Ứng dụng các phương pháp WQI để đánh giá chất lượng nước trên địa bàn tỉnh hòa bình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỖ THỊ THÚY VÂN

ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP WQI ĐỂ ĐÁNH GIÁ
CHẤT LƯỢNG NƯỚC TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH HÒA BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. HUỲNH TRUNG HẢI

Hà Nội – Năm 2014


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu nằm trong khuôn khổ của đề
tài “Điều tra, đánh giá tình hình sử dụng và phát sinh chất thải (bao gồm chất thải
nguy hại) đối với phân bón, hóa chất bảo vệ thực vật trong sản xuất nông nghiệp
trên địa bàn tỉnh Hòa Bình; Đề xuất các giải pháp quản lý, bảo vệ môi trường” do
Trung tâm An toàn hóa chất Bảo vệ môi trường (CECS) thực hiện, mà tôi tham gia
thực hiện và được phép sử dụng kết quả.
Hà Nội, ngày 28 tháng 10 năm 2014
Học viên

Đỗ Thị Thúy Vân


LỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Huỳnh Trung Hải và
GS.TS Lê Quốc Hùng, người đã luôn quan tâm, tận tình chỉ bảo và giúp đỡ em trong
quá trình hoàn thành luận văn này.
Em xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy Cô trong Viện Khoa học và Công nghệ
Môi trường, đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện để em có thể thực hiện luận văn
này.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã bên cạnh ủng hộ và
động viên em trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 28 tháng 10 năm 2014
Học viên

Đỗ Thị Thúy Vân


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................... 3
1.1. Đặc điểm của một số nguồn nước mặt trên địa bàn tỉnh Hòa Bình .................... 3
1.1.1. Điều kiện địa lý tự nhiên của tỉnh Hòa Bình................................................... 3
1.1.1.1. Vị trí địa lý, địa hình ................................................................................... 3
1.1.1.2. Đặc điểm khí hậu- thủy văn ........................................................................ 4
1.1.2. Đặc điểm của một số nguồn nước mặt trên địa bàn tỉnh Hòa Bình ................. 6
1.2.Tổng quan về chỉ số chất lượng nước (WQI) ..................................................... 8
1.2.1.Tổng quan về chỉ số môi trường và chỉ số chất lượng nước............................. 8
1.2.1.1.Tổng quan về chỉ số môi trường ................................................................... 8
1.2.1.2.Tổng quan về chỉ số chất lượng nước ........................................................... 9
1.2.2.Kinh nghiệm xây dựng và ứng dụng WQI của một số nước trên thế giới ...... 10
1.2.3.Tình hình nghiên cứu và kết quả đạt được về xây dựng và ứng dụng WQI ở
Việt Nam ............................................................................................................... 17

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 23
2.1. Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................... 23
2.1.1. Các thông số được lựa chọn ......................................................................... 23
2.1.2. Vị trí quan trắc được đưa vào tính toán ........................................................ 23
2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 23
2.2.1. Thu thập, chọn lọc và phân tích các tài liệu có liên quan .............................. 23
2.2.2. Phương pháp lấy mẫu, phân tích .................................................................. 23
2.2.2.1. Phương pháp lấy mẫu liên tục ................................................................... 24
2.2.2.2. Phương pháp lấy mẫu về phòng thí nghiệm phân tích ............................... 26
2.2.3. Phương pháp tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI) ................................. 26
2.3. Phần mềm tính toán chỉ số chất lượng nước WQI ........................................... 27
2.3.1. Mục đích sử dụng ........................................................................................ 27
2.3.2. Cách sử dụng phần mềm .............................................................................. 28
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................... 31
3.1. Các nguồn tác động đến chất lượng nước của một số nguồn nước mặt trên địa
bàn tỉnh Hòa Bình ................................................................................................. 31
i


3.1.1. Nguồn thải từ hoạt động khu dân cư ............................................................ 31
3.1.2. Nguồn thải từ hoạt động công nghiệp........................................................... 33
3.1.3. Nguồn thải từ hoạt động nông nghiệp .......................................................... 34
3.2. Đánh giá hiện trạng và diễn biến chất lượng nước một số nguồn nước mặt trên
địa bàn tỉnh Hòa Bình ............................................................................................ 35
3.2.1. Phương pháp đánh giá.................................................................................. 35
3.2.2. Hiện trạng chất lượng nước .......................................................................... 35
3.3. Áp dụng phương pháp tính chỉ số chất lượng nước WQI cho một số nguồn
nước mặt trên địa bàn tỉnh Hòa Bình ..................................................................... 46
3.3.1. Tính giá trị WQI .......................................................................................... 46
3.3.2. Đánh giá chất lượng nước theo giá trị WQI.................................................. 56

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 61
PHỤ LỤC.............................................................................................................. 65

ii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BOD: Nhu cầu oxy sinh học
BVTV: Bảo vệ thực vật
BTNMT: Bộ Tài nguyên Môi trường
COD: Nhu cầu oxy hóa học
CCN: Cụm công nghiệp
CLN: Chất lượng nước
DO: Hàm lượng oxy hòa tan
HL KHCNVN: Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
KCN: Khu công nghiệp
KT-XH: Kinh tế - Xã hội
NSF: Quỹ vệ sinh quốc gia Mỹ
QĐ: Quyết định
QCVN: Quy chuẩn Việt Nam
TB: Trung bình
TCMT: Tổng cục Môi trường
TTCN: Tiểu thủ công nghiệp
WQI: Chỉ số chất lượng nước

iii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Các thông số thống kê nhiệt độ bình quân trong năm ............................... 5
Bảng 1.2: Các công thức tập hợp tính WQI ............................................................. 9
Bảng 1.3: Tình hình nghiên cứu và ứng dụng WQI của một số nước trên thế giới . 12
Bảng 1.4: Tình hình nghiên cứu và ứng dụng WQI ở Việt Nam............................. 18
Bảng 3.1: Sự phân bố dân cư của tỉnh Hòa Bình năm 2009, 2012 .......................... 31
Bảng 3.2: Tình hình sử dụng thuốc BVTV và phân bón hóa học qua các năm trên
địa bàn tỉnh ............................................................................................................ 34
Bảng 3.3: Kết quả phân tích, đo đạc một số nguồn nước mặt trên địa bàn tỉnh Hòa
Bình mùa mưa tháng 10 năm 2013 ........................................................................ 36
Bảng 3.4: Kết quả tính toán WQI và mức đánh giá chất lượng nước một số nguồn
nước mặt trên địa bàn tỉnh Hòa Bình vào mùa mưa (tháng 10/2013) ..................... 50

iv


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Thiết bị đo liên tục trên sông, hồ ............................................................ 25
Hình 2.2: Nhập cơ sở dữ liệu tính toán .................................................................. 28
Hình 2.3: Bản đồ chất lượng nước ......................................................................... 29
Hình 2.4: Nhập số liệu tính toán dưới dạng text ..................................................... 29
Hình 2.5: Lựa chọn thông số tính toán ................................................................... 30
Hình 2.6: Lựa chọn công thức tính toán ................................................................. 30
Hình 3.1: Diễn biến chất lượng nước của DO, pH và nhiệt độ trên hồ Hòa Bình theo
hướng dòng chảy (10/2013) ................................................................................... 44
Hình 3.2: Diễn biến chất lượng nước của DO, pH và nhiệt độ trên sông Bôi theo
hướng dòng chảy(10/2013) .................................................................................... 44
Hình 3.3: Diễn biến chất lượng nước của DO, pH và nhiệt độ trên sông Bùi theo
hướng dòng chảy (10/2013) ................................................................................... 45
Hình 3.4: Biểu đồ biểu diễn diễn biến WQI của các thông số đo liên tục theo chiều

dài hồ Hòa Bình..................................................................................................... 47
Hình 3.5: Biểu đồ biểu diễn diễn biến WQI của các thông số đo liên tục theo chiều
dài sông Bùi .......................................................................................................... 48
Hình 3.6: Biểu đồ biểu diễn diễn biến WQI của các thông số đo liên tục theo chiều
dài sông Bôi .......................................................................................................... 49
Hình 3.7: Bản đồ phân bố WQI của hồ Hòa Bình, sông Bôi và sông Bùi ............... 55

v


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sỹ 2013 -2015

MỞ ĐẦU
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.
Nhằm góp phần ngăn chặn các nguy cơ khủng hoảng về nguồn nước cũng
như từng bước khắc phục, cải thiện và bảo vệ nguồn nước mặt của một số địa
phương trên địa bàn tỉnh Hòa Bình, cần thiết tiến hành nghiên cứu để xây dựng
công cụ quản lý thống nhất và tổng hợp tài nguyên nước. Chỉ số chất lượng nước
(WQI) là công cụ đánh giá mức độ ô nhiễm từng đoạn sông phục vụ mục đích quy
hoạch sử dụng hợp lý nguồn nước mặt và xây dựng định hướng kiểm soát ô nhiễm ô
nhiễm môi trường nước tốt hơn, đây là một vấn đề rất cần thiết và cấp bách. Do đó,
luận văn: “Ứng dụng các phương pháp WQI để đánh giá chất lượng nước của
một số nguồn nước mặt trên địa bàn tỉnh Hòa Bình” được lựa chọn
Đề tài được thực hiện với mục đích và trên phạm vi:
Mục đích nghiên cứu
 Đánh giá chất lượng nước của một số nguồn nước mặt trên địa bàn tỉnh

Hòa Bình bằng chỉ số WQI với nhiều phương pháp khác nhau.
 Đóng góp nhằm hoàn thiện phương pháp luận về đánh giá chất lượng
nước bằng phương pháp WQI do Tổng cục Môi trường ban hành
Phạm vi nghiên cứu
 Phạm vi không gian: hồ Hòa Bình, sông Bôi, sông Bùi
 Phạm vi thời gian: 2013 – 2014
Luận văn có các nội dung chính sau:


Đánh giá nguồn tác động đến chất lượng nước của một số nguồn nước

mặt trên địa bàn tỉnh Hòa Bình


Đánh giá hiện trạng nước của một số nguồn nước mặt trên địa bàn tỉnh

Hòa Bình


Tìm hiểu phần mềm đo chất lượng nước liên tục được phát triển bởi Viện

Hóa học Viện HL KH và CN quốc gia

Học viên: Đỗ Thị Thúy Vân

1


Viện KH & CNMT



Luận văn Thạc sỹ 2013 -2015

Tập hợp các số liệu khảo sát chất lượng nước của một số nguồn nước

mặt trên địa bàn tỉnh Hòa Bình


Xây dựng cơ sở dữ liệu của các thông số chất lượng nước của một số

nguồn nước mặt trên địa bàn tỉnh Hòa Bình theo định dạng của phần mềm.


Sử dụng phần mềm tính toán và biểu diễn WQI theo các phương pháp

khác nhau.


So sánh đối chiếu kết quả tính WQI khác nhau, đưa ra những đóng góp

nhằm hoàn thiện qui định của Tổng cục Môi trường.

Học viên: Đỗ Thị Thúy Vân

2


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sỹ 2013 -2015

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Đặc điểm của một số nguồn nước mặt trên địa bàn tỉnh Hòa Bình
1.1.1. Điều kiện địa lý tự nhiên của tỉnh Hòa Bình
1.1.1.1. Vị trí địa lý, địa hình
 Vị trí địa lý [8]
Hoà Bình là một tỉnh miền núi, lãnh thổ chuyển tiếp từ vùng đồng bằng Sông
Hồng lên vùng Tây Bắc. Là cửa ngõ của vùng Tây Bắc, cách Hà Nội khoảng 73 km.
Toạ độ địa lý từ 20o39’ đến 21o08’ vĩ độ Bắc, 104o48’ đến 104o51’ kinh độ
Đông. Diện tích tự nhiên của toàn tỉnh là 4.596 km2, có các vị trí tiếp giáp với các
tỉnh/thành như sau:
Phía Bắc giáp tỉnh Phú Thọ
Phía Đông giáp Hà Nội
Phía Tây giáp tỉnh Sơn La
Phía Nam, Đông Nam giáp tỉnh Hà Nam và Ninh Bình
Phía Nam, Tây Nam giáp tỉnh Thanh Hóa.
 Địa hình [9]
Ðịa hình tỉnh Hòa Bình chủ yếu là dạng địa hình núi cao, chia cắt phức tạp,
không có các cánh đồng rộng (như các tỉnh Lai Châu, Sơn La), độ dốc lớn theo
hướng Tây Bắc - Ðông Nam.
Quá trình vận động kiến tạo của địa chất qua nhiều thế kỷ đã tạo nên các
vùng địa hình, địa mạo khác nhau trên địa bàn tỉnh.
 Về địa hình được chia thành ba khu vực rõ rệt:
Dạng địa hình núi cao phân bố ở phía Tây Bắc, độ cao trung bình so với mặt
biển khoảng 600 – 700 m; có một số đỉnh núi cao trên 1.000 m, trong đó đỉnh cao
nhất là Phu Canh, Phu Túc (huyện Đà Bắc) cao 1.373 m, tiếp đến là đỉnh núi Dục
Nhan (huyện Đà Bắc) cao 1.320 m, đỉnh núi Psi Lung (huyện Mai Châu) cao
1.287m.

Học viên: Đỗ Thị Thúy Vân

3


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sỹ 2013 -2015

Dạng địa hình núi thấp, chia cắt phức tạp do đứt, gãy, lún sụt của nếp võng sông
Hồng ở khu vực trung tâm, độ cao trung bình so với mặt biển khoảng 250 – 300 m, trong
đó ở Tân Lạc là 318 m, Lạc Sơn, Kỳ Sơn là 300 m, Kim Bôi là 310 m, Lương Sơn là
251 m.
Dạng địa hình đồi gò xen các cánh đồng, phân bố ở khu vực Đông Nam của tỉnh,
độ cao trung bình 40 m – 100 m, trong đó ở huyện Lạc Thủy là 51 m, huyện Yên Thủy là
42 m.
 Về địa thế:
Hòa Bình là một tỉnh có độ dốc tương đối thấp so với các tỉnh thuộc vùng
Tây Bắc, kết quả xác định trên bản đồ đất tỷ lệ 1/100.000 của tỉnh cho thấy như sau:
Đất dốc 0-15o chiếm 44,86%
Đất dốc 15-20o chiếm 19,25%
Đất dốc 20-35o chiếm 28,02%
Còn lại độ dốc trên 35o
1.1.1.2. Đặc điểm khí hậu- thủy văn
 Khí hậu [2,8]
Khí hậu Hoà Bình mang nét đặc trưng của khí hậu vùng nhiệt đới, có hai mùa rõ
rệt
Mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 10 với lượng mưa bình quân 1.700 mm –
1.800 mm, chiếm hơn 90 % tổng lượng mưa cả năm. Riêng vùng núi cao Mai Châu,
Đà Bắc mùa mưa đến muộn hơn và thường kéo dài hơn vùng núi thấp.

Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau, lượng mưa bình quân chỉ có 100 mm200 mm, trong đó 3 tháng giữa mùa lạnh là các tháng 12, 1, 2. Lượng mưa trung bình
trong các tháng này không quá 30 mm.
 Nhiệt độ không khí
Chế độ nhiệt ở Hoà Bình tương đối ổn định và có đặc trưng là tương đối
thấp so với các tỉnh vùng lân cận. Cụ thể các số liệu thống kê các tháng cao nhất và
thấp nhất trong các năm như sau:

Học viên: Đỗ Thị Thúy Vân

4


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sỹ 2013 -2015

Bảng 1.1: Các thông số thống kê nhiệt độ bình quân trong năm
Các chỉ tiêu

STT

11
22
33

thống kê
Nhiệt độ tháng
cao nhất
Nhiệt độ tháng
thấp nhất

Nhiệt độ trung
bình năm

Nhiệt độ(oC)
Năm

Năm

Năm

Năm

Năm

2008

2009

2010

2011

2012

28,4

29,5

30,7

29,0

29,6

13,6

15,3

18,0

12,6

15,3

23,1

24,4

24,6

22,8

24,1

(Nguồn: Niên giám thống kê tỉnh Hòa Bình năm 2012)
 Chế độ mưa
Lượng mưa trung bình hàng năm ở Hoà Bình qua các năm như sau: tổng lượng
mưa đạt 1.962,5 mm năm 2008; 1.322,9 mm năm 2009; 1.246,7 mm năm 2010;
1.825,2 mm năm 2011 và năm 2012 đạt 2.004mm. Trong đó do đặc điểm của địa hình
nên lượng mưa phân bố không đều ở các nơi trong tỉnh và cũng không đều ở các tháng

trong năm, thường chỉ tập trung vào mùa mưa và chiếm phần lớn lượng mưa của cả
năm [2].
 Độ ẩm không khí
Độ ẩm không khí phụ thuộc vào mùa có nghĩa là độ ẩm phụ thuộc vào lượng
mưa và nhiệt độ không khí. Độ ẩm trung bình năm 2008 là 84%, năm 2009 là 82%,
năm 2010 là 81%, năm 2011 là 84%, năm 2012 là 84%. Vào mùa mưa độ ẩm
thường cao. Độ ẩm thấp nhất là vào mùa khô khi nhiệt độ không khí thấp và lượng
mưa ít [2].
 Chế độ gió
Ngoài việc chịu ảnh hưởng của chế độ gió chung với các tỉnh vùng đồng
bằng Bắc bộ, Hoà Bình còn bị ảnh hưởng tương đối rõ nét của chế độ gió Lào.
Hàng năm số cơn bão ảnh hưởng trực tiếp đến Hoà Bình gây ra các thiệt hại
đáng kể, nhất là hiện nay trước tình hình biến đổi khí hậu toàn cầu tình hình thiên
tai diễn ra khó dự báo trước được.

Học viên: Đỗ Thị Thúy Vân

5


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sỹ 2013 -2015

 Lượng bốc hơi
Lượng bốc hơi nước cao nhất thường là vào tháng 5, 6. Lượng bốc hơi thay
đổi tương đối lớn hàng năm và phụ thuộc vào chế độ nắng, gió, lượng mưa,...
 Thuỷ văn
Chế độ thuỷ văn của tỉnh Hoà Bình được phản ánh bởi đặc trưng của hệ thống
sông Đà, các chi lưu của các sông như sông Mã, sông Đà, sông Bùi, sông Bưởi, sông

Bôi, sông Lạng. Ngoài ra tỉnh Hòa Bình còn có một số hồ lớn đã tạo cho tỉnh có nguồn
nước mặt rất phong phú với 335 hồ chứa lớn nhỏ, riêng hồ có diện tích trên 5 ha có 135
hồ [2].
1.1.2. Đặc điểm của một số nguồn nước mặt trên địa bàn tỉnh Hòa Bình
Hoà Bình có nguồn tài nguyên nước mặt rất dồi dào, tổng lượng nước hàng
năm của các sông suối trong tỉnh đạt hơn 60 tỷ m3. Ngoài hồ chứa Hoà Bình, trong
tỉnh còn có 335 hồ chứa lớn nhỏ khác. Chỉ tính riêng hồ chứa có diện tích mặt nước
trung bình từ 5 ha trở lên đã có 135 hồ phân bố ở khắp các huyện, thành phố trong
tỉnh với tổng diện tích mặt nước 1.294,4 ha. Đây là nguồn cung cấp nước cho sản
xuất nông nghiệp, công nghiệp phục vụ đời sống, chăn nuôi thủy sản. Hồ sông Đà
có dung tích 9,5 tỷ m3 phục vụ cho nhiều mục tiêu kinh tế và quốc phòng, việc phát
điện của Nhà máy thủy điện Hoà Bình cung cấp nguồn điện năng quan trọng cho
các tỉnh trong cả nước [8].
Hệ thống sông suối trong tỉnh Hoà Bình phân phối không đều, có mật độ lưới
sông bình quân là 0,6 km/km2. Tuy nhiên, có những nơi mật độ sông suối chỉ đạt
0,3 km/km2 chiếm 1.541 km2 (khoảng 33% diện tích toàn tỉnh) thuộc các huyện Mai
Châu, Tân Lạc, Lạc Sơn, Yên Thuỷ và phía Tây huyện Đà Bắc, phía Đông - Nam
huyện Lạc Thuỷ. Khu vực có mật độ lưới sông từ 0,3 – 0,8 km/km2 chiếm 1.106
km2 thuộc các huyện Kim Bôi, Kỳ Sơn, Lạc Sơn, Lương Sơn và phía Đông huyện
Đà Bắc. Phần diện tích có mật độ lưới sông từ 0,8 – 2 km/km2 chiếm 1.607 km2
thuộc các huyện Lương Sơn, Thành phố Hoà Bình, Kim Bôi, Lạc Sơn và phía Đông
huyện Đà Bắc. Phần diện tích có mật độ lưới sông từ 2 – 2,5 km/km2 chiếm 436
km2 thuộc các địa danh phía Đông tỉnh Hoà Bình, trong đó huyện Kim Bôi có diện
tích tương đối lớn. Phần diện tích từ 12,5 – 6 km/km2 chỉ chiếm 213 km2 thuộc Tây
Học viên: Đỗ Thị Thúy Vân

6


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sỹ 2013 -2015

Nam huyện Kim Bôi và phía Nam huyện Yên Thuỷ. Nhìn chung thì mật độ lưới sông ở
tỉnh Hoà Bình đạt cấp 2. Hướng chảy của các sông phần lớn đều là hướng Tây Bắc Đông Nam, riêng có sông Bùi hướng chảy là Tây - Đông và sông Đà tại Hoà Bình
cũng đổi hướng Tây Nam - Đông Bắc sau đổi sang hướng Bắc. Hình dạng lưới sông
hầu hết thuộc loại nhánh cây, tính riêng phần thượng lưu sông Bưởi thuộc địa danh tỉnh
Hoà Bình sông có dạng hình nan quạt. Độ dốc lưu vực từ 16,7% đến 27,9%, độ cao lưu
vực trung bình từ 200 – 501 m [8].
Nguồn tài nguyên nước mặt của tỉnh là nguồn cung cấp nước chính của tỉnh
Hoà Bình và cung cấp nước cho địa bàn thủ đô Hà Nội và chuỗi đô thị phía tây thủ
đô Hà Nội.
 Sông Đà (hồ Hòa Bình): Đây là con sông lớn nhất chảy qua tỉnh Hòa Bình bắt
nguồn từ Vân Nam – Trung Quốc, cụ thể chảy qua địa bàn thuộc các huyện Đà Bắc, Mai
Châu, Kỳ Sơn, Tân Lạc, Cao Phong và thành phố Hòa Bình với tổng chiều dài khoảng
150 km, diện tích lưu vực tính đến đập thủy điện Hòa Bình là 51.800 km2. Trong đó khu
vực Hòa Bình khoảng 12.000 km2. Với diện tích mặt nước ngập thường xuyên khoảng
10.000 ha, dung tích 9,45 tỷ m3 nước, là hồ chứa lớn nhất ở Việt Nam. Việc điều tiết
dòng chảy sông Đà hạn chế lũ lụt ở hạ lưu giảm mực nước lũ xuống 1,5-2 m; điều chỉnh
dòng nước vào mùa khô [8].
 Sông Bôi: Sông Bôi là chi lưu cấp I của sông Đáy, bắt nguồn từ xã Độc
Lập, huyện Kim Bôi, tỉnh Hòa Bình. Hướng chảy của sông hầu như chọn hướng
Tây Bắc - Đông Nam. Sông có độ dài trên 100 km, chảy qua địa phận tỉnh Hòa
Bình với độ dài 66 km. Diện tích lưu vực là 1550 km2(có 295 km2 là diện tích đá
vôi), phần diện tích lưu vực thuộc tỉnh Hòa Bình là 664 km2 (trong đó phần đá vôi
chiếm 77,9 km2). Độ cao bình quân lưu vực là 173 m, (độ cao bình quân lưu vực
phần thuộc tỉnh Hòa Bình là 265 m). Độ dốc bình quân lưu vực là 9,6 %, riêng phần
thuộc tỉnh Hòa Bình là 20,5 %. Chiều rộng bình quân lưu vực là 15,5 km, riêng
phần lưu vực thuộc tỉnh Hòa Bình là 11,1 km; mật độ lưới sông là 0,81 km/km2
(phần lưu vực thuộc tỉnh Hòa Bình là 1,07 km/km2). Hệ số phát triển đường phân

nước là 1,97. Hệ số không đối xứng là 0,11 (phần thuộc tỉnh Hòa Bình là -0,26), hệ
số uốn khúc là 1,60 (phần thuộc tỉnh Hòa Bình là 1,41). Hệ số không cân bằng lưới
Học viên: Đỗ Thị Thúy Vân

7


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sỹ 2013 -2015

sông là 0,76. Hệ số hình dạng là 0,16. Đo đạc các đặc trưng của sông Bôi là trạm
Thuỷ văn Hưng Thi: toạ độ 1050 40’ 30’’ kinh độ đông, 20031’00’’ vĩ độ bắc, phía
hạ lưu sông có trạm thuỷ văn Gián Khẩu thuộc tỉnh Ninh Bình. Đặc tính của sông
Bôi là mực nước lên xuống rất nhanh, biên độ mực nước rất lớn, theo tài liệu đo đạc
được tại trạm thuỷ văn Hưng Thi: biên độ mực nước lớn nhất đạt tới 11,42 m, sông
Bôi thường xuất hiện các đỉnh lũ cao, khi đổ vào sông Đáy thì ngược lại: đỉnh lũ
giảm, thời gian lũ kéo dài, các vùng đồng trũng thuộc hạ du sông Tích và sông Bôi
có tác dụng giữ nước. Lưu lượng bình quân nhiều năm của sông Bôi là 44,7m3/s.
Tổng lượng bình quân nhiều năm là 1,43 tỷ m3.
Riêng địa phận tỉnh Hòa Bình, khống chế lưu vực sông Bôi là trạm thuỷ văn
Hưng Thi, tại trạm thuỷ văn Hưng Thi tổng lượng dòng chảy bình quân nhiều năm là
0,73 km3. Lưu lượng trung bình là 23,1 m3/s. Môduyn dòng chảy trung bình 34,8
l/s/km2 [8].
 Sông Bùi: Sông Bùi bắt nguồn từ xã Dân Hòa huyện Kỳ Sơn, là chi lưu
lớn của sông Tích, lưu vực sông gần như nằm trọn trong huyện Lương Sơn. Đo đạc
các đặc trưng của sông Bùi có trạm thuỷ văn Lâm Sơn, vị trí toạ độ địa lý: 1050 29’
20’’ kinh độ Đông, 200 52’ 50’’ vĩ độ Bắc, chiều rộng bình quân lưu vực là 4,1 km,
hệ số uốn khúc của sông là 1,13. Lưu lượng bình quân nhiều năm tại trạm thuỷ văn
Lâm Sơn là 1,1 m3/s. Mô duyn dòng chảy năm là 33,3 l/s/km2 [8].

1.2. Tổng quan về chỉ số chất lượng nước (WQI)
1.2.1. Tổng quan về chỉ số môi trường và chỉ số chất lượng nước
1.2.1.1.

Tổng quan về chỉ số môi trường

Chỉ số môi trường là 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 [28].

Học viên: Đỗ Thị Thúy Vân

8


Viện KH & CNMT

Tổng quan về chỉ số chất lượng nước

1.2.1.2.
a.

Luận văn Thạc sỹ 2013 -2015

Giới thiệu chung về WQI
Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index- WQI) là một chỉ số được tính

toán từ các thông số quan trắc chất lượng nước, dùng để mô tả định lượng về chất

lượng nước và khả năng sử dụng của nguồn nước đó; được biểu diễn qua một thang
điểm [28].
b.

Quy trình xây dựng 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
Bước 2: Chuyển đổi các thông số về cùng một thang đo (tính toán chỉ số
phụ)
Bước 3: Trọng số
Bước 4: Tính toán chỉ số WQI
Các công thức thường được sử dụng để tính toán WQI cuối cùng từ các chỉ
số phụ: trung bình cộng, trung bình nhân hoặc giá trị lớn nhất
Bảng 1.2: Các công thức tập hợp tính WQI
STT

Phương pháp

Nguồn
tham
khảo

Công thức
1 n
q
n i 1 i

1

Trung bình cộng không trọng số

I

2

Trung bình cộng có trọng số

I  q

[29]

n

i 1

3

Trung bình nhân không trọng số
Trung bình nhân có trọng số
Tổng không trọng số dạng Solway

Học viên: Đỗ Thị Thúy Vân

I

[15]

i

I  q
i 1

5

w

 n

I    q 
i
 i 1 
n

4

i

1/ n

[14]

wi

[18]

i

1 1 n


 q 
100  n i 1 i 

2

[34]

9


Viện KH & CNMT

6

7

Tổng có trọng số dạng Solway

Luận văn Thạc sỹ 2013 -2015

I

1  n

  q wi 
100  i 1 i 

I

Trung bình bình phương điều hòa
không trọng số

2

[20]

n
n


i 1

1

q

2

[19]

i

8

Giá trị nhỏ nhất

I = Min(q1, q2, ..., qn)

[30]

9

Giá trị lớn nhất

I = Max(q1, q2, ..., qn)

[18]

1.2.2. Kinh nghiệm xây dựng và ứng dụng WQI của một số nước trên thế giới
Có rất nhiều quốc gia đã đưa WQI áp dụng 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. Phương pháp chỉ số chất lượng nước (WQI)
của Quỹ Vệ sinh Môi trường Mỹ - NSF [33] là một trong các bộ chỉ số chất lượng
nước được sử dụng phổ biến ở nhiều nghiên cứu cũng như áp dụng thực tế tại nhiều
bang ở Mỹ và nhiều quốc gia khác, tuy có tính đến trọng số Wi, nhưng trọng số này
tự cho điểm từ 0 -1 theo ý kiến chuyên gia. Thang phân cấp đánh giá theo 5 cấp ( rất
ô nhiễm, ô nhiễm, trung bình, tốt và rất tốt) và các thông số khảo sát còn hạn chế (9
thông số). Đặc biệt, việc tính toán chỉ số phụ phải xây dựng các giản đồ tương ứng
quá phức tạp. Tuy nhiên các giá trị trọng số (wi) hoặc giản đồ tính chỉ số phụ (qi)
trong WQI-NSF chỉ thích hợp với điều kiện chất lượng nước của Mỹ.
Canada: Phương pháp do Cơ quan Bảo vệ môi trường Canada (The
Canadian Council of Ministers of the Environmental – CCME, 2001) xây dựng.
Phương pháp đánh giá chất lượng nước CWQI của Canada [16] có ưu điểm không
hạn chế số các thông số khảo sát n, nhưng chưa chỉ rõ trọng số Wi để tính đến tầm
quan trọng của từng thông số khảo sát. Thang đánh giá vẫn mang tính chủ quan và
cố định, nên ngưỡng đánh giá có thể sai lệch với thực tế, khi n = 2 hoặc số thông
số khảo sát n khá lớn. Tuy nhiên, trong WQI-CCME, vai trò của các thông số

CLN trong WQI được coi như nhau, mặc dù trong thực tế các thành phần CLN có
vai trò khác nhau đối với nguồn nước
Học viên: Đỗ Thị Thúy Vân

10


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sỹ 2013 -2015

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 chỉ số phụ riêng. Phương pháp của Bỉ [6] dùng hệ thống cho điểm
từ 1 – 4 để phân hạng đánh giá chất lượng nước, chưa tính đến trọng số và số thông
số khảo sát còn hạn chế (n = 4). Phương pháp của New Zealand [26] sử dụng
phương pháp tính là chỉ số phụ nhỏ nhất để đánh giá chất lượng nước mặt cho hoạt
động giải trí có tiếp xúc với nước, phương pháp này được áp dụng trong nghiên cứu
của Smith D.G [30]. Phương pháp của Thổ Nhĩ Kỳ [21] được xây dựng phát triển từ
WQI – NSF theo phương pháp tổng có trọng số.
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. Phương pháp của
Ấn Độ [4] sử dụng phương pháp tính trung bình nhân không trọng số WQIi và trung
bình không trọng số WQI để đánh giá chất lượng nước mặt cho các mục đích sử
dụng nước. Dạng tổng Solway đã được áp dụng để đánh giá chất lượng nước tại
Thái Lan và Nam Phi [17, 31]. Tại Đài Loan, Liou S. [24] đã đề xuất một công thức
kết hợp dạng tổng và dạng tích theo nhóm thông số nhằm hạn chế tính che khuất.
Phương pháp của Malaysia [25] được xây dựng phát triển từ WQI – NSF theo
phương pháp tổng có trọng số, tuy nhiên bước đầu đã áp dụng logic mờ để tính
toán.

Học viên: Đỗ Thị Thúy Vân

11


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sỹ 2013 -2015

Bảng 1.3: Tình hình nghiên cứu và ứng dụng WQI của một số nước trên thế giới
STT

Nơi áp dụng
hoặc xây dựng
WQI

Dạng công thức

Thang phân loại

Phạm vi
áp dụng

Nguồn
tham
khảo

Tổng có trọng
số và tích có

trọng số

Nhiệt độ, độ
đục, TSS,
pH, BOD5,
DO%, NNO3-, PO43-,
Fecal
Coliform

0-25: Rất ô
nhiễm
26-50: Ô nhiễm
51-70: Trung
bình
71-90: Tốt
91-100: Rất tốt

Nước mặt

[33]

Trung bình
phương điều
hòa không
trọng số

DO%, BOD5,
N-NH4+, NNO3, nhiệt
độ, tổng chất
rắn, TP, pH,

E.Coliform

0-59: Rất ô
nhiễm
60-79: Ô nhiễm
80-84: Trung
bình
85-89: Tốt
90-100: Rất tốt

Nước mặt

[19]

Phương pháp
tính toán

Thông số
tính toán

n

w I
i

i

1
n

Iw

i

1

Mỹ (Quỹ Vệ sinh
Môi trường Hoa
Kỳ - NSF)

i

1

- Ii: chỉ số phụ của thông số thứ i (tra
trên giản đồ chỉ số phụ)
- wi: trọng số của thông số thứ i
- n: số lượng các thông số sử dụng để
tính WQI
n
n


i 1

2

Mỹ (Bang
Oregon)

1

I

2
i

- Ii: chỉ số phụ của thông số thứ i (tra
trên giản đồ chỉ số phụ hoặc tính từ hàm
toán chỉ số phụ)
- n: số lượng các thông số sử dụng để
tính WQI

Học viên: Đỗ Thị Thúy Vân

12


Viện KH & CNMT

STT

Nơi áp dụng
hoặc xây dựng
WQI

Dạng công thức


100 - 




3

4

5

Canada

Luận văn Thạc sỹ 2013 -2015

F F F
2

2

2

1

2

3

1,732








-F1: Tỉ lệ % giữa số thông số không đạt
tiêu chuẩn ít nhất một lần và tổng số
thông số.
-F2: % số mẫu không đạt tiêu chuẩn
-F3: Độ lệch vượt chuẩn

Bỉ

New Zealand

Min(I1, I2,…,In)
-I1, I2, …, In: Chỉ số phụ của thông số thứ
nhất, thứ hai, thứ n

Phương pháp
tính toán

Tổng hợp của
các yếu tố: F1,
F2, F3

Không giới
hạn thông số

Cho điểm từ 1
đến 4 cho

nồng độ từng
thông số và
tổng hợp các
điểm số này

DO, BOD5,
NH4+, PPO43-

Chỉ số phụ
nhỏ nhất

n

6

Thổ Nhĩ Kỳ

w I
i 1

i

i

-Ii: chỉ số phụ của thông số thứ I (tra trên
giản đồ chỉ số phụ hoặc tính từ hàm toán

Học viên: Đỗ Thị Thúy Vân

Thông số

tính toán

Tổng có trọng
số

F coliform
hoặc E.coli,
pH, độ đục,
BOD5, các
dạng hòa tan
của P và N
BOD5, NNO3-, As,
DO, F, ∑P,
Hg, Se, Cd,
CN-,
13

Thang phân loại
0-44: Rất ô
nhiễm
45-64: Ô nhiễm
65-79: Trung
bình
80-94: Tốt
95-100: Rất tốt

0-24: Rất ô
nhiễm
25-49: Ô nhiễm
50-74: Trung

bình

Phạm vi
áp dụng

Nguồn
tham
khảo

Nước
ngọt

[16]

Nước mặt

[6]

Nước mặt
cho hoạt
động giải
trí có tiếp
xúc với
nước

[26]

Nước
uống

[21]


Viện KH & CNMT

STT

Nơi áp dụng
hoặc xây dựng
WQI

Luận văn Thạc sỹ 2013 -2015

Dạng công thức

Phương pháp
tính toán

chỉ số phụ)
-wi: trọng số của thông số thứ i
-n: số lượng các thông số sử dụng để tính
WQI

Thông số
tính toán

Thang phân loại

Phạm vi
áp dụng

Nguồn
tham
khảo

Coliform, pH 75-94: Tốt
95-100: Rất tốt

1n

 n

WQIi =  F i  ×100
 i 1

k


WQI =

7

8

Ấn Độ

Nam Phi

i

i 1

k

-WQIi: Chỉ số chất lượng nước cho mỗi
mục đích sử dụng nước (nước sinh hoạt,
nông nghiệp, công nghiệp,…)
-WQI: Chỉ số chất lượng nước tổng hợp
-Fi: Giá trị “hàm nhạy” Fi của thông số I,
nhận giá trị trong khoảng 0,01 ÷ 1. Fi
thực chất là chỉ số phụ của thông số thứ i
-n: số lượng các thông số sử dụng để tính
WQI
-k: số mục đích sử dụng nước
1  n

  wi I i 
10  1


Các thông số
được lựa
chọn tùy
thuộc vào
mục đích sử
dụng nước
(từ 3 đến 5
thông số)

0-10: Rất ô

nhiễm
11-34: Ô nhiễm
35-64: Trung
bình
65-89: Tốt
90-100: Rất tốt

Nước mặt

[4]

Dạng tổng
Solway

DO, N-NH3,
N-NO3-,
F.coliform,
PO43-

0-3: Rất kém
3-5: Kém
5-7: Trung bình
7-9: Tốt
9-10: Rất tốt

Nước cửa
sông

[31]

2

-Ii: chỉ số phụ của thông số thứ I (tra trên
giản đồ chỉ số)
-wi: trọng số của thông số thứ i

Học viên: Đỗ Thị Thúy Vân

WQIi: Trung
bình nhân
không trọng
số
WQI: Trung
bình cộng
không trọng
số

14


Viện KH & CNMT

STT

Nơi áp dụng
hoặc xây dựng
WQI

Luận văn Thạc sỹ 2013 -2015

Dạng công thức

Phương pháp
tính toán

Thông số
tính toán

Dạng tổng
Solway kết
hợp với chỉ số
phụ nhỏ nhất

Độ đục, DO,
pH, N-NO3-,
TDS, Fe, độ
màu, BOD5,
Mn, N-NH3,
độ cứng, PPO43-

Kết hợp dạng
tổng và dạng
tích theo
nhóm thông
số

Nhiệt độ, pH
và các chất
độc hại, DO,
BOD5, NNH3, độ đục,

TSS, Fecal
coliform (8
thông số và
nhóm các
chất độc hại)

Thang phân loại

Phạm vi
áp dụng

Nguồn
tham
khảo

0-40: Rất ô
nhiễm
40-49: ô nhiễm
50-64: Trung
bình
65-84: Tốt
85-100: Rất tốt

Nước cấp

[17]

Nước mặt

[24]

-n: số lượng các thông số sử dụng để tính
WQI
2

1  n

=
  wi I i  nếu WQI≥ Imin
100  1


9

Thái Lan

= Imin nếu WQI ≤ Imin
- Ii: chỉ số phụ của thông số thứ I (tra trên
giản đồ chỉ số phụ hoặc tính từ hàm toán
chỉ số phụ)
-wi: trọng số của thông số thứ i
-n: số lượng các thông số sử dụng để tính
WQI
-Imin: chỉ số phụ nhỏ nhất
 3
 
  2
  qi wi     q j w j  
  j 1
 

 i 1
C tem C pH C tox  1 

  q 

 k 1 k 


10

Đài Loan

13

- Ctem, CpH, Ctox: Chỉ số phụ tương đương
ứng với nhiệt độ, pH và các chất độc hại
(tra trên giản đồ chỉ số phụ hoặc tính từ
công thức tính chỉ số phụ)
- qi: Chỉ số phụ của nhóm các thông số
DO, BOD5, N-NH3
- qj: Chỉ số phụ ứng với nhóm thông số

Học viên: Đỗ Thị Thúy Vân

15


Viện KH & CNMT

STT

Nơi áp dụng
hoặc xây dựng
WQI

Dạng công thức

Luận văn Thạc sỹ 2013 -2015

Phương pháp
tính toán

Thông số
tính toán

Thang phân loại

Phạm vi
áp dụng

Nguồn
tham
khảo

DO, BOD,
COD, SS,
N-NH3, pH

3 mức độ ô
nhiễm dựa vào

công thức tính
hoặc dựa vào chỉ
số phụ của BOD,
N-NH3 và SS

Nước
sông

[25]

độ đục, TSS
-qk: Chỉ số phụ của nhóm vi sinh vật bao
gồm Fecal coliform
n

w I
i

i

1

11

Malaysia

- Ii: chỉ số phụ của thông số thứ i (tra
trên giản đồ chỉ số phụ hoặc tính toán
tuwg hàm toán chỉ số phụ)
- wi: trọng số của thông số thứ i

n: số lượng các thông số sử dụng để tính
WQI

Học viên: Đỗ Thị Thúy Vân

Tổng có trọng
số (trung bình
cộng có trọng
số)

16


Viện KH & CNMT

Luận văn Thạc sỹ 2013 -2015

1.2.3. Tình hình nghiên cứu và kết quả đạt được về xây dựng và ứng dụng WQI
ở Việt Nam
Tại Việt Nam, một số nhà khoa học đã rất cố gắng đưa ra các dạng công thức
tính WQI cho môi trường nước mặt là chủ yếu. Đi đầu trong các công trình nghiên
cứu này là Phạm Ngọc Hồ, Lê Trình, Tôn Thất Lãng.
Phương pháp tính chỉ số chất lượng nước của Phạm Ngọc Hồ [27], phương
pháp này có ưu điểm đã xét đến tính độc hại của từng thông số được gắn bởi trọng
số tương ứng, không hạn chế số lượng các thông số tính toán và thang phân loại phụ
thuộc vào số thông số khảo sát đều được tính toán theo công thức lý thuyết nên có
cơ sở khoa học, phù hợp khi áp dụng vào thực tế. Phương pháp tính toán của Lê
Trình [3] dựa theo hai mô hình WQI cơ bản của Hoa Kỳ và Ấn Độ. Phương pháp
đánh giá chất lượng nước của Tôn Thất Lãng [10] sử dụng phương pháp tính tổng
có trọng số để đánh giá chất lượng nước sông. Và dựa vào công thức của Liou S.

[24], Phạm Thị Minh Hạnh đã cải tiến và đưa ra công thức tính WQI cho môi
trường nước mặt của Việt Nam [28]. Hiện nay, để thống nhất cách tính toán chỉ số
WQI, tháng 07 năm 2011, Tổng cục Môi trường đã chính thức ban hành Sổ tay
hướng dẫn kỹ thuật tính toán chỉ số chất lượng nước theo Quyết định số 879/QĐTCMT ngày 01 tháng 07 năm 2011 của Tổng cục trưởng Tổng cục Môi trường [11,
12].

Học viên: Đỗ Thị Thúy Vân

17