Ứng dụng chỉ số WQI đánh giá chất lượng nước ao nuôi cá

1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
----------

Tên đề tài:
“ ỨNG DỤNG CHỈ SỐ WQI ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC AO NUÔI
CÁ ”
BÀI TẬP LỚN
MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG
Sinh viên

: Nông Phúc Thắng
: Hoàng Quỳnh Anh
: Vũ Văn Toản

Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành

: Khoa học môi trường

Khoa

: Môi trường

Khóa học

:

Giảng viên hướng dẫn: Ths: Hoàng Quý Nhân

Thái Nguyên, năm 2018

1


2

Mục Lục

2


3
1. ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN
Những báo cáo đánh giá chất lượng nước truyền thống thường bao gồm các tóm tắt
thống kê phức tạp theo thành phần chất lượng nước cũng như theo nguồn nước.
Dạng thông tin như vậy chỉ có giá trị đối với các chuyên gia về môi trường nước,
nhưng có thể không có ý nghĩa đối với người dân, các nhà quản lý hay các nhà làm
luật, những người cần các thông tin ngắn gọn, súc tích về nguồn nước.
Do vậy, người ta đã sử dụng Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index-WQI)
trong công tác đánh giá chất lượng nước. Chỉ số chất lượng nước (viết tắt là 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.
WQI là là một phương tiện có khả năng tập hợp một lượng lớn các số liệu, thông
tin về chất lượng nước, đơn giản hóa các số liệu chất lượng nước, để cung cấp

thông tin dưới dạng dễ hiểu, dễ sử dụng cho các cơ quan quản lý tài nguyên nước,
môi trường và công chúng...
Trong công tác quy hoạch quản lý tài nguyên nước, việc phân vùng chất lượng
nước trên một diện rộng là một yêu cầu hết sức quan trọng và WQI là một công cụ
hữu hiệu để đáp ứng nhiệm vụ này. Để phục vụ cho công tác quy hoạch tài nguyên
nước WQI đã được được nghiên cứu và sử dụng cho đánh giá chất lượng nước.
2. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO.
a) Cơ sở lý luận về WQI
Trên thế giới hiện nay có nhiều dạng WQI đang được sử dụng, trong đó đáng
chú ý là WQI của Canada (The Canadian Council of Ministers of the
Environment- CCME, 2001). WQI-CCME được xây dựng dựa trên rất nhiều số
liệu khác nhau sử dụng một quy trình thống kê với tối thiểu 4 thông số và 3 hệ
số chính (F1-phạm vi, F2-tần suất và F3-biên độ của các kết quả không đáp ứng
3


4
được các mục tiêu CLN- giới hạn chuẩn). WQI-CCME là một công thức rất
định lượng và việc sử dụng hết sức thuận tiện với các thông số cùng các giá trị
chuẩn (mục tiêu CLN) của chúng có thể dễ dàng đưa vào WQI-CCME để tính
tóan tự động. 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 ví dụ như thành phần chất rắn lơ lửng không
có ý nghĩa quan trọng đối với CLN nguồn nước như thành phần oxy hòa tan.
WQI của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Mỹ (National Sanitation Foundation-NSF) là
một trong các bộ chỉ số chất lượng nước được dùng phổ biến. WQI-NSF được
xây dựng bằng cách sử dụng kỹ thuật Delphi của tập đoàn Rand, thu nhận và
tổng hợp ý kiến của một số đông các chuyên gia khắp nước Mỹ để lựa chọn các
thông số CLN quyết định sau đó xác lập phần trọng lượng đóng góp của từng
thông số (vai trò quan trọng của thông số - wi) và tiến hành xây dựng các đồ thị

chuyển đổi từ các giá trị đo được của thông số sang chỉ số phụ (qi). WQI-NSF
được xây dựng rất khoa học dựa trên ý kiến số đông các nhà khoa học về chất
lượng nước, có tính đến vai trò (trọng số) của các thông số tham gia trong WQI
và so sánh các kết quả với giá trị chuẩn (mục tiêu CLN) qua giản đồ tính chỉ số
phụ (qi). 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.
Do vậy, cần có các WQI phù hợp với điều kiện của Việt Nam, ví dụ ở vùng
Đồng bằng sông Cửu Long, nền nhiệt độ thường thay đổi rất ít hoặc có thể nói
không có thay đổi nên yếu tố nhiệt độ nguồn nước có thể bỏ qua trong WQI, để
sử dụng trong thực tế. Hiện nay phương pháp tính WQI do Tổng cục Môi
trường ban hành đang được sử dụng và áp dụng cho công việc đánh giá chất
lượng môi trường nước cũng như trong công tác bảo vệ môi trường nước mặt
tại Việt Nam.

4


5
b) Tài liệu tham khảo.
• Sổ tay hướng dẫn tính toán chỉ số chất lượng nước WQI( Ban hành
kèm theo Quyết định số 879 /QĐ-TCMT ngày 01 tháng 7 năm 2011
của Tổng cục trưởng Tổng cục Môi trường)
• Công thức tính WQI

• Công thức tính WQI thành phần thông số thứ nhất

• Công thức tính WQI thành phần thông số thứ hai

• Giá trị DO bão hòa

• Giá trị DO % bão hòa
• Phần mềm Environmental Quality Index

5


6

Đối với phần mềm này, việc tính toán sẽ phải mua bản quyền phần mềm, các kết quả tính
toán sẽ được xuất trực tiếp và đưa ra dưới dạng biểu đồ, bảng thống kê…
• Ứng dụng Exel tính chỉ số chất lượng nước(WQI ) theo quyết định
879/QĐ-TCMT 2011 của Đại học Tài nguyên và Môi trường HCM

6


7

Với ứng dụng tính toán qua exel ta chỉ việc nhập số liệu, các thông
số môi trường sẽ được tính toán và đưa ra kết quả ở phần nhập dữ
liệu, các thông số WQI thứ nhất về BOD5, COD, N-NH4, P-PO4, Độ
đục, TSS, Coloform, DO, PH sẽ đực hiển thị ở sheet màu xanh:

7


8

8

9

9


10

10


11

11


12

• Kết quả quan trắc mẫu nước của trung tâm năm 2015 2016 2017
2018
3. NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
a) Nội dung:
• Hoạt động nhóm, nâng cao kỹ năng làm việc nhóm, phân chia công
việc cho các thành viên trong nhóm, nâng cao ý thức, trách nhiệm
của các thành viên trong quá trình làm việc nhóm.
• Làm rõ phương pháp tính WQI, tiếp cận với các phần mềm, ứng
dụng tin học trong lĩnh vực tính chỉ số chất lượng nước cũng như
công nghệ thông tin trong lĩnh vực môi trường, nâng cao hiểu biết và
ứng dụng hiệu quả trong học tập và quá trình làm việc.
• Thực hiện đề tài, làm rõ chỉ số chất lượng môi trường nước tại khu

vực quan trắc, tính toán đưa ra kết quả cũng như kết luận phù hợp
với ứng dụng thực tiễn sản xuất.
b) Phương pháp nghiên cứu.
• Thu thập thông tin, số liệu quan trắc nước.
• Xử lý số liệu, lập bảng thống kê.
12


13
• Nghiên cứu, đọc sổ tay hướng dẫn, tìm kiếm phần mềm ứng dụng,
giải pháp tính toán chỉ số WQI nhanh, hiệu quả, tiết kiệm thời gian
so với phương pháp tính toán truyền thống.
• Lập biểu đồ, phân tích kết quả và đưa ra kết luận.
• Viết báo cáo.
4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Bảng tính chỉ số WQI môi trường nước ao nuôi cá.

Biểu đồ chỉ số WQI qua từng năm
Qua biểu đồ, so sánh kết quả ta thấy nguồn nước có thể sử dụng cho mục đích sinh
hoạt nhưng cần phải có những biện pháp sử lý thật tốt mới có thể sử dụng. Qua
quan sát thực tế thì nước ao có màu xanh đục chưa phải là nước có thể sử dụng
sinh hoạt ngay.
Biểu đồ chỉ số WQI pH qua các năm
Về PH dường như chỉ số WQI không thay đổi, mức PH này ổn định và phù hợp
với nuôi trồng các loại thủy sản nước ngọt. Nên giữ ổn định ở mức 6.5 đến 7.5 để
nuôi cá.
Biểu đồ chỉ số WQI DO qua từng năm
Chỉ số DO ổn định qua các năm để nuôi trồng thủy sản thì cần tăng thêm biện pháp
sục khí, do diện tích ao nuôi lớn. lượng oxy hòa tan trong nước chủ yếu do quá
13

14
trình quang hợp của thực vật phù du và phần nhỏ khuếch tán từ khí quyển vào DO
rất cần cho quá trình hô hấp của sinh vật dưới nước đặc biệt là cá. Chanratchakool
(1995) nhận xét hàm lượng oxy hòa tan trong nước nhỏ hơn 4 mg/l sử dụng thức
ăn kém dễ nhiễm bệnh . Chiu (1992) thông báo lượng oxy hòa tan nhỏ hơn 3,5
mg/l sẽ gây chết tôm . Theo Swingle (1969) thì nồng độ oxy hòa tan trong nước lý
tưởng cho tôm, cá là trên 5 mg/l. Mỗi loài cá khác nhau có ngưỡng oxy khác nhau
nếu oxy trong nước 2 mg/l thì cá lười ăn, cá nổi đầu; giảm xuống 1 mg/l cá ngừng
ăn. Khi oxy trong nước tiếp tục giảm xuống còn 0,5 - 0,6 mg/l cá nổi đầu, nếu kéo
dài sẽ chết.
Biểu đồ chỉ số WQI BOD5 qua các năm
BOD5 giảm mạnh do trong quá trình nuôi trồng thủy sản chủ đầu tư đã giảm lượng
cá thả và phân bố lượng thức ăn lại nên các chất thải, thức ăn dư thừa không còn
nhiều, đến nay cho thấy môi trường nước vẫn trong giới hạn cho phép như cột B1
theo QCVN 08-2008
Biểu đồ chỉ số WQI COD qua từng năm
COD là từ viết tắt của Chemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy hóa học. Đây là
lượng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hoá học trong nước bao gồm cả vô cơ
và hữu cơ. COD là lượng oxy cần để oxy hoá toàn bộ các chất hoá học trong nước,
trong khi đó BOD là lượng oxy cần thiết để oxy hoá một phần các hợp chất hữu cơ
dễ phân huỷ bởi vi sinh vật. Toàn bộ lượng oxy sử dụng cho các phản ứng trên
được lấy từ oxy hoà tan trong nước (DO).
Do vậy nhu cầu oxy hoá học và oxy sinh học cao sẽ làm giảm nồng độ DO của
nước, có hại cho sinh vật nước và hệ sinh thái nước nói chung. Nước thải hữu cơ,
nước thải sinh hoạt và nước thải hoá chất là các tác nhân tạo ra các giá trị BOD và
COD cao của môi trường nước. COD là tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá mức độ
ô nhiễm của nước (nước thải, nước mặt, nước sinh hoạt) vì nó cho biết hàm lượng
chất hữu cơ có trong nước là bao nhiêu. Hàm lượng COD trong nước cao thì chứng

tỏ nguồn nước có nhiều chất hữu cơ gây ô nhiễm. Trên biểu đồ ta thấy COD có
14


15
chiều hướng suy giảm do giảm sản lượng nuôi trồng và thức ăn dư thừa nên nước
càng ngày càng sạch hơn.
Biểu đồ chỉ số WQI Coliform qua từng năm
Chỉ số WQI vi khuẩn coliform ổn định không tăng cũng không giảm.
Biểu đồ chỉ số WQI TSS qua các năm
TSS là những chất rắn lơ lửng trong nươc, theo biểu đồ ta thấy cùng với quá trình
giảm bớt cá thì hoạt động của sinh vật dưới nước cũng giảm, đồng thời không có
chất hữu cơ dư thừa nên TSS giảm mạnh ngoài ra trong ao hiện nay có thả 1 số loại
thực vật làm sạch nước như bèo tây nên nước sẽ trong hơn so với những năm
trước.

15


16

Biểu đồ chỉ số WQI N-NH4 qua các năm
N-NH4 thấp và giảm theo tỉ lệ thuận của từng năm. Sự tồn tại NH4+ trong nước phụ
thuộc vào pH, khi pH bằng 7 hầu hết các nitrogen tổng số đều ở dạng ion NH 4+, rất
cần thiết cho sự phát triển của các sinh vật, nhưng nếu hàm lượng NH 4+ quá cao sẽ
làm cho thực vật phù du phát triển quá mức không có lợi cho cá (thiếu oxy vào
sáng sớm, pH dao động...). Theo Boyd (1990) hàm lượng NH 4+ thích hợp cho ao
nuôi thủy sản là 0,2-2 mg/l. NH4+ thường ít độc hơn NH3 nhưng khi nồng độ tăng
cao sẽ gây độc cho thủy sinh vật , nồng độ gây chết của NH 4+ ở dạng phức đã được
xác định cho nhiều loài nhưng ngưỡng dưới mức chết chưa được xác định và ở

mức này có thể làm giảm tốc độ sinh trưởng của cá thể (Wiliam A.Wurts, 2005).

16


17

Biểu đồ chỉ số WQI P-PO4 qua các năm
Trong nước phốt phát tồn tại ở các dạng H 2PO4, HPO42- và PO43-, khi phân tích thì
thường xác định dưới dạng P-PO43-. Trong các ao nuôi, hàm lượng các muối hòa
tan của phosphate (P-PO43-) trong nước thường rất thấp khoảng 5 ÷ 20 μg/l và ít khi
vượt quá 200 μg/l, ngay cả đối với ao nuôi giàu dinh dưỡng. Hàm lượng T-P cũng
ít khi vượt quá 1.000 μg/l. Hàm lượng P-PO 43- thích hợp cho các ao nuôi cá là từ 5
÷ 200 μg/l, nếu hàm lượng P-PO43- nhỏ hơn 5 μg/l thì thực vật phù du không phát
triển nhưng nếu hàm lượng P-PO43- vượt quá 200 μg/l thì thực vật phù du sẽ “nở
hoa” làm ánh sáng bị che khuất, giảm hiệu quả quang hợp, tăng lượng chất hữu cơ
do tảo bị tàn lụi, làm ao thiếu oxy cá sinh trưởng chậm, nếu thời gian kéo dài sẽ
chết. Hàm lượng P-PO4 tăng đỉnh điểm năm 2016 thời gian đó các loại tảo xuất
hiện làm nước ao có váng, qua các biện pháp sử lý hiện nay nước ao đã sạch và
không còn tảo.

Biểu đồ chỉ số WQI độ đục qua các năm
Độ đục thể hiện tính quang học của nguồn nước, ảnh hưởng đến cái nhìn vật lý của
nước. Chất rắn lơ lửng và vật chất có màu hòa tan làm giảm độ trong của nước. Độ
đục thường được sử dụng như là một chỉ số về chất lượng nước dựa vào sự trong
suốt của nước và tổng số ước tính chất rắn lơ lửng trong nước.
Độ đục của nước dựa vào lượng ánh sáng bị tán xạ bởi các hạt. Càng nhiều hạt cặn
lơ lững hiện diện trong nước thì ánh sáng cang bị phân tán khi qua nước. Như vậy,
độ đục và tổng chất rắn lơ lửng có liên quan. Tuy nhiên, độ đục không phải là một
phép đo trực tiếp của tổng số chất rắn lơ lửng trong nước. Thay vào đó, như một

biện pháp làm trong nước tương đối, độ đục thường được sử dụng để chỉ ra những
thay đổi nồng độ tổng chất rắn lơ lửng trong nước mà không cần cung cấp một
phép đo chính xác các chất rắn.
17


18
Độ đục tăng giảm không đều do trong thời gian lấy mẫu năm 2016 và 2018 vào
mùa mưa.
5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Công tác nuôi trồng thủy sản có vai trò rất quan trọng đối với đời sống con người
về mặt kinh tế và an ninh lương thực, đồng thời cũng thách thức về ô nhiễm môi
trường nguồn nước do vậy trong quá trình đầu tư cần phải quan tâm tới vấn đề môi
trường nước đảm bảo cho tương lai sau này.
Việc tính toán WQI được quy định tại quyết định số 870/QĐ-TCMT ngày 01 tháng
07 năm 2011 của Tổng cục Môi trường. 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.
Mục đích chính WQI là: Đánh giá chất lượng nước mặt lục địa một cách tổng quát;
Có thể được sử dụng như một nguồn dữ liệu để xây dựng bản đồ phân vùng chất
lượng nước ứng dụng trong GIS Cung cấp thông tin môi trường cho cộng đồng
một cách đơn giản, dễ hiểu, trực quan. Nâng cao nhận thức về bảo vệ môi trường.
Nên cần quan tâm công tác xây dựng cơ sở dữ liệu, và tuyên truyền phổ biến với
cộng đồng.

18