Tài liệu đánh giá chất lượng môi trường nước thành phố uông bí, tỉnh quảng ninh và đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ĐOÀN HẢI SƠN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG MÔI TRƢỜNG NƢỚC THÀNH PHỐ UÔNG BÍ, TỈNH QUẢNG NINH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÔI TRƢỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG Thái Nguyên – 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ĐOÀN HẢI SƠN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG MÔI TRƢỜNG NƢỚC THÀNH PHỐ UÔNG BÍ, TỈNH QUẢNG NINH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÔI TRƢỜNG Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường Mã số: 8850101 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Chu Thành huy Chữ ký của GVHD Thái Nguyên – 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi là Đoàn Hải Sơn, xin cam đoan luận văn “Đánh giá chất lƣợng môi trƣờng nƣớc thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh và đề xuất giải pháp bảo vệ môi trƣờng” là công trình nghiên cứu do cá nhân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Chu Thành Huy, không sao chép các công trình nghiên cứu của người khác. Số liệu và kết quả của luận văn chưa từng được công bố tại bất kỳ công trình khoa học nào khác. Các thông tin thứ cấp sử dụng trong luận văn là có nguồn gốc rõ ràng, được trích dẫn đầy đủ, trung thực và đúng qui cách. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn. Tác giả Đoàn Hải Sơn i LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Chu Thành Huy đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành tốt luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô ở Trường Đại Học Khoa Học – Trường Đại Học Thái Nguyên và các thầy cô ở Viện hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam đã truyền đạt cho tôi kiến thức trong suốt những năm học ở trường. Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường – Sở Tài nguyên và Môi trường Quảng Ninh đã tạo điều kiện cho tôi tiến hành thực nghiệm trong thời gian làm luận văn. ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN................................................................................................... i LỜI CẢM N ....................................................................................................... ii MỤC LỤC ............................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................... v DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ ......................................................... viii MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 1.L ý do chọn đề tài ............................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................................ 2 4. Ý nghĩa của đề tài .............................................................................................. 2 CHƯ NG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................ 3 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu ....................................................................... 3 1.1.1. Đánh giá chất lượng nước mặt theo phương pháp truyền thống ............ 3 1.1.2. Đánh giá chất lượng nước mặt theo chỉ số chất lượng nước .................. 4 1.2 Tổng quan khu vực nghiên cứu ................................................................... 10 1.2.1. Đặc điểm tự nhiên ................................................................................. 10 1.2.2. Điều kiện kinh tế - xã hội thành phố Uông Bí ..................................... 14 1.2.3. Hiện trạng phát thải ô nhiễm nước của thành phố Uông Bí ................. 16 1.2.4. Tác động ô nhiễm đến chất lượng nước và hệ sinh thái ....................... 18 CHƯ NG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ ................................. 21 PHƯ NG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................... 21 2.1 Đối tượng nghiên cứu.................................................................................. 21 2.2 Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................... 21 2.3 Nội Dung nghiên cứu .................................................................................. 23 2.4 Phương pháp xây dựng WQI....................................................................... 23 2.4.1 Phương pháp lấy mẫu ............................................................................. 23 2.4.2 Phương pháp phân tích mẫu ................................................................... 24 2.4.3 Phương pháp đánh giá chất lượng nước................................................. 25 CHƯ NG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................ 30 3.1 Đánh giá diễn biến CLN theo kết quả quan trắc môi trường nước ............... 30 3.1.1 Đánh giá hiện trạng CLN sông Đá Bạc năm 2020................................. 30 3.1.2 Diễn biến CLN sông Đá Bạc từ năm 2017 đến năm 2019..................... 35 iii 3.2 Diễn biến CLN sông Đá Bạc dựa trên WQI ............................................... 39 3.2.1 Kết quả tính toán WQI sông Đá Bạc năm 2017 đến 2020 theo phương pháp của TCMT .............................................................................................. 39 3.2.2 Kết quả tính toán WQI sông Đá Bạc từ năm 2017 đến năm 2020 theo phương pháp NSF – WQI cải tiến ................................................................... 44 3.3 Giải pháp đề xuất......................................................................................... 49 3.3.1 Giải pháp quản lý ................................................................................... 49 3.3.2 Giải pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu phát thải ....................................... 52 3.3.3 Giám sát môi trường .............................................................................. 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGH ............................................................................. 57 Kết luận ............................................................................................................... 57 Kiến nghị ............................................................................................................. 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 59 PHỤ LỤC ............................................................................................................ 61 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Cột A1 : Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt và các mục đích khác như loại A2, B1 và B2. Cột A2 : Dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp; bảo tồn động vật thủy sinh, hoặc các mục đích sử dụng như loại B1 và B2. Cột B1 : Dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có yêu cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2. Cột B2 : Giao thông thủy và các mục đích khác với yêu cầu chất lượng nước thấp. BTNMT : Bộ Tài nguyên và Môi trường BOD : Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand) COD : Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand) CLN : Chất lượng nước DO : Lượng oxy hoà tan (Dissolvel Oxygen) KTXH : Kinh tế xã hội MTV : Một thành viên QCVN : Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QLMT : Quản lý môi trường QT : Quan trắc TCMT : Tổng Cục môi trường TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TNHH : Trách nhiệm hữu hạn TNMT : Tài nguyên Môi trường UBND : Ủy ban nhân dân WQI : Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index) NSF : Quỹ vệ sinh Quốc gia (National Sanitation Foundation) v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: So sánh ưu điểm và hạn chế của phương pháp WQI ........................... 4 và phương pháp đánh giá theo quy chuẩn truyền thống ...................................... 4 Bảng 1.2: Thông số, trọng lượng đóng góp wi của phương pháp NSF – WQI .. 6 Bảng 1.3: Lượng mưa trung bình nhiều năm đo được tại Uông Bí (mm) .......... 12 Bảng 1.4: Hiện trạng phát thải và xử lý nước thải tại các cơ sở xả thải ra sông Vàng Danh tiếp nối sông Uông và chảy trực tiếp vào sông Đá Bạc ................... 17 Bảng 2.1: Thời gian và thông số quan trắc CLN sông từ năm 2017 đến 2020... 23 Bảng 2.2. Thiết bị đo các thông số hiện trường .................................................. 24 Bảng 2.3. Phương pháp bảo quản ..................................................................................................... 24 Bảng 2.4. Phương pháp phân tích các thông số trong phòng thí nghiệm .................. 24 Bảng 2.5: Bảng quy định các giá trị qi, BPi ............................................................................... 25 Bảng 2.6: Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với DO% bão hòa ........................ 26 Bảng 2.7: Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với thông số pH ............................ 26 Bảng 2.1: So sánh chỉ số chất lượng nước .......................................................... 27 Bảng 2.2: Thông số và trọng số đóng góp wi của phương pháp HCM – WQI .. 28 Bảng 3.1: Bảng tính chỉ số WQI nước sông Đá Bạc Quý II năm 2020 ............. 40 Bảng 3.2: Bảng tính chỉ số WQI nước sông Đá Bạc Quý I năm 2020 ............... 40 Bảng 3.3: Bảng tính chỉ số WQI nước sông Đá Bạc Quý IV năm 2019 ............ 40 Bảng 3.4: Bảng tính chỉ số WQI nước sông Đá Bạc Quý III năm 2019 ............ 40 Bảng 3.5: Bảng tính chỉ số WQI nước sông Đá Bạc Quý II năm 2019 ............. 41 Bảng 3.6: Bảng tính chỉ số WQI nước sông Đá Bạc Quý I năm 2019 ............... 41 Bảng 3.7: Bảng tính chỉ số WQI nước sông Đá Bạc Quý IV năm 2018 ............ 41 Bảng 3.8: Bảng tính chỉ số WQI nước sông Đá Bạc Quý III năm 2018 ............ 41 Bảng 3.9: Bảng tính chỉ số WQI nước sông Đá Bạc Quý II năm 2018 ............. 42 Bảng 3.10: Bảng tính chỉ số WQI nước sông Đá Bạc Quý I năm 2018 ............. 42 Bảng 3.11: Bảng tính chỉ số WQI nước sông Đá Bạc Quý VI năm 2017 .......... 42 Bảng 3.12: Bảng tính chỉ số WQI nước sông Đá Bạc III năm 2017 .................. 43 Bảng 3.13: Bảng tính chỉ số WQI nước sông Đá Bạc Quý II năm 2017 ........... 43 Bảng 3.14: Bảng tính chỉ số WQI nước sông Đá Bạc Quý I năm 2017 ............. 43 vi Bảng 3.15: Bảng tính toán chỉ số WQI nước sông Đá Bạc năm quý II năm 2020 . 45 Bảng 3.16: Bảng tính toán chỉ số WQI nước sông Đá Bạc năm quý I năm 2020 .. 45 Bảng 3.17: Bảng tính toán chỉ số WQI nước sông Đá Bạc năm quý IV năm 2019 45 Bảng 3.18: Bảng tính toán chỉ số WQI nước sông Đá Bạc năm quý III năm 2019 45 Bảng 3.19: Bảng tính toán chỉ số WQI nước sông Đá Bạc năm quý II năm 2019 . 46 Bảng 3.20: Bảng tính toán chỉ số WQI nước sông Đá Bạc năm quý I năm 2019 .. 46 Bảng 3.21: Bảng tính toán chỉ số WQI nước sông Đá Bạc năm quý IV năm 2018 46 Bảng 3.22: Bảng tính toán chỉ số WQI nước sông Đá Bạc năm quý III năm 2018 46 Bảng 3.23: Bảng tính toán chỉ số WQI nước sông Đá Bạc năm quý II năm 2018 47 Bảng 3.24: Bảng tính toán chỉ số WQI nước sông Đá Bạc quý I năm 2018.......... 47 Bảng 3.25: Bảng tính toán chỉ số WQI nước sông Đá Bạc năm quý IV năm 2017 47 Bảng 3.26: Bảng tính toán chỉ số WQI nước sông Đá Bạc quý III năm 2017 ... 47 Bảng 3.27: Bảng tính toán chỉ số WQI nước sông Đá Bạc quý II năm 2017 ..... 48 Bảng 3.28: Bảng tính toán chỉ số WQI nước sông Đá Bạc quý I năm 2017 ...... 48 Bảng 3.29: Vị trí các trạm quan trắc đề xuất ...................................................... 54 Bảng 3.30: Các thông số quan trắc đề xuất ......................................................... 55 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ Hình 1.1: Sơ đồ khu vực sông Đá Bạc, thành phố Uông Bí.........................................10 Hình 2.1: Sơ đồ mạng điểm quan trắc môi trường nước sông Đá Bạc .......................21 Hình 3.1: Diễn biến pH trong nước sông Đá Bạc..........................................................30 Hình 3.2: Diễn biến DO trong nước sông Đá Bạc.........................................................30 Hình 3.3: Diễn biến thông số BOD5 trong nước sông Đá Bạc ....................................31 Hình 3.4: Diễn biến thông số COD trong nước sông Đá Bạc .....................................32 Hình 3.5: Diễn biến thông số Coliform trong nước sông Đá Bạc................................32 Hình 3.6: Diễn biến thông số TSS trong nước sông Đá Bạc ........................................33 Hình 3.7: Diễn biến thông số N-NH4+ trong nước sông Đá Bạc ................................33 Hình 3.8: Diễn biến thông số P-PO43- trong nước sông Đá Bạc ...............................34 Hình 3.9: Diễn biến thông số độ đục trong nước sông Đá Bạc...................................34 Hình 3.10: Biểu đồ pH trong nước sông Đá Bạc từ năm 2017 đến năm 2019 ...........35 Hình 3.11: Biểu đồ thông số DO nước sông Đá Bạc từ năm 2017 đến năm 2019 ....36 Hình 3.12: Biểu đồ thông số BOD5 sông Đá Bạc từ năm 2017 đến năm 2019 .........36 Hình 3.13: Biểu đồ thông số COD trong nước sông Đá Bạc từ năm 2017 – 2019 ....37 Hình 3.14: Biểu đồ thông số COD trong nước sông Đá Bạctừ năm 2017 - 2019......37 Hình 3.15: Biểu đồ thông số N-NH4 trong nước sông Đá Bạc từ năm 2017 đến năm 2019....................................................................................................................................38 Hình 3.16: Biểu đồ thông số TSS trong nước sông Đá Bạc từ năm 2017 – 2019......38 Hình 3.17: Biểu đồ thông số P-PO4 trong nước sông Đá Bạc từ năm 2017 - 2019 ..39 Hình 3.18: Biểu đồ chỉ số WQI nước sông Đá Bạc từ năm 2017 đến năm 2020 ......44 Hình 3.19: Biểu đồ chỉ số WQI (theo phương pháp NSF – WQI cải tiến do TS. Lê Trình) nước sông Đá Bạc từ năm 2017 đến năm 2020 .................................................49 Hình 3.20: Sơ đồ bố trí trạm quan trắc môi trường nước trên sông Đá Bạc ...............55 viii MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong các vấn đề môi trường tại thành phố Uông Bí hiện nay, ô nhiễm nước và khai thác tài nguyên nước bừa bãi đang là một vấn đề thu hút rất nhiều sự quan tâm của các cơ quan quản lý và người dân. Nhưng thực tế cho thấy khai thác sử dụng tài nguyên nước trên địa bàn tỉnh còn nhiều bất cập, tiềm ẩn nhiều mâu thuẫn, đặc biệt khi nhu cầu sử dụng nước tiếp tục tăng mạnh trong tương lai nhằm thỏa mãn các yêu cầu của phát triển kinh tế. Trong khi đó lượng nước có thể khai thác, sử dụng ngày càng giảm sút cả về số lượng và chất lượng, những mâu thuẫn nảy sinh trong quá trình khai thác nước giữa các ngành liên tục xảy ra. Do đó, yêu cầu đặt ra là cần phải có phương hướng giải quyết những vấn đề này. Qua nhiều năm liên tục thực hiện phát triển kinh tế - xã hội, thành phố Uông Bí là nơi có tốc độ phát triển cao, đạt được nhiều thành tựu đáng kể. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích kinh tế - xã hội là sự ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng, đặc biệt là môi trường nước, không khí…vv. Sông Đá Bạc: Đoạn sông này nằm ở vùng cửa sông và là hạ du của các con sông lớn: sông Hồng, sông Thái Bình, nên nhận lượng nước lớn từ các sông này phân bổ vào do đó lưu lượng nước sông đủ khả năng pha loãng các chất gây ô nhiễm trong nước thải dọc theo sông (chủ yếu là nước thải nông nghiệp và nước thải của nhà máy nhiệt điện). Do đó chất lượng nước còn khá tốt. Vấn đề chất lượng nước của sông chủ yếu là hàm lượng phù sa cao và xâm nhập mặn. Kết quả quan trắc độ mặn vào mùa kiệt trên sông Đá Bạc cho thấy độ mặn chỉ dao động trong phạm vi 0,1 - 0,5‰ vẫn có thể sử dụng cho tưới. Con sông này còn tiếp nhận các nguồn thải từ sông Sinh, sông Uông Đổ vào. Trên cơ sở đó, việc nghiên cứu và đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường nước sông Đá Bạc là phù hợp với điều kiện và hoàn cảnh cụ thể của thành phố Uông Bí là vấn đề cần thiết và cấp bách. Việc đề xuất giải pháp giải pháp bảo vệ môi trường nước góp phần vào quá trình phát triển kinh tế xã hội. Đây cũng là cơ sở để cho thành phố Uông Bí hướng đến phát triển bền vững và đây cũng là lý do đề tài nghiên cứu “Đánh giá chất lượng môi trường nước thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh và đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường”. 1 2. Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá hiện trạng chất lượng môi trường nước sông Đá Bạc, thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh. Đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường nước sông Đá Bạc, thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu Tổng quan cơ sở lý luận về đánh giá chất lượng môi trường nước mặt Tổng hợp tài liệu hiện trạng khu vực nghiên cứu. Khảo sát hiện trạng và lập kế hoạch quan trắc khu vực nghiên cứu. Lấy mẫu quan trắc, phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm khu vực nghiên cứu. Đánh giá chất lượng môi trường nước theo chỉ số chất lượng nước Đề xuất một số giải pháp. 4. Ý nghĩa của đề tài - Ý nghĩa khoa học Bổ sung phương pháp luận trong nghiên cứu đánh giá tài nguyên nước mặt phục vụ phát triển kinh tế xã hội. - Ý nghĩa thực tiễn Tìm ra nguyên nhân ô nhiễm môi trường nước sông Đá Bạc của thành phố, đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường nước. 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN C U 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.1.1. Đánh giá chất lượng nước mặt theo phương pháp truyền thống Quan trắc môi trường nước là hoạt động quan trọng trong công tác quản lý nhà nước về bảo vệ môi trường đã được các cơ quan ban ngành trực thuộc Bộ Tài Nguyên và Môi trường Việt Nam đưa vào thực hiện từ năm 1994 đến nay [18]. Hoạt động quan trắc môi trường nhằm ghi nhận các thông tin về hiện trạng và diễn biến môi trường nhằm phục vụ cho việc xây dựng chiến lược, lập kế hoạch, chương trình BVMT. Quan trắc CLMT nước và không khí là hai hoạt động quan trắc môi trường chủ yếu hiện nay. Công tác quan trắc môi trường bao gồm các bước cơ bản như sau: - Thiết lập kế hoạch quan trắc. - Thiết lập mạng lưới quan trắc. - Lấy mẫu và đo đạc tại hiện trường. - Phân tích trong phòng thí nghiệm. - Xử lý số liệu. - Phân tích và đánh giá số liệu. - Viết báo cáo kết quả quan trắc. Kết quả quan trắc thường được so sánh với tiêu chuẩn, Quy chuẩn về môi trường hiện hành để đánh giá về mức độ ô nhiễm của môi trường. Hiện nay, kết quả quan trắc đã được sử dụng trong một số các mô hình tính toán để xây dựng các dự báo về diễn biến môi trường theo các kịch bản phát triển kinh tế xã hội tại địa phương. Nhược điểm của phương pháp đánh giá chất lượng nước thông qua việc so sánh kết quả quan trắc chất lượng nước với giới hạn cho phép của Quy chuẩn Việt Nam hiện hành là: - Khi đánh giá qua từng thông số riêng biệt sẽ không nói lên diễn biến chất lượng tổng quát của con sông hay đoạn sông, do vậy khó so sánh CLN từng vùng của một con sông, so sánh CLN của con sông này với con sông khác, CLN thời điểm này với thời điểm khác (theo tháng, theo mùa), CLN quá khứ, hiện tại và tương lai…Vì thế, sẽ gây khó khăn cho công tác theo dõi, giám sát diễn biến CLN; khó đánh giá hiệu quả đầu tư để bảo vệ nguồn nước và kiểm soát ô nhiễm nước…. 3 - Khi đánh giá chất lượng nước qua các thông số riêng biệt, có thể có thông số đạt, có thông số vượt so giới hạn cho phép của Quy chuẩn. Điều đó chỉ nói lên CLN đối với từng thông số riêng biệt và chỉ các nhà khoa học hoặc các nhà chuyên môn mới hiểu được. Vì vậy, khó thông tin về tình hình CLN cho cộng đồng dân chúng, gây khó khăn khi các nhà quản lý đưa ra các quyết định phù hợp về bảo vệ, khai thác nguồn nước. 1.1.2. Đánh giá chất lượng nước mặt theo chỉ số chất lượng nước Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index – WQI) là một trong các loại chỉ số môi trường (Environmental Index), 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 nguồn nước đó. Chỉ số chất lượng nước được biểu diễn qua thang điểm từ 0 đến 100 [10]. Phương pháp đánh giá chất lượng nước thông qua chỉ số WQI đã khắc phục được các nhược điểm của phương pháp so sánh với quy chuẩn. Phương pháp WQI có khả năng phân loại mức độ ô nhiễm của nguồn nước trên thang điểm. - Ưu điểm của WQI trong đánh giá diễn biến chất lượng nước Việc sử dụng WQI có thể khắc phục được các hạn chế trong cách đánh giá nghiên cứu diễn biến CLN theo phương pháp truyền thống là áp dụng tiêu chuẩn cho từng thông số riêng biệt. Từ các tài liệu tham khảo được về phương pháp nghiên cứu CLN bằng chỉ số WQI, có thể thấy các ưu điểm và hạn chế của phương pháp này so với phương pháp truyền thống – đánh giá bằng quy chuẩn cho từng thông số riêng biệt theo bảng 1.1: Bảng 1.1: So sánh ưu điểm và hạn chế của phương pháp WQI và phương pháp đánh giá theo quy chuẩn truyền thống Phƣơng pháp đánh giá bằng quy chuẩn Phƣơng pháp đánh giá CLN bằng WQI Khó phân loại CLN cho một mục đích cụ Cho phép phân loại CLN cho một mục thể đích sử dụng nhất định Hạn chế trong việc biểu diễn CLN tổng Cho phép so sánh CLN theo thời gian quát, khó phân vùng và phân loại CLN (theo tháng, năm, theo mùa, theo sự sông, do đó khó khăn trong việc so sánh kiện…) và không gian (đoạn sông, sông CLN theo thời gian và không gian này với sông khác…) 4 Phƣơng pháp đánh giá bằng quy chuẩn Phƣơng pháp đánh giá CLN bằng WQI Khó khăn cho công tác theo dõi diễn biến Thuận lợi hơn trong việc theo dõi và đánh CLN, đánh giá hiệu quả đầu tư để bảo vệ giá diễn biến CLN để kịp thời có những nguồn nước và kiểm soát ô nhiễm nước giải pháp quản lý thích hợp và đánh giá thuận lợi cho việc đánh giá hiệu quả đầu tư Khó sử dụng phổ biến, chỉ các nhà Cho phép ước lượng hóa và có khả năng nghiên cứu, nhà khoa học, giới chuyên mô phỏng các tác động tổng hợp của nồng môn mới hiểu, do đó khó thông tin cho độ nhiều thành phần, trong đó đã tính đến cộng đồng và các cơ quan quản lý, nhà mức độ đóng góp quan trọng của từng lãnh đạo để đưa ra các quyết định phù hợp thông số, do đó đơn giản hóa và dễ hiểu; về bảo vệ và khai thác nguồn nước thuận lợi cho việc sử dụng phổ biến trong cộng đồng. a) Các nghiên cứu xây dựng chỉ số chất lượng trên thế giới Trên thế giới đã có rất nhiều quốc gia áp dụng WQI vào thực tiễn, cũng như có nhiều nhà khoa học nghiên cứu về các mô hình WQI, điển hình nhất là mô hình WQI-NFS của Hòa Kỳ. WQI tại Hoa Kỳ được thực hiện từ những năm 70 của thế kỷ 20 và hiện đã 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) – gọi tắt là WQI – NSF. Đây cũng là bộ chỉ số được áp dụng tại nhiều quốc gia [18]. NSF –WQI được xây dựng bằng cách sử dụng kỹ thuật Delphi để xác định các thông số CLN lựa chọn (xi), sau đó xác lập phần trọng lượng đóng góp của từng thông số (wi) và xây dựng các đồ thị chuyển đổi từ các giá trị xi (giá trị đo được của thông số lựa chọn xi) sang chỉ số phụ (qi). Công thức tính: NSF – WQI được xây dựng theo một trong 2 công thức: Công thức dạng tổng – WQIA: ∑ Công thức dạng tích – WQIM: ∏ Trong đó: Wi: là trọng số (là số biểu thị độ quan trọng của thông số chất lượng nước) 5 qi: là chỉ số phụ của thông số chất lượng nước thứ i - Lựa chọn thông số, xác định trọng số: Trọng số cuối cùng hay còn gọi là phần trọng lượng đóng góp (wi) của 9 thông số được tính toán trong bảng sau: Bảng 1.2: Thông số, trọng lượng đóng góp wi của phương pháp NSF – WQI STT NSF Nhóm thông số Thông số lựa chọn Trọng số đóng góp Biến đổi nhiệt độ (∆T) 0,12 Tổng chất rắn (TS) 0,08 3. Độ đục 0,10 4. pH 0,08 Oxy hòa tan (DO) 0,17 6. Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD5) 0,10 7. Ion Nitrat (NO3-) 0,10 8. Ion photphat (PO43-) 0,10 Fecal coliform 0,15 1. 2. 5. 9. Thông số vật lý Thông số hóa học Thông số sinh học Tổng wi 1,00 (Nguồn: Tài liệu tham khảo [21]). Đây là mô hình gốc được nghiên cứu và đề xuất bởi NSF. Tuy nhiên, các thông số và trọng số lựa chọn trong mô hình này dựa vào tiêu chuẩn đánh giá chất lượng nước của Mỹ và áp dụng thích hợp cho điều kiện nghiên cứu cũng như điều kiện tự nhiên và sông suối ở Mỹ và các vùng lân cận. Khi áp dụng các vùng lãnh thổ địa lý khác hoặc quốc gia khác thì cần được được điều chỉnh phù hợp với mục tiêu và yêu cầu về đặc điểm tự nhiên và xã hội của vùng được nghiên cứu. Ở Canada, cơ quan Bảo vệ môi trường Canada (The Canadian Council of Ministers of the Environment – CCEM, 2001) cũng xây dựng mô hình WQI riêng với mã định danh WQI-CCEM)[9]. WQI-CCEM bao gồm 3 yếu tố: 6 “Scope - F1”; “Frequency - F2’ và “Amplitude - F3”. Nó được xem xét như một vectơ trong không gian R3 Mỗi thông số chất lượng nước quan trắc là một biến số, mỗi biến số có thể nhận các giá trị khác nhau. Để tính toán các yếu tố cấu thành WQI theo phương pháp này, cần thiết phải có tiêu chuẩn đối với từng thông số. Cụ thể, tính toán như sau: F1 (Scope) - Phạm vi: F1 = (Số biến nhận giá trị ngoài tiêu chuẩn/tổng số biến) x100 F2 (Frequency) - Tần số: F2 = Số giá trị nằm ngoài tiêu chuẩn/Tổng số giá trị phân tích x100 F3 (Amplitude) - Biên độ: Để tính F3 cần tính độ lệch của giá trị nằm ngoài tiêu chuẩn so với tiêu chuẩn, Ký hiệu là Exc. Exci = (Giá trị nằm ngoài tiêu chuẩn/Giá trị tiêu chuẩn) - 1 nếu giá trị này lớn hơn tiêu chuẩn hoặc bằng (Giá trị tiêu chuẩn/Giá trị nằm ngoài tiêu chuẩn) 1 nếu giá trị này bé hơn tiêu chuẩn. Tổng sự biến động của các giá trị nằm ngoài tiêu chuẩn trong chuỗi số liệu quan trắc ký hiệu là nse và được tính toán theo công thức: nse = Tổng của các độ lệch/tổng số giá trị phân tích Giá trị F3 được tính: F3 = nse 0.01nse  0.01 Và chỉ số chất lượng nước WQI được tính như sau:  F2  F2  F2 2 3 WQI = 100 –  1  1.372      Số 1.732 xuất hiện là do mỗi một yếu tố thành phần có thể nhận giá trị cao nhất là 100. Điều này có nghĩa là độ dài vectơ có thể nhận giá trị: 100 2  100 2  100 2  173.2 là tối đa 7 Sau khi xác định được WQI chúng ta có thể đánh giá chất lượng vùng nước như sau: WQI Đánh giá 95-100 Rất tốt 80-94 Tốt 65-79 TB 45-64 Kém 0-44 Rất kém Chú giải Nước không có các chất gây hại, nó gần như ở trạng thái tự nhiên, chưa bị tác động bởi con người. Chất lượng nước còn tốt, có một số đe doạ nhưng ở mức độ không quan trọng Chất lượng nước vẫn được bảo vệ thường xuyên, một số trường hợp có thể bị xấu đi. Chất lượng nước luôn bị đe dọa, không có lợi cho trồng trọt. Chất lượng nước bị đe doạ nghiêm trọng, mức độ ô nhiễm cao. (Nguồn: Tài liệu tham khảo[19]) Ngoài ra, các quốc gia châu Âu, Malaysia, Ấn Độ… cũng phát triển WQI của riêng mình phù hợp với đặc điểm của từng quốc gia trên cơ sở WQI – NSF (của Hoa Kỳ) [8]. b) Tình hình nghiên cứu và sử dụng WQI ở Việt Nam Tại Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu và đề xuất áp dụng các bộ chỉ số CLN khác nhau cho từng khu vực nghiên cứu, có thể kế đến một số nghiên cứu điển hình như sau: Nghiên cứu của Phạm Gia Hiền (2009) về sử dụng hai bộ chỉ số WQI-2 và WQI-4 để đánh giá CLN trên sông Sài Gòn tại Phú Cường, Bình Phước và Phú An trong thời gian từ năm 2003 đến 2007. Trong đó WQI-2 được xây dựng trên cơ sở WQI-CCME có sự thay đổi các hệ số tính để phù hợp với điều kiện miền nam Việt Nam. Tương tự như vậy, bộ chỉ số WQI-4 được đề xuất dựa trên phương pháp của WQI-NSF nhưng các giản đồ chuyển đổi các giá trị của số liệu sang chỉ số phụ được thiết lập dựa trên việc so sánh với các giá trị giới hạn (các tiêu chuẩn CLN được lựa chọn theo mục tiêu sử dụng) và trọng số của các thông số CLN được tham khảo từ ý kiến chuyên gia và từ các so sánh thực tế. Chỉ số CLN đề xuất này có 8 thông số bao gồm: pH, tổng chất rắn lơ lửng (TSS), độ đục, oxy hòa tan, tổng nitơ, tổng photpho, nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) và coliform. 8 Nghiên cứu của Tôn Thất Lãng, sử dụng chỉ số chất lượng nước (WQI) để đánh giá và phân vùng chất lượng nước sông Hậu năm 2008 [9]. Trong nghiên cứu này, Tôn Thất Lãng đã sử dụng mô hình WQI gồm 6 thông số: pH, DO, BOD, COD, TSS, Coliform. Mô hình có ứng dụng phương pháp Delphi và phương pháp đường cong tỷ lệ. Kết quả nghiên cứu cho thấy diễn biến chất lượng nước tại từng vùng, làm cơ sở phân vùng chất lượng nước. Mô hình HCM –WQI cải tiến đưa ra bởi Lê Trình [5], được phát triển từ mô hình NSF – WQI của Hoa Kỳ, trong đó cơ bản điều chỉnh 4 thông số trong bộ 9 thông số của NSF – WQI gồm: Coliform thay thế cho Fecal, NO3- được thay thế bằng T-N, PO43- được thay thế bằng T-P, bỏ thông số biên độ nhiệt (ΔT), bổ sung thông số dầu mỡ COD. Đây là mô hình phù hợp hơn với điều kiện xả thải và mục tiêu đánh giá các sông suối thuộc lưu vực sông Đồng Nai – Sài Gòn. Dưới góc độ quản lý nhà nước, năm 2011, Tổng cục Môi trường đã ban hành Sổ tay hướng dẫn kỹ thuật tính toán chỉ số chất lượng nước theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT. Đến năm 2019 Tổng cục Môi trường đã chính thức ban hành Hướng dẫn kỹ thuật tính toán và công bố chỉ số chất lượng nước Việt Nam theo Quyết định số 1460/QĐ-TCMT (12/11/2019) với mục đích: hướng dẫn việc tính toán và công bố chỉ số chất lượng nước (VN_WQI) từ dữ liệu quan trắc định kỳ môi trường nước mặt lục địa [10]. Đánh giá và lựa chọn mô hình WQI môi trường nước sông Đá Bạc thành phố Uông Bí: Qua tìm hiểu các mô hình nêu trên cùng với hiện trạng dữ liệu quan trắc nước sông thành phố Uông Bí mà tác giả thu thập và khảo sát, lấy mẫu phân tích; tác giả có nhận xét, đánh giá như sau: Về đặc điểm nguồn thải: Nguồn gây ô nhiễm nước sông thành phố Uông Bí tiếp nhận các nguồn nước thải từ quá trình khai thác than, vật liệu xây và từ quá trình sản xuất công nghiệp (các nhà máy nhiệt điện, xi măng trên địa bàn), sản xuất nông nghiệp, nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư dọc theo sông và các khu đô thị tập trung. 9 Về dữ liệu quan trắc: Quảng Ninh chưa xây dựng đồng bộ hệ thống quan trắc cho hệ thống sông suối của tỉnh. Các số liệu quan trắc về sông Đá Bạc được Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường Quảng Ninh thực hiện từ năm 2017 đến 2020. Xuất phát từ các đặc điểm trên và mục tiêu xây dựng WQI tổng quát cho việc đánh giá CLN sông Đá Bạc, thành phố Uông Bí theo không gian và thời gian trong nhiều năm, tác giả lựa chọn mô hình WQI của Tổng Cục môi trường để đánh giá diễn biến chất lượng nước thành phố Uông Bí là thích hợp nhất. 1.2 Tổng quan khu vực nghiên cứu Đặc điểm tự nhiên a) Vị trí địa lý Sông Đá Bạc nằm ở phía Nam thành phố Uông Bí và giáp với huyện Thủy Nguyên, thành phố Hải Phòng. Sông Đá Bạc là một nhánh sông thuộc hệ thống sông Hồng - Thái Bình, sông Đá Bạc chảy qua địa phận của 3 xã phường thuộc thành phố Uông Bí (phường Phương Nam, xã Điền Công, phường Yên Thanh). Sông Đá Bạc chảy từ Tây sang Đông và đổ ra biển. Hình 1.1: Sơ đồ khu vực sông Đá Bạc, thành phố Uông Bí b) Địa hình, địa mạo Địa hình, địa mạo, có thể phân biệt địa hình từ núi ra biển là núi, đồi, đồng bằng và hải đảo và địa hình tạo bởi hai đứt gãy lớn, làm cho các địa hình trên có 10