vấn đề trên,
đồng thời tạo cơ sở thuận lợi cho việc giám sát và quản lý CLN, cần phải có một
thông số mô tả tổng quát và dễ hiểu về CLN, cho phép lượng hóa được CLN (tức là
biểu diễn CLN theo một thang điểm thống nhất).Ý nghĩa thực tiễn: T luận văn được
thực hiện nhằm cung cấp cho HueWACO nói riêng và các công ty Cấp nước nói
chung một công cụ đơn giản để so sánh, đánh giá CLN sạch giữa các nhà máy và
tạo thuận lợi cho việc phân loại và phân vùng CLN trên mạng cấp.
ừ đó đề tài “Đđánh giá CLN máy tại thành phố Huế và vùng phụ cận
bằng chỉ số chất lượng nước” được thực hiện góp phần tạo cơ sở cho các Công
ty Cấp nước đánh giá khách quan về CLN, đồng thời cho phép so sánh CLN
theo không gian, thời gian và do vậy, thuận lợi cho phân vùng và phân loại
CLN.
6. Cấu trúc luận văn
Luận văn chia thành các chương, phần sau:
Phần Mở đầu
Chương 1. Tổng quan
Chương 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 3. Kết quả và thảo luận

Phần Kết luận và Kiến nghị
5
Phần Phụ lục
6
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Chất lượng nước và nhu cầu đánh giá chất lượng nước
Nước là tài nguyên vô cùng quan trọng, là thành phần thiết yếu của sự sống,
quyết định đến sự tồn tại và phát triển của nhân loại. Ba phần tư diện tích bề mặt
trái đĐất là nước, nhưng nước ngọt ở sông, hồ chiếm tỷ lệ rất nhỏ (khoảng 0,01%
tổng lượng nước trên trái đất). Mặc dù vậy nó lại đóng một vai trò quan trọng trong
đời sống của con người. Thế nhưng, do những hoạt động của chính mình, con người
lại đang từng giờ, từng ngày hủy hoại nguồn tài nguyên vô giá ấy. Bên cạnh việc sử
dụng nước một cách lãng phí, con người còn thải hàng loạt các chất độc hại ra môi
trường làm cho chất lượng các nguồn nước (kể cả nguồn nước ngầm) bị suy giảm
nghiêm trọng, nhất là ở các thành phố lớn, khu công nghiệp và khu dân cư tập
trung. Tình trạng ô nhiễm nguồn nước, thiếu nước sạch sinh hoạt làm tăng nguy cơ
mắc các bệnh đường ruột, bệnh ngoài da và một số căn bệnh khác. Trung bình có
khoảng 1,5 triệu trẻ em bị chết do bệnh tiêu chảy mỗi năm. Theo ước tính của
WHO, cho tới nay có khoảng 130 triệu người đang phải đối mặt với việc dùng nước
bi nhiễm asen với nồng độ cao hơn nồng độ cho phép là 10 µg/lít. Vì vậy, vai trò
của nước sạch với đời sống quan trọng và cần thiết hơn bao giờ hết. Do vậy việc
kiểm tra, giám sát chất lượng nước có vai trò đặc biệt quan trọng.
Để đánh giá CLN, các nhà máy nước thường sử dụng phương pháp truyền
thống tức là phải phân tích các thông số CLN và dựa vào QCVN 01:2009/ BYT
(nước ăn uống) và QCVN 02:2009/BYT (nước sinh hoạt) để đánh giá CLN đạt hay
không. Dựa vào bản chất của các thông số CLN, người ta thường chia các thông số
CLN thành các thông số vật lý, hóa học, vi sinh như sau [7]:
- Các thông số vật lý: màu, mùi, nhiệt độ, tổng chất rắn (TS), tổng chất rắn
hòa tan (TDS), độ đục (TUR), độ dẫn điện (EC)…
- Các thông số hóa học: oxy hòa tan (DO), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD

5
),
nhu cầu oxy hóa học (COD), tổng cacbon hữu cơ (TOC), độ mặn, độ cứng, pH,
7
NO
3
-
, NO
2
-
, amoni (NH
4
+
/ NH
3
), PO
4
3-
, F
-
, SO
4
-
, hóa chất bảo vệ thực vật (nhóm
DDT, nhóm HCH, aldrine…), kim loại độc (Hg
II
, Cd
II
, Pb
II

…).
- Các thông số vi sinh: tổng coliform (TC), coliform phân (FC)hoặc
Escherichia coli (E. coli)…
Để đánh giá CLN người ta có nhiều cách khác nhau [7].
(i) Đánh giá thông qua việc so sánh các thông số CLN xác định được với các
tiêu chuẩn quy định (tiêu chuẩn quốc gia hoặc khu vực hoặc quốc tế); chẳng hạn ở
nước ta hiện nay, để đánh giá CLN mặt, sử dụng Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia
QCVN 08:2008/BTNMT [2], để đánh giá CLN ăn uống, sử dụng QCVN
01:2009/BYT [4].
(ii) Mô hình hóa CLN, tức là sử dụng các mô hình toán học để mô phỏng
CLN hoặc ô nhiễm nước. Phương pháp này đòi hỏi rất nhiều thông số “đầu vào”
bao gồm các thông số thuỷ văn, hoá lý… nên khá phức tạp. Mặt khác, phương pháp
này thường chỉ áp dụng cho một số trường hợp như dòng sông không quá phức tạp
về địa hình, thuỷ văn… nên ít được áp dụng trong thực tế.
(iii) Đánh giá CLN thông qua chỉ số CLN (WQI); chẳng hạn trên thế giới có
nhiều loại WQI đang được sử dụng như WQI do Hội đồng Bộ trưởng Môi trường
Canada đề xuất (Canadian Council of Ministers of Environment – WQI hay CCME–
WQI, mô hình WQI của Bhargava (Bhargava – WQI), mô hình WQI do Quỹ vệ sinh
Mỹ đề xuất (US National Sanitation Foundation – WQI hay NSF–WQI).
(iv) Đánh giá CLN thông qua các chỉ thị sinh học. Phương pháp này thường
gặp nhiều khó khăn trong việc lấy mẫu sinh học (thực vật, động vật) nên cũng ít
được sử dụng.
1.2. Giới thiệu về chỉ số chất lượng nước
1.2.1. Khái niệm về WQI
Chỉ số chất lượng nước là một thông số “tổ hợp” được tính toán từ nhiều thông số
CLN theo một phương pháp xác định (hay theo một công thức toán học xác định) [23],
[2924]. WQI được dùng để mô tả định lượng về CLN và được biểu diễn qua thang điểm:
thông thường là 0 – 100, một số trường hợp là 10 – 100, 0 – 000…
8
1.2.2. Phân loại WQI

Chỉ số CLN có thể chia thành hai loại chính [24][29]:
- Chỉ số CLN tổng quát (General Water Quality Index): mô tả CLN một cách tổng
quát hay CLN cho đa mục đích sử dụng, chẳng hạn, NSF – WQI, WQI của Horton…;

- Chỉ số CLN cho các mục đích sử dụng riêng (Specific – Use Index): mô tả
CLN cho các mục đích sử dụng riêng, chẳng hạn, chỉ số CLN cấp cho cộng đồng
(PWS – Public Water Supply), chỉ số CLN cho các động vật hoang dã (FAWL – Fish
And Wild Life), chỉ số CLN cho công nghiệp, nông nghiệp, cấp nước sinh hoạt….

1.2.3. Ưu điểm và hạn chế của WQI
Việc sử dụng WQI có nhiều ưu điểm [77]:
- WQI cho phép giảm một lượng lớn các thông số vật lý, hóa học, vi sinh
xuống còn một con số đơn giản theo một phương thức đơn giản;
- WQI cho phép lượng hóa chất lượng nước (tốt, xấu, trung bình…) theo một
thang điểm liên tục và nó thể hiện tổng hòa ảnh hưởng của các thông số CLN;
- WQI không những đóng vai trò là chỉ thị của sự thay đổi CLN mà còn chỉ
thị cho những thay đổi về tiềm năng sử dụng nước;
- WQI cho phép đánh giá khách quan về CLN, đồng thời cho phép so sánh CLN
theo không gian, thời gian và do vậy, thuận lợi cho phân vùng và phân loại CLN;
- WQI thích hợp với việc tin học hóa, nên thuận lợi cho quản lý và thông báo
CLN cho cộng đồng và các nhà hoạch định chính sách;
- WQI sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho bản đồ hóa CLN thông qua việc “màu
hóa” các thang điểm WQI….
Ngoài những ưu điểm trên, WQI cũng có một vài điểm hạn chế như sau:
- Hiệu ứng “che khuất” (Eclipsing problem): các thông số CLN (hay các
biến) bị che khuất trong giá trị WQI, tức là WQI không cho thấy thông số CLN nào
có chất lượng kém (hay tồi), thông số nào có chất lượng tốt;
- Hiệu ứng “mập mờ” (Ambiguity problem): trong một số trường hợp, WQI
có thể không phản ánh rõ về thực trạng CLN, chẳng hạn, CLN kém, nhưng giá trị
9

WQI lại phản ánh là trung bình, thậm chí tốt và ngược lại, CLN tốt, nhưng giá trị
WQI lại phản ánh là trung bình…;
- Hiệu ứng “cứng nhắc” (Rigidity): trong một số mô hình WQI, số thông số
CLN lựa chọn để đưa vào tính WQI bị cứng nhắc, chẳng hạn, đối với mô hình NSF
– WQI, số thông số CLN lựa chọn là 9 và như vậy, không thể đưa thêm số thông số
lựa chọn vào mô hình tính WQI được. Trong khi, đối với các nguồn nước khác
nhau, tuỳ thuộc vào đặc điểm của nó, số thông số CLN đại diện cho các nguồn nước
đó có thể khác nhau, chứ không “cứng nhắc” như nhau;
- Thiếu sự nhất trí về cách tiếp cận chung để xây dựng mô hình WQI;
- WQI không bao hàm thông tin về hiệu quả kinh tế có được từ những nỗ lực
cải thiện CLN.
1.2.4. Phương pháp chung để xây dựng một mô hình tính WQI
Việc xây dựng một mô hình tính WQI thường gồm 4 giai đoạn cơ bản [7]:
(i) Xác định các thông số CLN lựa chọn (Xi)
Một số ít các thông số được lựa chọn để tính WQI và có thể thay đổi tùy
thuộc vào đặc điểm nguồn nước và mục đích sử dụng nước….
(ii) Xác định phần trọng lượng đóng góp của các thông số lựa chọn (w
i
)
Phần trọng lượng đóng góp thể hiện tầm quan trọng của mỗi thông số lựa
chọn trong mô hình tính WQI. Tuy nhiên, cũng có một số loại WQI không tính đến
phần trọng lượng đóng góp của các thông số lựa chọn.
(iii) Xác định chỉ số phụ (q
i
)
q
i
thể hiện chất lượng của thông số lựa chọn và do vậy, nó phụ thuộc vào giá
trị của thông số lựa chọn. Mặt khác, do các thông số lựa chọn thường có đơn vị
khác nhau nên phải quy về q

i
không có đơn vị; q
i
thường nhận giá trị trong khoảng 0
– 100 0
÷
100[24][29] hoặc 0
÷
10 – 1 [14]. Để xác định q
i
, người ta phải xây dựng
sự phụ thuộc giữa q
i
và giá trị đo x
i
của thông số lựa chọn (Xi) dưới dạng phương
trình toán, đồ thị hàm tuyến tính hoặc phi tuyến q
i
= f(x
i
) hoặc bảng tra cứu.
(iv) Tính các giá trị WQI theo công thức toán học xác định
10
Theo Ott [24][29], các công thức tính toán WQI có nhiều dạng khác nhau, có
thể tính và không tính đến phần trọng lượng đóng góp (w
i
), có thể là dạng tổng
(Additive) hoặc dạng tích (Multiplicative) hoặc dạng Solway… Dưới đây liệt kê
một số công thức dùng để tính WQI tổng quát (bảng 1.1). Các công thức này là cơ
sở cho sự ra đời của nhiều công thức tính WQI của các tác giả sau này.

Bảng 1.1. Các công thức tính WQI tổng quát
Dạng tổng Dạng tích
Dạng Solway
Không tính phần
trọng lượng đóng góp
Có tính phần trọng
lượng đóng góp
Hiện nay có rất nhiều chỉ số CLN được phát triển ở nhiều quốc gia trên thế
giới. Trong số đó, chỉ số CLN do Quỹ vệ sinh Mỹ đề xuất (NSF – WQI) là một
trong những chỉ số CLN tổng quát ra đời đầu tiên và được sử dụng khá phổ biến.
Chỉ số CLN do Bhargava đề nghị là một trong những chỉ số CLN cho các mục đích
sử dụng riêng và cũng là chỉ số CLN tổng quát (hay cho đa mục đích sử dụng nước)
có nhiều ưu điểm và được dùng nhiều ở Ấn Độ. CCME-WQI là chỉ số CLN tổng
quát hoặc chỉ số CLN cho các mục đích sử dụng riêng, được Hội đồng Bộ trưởng
Môi trường Canada quyết định đưa vào áp dụng từ năm 2001 ở Canada Dưới đây
sẽ giới thiệu về chỉ số CLN do Canada đề xuất (viết tắt là CCME– WQI) và một số
chỉ số CLN khác.
i. Chỉ số chất lượng nước của Canada (CCME - WQI)
[
15
]
Chỉ số CLN Canada CCME - WQI (WQI
C
) được xây dựng dựa trên cơ sở kế
thừa và phát triển mô hình WQI của bang British Columbia (Canada) và năm 2001
đã được Hội đồng Bộ trưởng Canada chấp nhận đưa vào sử dụng.
Hiện nay, trên thế giới có nhiều quốc gia sử dụng WQIc để đánh giá CLN
uống [9], [34]. Trong đó, các chuyên gia UNEP GEMS/Water Programme (the
United Nations Environment Programme Global Environment Monitoring System
1

1
n
i
i
q
n
=
∑
2
1
1 1
100
n
i
i
q
n
=
 
 ÷
 ÷
 
∑
1/
1
n
n
i
i
q

=
 
 ÷
 ÷
 
∏
i
1
w
n
i
i
q
=
∑
i
w
1
n
i
i
q
=
∏
2
i
1
1
w
100

n
i
i
q
=
 
 ÷
 ÷
 
∑
11
(GEMS)/Water Programme) đã chọn WQIc kết hợp với tiêu chuẩn hướng dẫn của
WHO về chất lượng nước uống để phát triển chỉ số CLN toàn cầu [17].
Chỉ số này là sự tổ hợp của ba yếu tố: phạm vi (scope), tần số (frequency)
và độ lớn hay biên độ (amplitude). Chỉ số này nhận giá trị trong khoảng từ 0 (ứng
với mức CLN xấu nhất) đến 100 (ứng với mức CLN tốt nhất). Người ta chia CLN
theo 5 mức khác nhau (xem bảng 1.7). Các thông số lựa chọn cho các mục đích sử
dụng nước có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện thực tế của từng vùng. WQI
C
là
loại mô hình WQI cho mục đích riêng hoặc mục đích tổng quát và có thể áp dụng
cho cả nguồn nước ngọt, nước lợ và nước mặn. Song mô hình này chỉ áp dụng
được khi có ít nhất 4 thông số CLN và 4 đợt đo hay quan trắc [24]. Những thông
số CLN cần quan trắc (các thông số lựa chọn) và những tiêu chuẩn CLN cho các
mục đích sử dụng khác nhau phụ thuộc vào các tiêu chuẩn và quy định của quốc
gia hoặc/và quốc tế.
WQI
C
được tính toán từ các hệ số đại diện cho 3 yếu tố: phạm vi (F
1

), tần số
(F
2
) và độ lớn (F
3
) trong đó F
1
và F
2
được xác định trực tiếp, F
3
được xác định gián
tiếp.
(1) Xác định F
1
(phạm vi): F
1
thể hiện số thông số CLN vượt quá (hoặc nhỏ hơn)
giới hạn cho phép trong tiêu chuẩn CLN ứng với một mục đích nào đó. F
1
được đo bằng
tỉ số giữa số thông số không đạt chuẩn và tổng số thông số được quan trắc.
(2) Xác định F
2
(tần số): F
2
cho biết tần số (số lần) không đạt chuẩn của các
thông số quan trắc so với tổng số các kết quả quan trắc của tất cả các thông số.
=
1

F
Số thông số không đạt chuẩn
Tổng các thông số quan trắc
(1.1)
(1.2)
Số kết quả quan trắc không đạt chuẩn
Tổng các kết quả quan trắc
=
2
F
12
(3) Xác định F
3
(độ lớn): F
3
cho biết độ lớn của thông số không đạt chuẩn so
với giá trị của thông số đó được qui định trong tiêu chuẩn và nó được xác định qua
3 bước:
Bước 1: Xác định độ lệch (excursion - ký hiệu là Ex
i
) của mỗi thông số
không đạt chuẩn cao hơn hay thấp hơn bao nhiêu so với tiêu chuẩn quy định của
thông số đối với một mục đích sử dụng nước xác định. Ex
i
được tính như sau:
13
a. Khi giá trị của thông số cao hơn tiêu chuẩn:
b. Ngược lại, khi giá trị của thông số nhỏ hơn tiêu chuẩn:
Bước 2: Xác định độ lệch tổng cộng chuẩn hoá (nse – normalized sum of
excursions). nse bằng tỷ số giữa tổng các độ lệch (ΣE

Xi
) và tổng số các kết quả quan
trắc không đạt chuẩn (lớn hơn và nhỏ hơn chuẩn) đối với một mục đích sử dụng
nước xác định:
Bước 3: tính F
3
là hàm của nse và được tính từ nse sao cho nó nhận giá trị
trong khoảng 0 – 100.






+×
=
01,001,0
3
nse
nse
F
Cuối cùng tính WQI
C
: WQI
C
được xem là tổ hợp của 3 yếu tố F
1
, F
2
và F

3
;
mỗi yếu tố được xem là một vectơ trong không gian 3 chiều. Nói cách khác, WQI
C
là vectơ tổ hợp từ 3 vectơ F
1
, F
2
và F
3
:
732,1
F+F+F
-100=WQI
2
3
2
2
2
1
C
Trong công thức này xuất hiện giá trị 1,732 là do mỗi hệ số F
i
có thể nhận
một giá trị cao nhất của nó là 100 (chất lượng nước xấu nhất) và như vậy, độ dài
của vectơ tổ hợp có thể đạt cực đại là
2,17330000100100100
2222
3
2

2
2
1
==++=++
FFF
(1.5)
(1.6)
(1.7)
(1.8)
∑
=
n
i 1
i
Ex
=
NSE
Tổng số các kết quả quan trắc
không đạt chuẩn
(1.4)
(1.3)
=E
Xi
Giá trị của thông số i vượt chuẩn
Giá trị được qui định trong tiêu chuẩn
1 -
=E
Xi
Giá trị được qui định trong tiêu chuẩn
Giá trị của thông số i nhỏ hơn tiêu chuẩn

1 -
14
Để đưa vectơ tổ hợp đó về 100 (giá trị cao nhất), bắt buộc phải chia cho
1,732 và lúc này WQI
C
= 0, ứng với CLN xấu nhất.
Mô hình này có nhiều ưu điểm như tính toán đơn giản, linh hoạt trong việc
chọn lựa các thông số CLN và tiêu chuẩn. Nhưng một nhược điểm quan trọng trong
mô hình này là chưa chỉ rõ tầm quan trọng của mỗi thông số khảo sát trong mô hình
WQI. Để khắc phục nhược điểm đó, CCME - WQI cải tiến (WQI
H
) đã được nghiên
cứu và đưa vào mô hình trọng số các thông số CLN để đánh giá CLN [23][27].
Cách tính của WQI
H
tương tự với cách tính của WQI
C
nhưng khác biệt là mô
hình này có tính đến trọng lượng đóng góp của từng thông số CLN lựa chọn (w
qi
).
Trọng số được đưa ra khi ta cho rằng 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 thống kê…
WQI
H
được tính toán từ các hệ số đại diện cho 3 yếu tố: phạm vi (F

1
), tần số
(F
2
) và độ lớn (F
3
) trong đó F
1
và F
2
được xác định trực tiếp, F
3
được xác định gián tiếp.
Bước 1: Tính phạm vi F
1
∑
=
∑
=
=
m
i qi
n
j qj
w
w
F
1
1
1

Trong đó, i = 1,2… ,m; j = 1,2,…,n.
w
qi
: Ttrọng số các thông số phân tích
w
qj
: tTrọng số của các thông số không đạt
Bước 2: Tính tần số F
2
( )
( )
∑
∑
=
=
×
×
=
m
i
qiqi
n
j
qjqj
Nw
Nw
F
1
1
2

N
qi
: Ssố kết quả phân tích
N
pj
:

Ssố kết quả phân tích không đạt
(1.9)
(1.10)
15
Bước 3: Tính độ lớn F
3
, F
3
cho biết độ lớn của thông số không đạt chuẩn so
với giá trị của thông số đó được qui định trong tiêu chuẩn và nó được xác định qua
3 bước:
Bước 1: Xác định độ lệch (excursion - ký hiệu là Eqj) của mỗi thông số
không đạt chuẩn cao hơn hay thấp hơn bao nhiêu so với tiêu chuẩn quy định của
thông số đối với một mục đích sử dụng nước xác định. Eqj được tính như sau:
a. Khi giá trị của thông số cao hơn giới hạn trên của tiêu chuẩn:
)1( −=
∑
qj
N
qj
qj
qj
SV

C
E
b. Ngược lại, khi giá trị của thông số nhỏ hơn giới hạn dưới của tiêu chuẩn:
)1( −=
∑
qj
N
qj
qj
qj
C
SV
E
Trong đó, E
qj
là độ lệch của thông số qj
C
qj
là giá trị kết quả phân tích không đạt của thông số qj
SV
qj
là giá trị quy định theo tiêu chuẩn của thông số không đạt qj
Bước 2: Xác định độ lệch tổng cộng chuẩn hoá (NSE – normalized sum of
excursions). NSE bằng tỷ số giữa tổng các độ (ΣE
Xi
) và tổng số các kết quả quan
trắc không đạt chuẩn (lớn hơn và nhỏ hơn chuẩn) đối với một mục đích sử dụng
nước xác định:
( )
( )

∑
∑
=
=
×
×
=
m
i
qiqi
n
j
qj
qj
Nw
E
w
NSE
1
1
Trong đó: NSE là tổng độ lệch đã được chuẩn hoá
Bước 3: tính F
3
là hàm của nse và được tính từ nse sao cho nó nhận giá trị
trong khoảng 0 – 100.







+×
=
01,001,0
3
NSE
NSE
F
Bước 4: Tính WQI
H








++
=
732,1
F
-100WQI
2
3
2
2
2
1
H

FF
(1.13)
(1.14)
(1.11)
(1.12)
(1.15)
9
1
WA-WQI= w
i i
i
q
=
∑
i
9
w
i
i=1
WM-WQI= q
∏
16
Phần trọng lượng đóng góp (w
i
) của 9 thông số lựa chọn xếp thứ tự theo tầm
quan trọng giảm dần như sau: clo dư: 3; độ đục: 2; mangan tổng: 2; pH: 1; sắt
tổng:1; nhôm: 1; mùi vị: 1; clorua:1; THM
s
:1. [23][27].
ii. Chỉ số chất lượng nước tổng quát của Quỹ vệ sinh Mỹ (NSF – WQI) [24]

[29]

NSF - WQI được Brown, Mc Clelland, Deininger và Tozer xây dựng
vào đầu những năm 1970 dưới sự hỗ trợ của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Mỹ (US -
NSF). NSF - WQI là chỉ số chất lượng nước tổng quát.
NSF - WQI được xây dựng bằng cách sử dụng kỹ thuật Delphi (của tập đoàn
Rand) để xác định các thông số CLN lựa chọn (X
i
), sau đó xác lập phần trọng lượng
đóng góp của từng thông số (w
i
) và tiến hành xây dựng các đồ thị chuyển đổi từ các
giá trị x
i
(giá trị đo được của thông số lựa chọn) sang chỉ số phụ (q
i
).
Từ kết quả các phiếu câu hỏi điều tra gửi cho các chuyên gia, 9 thông số
được lựa chọn từ 35 thông số CLN đưa ra, bao gồm: DO, coliform phân, pH, BOD
5
,
NO
3
-
, PO
4
3-
, biến thiên nhiệt độ, độ đục (TUR) và tổng chất rắn (TS).
NSF - WQI được tính theo một trong hai công thức: dạng tổng (ký hiệu là

WA - WQI) và dạng tích (ký hiệu là WM - WQI), trong cả hai công thức đó đều
tính đến phần trọng lượng đóng góp.
Phần trọng lượng đóng góp (w
i
) của 9 thông số lựa chọn xếp thứ tự theo tầm
quan trọng giảm dần như sau: DO: 0,17; coliform phân: 0,15; pH: 0,12; BOD
5
:
0,10; NO
3
-
,: 0,10; PO
4
3-
0,10; biến thiên nhiệt độ (∆T): 0,10; độ đục: 0,08; tổng chất
rắn (TS): 0,08.
Chỉ số phụ q
i
được xác định dựa vào các đồ thị q
i
= f(x
i
). Trên mỗi đồ thị
q
i
=

(x
i
), giá trị trung bình và khoảng tin cậy 80% được biểu diễn, q

i
nhận giá trị
0 – 100.
(1.16)
(1.17)