tóm tắt luận án NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHỈ SỐ CHẤT lượng nước TTRONG PHÂN VÙNG chất lượng CÁC sông trên đia bản tỉnh thái nguyên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Nguyễn Lê Tú Quỳnh

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHỈ SỐ CHẤT LƢỢNG NƢỚC
(WATER QUALITY INDEX - WQI)
TRONG PHÂN VÙNG CHẤT LƢỢNG NƢỚC CÁC SÔNG
TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành: Môi trƣờng Đất và Nƣớc
Mã số: 62 44 03 03

DỰ THẢO TĨM TẮT LUẬN ÁN
TIẾN SĨ KHOA HỌC MƠI TRƢỜNG

Hà Nội, 2015


Cơng trình được hồn thành tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Đại học Quốc gia Hà Nội

Người hướng dẫn 1:
Người hướng dẫn 2:

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

PGS.TS. Lê Trình
Viện Mơi trường và Phát triển Bền vững

PGS.TS. Trịnh Thị Thanh
Trường Đại học Khoa học tự nhiên

..................................................................................
..................... .............................................................
..................................................................................
..................... .............................................................
..................................................................................
.................... .............................................................

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Khoa học Tự nhiên
chấm luận án họp tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học
Quốc gia Hà Nội – số 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội.
Vào hồi ..... giờ ...... ngày ..... tháng ... năm 2015

Có thể tìm thấy luận án tại thư viện:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Trung tâm Thông tin - Thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội


MỞ ĐẦU
1. Lí do lựa chọn đề tài luận án
Trong thực tế, do bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác nhau như các
yếu tố tự nhiên (quá trình sinh, địa, hóa, khí hậu, khí tượng, thủy văn)
và các yếu tố ô nhiễm do hoạt động phát triển kinh tế - xã hội (KT-XH)
sẽ gây ra các nguồn thải (công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt...) đã làm
chất lượng nước tại các sơng khác nhau thậm chí trong từng đoạn sơng
có thể rất khác nhau. Chính vì vậy, khả năng sử dụng nước và các biện
pháp kiểm sốt ơ nhiễm sẽ rất khác nhau đối với từng đoạn sông, hồ,
đầm trong từng lưu vực. Để quản lý mơi trường, kiểm sốt ô nhiễm các

lưu vực sông và sử dụng hợp lý các nguồn nước phục vụ cho các mục
đích khác nhau, nhiều quốc gia đã nghiên cứu phân loại và phân vùng
chất lượng nước (Water Quality Classification và Water Quality
Zonning).Việc phân vùng chất lượng nước theo chỉ số chất lượng nước
(WQI) có hiệu quả cao về khoa học và kinh tế vì:
i) Giúp cơ quan quản lý mơi trường nhìn rõ về hiện trạng và diễn
biễn chất lượng nước trong toàn vùng, toàn lưu vực sử dụng nước
biết rõ khả năng sử dụng nước ở từng đoạn sơng (thí dụ: sử dụng
nước để nuôi trồng thuỷ sản, cấp nước sinh hoạt có thể ni cá, lấy
nước cấp, du lịch, thuỷ lợi...);
ii) Giúp chính quyền lựa chọn và tập trung nguồn lực để giải quyết
vấn đề ô nhiễm nước tại các đoạn sơng ơ nhiễm nghiêm trọng;
iii) Tiết kiệm kinh phí so với các phương pháp đánh giá chất lượng
nước truyền thống (các phương pháp chưa sử dụng WQI). Theo
phương pháp đánh giá chất lượng nước truyền thống: cần phải tiến
hành quan trắc số lượng lớn với nhiều điểm, thông số và tần suất
quan trắc.
1


Do đó, bản đồ phân vùng chất lượng nước phục vụ cho các mục
đích sử dụng cần được cập nhật theo thời gian. Tuy nhiên, khi đã có
khóa phân loại theo WQI và số liệu quan trắc việc cập nhật việc phân
loại và phân vùng chất lượng nước với sự hỗ trợ của phần mềm máy
tính sẽ được thực hiện dễ dàng trong các năm sau. Do vậy, việc nghiên
cứu, xây dựng chỉ số WQI đặc thù để phân vùng chất lượng nước đối
với hệ thống sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên vừa có ý nghĩa khoa
học chuyên sâu, vừa mang tính thực tiễn.
Tỉnh Thái Nguyên nằm ở lưu vực sơng Cầu có mạng lưới sơng, suối
tương đối dày, mật độ sơng suối bình qn 1,2 km/km2. Các sơng chính

là sơng Cầu, sơng Cơng và hàng trăm sơng suối khác. Ngồi ra, Thái
Ngun có gần 5000 ha hồ ao, trong đó hồ Núi Cốc trên sơng Cơng
diện tích mặt nước rộng trên 25 km2 là hồ lớn và quan trọng nhất trên
địa bàn tỉnh. Các nguồn nước mặt từ sơng, suối, ao, hồ... đã đóng góp
vai trị quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Thái Nguyên
Tuy nhiên hiện nay do ảnh hưởng của các hiện tượng tự nhiên (mưa
lũ, xói mịn đất, đặc điểm sinh - địa - hóa của các loại đất đá trong lưu
vực) và các nguồn thải từ hoạt động đô thị, công nghiệp, nông nghiệp,
chăn nuôi trong tỉnh và từ thượng lưu, nên chất lượng nước các sông,
suối, hồ, đầm đã có dấu hiệu ơ nhiễm và mức độ ơ nhiễm là rất khác
nhau giữa các vùng trong địa bàn tỉnh.
Trong

thực

tế

từ

ngày

Bộ

TNMT

ban

hành

QCVN

08:2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước
mặt và các quy chuẩn Việt Nam khác về nước mặt, nước thải, Thái
Nguyên cũng như nhiều tỉnh, thành phố khác gặp khó khăn trong việc
xác định: sơng, suối, hồ nào cần phải được quy định là nguồn nước loại
A1 hoặc A2 hoặc B1 hoặc B2; Cơ sở khoa học và thực tiễn của việc xác
định nguồn nước mặt loại A1, A2, B1 hoặc B2.
2


Với ý nghĩa đó luận án này tập trung vào nghiên cứu cơ sở khoa
học việc xây dựng hệ thống WQI phù hợp với đặc điểm môi trường
nước tỉnh Thái Nguyên và áp dụng trong phân vùng ô nhiễm các sông
trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
i) Xác lập cơ sở khoa học và thực tiễn trong việc xây dựng hệ thống
chỉ số chất lượng nước mặt phù hợp với điều kiện môi trường tỉnh
Thái Nguyên (hệ thống WQI cải tiến).
ii) Áp dụng hệ thống WQI cải tiến trong phân vùng chất lượng nước
các sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên theo các chỉ số chất lượng
nước.
iii) Ðề xuất giải pháp sử dụng và bảo vệ môi trường nước cho từng
vùng.
3. Nội dung nghiên cứu của luận án
Nội dung 1: Để đạt mục tiêu “Xác lập cơ sở khoa học và thực tiễn
trong việc xây dựng hệ thống chỉ số chất lượng nước mặt phù hợp với
điều kiện tự nhiên, KT - XH và môi trường nước sông Cầu - Công trên
địa bàn tỉnh Thái Nguyên” luận án đã nghiên cứu:
i)

Tổng quan về phương pháp luận xây dựng hệ thống WQI
của các quốc gia trên thế giới.

ii)

Đặc điểm thủy văn và chất lượng nước của các sông trên
địa bàn tỉnh Thái Nguyên. Hiện trạng và dự báo các nguồn thải do
công nghiệp, đô thị, nông nghiệp của tỉnh Thái Nguyên và vùng
thượng lưu đổ vào các sông trên địa bàn Tỉnh (dựa vào các tài liệu
hiện có và tài liệu quy hoạch phát triển KT-XH). Từ đó, xây dựng
các tiêu chí lựa chọn thơng số để đưa vào hệ thống WQI - cải tiến
phù hợp đặc điểm môi trường tự nhiên và KT - XH của tỉnh Thái
Nguyên (có tham khảo ý kiến các cơ quan/nhà khoa học).
3


Lựa chọn các thông số chất lượng nước, trọng số, hàm

iii)

chuyển đổi chỉ số phụ phù hợp đặc điểm ô nhiễm nước trên địa bàn
tỉnh Thái Nguyên để xây dựng WQI - cải tiến. Và thiết lập cơng
thức tính WQI - cải tiến theo các thông số được chọn.
Nội dung 2: Để đạt mục tiêu “Phân vùng chất lượng nước các sông
trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên theo chỉ số chất lượng nước” luận án đã
nghiên cứu:
Phân loại chất lượng nước từng điểm khảo sát theo WQI,

i)

phân loại chất lượng nước của từng điểm.
Lập các bản đồ phân vùng chất lượng nước các sông tỉnh

ii)

Thái Nguyên dựa theo kết quả phân loại theo WQI - cải tiến.
Nội dung 3: Để đạt mục tiêu: "Đề xuất giải pháp sử dụng và bảo vệ môi
trường nước cho từng vùng” luận án đã nghiên cứu:
Đề xuất khả năng sử dụng nước tại khu vực các sông, đoạn

i)

sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên.
Đề xuất các giải pháp BVMT nước trên địa bàn tỉnh Thái

ii)

Nguyên.
Do phạm vi và yêu cầu của luận án, tác giả chủ yếu tập trung
nghiên cứu sâu 2 nhóm nội dung 1 và 2. Nhóm nội dung 3 chỉ đề cập sơ
bộ, không đi sâu để tránh dàn trải.
4. Phạm vi địa lý và các vấn đề nghiên cứu của luận án
1. Phạm vi địa lý: phạm vi nghiên cứu là dịng chính của sơng Cầu và
sơng Cơng.
2. Phạm vi về nội dung nghiên cứu gồm có:


Thiết lập WQI - cải tiến phù hợp điều kiện tự nhiên và KT - XH ở
Thái Nguyên:
 Lựa chọn các thông số, trọng số và hàm chuyển đổi chỉ số phụ

phù hợp trong xây dựng WQI - cải tiến.
4


 Xây dựng công thức hàm tổng hợp WQI - cải tiến.


Áp dụng WQI - cải tiến, kết hợp số liệu quan trắc CLN nhiều năm
(trọng tâm là năm 2011) để phân loại CLN từng điểm quan trắc và
phân vùng CLN sông Cầu - Công trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên.



Đề xuất sơ bộ các biện pháp BVMT nước sông trên địa bàn Thái
Nguyên.

5. Điểm mới của luận án


Lần đầu tiên phát triển cơng thức tính WQI và lập WQI - cải tiến
phù hợp đặc điểm tự nhiên, KT-XH và các nguồn thải trên địa bàn
tỉnh Thái Nguyên:
 Đã lựa chọn được các thông số chất lượng nước, trọng số và
hàm chuyển đổi chỉ số phụ phù hợp với đặc điểm tự nhiên, KTXH và các nguồn thải ở tỉnh Thái Nguyên, đặc trưng cho hiện
trạng chất lượng nước các sông trên địa bàn tỉnh và ý kiến
chuyên gia theo phương pháp Delphi.
 Đã cải tiến công thức hàm tổng hợp WQI của Mỹ với việc phát
triển sử dụng các thơng số có độc tính cao và tạo điều kiện
thuận lợi trong tính tốn khi thiếu số liệu.



Lần đầu tiên sử dụng WQI - cải tiến với các thông số, trọng số đặc
trưng để phân vùng chất lượng nước sông Cầu - Công trên địa bàn
tỉnh Thái Nguyên. Từ kết quả thu được xây dựng các bản đồ phân
vùng CLN sông Cầu - Công ở Thái Nguyên theo WQI - cải tiến,
cho phép định hướng về tiềm năng sử dụng các nguồn nước và
kiểm sốt ơ nhiễm nước các sơng trên địa bàn tỉnh.

6. Giá trị khoa học và thực tiễn của luận án


Ý nghĩa khoa học: Luận án đã làm sáng tỏ phương pháp xây dựng
và áp dụng chỉ số chất lượng nước để đánh giá và phân vùng chất
5


lượng nước sơng, với trường hợp nghiên cứu điển hình tại Thái
Ngun.


Ý nghĩa thực tiễn:



Là cơng cụ hữu ích nhằm đánh giá chất lượng nước sông một cách
tổng thể dựa trên giá trị của tập hợp các thông số môi trường;



Là cơ sở nâng cao hiệu quả quản lý thông qua việc xác định hiện
trạng và diễn biễn chất lượng nước trong toàn tỉnh, toàn lưu vực
giúp các doanh nghiệp, dân chúng có nhu cầu sử dụng nước biết rõ
khả năng sử dụng nước ở từng đoạn sông;



Là cơ sở để định hướng về tiềm năng sử dụng các nguồn nước và
kiểm sốt ơ nhiễm nước tại các đoạn sơng trên địa bàn tỉnh.

7. Bố cục của luận án
Luận án gồm 131 trang, trong đó phần Mở đầu 5 trang, Kết luận và
Kiến nghị 2 trang và Phụ lục, Luận án gồm 3 phần chính: i) Tổng quan
tài liệu 42 trang; ii) Phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu 8
trang; iii) Kết quả nghiên cứu và thảo luận 76 trang, Danh mục các cơng
trình đã cơng bố 1 trang, Tài liệu tham khảo 6 trang với 69 tài liệu trong
đó có 22 tài liệu tiếng Việt và 47 tài liệu tiếng Anh. Kết quả Luận án có
29 bảng và 38 hình.
Trong phần Tổng quan, luận án đã phân tích, đánh giá các chỉ số
chất lượng nước trên thế giới và tại Việt Nam. Ngoài ra, nội dung phần
này còn đề cập hiện trạng quản lý và bảo vệ môi trường nước sông trên
địa bàn tỉnh Thái Nguyên.
Phần Phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu đã nêu rõ về
khu vực nghiên cứu, các đối tượng và cách tiếp cận, các phương pháp
nghiên cứu sử dụng trong luận án.

6


Trong phần Kết quả nghiên cứu và thảo luận, luận án đã trình bày

chi tiết các kết quả nghiên cứu đã thu được theo các nội dung đã đề ra,
bao gồm:
Nghiên cứu phát triển và đánh giá WQI phù hợp với đặc điểm

i)

môi trường nước sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên;
ii) Phân vùng chất lượng nước sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên;
iii) Đề xuất sơ bộ các biện pháp bảo vệ môi trường nước sông trên
địa bàn tỉnh Thái Nguyên.
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CHỈ SỐ CHẤT LƢỢNG NƢỚC
TRÊN THẾ GIỚI, VIỆT NAM VÀ HIỆN TRẠNG NGHIÊN CỨU
PHÂN VÙNG MÔI TRƢỜNG NƢỚC Ở TỈNH THÁI NGUYÊN
1.1. Thiết lập và áp dụng các mô hình Chỉ số chất lƣợng nƣớc
(Water Quality Index - WQI)
1.1.1.

Hình thành và phát triển chỉ số chất lượng nước

1.1.1.1. Sự cần thiết của chỉ số chất lượng nước
1.1.1.2. Các bước thiết lập chỉ số chất lượng nước
1.1.1.3. Tiêu chí đánh giá ưu nhược điểm của chỉ số chất lượng nước
1.1.2.

Giới thiệu các mơ hình đánh giá chất lượng nước tiêu biểu

1.1.2.1. Các mơ hình đánh giá chất lượng nước thường áp dụng trên thế
giới
1.1.2.2. Các mơ hình đánh giá chất lượng nước đã được phát triển tại

Việt Nam
1.2.

Hiện trạng phân vùng và quản lý, bảo vệ môi trƣờng nƣớc

sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên
1.2.1.

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước các sông trên địa

bàn tỉnh Thái Nguyên
7


1.2.1.1. Ảnh hưởng do yếu tố tự nhiên
1.2.1.2. Ảnh hưởng do yếu tố phát triển kinh tế - xã hội
1.2.2.

Sơ lược về nghiên cứu phân vùng chất lượng nước các sông

trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên
1.2.3.

Một số nghiên cứu phục vụ quản lý, bảo vệ môi trường nước

trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên
CHƢƠNG 2. PHẠM VI, ĐỐI TƢỢNG VÀ
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Phạm vi nghiên cứu
2.1.1. Phạm vi địa lí

2.1.2. Phạm vi vấn đề nghiên cứu
2.2. Đối tƣợng nghiên cứu
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp Delphi
Phương pháp Delphi là phương pháp dự báo bằng trưng cầu ý kiến
điển hình (Gene R. và George W, 1999).
2.3.2. Phƣơng pháp xây dựng WQI theo Quỹ vệ sinh quốc gia Mỹ
Các giai đoạn cơ bản để xây dựng mơ hình WQI theo Quỹ Vệ sinh
Quốc gia Mỹ (WQI-NSF)
Luận án đã áp dụng để xây dựng mơ hình WQI - cải tiến nhƣ sau:



Phân tích lựa chọn các thơng số phù hợp với điều kiện tự nhiên, KT
- XH tỉnh Thái Nguyên, các tiêu chí về thơng số đại diện của Ott.
W. R [51], đặc điểm chất lượng nước của tỉnh và theo ý kiến của



các chuyên gia (theo phương pháp Delphi).
Xác định trọng số cho các thông số: được xác định thông qua tầm
quan trọng của thông số đối với nguồn nước với đa mục đích sử
dụng. Trọng số được đánh giá phù hợp với điều kiện tự nhiên, KT 8


XH tỉnh Thái Nguyên và theo ý kiến của các chuyên gia (theo



phương pháp Delphi).

Chuyển đổi giá trị của các thông số về cùng một thang đo (chỉ số
phụ qi) dựa trên việc cho điểm của các chuyên gia đối với các
khoảng nồng độ khác nhau của từng thông số. Các khoảng nồng độ
được đánh giá dựa trên QCVN 08:2008/BTNMT và đặc điểm chất
lượng nước sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên. Căn cứ vào điểm



số thực hiện xây dựng các hàm tương quan chỉ số phụ.
Đánh giá phương pháp tổng hợp chỉ số phụ (cơng thức tính) dựa
theo kết quả đánh giá tính chất hàm tổng hợp: 1) tính ảo ; 2) tính
che khuất và 3) độ nhạy. Ngồi ra, thực hiện xem xét trong trường



hợp thiếu số liệu.
Thang phân cấp chất lượng nước căn cứ theo thang phân loại của
NSF. Đây là thang phân loại phù hợp với đánh giá chất lượng nước
tổng quát. Kiểm nghiệm công thức tính chỉ số chất lượng nước.
Cơng thức tính chỉ số chất lượng nước điểm kiểm tra với bộ số liệu
giả định cũng như thực tế để xem xét mức độ chính xác và tin cậy.
Thang phân cấp chất lượng nước theo WQI - cải tiến sử dụng tương

tự như thang phân cấp chất lượng nước của NSF.
2.3. Phƣơng pháp thu thập và xử lý thông tn - Phƣơng pháp kế
thừa
2.4. Phƣơng pháp đánh giá khả năng sử dụng nƣớc
Đánh giá khả năng sử dụng nước dựa vào các thông số được lựa
chọn so sánh với QCVN 08:2008/BTNMT. Trước hết, tiến hành so sánh
từng thơng số với quy chuẩn. Sau đó, tổng hợp các thông số để đánh giá

khả năng sử dụng nguồn nước theo QCVN.
2.5. Phƣơng pháp phân vùng chất lƣợng nƣớc sông
9


Các khố phân loại được lập theo các thơng số chỉ thị (indicator) và
các chỉ số (index) chất lượng nước như sau:




Số điểm WQI từ WQI - cải tiến để đánh giá và phân loại chất lượng
nước sông tại các vị trí quan trắc.
Việc phân vùng các đoạn sơng được thực hiện dựa vào phép nội suy
không gian. Đây là quá trình dự báo các giá trị chưa biết từ các giá
trị đã biết ở các điểm lân cận: sử dụng các dữ liệu về vị trí các
nguồn phát sinh ô nhiễm để xác định các điểm/vùng ô nhiễm còn
thiếu về dữ liệu quan trắc. Nguồn phát sinh ô nhiễm chính được xác
định như sau:




Dọc sơng Cầu và sơng Cơng: từ các cụm dân cư sinh sống hai
bên sông, các cụm công nghiệp, khu công nghiệp...
Các suối nhỏ và phụ lưu sông Cầu, Công: từ các cụm dân cư,
các vùng canh tác nông nghiệp – lâm nghiệp, khu vực khác thác
khống sản...

Nghiên cứu này khơng tập trung xác định chính xác vị trí phân

vùng, nên sai số có thể từ 500 - 1000 m. Bản đồ phân vùng là kết



quả áp dụng WQI - cải tiến nên sai số trên có thể chấp nhận được.
Kết quả phân vùng chất lượng nước theo WQI - cải tiến sẽ được thể
hiện trên bản đồ bằng phần mềm chuyên dụng như Mapinfo
Professional ver 11và ArcGIS ver 10.2.

2.6. Phƣơng pháp thu thập dự liệu
Tài liệu và số liệu về hiện trạng môi trường tự nhiên, KT-XH tỉnh
Thái Nguyên năm 2008 - 2012 do Chi cục BVMT– Sở Tài nguyên và
Môi trường tỉnh Thái Nguyên cấp; số liệu quan trắc chất lượng nước
tỉnh Thái Nguyên năm 2010 - 2013 do Trung tâm Quan trắc & Kỹ thuật
môi trường – Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên cấp kết
hợp thông tin, số liệu do tác giả luận án trực tiếp thực hiện trong các Dự
10


án “Lập Quy hoạch bảo vệ môi trường tỉnh Thái Nguyên đến năm
2020” (năm 2009 - 2010) và “Xây dựng hệ thống WQI và phân vùng
chất lượng nước sông hồ tỉnh Thái Nguyên” (năm 2011 - 2012).
Số liệu về quan trắc môi trường được lưu trữ và xử lý bằng máy
tính.
2.7. Phƣơng pháp thu mẫu và phân tích
2.7.1. Hóa chất và dụng cụ phân tích




Hóa chất phân tích các loại (độ tinh khiết phân tích - PA).
Các loại dụng cụ thủy tinh phịng thí nghiệm, cân phân tích, tủ ấm,
cất quay...

2.7.2. Thiết bị và phương pháp phân tích


Phương pháp lấy mẫu theo TCVN 5992:1995, TCVN 5993:1995,
TCVN 5996:1995



Các thiết bị phân tích chính tại Phịng thí nghiệm của Viện Cơng
nghệ mới – Bộ QP.



Các phương pháp phân tích các thơng số quan trắc được sử dụng
theo TCVN.
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Hiện trạng chất lƣợng nƣớc sông trên địa bàn tỉnh Thái
Nguyên
Phân loại nước sông Cầu và sông Công được đánh giá theo kết quả
quan trắc nước mùa mưa và mùa khô năm 2011.
3.1.1. Hiện trạng chất lượng nước sơng Cầu


Chất lượng nước sơng Cầu về mùa khơ có xu hướng ô nhiễm hơn
mùa mưa.



Kết quả quan trắc cho thấy, chất lượng nước tại các điểm quan trắc
trên sông Cầu phía thượng nguồn (từ Văn Lang đến Sơn Cẩm) còn
11


tương đối tốt, hầu hết các chỉ tiêu phân tích đều đạt tiêu chuẩn cho
phép theo QCVN 08:2008/BTNMT mức A1 và A2. Chất lượng
nước tại các điểm quan trắc này đảm bảo sử dụng mục đích sinh
hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp.


Chất lượng nước sông Cầu - đoạn chảy qua địa bàn thành phố Thái
Nguyên bị ô nhiễm nhẹ hợp chất hữu cơ, hàm lượng BOD vượt
1,26 - 1,37 lần vào mùa khô và 1,07 - 1,3 lần vào mùa mưa so với
QCVN 08:2008/BTNMT mức A2, chất lượng nước sông Cầu khu
vực này không đảm bảo sử dụng cho mục đích sinh hoạt nhưng vẫn
đảm bảo sử dụng mục đích tưới tiêu thuỷ lợi. Nguyên nhân, do đoạn
sông này tiếp nhận nước thải từ các hoạt động sản xuất công
nghiệp, đô thị thuộc địa bàn thành phố Thái Nguyên.



Chất lượng nước sông Cầu đoạn sau khi chảy qua địa bàn thành phố
Thái Nguyên (đoạn từ Cầu Mây Phú Bình đến đoạn sơng Cầu trước
điểm hợp lưu của sông Công) tương đối tốt, hầu hết các chỉ tiêu đạt
tiêu chuẩn cho phép mức A2.

3.1.2. Hiện trạng chất lượng nước sơng Cơng


Chất lượng nước sơng Cơng phía thượng lưu (từ Bình Thành - Định
Hố đến cửa xả hồ Núi Cốc), đoạn sông trước trạm bơm nước của
nhà máy nước Sông Công tương đối tốt, các chỉ tiêu phân tích đều
đạt giới hạn cho phép theo QCVN 08:2008/BTNMT giới hạn A2.
Chất lượng nước đảm bảo sử dụng mục đích sinh hoạt nhưng phải
áp dụng cơng nghệ xử lý phù hợp đối với các chỉ tiêu khác nhau.



Sông Công từ đoạn sau điểm hợp lưu của suối La Cấm (suối tiếp
nhận nước thải sinh hoạt, dịch vụ của thị xã Sông Công) đến sau
hợp lưu với suối tiếp nhận nước thải bãi rác Nam Sơn bị ô nhiễm
hợp chất hữu cơ, TSS, Coliform và Cr. Chất lượng nước không đảm
bảo sử dụng mục đích sinh hoạt nhưng vẫn đảm bảo sử dụng mục
12


đích tưới tiêu thủy lợi. Tuy nhiên, nước sơng Cơng tại đập Hồ Núi
Cốc đối với chỉ số Coliform và cầu Đa Phúc với chỉ tiêu SS, Cr lại
chỉ đảm bảo cho mục đích giao thơng thủy.
3.2. Kết quả xây dựng chỉ số chất lƣợng nƣớc cho các sông trên địa
bàn tỉnh Thái Nguyên và đánh giá
3.2.1. Lựa chọn và đánh giá tầm quan trọng của các thông số trong chỉ
số chất lượng nước (WQI)
3.1.1.1. 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

 Khảo sát đợt 1
Kết quả đợt khảo sát 1: 9 thông số: pH, TSS, DO, BOD5, dầu mỡ,
T.Coliform, COD, tổng N, tổng P và nhóm các chất có độc tính cao
được nhiều chuyên gia/người được tham vấn lựa chọn.
 Khảo sát đợt 2
Kết quả đợt khảo sát 2: 1 - pH (0,12) ; 2 - TSS (0,09) ; 3 - DO (0,15) ; 4
- BOD5 (0,17) ; 5 - Dầu mỡ (0,08) ; 6 - T.Coliform (0,09) ; 7 - COD
(0,14) ; 8 - NO3- (0,08) ; 9 - PO43- (0,08) ; 10 - Nhóm các thơng số độc
tính cao (1).
3.1.1.2. 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 năm 2011
Với những đặc điểm hiện trạng CLN sơng Cầu và Cơng như trên thì
có thể xác định tầm quan trọng của các nhóm thơng số như sau: Nhóm
các thơng số độc tính cao > Nhóm các thơng số dinh dưỡng > Nhóm
thơng số hóa lý (lựa chọn là SS) và Nhóm thơng số vi sinh (lựa chọn là
Coliform).
Điều này cũng phù hợp với kết quả tại Mục 3.2.1.1.
13


3.1.1.3. Lựa chọn các thông số chất lượng nước sông trên địa bàn tỉnh
Thái Nguyên phù hợp với đặc điểm nguồn thải và kinh tế - xã hội


Tác động do gia tăng dân số ...



Tác động của phát triển công nghiệp ...



Tác động do phát triển nông nghiệp tới môi trường nước mặt ...

3.1.2. So sánh thông số lựa chọn giữa WQI của NSF, WQI của Tổng
cục môi trường và WQI do tác giả luận án cải tiến
Thông số trong hệ thống WQI của NFS, Tổng cục môi trường và
của luận án được lựa chọn bao gồm:
Theo NFS
Theo TCMT
1. DO
1. DO
2. pH
2. pH
3. BOD5
3. BOD5
4. NO34. NH4+
35. PO4
5. PO436. Fecal coliform
6. T.coliform
7. Tổng chất rắn (TS) 7. SS
8. Nhiệt độ
8. COD
9. Độ đục
9. Độ đục

Theo lựa chọn của luận án
1. DO
2. pH
3. BOD5

4. NO35. PO436. T.coliform
7. SS
8. COD
9. Dầu mỡ
10. Nhóm các thơng số độc hại

Với đặc điểm tự nhiên và KT - XH cũng như các ngành nghề đặc
thù của tỉnh Thái Nguyên, nước sông trên địa bàn tỉnh tiếp nhận các
chất ơ nhiễm đặc thù có thể tổng hợp như sau: thơng số hóa lý (pH, SS,
độ đục, màu...), ô nhiễm hữu cơ (BOD, COD), ô nhiễm dinh dưỡng
(NO3-, PO43-), ô nhiễm vi sinh (coliform), các chất ảnh hưởng đến đời
sống thủy sinh (dầu mỡ) và một số chất có độc tính cao (kim loại nặng,
hóa chất BVTV, phenol...). Đây là các thông số cần quan tâm trong
đánh giá chất lượng nước mặt trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên.
3.1.3. So sánh sự phù hợp của thông số với các nghiên cứu trên thế giới

14


Với 9 thơng số và nhóm các chất độc tính cao được lựa chọn, đảm
bảo được theo khuyến nghị về 5 nhóm chỉ thị suy giảm chất lương nước
và theo 5 tiêu chí lựa chọn.
Từ phân tích đặc điểm về điều kiện tự nhiên, KT - XH và các nguồn
gây ô nhiễm chính tại tỉnh Thái Nguyên, ý kiến của chuyên gia (theo
phương pháp Delphi), cũng như sự phù hợp với các mơ hình WQI đã áp
dụng trên thế giới cũng như ở Việt Nam, chúng tôi đã lựa chọn 9 thơng
số và nhóm các thơng số độc tính cao trong xây dựng WQI phù hợp với
các sông Thái Nguyên (gọi tắt là WQI - cải tiến) như sau:
1-

pH (0,12)

6-

T.Coliform (0,09)

2-

TSS (0,09)

7-

COD (0,14)

3-

DO (0,15)

8-

NO3- (0,08)

4-

BOD5 (0,17)

9-

PO43- (0,08)

5-

Dầu mỡ (0,08)

10 -

Nhóm các thơng số độc tính cao (1)

3.3. Xây dựng WQI - cải tiến và bình luận
3.3.1. Cơng thức tính


Dạng tổng và có tính đến trọng số đóng góp:

WQIA - cải tiến =


qđh n
 qi.wi
100 1

Dạng tích và có tính đến trọng số đóng góp:

WQIM - cải tiến =

qđh n wi
 qi
100 1

3.3.2. Xây dựng đồ thị tương quan giữa thông số lựa chọn và chỉ số phụ

3.3.2.1. Chỉ số phụ của các thông số thông thường được lựa chọn (9
thông số) (qi)

15


Ghi chú: x - chỉ số phụ của thông số lựa chọn
3.3.2.2. Chỉ số phụ của nhóm các chất có độc tính cao (qđh)
Bảng 3.2. Quy định giá trị (qđh) chỉ số phụ
của các thơng số độc tính cao
Nồng độ của thơng số bất kỳ trong
nhóm các thơng số độc tính cao (I)
I < A1
I = A1
A1 < I < A2
A2 < I < B1
B1 < I < B2
I > B2

Giá trị WQI

qđh

91  100

100
91
71
51
26

0

71  90
51  70
26  50
0  25

3.4. Kiểm nghiệm WQI - cải tiến
3.4.1. Kiểm nghiệm đánh giá WQI – cải tiến do tác giả đề xuất
3.4.1.1. Xem xét tính che khuất và tính ảo của WQI – cải tiến


Dạng tổng luôn cho giá trị WQI cao hơn dạng tích.



Tính che khuất: chủ yếu ở dạng tổng, thể hiện rõ ở các chuỗi số liệu
11, 16, 21, 26 và từ 31 đến 36.
+ Ở chuỗi số liệu 11, một thơng số có giá trị đo đạc thấp (DO =
0,5 mg/L) nên qi thấp (qDO = 2) nhưng kết quả WQI dạng tổng
là 84 (mức II). Như vậy là chưa hợp lý. Trong khi đó, dạng tích
là 70 (mức III) cho kết quả phù hợp hơn. Điều này xảy ra tương
tự chuỗi số liệu 16, 21 và 26.

16


+
+

Cũng tương tự như vậy ở chuỗi số liệu 31 đến 36. Khi hai thơng
số có giá trị qi thấp nhưng giá trị WQI dạng tổng lại khá cao.
Đối với chuỗi số liệu từ 37 đến 56, khi qđh thay đổi theo các
thang xác định, thông số DO thay đổi thì dạng tích ln cho giá
trị WQI phù hợp, cịn dạng tổng có giá trị WQI chưa phù hợp.

Điều này cũng phù hợp với các nghiên cứu của Ott. Theo nghiên
cứu này, dạng tích có thể xảy ra tính che khuất khi trọng số quá nhỏ.
Điều này không xảy ra với WQI - cải tiến do trọng số thấp nhất là 0,08.


Tính ảo xảy ra khi điểm số của từng thông số chấp nhận được
nhưng chỉ số tổng quát lại cho kết quả ngược lại. Với các chuỗi số
liệu từ 2 đến 6 tính ảo khơng xảy ra đối với dạng tổng và dạng tích.
Điều này cũng phù hợp với nghiên cứu của Ott., tính ảo khơng xảy
ra đối với dạng tổng và dạng tích có trọng số.
Qua kết quả tính tốn và phân tích như trên, có thể kết luận rằng,

dạng tích khơng có tính ảo và tính che khuất ; dạng tổng khơng có tính
ảo nhưng tính che khuất xảy ra đối với một số trường hợp nên nhiều khi
không phản ánh đúng mức độ ô nhiễm của các thơng số tính WQI.
3.4.1.2. Xem xét độ nhạy của mơ hình WQI - cải tiến


Dạng tích ln có độ nhạy cao hơn dạng tổng.



Trọng số của thông số (wi) ảnh hưởng lớn đến độ nhạy của WQI. wi
càng cao sẽ làm cho độ nhạy của WQI - cải tiến thay đổi càng lớn.



Với cùng bước nhảy của chỉ số phụ, độ nhạy của thơng số có wi lớn
ln cao hơn thơng số có wi nhỏ.



Riêng với nhóm các chất có độc tính cao, khi thay đổi qi thì dạng
tổng và dạng tích có độ nhạy như nhau và có độ nhạy rất lớn.

3.4.2. Xem xét trường hợp thiếu số liệu của mơ hình WQI - cải tiến


Xem xét nếu thiếu số liệu cho thấy:
17


 Thiếu 1 số liệu, tất cả các qi của các thơng số cịn lại bằng 100
mà WQI lại nhỏ hơn 100. Điều này chưa hợp lý.
 Cũng có thể nhận thấy dạng tổng điểm số cao hơn dạng tích.
Điều này chứng tỏ dạng tích ln có tính khắt khe hơn dạng
tổng.
 Và thiếu thơng số có trọng số cao thì WQI có giá trị thấp và
ngược lại. Nếu khơng có trọng số thì dù thiếu thơng số nào đều
cho WQI như nhau. Như vậy, trọng số thể hiện tầm quan trọng
của thơng số đó trong đánh giá chất lượng nước.
 Thiếu 2 thông số. Kết quả WQI nhỏ hơn 100. Điều này cũng
khơng hợp lý. Số liệu tính tốn cho kết quả tương tự như trường
hợp từ 2 đến 4.



Chuyển đổi công thức sang dạng như sau:
+ Dạng tổng và có tính đến trọng số đóng góp:

qđh  n

WQIA - cải tiến - thiếu số liệu =
  qi.wi 
100  1


k

+ Dạng tích và có tính đến trọng số đóng góp:

qđh  n wi 
  qi 
WQIM - cải tiến - thiếu số liệu =

100  1



k

Với:
- k: hệ số mũ, trong đó

k

1
n

w

i

1

Kết quả tính WQI bằng công thức mới với các trường hợp đủ số
liệu và thiếu số liệu tính tốn cho thấy kết quả hợp lý. Kết quả tính cuối
cùng khơng bị ảnh hưởng bởi số liệu bị thiếu. Công thức đúng với cả
trường hợp thiếu 1 hoặc 2 số liệu.
18


3.4.3. Đánh giá WQI-cải tiến cho các sông trên địa bàn tỉnh Thái
Nguyên
Để đánh giá ưu nhược điểm của WQI, WQI - cải tiến được xem xét
theo 21 tiêu chí của Ott. và 15 tiêu chí của Cục Bảo vệ môi trường Mỹ
cho thấy như sau:
1. Công thức đơn giản
2. Dễ sử dụng trong tính tốn
3. Các thơng số lựa chọn mang đặc trưng của chất lượng nước
4. Đây là các thơng số thuộc chương trình quan trắc của tỉnh Thái
Ngun
5. 9 thơng số và nhóm các thơng số độc hại đảm bảo có các thơng số
sinh học
6. Có các thơng số có ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh hoặc/và sử

dụng giải trí
7. Có nhóm các thơng số độc hại theo QCVN 08:2008/BTNMT
8. Không bổ sung được các thông số mới
9. Tương thích với QCVN 08:2008/BTNMT
10. Được tính tốn và đảm bảo kết quả trên bộ số liệu giả định
11. Được xây dựng dựa trên đặc điểm tự nhiên và KT-XH, ý kiến
chuyên gia, được kiểm tra với số liệu giả định và thực tế cho kết
quả phù hợp
12. Thang phân loại theo NSF - WQI
13. Dạng tổng có tính ảo hơn dạng tích;
14. Dạng tổng và dạng tính khơng có tính che khuất
15. Độ nhạy được thử nghiệm trên bộ số liệu giả định đảm bảo chấp
nhận
16. Có thể áp dụng để phân vùng chất lượng nước sông tại Thái
Nguyên và có ứng dụng thực tế
19


17. Được xây dựng trên cơ sở các ý kiến chuyên gia theo phương
pháp Delphi
18. Công thức được chuyển đổi và được thử nghiệm tính tốn, cho
kết quả hợp lý khi thiếu số liệu
19. Hạn chế:
- Không thay đổi được các thông số;
- Không bổ sung thêm các thông số;
- qi min của các thông số không bằng 0 (ngoại trừ nhóm thơng số
độc hại), do qi được xây dựng dựa trên các hàm tuyến tính và phi
tuyến tính.
20. Các thông số lựa chọn đều liên quan đến chất lượng nước
21. Các thông số đều được đưa về cùng thang đo bằng hàm chỉ số

phụ và khơng có thứ ngun
3.5. Phân loại nguồn nƣớc mặt các sông trên địan bàn tỉnh Thái
Nguyên theo WQI - cải tiến
3.5.1. Đối với sông Cầu
Bảng 3.3. Phân loại chất lƣợng nƣớc mặt sông Cầu
theo WQI - cải tiến
T
T

Vị trí

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

SCA 1-1
SCA 1-2
NM-6.05-1
SCA 1-3
SCA 1-4
SCA 1-5
NM-6.05-2
SCA 1-6

NM-6.05-3
SCHL 26

Mùa khơ (đợt 1/2011)
Dạng tổng
Dạng tích
Giá Phân Giá Phân
trị
loại
trị
loại
88,6
II
88,0
II
89,0
II
88,6
II
85,3
II
84,6
II
85,2
II
84,6
II
58,0
III
57,1

III
56,6
III
55,3
III
78,7
II
77,2
II
79,8
II
78,2
II
78,1
II
76,1
II
19,8
V
19,2
V

20

Mùa mƣa (đợt 3/2011)
Dạng tổng
Dạng tích
Giá Phân Giá Phân
trị
loại

trị
loại
92,8
I
92,5
I
91,4
I
91,0
I
90,4
I
90,0
I
92,4
I
92,2
I
58,8
III
58,1
III
56,6
III
55,4
III
81,1
II
79,9
II

82,7
II
81,1
II
80,9
II
79,0
II
55,1
III
53,8
III


3.5.2. Đối với sông Công
Bảng 3.4. Phân loại chất lƣợng nƣớc mặt sơng Cơng
theo WQI - cải tiến
T
T

Vị trí

1
2
3
4
5
6
7
8

9
10
11

SCO 1-12
SCO 1-13
SCO 1-14
SCO 1-15
SCO 1-16
SCO 3-8
SCO 1-17
SCO 3-9
SCO 1-18
SCO 3-10
SCO 1-19

Mùa khơ (đợt 1/2011)
Dạng tổng
Dạng tích
Giá Phân Giá Phân
trị
loại
trị
loại
91,3
II
91,1
II
90,9
II

90,7
II
91,2
I
90,9
I
92,6
I
92,4
I
91,3
I
91,0
I
89,1
II
88,7
II
93,1
I
92,9
I
52,4
III
50,6
III
53,3
III
51,1
III

38,1
IV
36,8
IV
37,2
IV
35,7
IV

Mùa mƣa (đợt 3/2011)
Dạng tổng
Dạng tích
Giá Phân Giá Phân
trị
loại
trị
loại
93,4
I
93,3
I
92,6
I
92,5
I
92,2
I
92,0
I
90,7

I
90,0
I
92,7
I
92,5
I
82,2
II
81,9
II
93,1
I
92,9
I
54,3
III
52,8
III
53,3
III
51,4
III
53,0
III
51,4
III
53,5
III
52,2

III

3.6. Đề xuất các giải pháp sử dụng và bảo vệ chất lƣợng nƣớc các
sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên
3.6.1. Khả năng sử dụng nước tại các phân vùng
3.6.1.1. Đánh giá khả năng sử dụng nước sông Cầu trên địa bàn tỉnh
Thái Nguyên
3.6.1.2. Đánh giá khả năng sử dụng nước sông Công trên điạ bàn tỉnh
Thái Nguyên
3.6.1.3. Tổng hợp về khả năng sử dụng nước sơng cho các mục đích
3.6.2. Giải pháp bảo vệ môi trường nước mặt tỉnh Thái Nguyên
3.6.2.1. Thực hiện quản lý tổng hợp lưu vực sông Cầu
3.6.2.2. Giải pháp về quản lý
3.6.2.3. Giải pháp về công nghệ
3.6.3. Đề xuất phân vùng chất lượng môi trường nước giai đoạn 2015 2030
21


Bảng 3.5. Phân vùng môi trƣờng các nguồn nƣớc mặt để tiếp nhận
nƣớc thải đối với các sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên
và lộ trình áp dụng
Giá trị phân loại nguồn nƣớc
Năm
Năm
Năm
2015
2020
2030

TT

Tên sông

1

Sông Cầu
Từ xã Văn Lăng, H. Đồng Hỷ đến
xã Sơn Cẩm, H. Phú Lương
Từ Cao Ngạn (Đồng Hỷ) đến xã
Đào Xá (H. Phú Bình), Lương Sơn
(TP Thái Nguyên)
Từ Đào Xá đến Hà Châu, huyện
Phú Bình
Từ Hà Châu (Phú Bình) đến hợp
lưu sơng Cơng - xã Thuận Thành
(Bắc Giang)
Sơng Cơng
Trên địa phận huyện Định Hố
Trên địa bàn huyện Đại Từ đến
điểm lấy nước Nhà máy nước Sông
Công
Trên địa bàn Thị xã Sông Công và
huyện Phổ Yên

1.1
1.2
1.3
1.4
2
2.1

2.2
2.3

I

I

I

III

II

II

II

I

I

III

II

I

I
II

I
I

I
I

V

III

II

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
1. Kết quả nghiên cứu của Luận án đã cho phép xác lập cơ sở khoa học
và thực tiễn trong việc xây dựng hệ thống chỉ số chất lượng nước mặt
phù hợp với điều kiện môi trường của các sông trên địa bàn tỉnh Thái
Nguyên. Cụ thể:
Luận án đã tổng hợp, phân tích và đánh giá những thuận lợi và
khó khăn khi áp dụng các chỉ số WQI được xây dựng trên thế giới và tại
Việt Nam. Luận án đã nêu đặc điểm chính về điều kiện tự nhiên, KT 22


XH và hiện trạng ơ nhiễm chính trên sơng Cầu, sơng Cơng trên địa bàn
tỉnh Thái Ngun. Và từ đó, lựa chọn phương pháp xây dựng WQI - cải
tiến dạng tích cho các sơng trên địa bàn tỉnh Thái Ngun.
Luận án đã đóng góp và làm sáng tỏ phương pháp luận xây
dựng chỉ số chất lượng nước sông phù hợp trên địa bàn tỉnh Thái
Nguyên, phục vụ đánh giá và phân vùng chất lượng nước cho sông Cầu
và Công trên địa bàn tỉnh.

2. Kết quả nghiên cứu của Luận án đã cho phép phân vùng chất lượng
nước các sơng chính trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên (sông Cầu, sông
Công và phụ lưu) theo chỉ số chất lượng nước. Cụ thể:
Luận án đã đóng góp chung cho phương pháp luận áp dụng chỉ
số chất lượng nước để đánh giá và phân vùng chất lượng nước sông phù
hợp với điều kiện tỉnh Thái Nguyên. Dựa vào WQI - cải tiến được xây
dựng, luận án đã phân vùng các sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên
thành các phân đoạn khác nhau. Về tổng thể, mùa mưa chất lượng nước
sông trên địa bàn tỉnh Thái Ngun có xu hướng tốt hơn mùa khơ. Khu
vực thượng lưu sông Cầu, sông Công chất lượng nước từ tốt (II) đến rất
tốt (I). Trong khi đó, phân đoạn chảy qua thành phố Thái Nguyên, thị xã
Sông Công và các cụm dân cư có chất lượng trung bình (III), xấu (IV)
và rất xấu (V). Sau đó, có sự phục hồi (tự làm sạch) của dịng sơng, chất
lượng nước được cải thiện ở mức tốt (II) trên sông Cầu và mức trung
bình (III) trên sơng Cơng. Qua đó cho thấy, nước sông Cầu, sông Công
bị ô nhiễm chủ yếu do chất thải sinh hoạt, từ các khu công nghiệp và
cụm công nghiệp trên địa bàn tỉnh. Kết quả phân vùng đã cho thấy các
phân đoạn thượng lưu có thể sử dụng cấp nước sinh hoạt, các đoạn chạy
qua thành phố Thái Nguyên và thị xã Sông Công chất lượng nước có
thời điểm khơng đảm bảo cấp nước thủy lợi, phân đoạn hạ lưu có thể
23