Luận văn Nghiên cứu xây dựng công cụ GIS đánh giá chất lượng môi trường nước mặt dựa trên số liệu quan trắc áp dụng cho tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu

nay, các ảnh hưởng từ hoạt động công nghiệp dọc sông Thị Vải sẽ tiếp tục là nguồn ô nhiễm chủ yếu, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nguồn nước nếu không có kế hoạch bảo vệ môi trường phù hợp. 0 20 40 60 80 100 120 Nồng độ BOD5 TCVN 5942:1995 (loại A): BOD5 Hình 1.5. Diễn biến BOD5 trên sông Dinh (Đập Cầu Đỏ) qua các năm 18 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Nồng độ COD TCVN 5942:1995 (loại B): COD Hình 1.6. Diễn biến COD trên sông Thị Vải (Khu vực Cái Mép) qua các năm N-NH3 : Nhìn chung, các nguồn nước sông trên địa bàn tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu đều bị ô nhiễm Amoni với mức độ khác nhau. Giá trị cao nhất đo được qua các năm như sau: năm 2002 là 19,8 mg/l – đợt 1 (tiêu chuẩn cho phép là 1 mg/l) tại sông Thị Vải – cảng Cái Mép; năm 2003 là 4,2 mg/l – đợt 1 tại sông Thị Vải – cảng Cái Mép; năm 2004 là 7,75 mg/l – đợt 2 tại khu vực cách điểm xả nước thải của Công ty Vedan 1 km về phía hạ lưu; năm 2005 là 11,9 mg/l – đợt 1 tại khu vực tiếp nhận nước thải của công ty Vedan; năm 2006 là 10,4 mg/l – đợt 1, tại khu vực nhận nước thải của công ty Vedan và điểm cách 1 km về phía hạ lưu; năm 2008 là 9,6 mg/l – đợt 1, tại khu vực tiếp nhận nước thải của công ty Vedan. Như vậy, có thể nhận thấy ô nhiễm chủ yếu tập trung trên khu vực sông Thị Vải, nhất là khu vực đầu nguồn gần điểm xả của công ty Vedan và mức độ ô nhiễm giảm dần về phía hạ lưu (khu vực Cảng Cái Mép hầu như rất ít khi vượt chuẩn), có thể là do tác động của quá trình pha loãng. 19 0 5 10 15 20 25 Nồng độ N-NH3 TCVN 5942:1995 (loại B): N-NH3 Hình 1.7. Diễn biến N-NH3 trên sông Thị Vải (Khu vực Cảng Cái Mép) qua các năm N-NO2: Mức độ ô nhiễm N-NO2 nhìn chung không đáng kể, chỉ có một số điểm cao đột ngột trong một số đợt lấy mẫu, nhưng không duy trì liên tục. Năm 2002, nồng độ ô nhiễm nhìn chung tương đối thấp. Năm 2003, chỉ xuất hiện ô nhiễm trên sông Thị Vải với nồng độ cao nhất là 0,31 mg/l. Năm 2004, N-NO2 cao nhất là 0,23 mg/l tại khu vực Cảng Cái Mép. Năm 2005, có bảy mẫu vượt tiêu chuẩn cho phép, trong đó tại điểm quan trắc nước sông Băng Chua – đợt 2 có giá trị đo là 1,67mg/l (cao gấp 167 lần tiêu chuẩn cho phép) nhưng đến đợt quan trẳc 3 và 4 kết quả đo được giảm xuống rất thấp (0,22 mg/l và 0,005 mg/l); năm 2006, 2007 và 2008 không có hiện tượng ô nhiễm tăng cao bất thường. Nồng độ tại các điểm ô nhiễm dao động trong khoảng 0,058 – 0,296 mg/l (gấp từ 1 – 4 lần tiêu chuẩn cho phép). 20 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 Nồng độ N-NO2 TCVN 5942:1995 (loại A): N-NO2 Hình 1.8. Diễn biến N-NO2 trên sông Thị Vải (Khu vực Cảng Cái Mép) qua các năm 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Nồng độ N-NO2 TCVN 5942:1995 (loại A): N-NO2 Hình 1.9. Diễn biến N-NO2 trên sông Băng Chua (Khu vực Bình Châu) qua các năm Fe: Ô nhiễm Fe không phải là vấn đề lo ngại đối với chất lượng nước sông trên địa bàn tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, nồng độ Fe đo được qua các năm dao động không lớn, giá trị cao nhất là 3,44 mg/l tại vị trí Đập Cầu Đỏ trên sông Dinh (đợt 1 – 2006). 21 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Nồng độ Fe TCVN 5942:1995 (loại A): Fe Hình 1.10. Diễn biến Fe trên sông Dinh (Khu vực Đập Cầu Đỏ) qua các năm Dầu, mỡ: Thông số dầu, mỡ chỉ quan trắc trên khu vực sông Thị Vải, khu vực cảng cá (từ 2004) và cầu Long Sơn (từ 2005). Kết quả quan trắc cho thấy, hầu như tất cả các điểm lấy mẫu qua các đợt từ 2004 – 6/2008 đều bị ô nhiễm chỉ tiêu này. Nguyên nhân có thể là do tại các điểm này là nơi hoạt động vận tải tàu thuyền thường xuyên hoặc của các tàu thuyền đánh bắt cá,... Cụ thể như sau: - Năm 2004: trên sông Dinh, các vị trí quan trắc đều vượt tiêu chuẩn cho phép qua cả 4 đợt khảo sát, với mức độ ô nhiễm dao động từ 1 – 18,9 mg/l. Trên sông Thị Vải, ô nhiễm dầu cũng xuất hiện ở tất cả các vị trí quan trắc và có sự biến động lớn về nồng độ giữa các đợt quan trắc, nhưng nhìn chung ô nhiễm ở mức khá cao. - Năm 2005: trên sông Thị Vải: mức độ ô nhiễm khá cao, nhất là khu vực tiếp nhận nước thải từ Công ty Vedan với giá trị cao nhất đo được là 46,8 mg/l (gấp 156 lần tiêu chuẩn cho phép), các vị trí còn lại dao động từ 0,8 – 7,2 mg/l. Tại cảng cá Cát Lở: dao động từ 3 – 34,8 mg/l; tại Rạch Rạng (cầu Long Sơn): dao động từ 2,6 – 16,7 mg/l. - Năm 2006: Trên sông Thị Vải mức độ ô nhiễm nhìn chung giảm rất đáng kể so với năm 2005 và diễn biến đồng đều tại tất cả các điểm quan trắc (từ 0,4 – 3,2 mg/l). Tại khu vực cảng cá Cát Lở: dao động từ 1 – 26 mg/l và tại Rạch Rạng (cầu Long Sơn) là 0,9 mg/l (đợt 4). 22 - Năm 2007: trên sông Thị Vải mức độ ô nhiễm dao động từ 0,3 – 2,4 mg/l. Khu vực cảng cá Cát Lở: dao động từ 0,5 – 0,9 mg/l và tại Rạch Rạng (cầu Long Sơn): đo được từ 0,7 – 1,5 mg/l (đợt 3 và 4). - Năm 2008: trên sông Thị Vải ô nhiễm giảm xuống khá thấp từ 0,5 – 0,8 mg/l (gấp 1,6 – 2,6 lần so với tiêu chuẩn cho phép). Tại cảng cá Cát Lở đo được nồng độ là 2,8 mg/l và tại Rạch Rạng (cầu Long Sơn) là 1 mg/l. Nhìn chung mức độ ô nhiễm giảm dần qua các năm, nhưng vẫn còn cao hơn tiêu chuẩn cho phép. Tuy nhiên, đây cũng là dấu hiệu đáng mừng đối với chất lượng môi trường nước trên địa bàn tỉnh. 0 5 10 15 20 25 30 Nồng độ Dầu mỡ TCVN 5942:1995 (loại B): Dầu mỡ Hình 1.11. Diễn biến dầu, mỡ trên sông Thị Vải (Khu vực Cảng Cái Mép) qua các năm Coliform: Thay đổi theo tính chất nguồn thải. Vào mùa mưa hàm lượng Coliform lớn hơn so với mùa khô. Nhìn chung, Coliform chưa phải là thông số ô nhiễm đáng chú ý đối với môi trường nước mặt. Hầu hết các điểm quan trắc đều đo được nồng độ Coliform khá thấp so với tiêu chuẩn, ngoại trừ một số điểm tăng cao cục bộ: khu vực Cầu Long Sơn (đợt 2 – 2005: 23.000 MPN/100ml), nước sông Ray tại khu vực thác Hòa Bình (đợt 3 – 2006: 24.000 MPN/100ml), khu cực dự kiến hồ sông Ray (đợt 3 – 2006: 9.300 MPN/100ml), gần điểm tiếp nhận nước thải của Công ty Vedan (đợt 4 – 2007: 11.000 23 MPN/100ml), nước sông Ray (năm 2007 là 11.000 – 23.000 MPN/100ml), nước sông Băng Chua ( năm 2007: 11.000 – 43.000 MPN/100ml), đập Cầu Đỏ ( năm 2008: 11.000 MPN/100ml). 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 Nồng độ Coliform TCVN 5942:1995 (loại A): Coliform Hình 1.12. Diễn biến Coliform trên sông Ray (Khu vực thác Hòa Bình) qua các năm Các chỉ tiêu Kim loại nặng: Các chỉ tiêu kim loại nặng chính được khảo sát là Pb, Cd, và Zn tại các vị trí trên sông Thị Vải (bắt đầu từ 2005 – 6/2008), ngoại trừ chỉ tiêu Zn khá thấp tại tất cả các vị trí (2005 – 6/2008), 2 chỉ tiêu ô nhiễm còn lại tại các vị trí khảo sát đều vượt tiêu chuẩn, năm 2005 vượt từ 1,65 – 3,42 lần (Pb), từ 1,35 – 2,2 lần (Cd); Năm 2006 vượt từ 1,98 – 4,16 lần (Pb), từ 1,45 – 1,6 lần (Cd); năm 2007 vượt từ 2,15 – 6,09 lần (Pb), từ 1,25 – 2,95 lần (Cd); Năm 2008 vượt từ 2,8 – 3,7 lần (Pb), từ 2,3 – 2,65 lần (Cd). Như vậy, có thể nhận thấy mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước sông ngày càng có dấu hiệu ô nhiễm trở lại với mức độ cao hơn so với năm trước. 24 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 Nồng độ Pb TCVN 5942:1995 (loại B): Pb Hình 1.13. Diễn biến Pb trên sông Thị Vải (Khu vực Cảng Cái Mép) qua các năm 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 Nồng độ Cd TCVN 5942:1995 (loại A): Cd Hình 1.14. Diễn biến Cd trên sông Thị Vải (Khu vực Cảng Cái Mép) qua các năm 25 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG 2.1. ỨNG DỤNG GIS QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC MẶT 2.1.1. Khái niệm GIS: Hiện nay, những thách thức chính mà chúng ta đang phải đối mặt - bùng nổ dân số, ô nhiễm, phá rừng, thiên tai - đều gắn liền một không gian địa lý. Vì vậy, một công cụ hỗ trợ việc quản lý và giải quyết các vấn đề trên một cách trực quan, gắn liền với đặc điểm cũng như vị trí địa lý được đặt ra. Sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin đã đưa tin học thâm nhập sâu vào nhiều lĩnh vực khoa học và đời sống, mở ra một giai đoạn mới trong quá trình phát triển khoa học. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một trong những ứng dụng rất có giá trị của công nghệ tin học trong ngành địa lý, điều tra cơ bản, quy hoạch đô thị, cảnh báo môi trường, v.v... Có rất nhiều định nghĩa về “Hệ thống thông tin địa lý” đã được đưa ra, cụ thể như: Dueker (1979) đã đưa ra định nghĩa: GIS là một trường hợp đặc biệt của hệ thống thông tin với CSDL gồm những đối tượng, những hoạt động hay sự kiện phân bố trong không gian được biểu diễn bằng điểm, đường, vùng trong hệ thống máy tính. GIS xử lý truy vấn dữ liệu theo điểm đường vùng, phục vụ cho những hỏi đáp và phân tích đặc biệt. Theo Jack Estes và Jeffrey, một hệ thống thông tin địa lý được thiết kế để làm việc với các dữ liệu có liên quan đến không gian hoặc hệ tọa độ địa lý. Theo một nghĩa khác, một hệ thống thông tin địa lý vừa là một hệ thống cơ sở dữ liệu với các chức năng đặc biệt dành cho dữ liệu có tính không gian, vừa là một tổ hợp các thao tác để làm việc với dữ liệu (Star and Estes, 1990). Theo Viện nghiên cứu khoa học Trái đất Mỹ (Earth Science Research Institute – ESRI), GIS là một hệ thống tích hợp phần cứng, phần mềm và dữ liệu để thu giữ, quản lý, phân tích và hiển thị các dạng thông tin có liên quan đến tính chất địa lý. GIS cho phép xem, hiểu, truy vấn, trình diễn và hiển thị dữ liệu bằng nhiều cách để diễn tả các mối quan hệ, các mô hình và các xu hướng dưới dạng bản đồ, biểu đồ, báo cáo, đồ thị. Cơ quan Đo đạc Địa chất của Mỹ (United State Geological Survey – USGS) đưa ra định nghĩa sau: Theo một cách chính xác nhất, một hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống máy tính có khả năng thu thập, lưu trữ, thao tác và hiển thị các thông tin địa 26 lý. Những người sử dụng GIS cũng cho rằng toàn bộ một GIS bao gồm thêm cả con người vận hành và các dữ liệu được đưa vào hệ thống. Tóm lại, hệ thống thông tin địa lý được quan niệm như là một hệ thống thông tin mà nó sử dụng dữ liệu đầu vào, các thao tác phân tích, cơ sở dữ liệu đầu ra liên quan về mặt địa lý không gian, nhằm hỗ trợ việc thu nhận, lưu trữ, quản lý, xử lý, phân tích và hiển thị các thông tin không gian từ thế giới thực để giải quyết các vấn đề tổng hợp thông tin cho các mục đích mà con người đặt ra, chẳng hạn như: để hỗ trợ việc ra các quyết định cho việc quy hoạch và quản lý sử dụng đất, tài nguyên thiên nhiên, môi trường, giao thông, dễ dàng trong việc quy hoạch phát triển đô thị và lưu trữ dữ liệu hành chính, v.v... Xét dưới góc độ là công cụ, GIS dùng để thu thập, lưu trữ, biến đổi, hiển thị các thông tin không gian nhằm thực hiện các mục đích cụ thể. Xét dưới góc độ là phần mềm, GIS làm việc với các thông tin không gian, phi không gian, thiết lập quan hệ không gian giữa các đối tượng. Có thể nói các chức năng phân tích không gian đã tạo ra diện mạo riêng cho GIS. Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nước, GIS có thể được hiểu như là một công nghệ xử lý các dữ liệu có toạ độ để biến chúng thành các thông tin trợ giúp quyết định phục vụ các nhà quản lý. Xét dưới góc độ hệ thống, GIS là hệ thống gồm các hợp phần: phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và cơ sở tri thức chuyên gia. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường (như cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh được cung cấp duy nhất từ các bản đồ. Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược). Các loại thông tin trong hệ thống thông tin địa lý được chia thành hai dạng: dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính: - Dữ liệu địa lý: bao gồm các thể loại: § Ảnh hàng không vũ trụ § Bản đồ trực ảnh (orthophotomap) § Bản đồ nền địa hình lập từ ảnh hàng không - vũ trụ 27 § Bản đồ địa hình lập từ số liệu đo đạc mặt đất § Bản đồ địa chính § Bản đồ địa lý tổng hợp từ các loại bản đồ địa hình. Các loại ảnh và bản đồ nói trên đều ở dạng số và lưu lại dưới dạng vector hoặc raster, hay hỗn hợp raster-vector. Các dữ liệu địa lý dưới dạng vector được phân lớp theo thông tin yêu cầu của việc tổ chức các thông tin. Thông thường người ta hay phân lớp theo tính chất thông tin: lớp địa hình, lớp thuỷ văn, lớp đường giao thông, lớp dân cư, lớp địa giới hành chính v.v… Trong nhiều trường hợp để quản lý sâu hơn, người ta sẽ phân lớp chuyên biệt hơn như trong lớp thuỷ văn, có thể phân chia thành các lớp con như: lớp sông lớn, lớp sông nhỏ, lớp biển, lớp ao hồ, v.v… Các thông tin ở dạng raster là các thông tin nguồn và các thông tin hỗ trợ không gian, quản lý như một đối tượng địa lý. Các thông tin ở dạng vector tham gia trực tiếp quản lý và được định nghĩa như những đối tượng địa lý. Các đối tượng này thể hiện ở 3 dạng: điểm, đường và vùng hoặc miền. Mỗi đối tượng đều có thuộc tính hình học riêng như kích thước, miền vị trí. Vấn đề được đặt ra là tổ chức lưu trữ và hiển thị các thông tin vector như thế nào để thoả mãn các yêu cầu sau: § Thể hiện đầy đủ các thông tin cần thiết. § Độ dư và độ thừa nhỏ nhất. § Truy cập thông tin nhanh. § Cập nhật thông tin dễ dàng và không sai sót (xoá bỏ thông tin không cần thiết, bổ sung thông tin mới, chỉnh lý các thông tin đã lạc hậu). § Thuận lợi cho việc hiển thị thông tin. - Dữ liệu thuộc tính (Attribute): là các thông tin giải thích cho các hiện tượng địa lý và gắn liền với hiện tượng địa lý. Các thông tin này được lưu trữ dưới dạng dữ liệu thông thường. Vấn đề đặt ra là phải tìm mối quan hệ giữa thông tin địa lý và thông tin thuộc tính. Từ thông tin ta có thể tìm ra được các thông tin kia trong cơ sở dữ liệu. Không chỉ được ứng dụng một cách đơn lẻ, sự kết hợp giữa GIS với các loại hình công nghệ khác như Viễn thám, Mô hình hóa, Internet,... đang mang lại một lượng lớn các ứng dụng trong khá nhiều lĩnh vực. 28 2.1.2. GIS và bài toán quản lý chất lượng nước mặt GIS là một công cụ cho phép người sử dụng tạo ra hệ thống tương tác lẫn nhau, phân tích thông tin không gian và chỉnh sửa dữ liệu. Sự phát triển hệ thống quản lý chất lượng nước dựa trên GIS được giới thiệu để quản lý và phân tích thông tin chất lượng nước, và hỗ trợ cho quá trình ra quyết định trên các cải thiện về chất lượng nước. Quản lý chất lượng nước là một vấn đề không chỉ liên quan đến tính không gian mà còn bao hàm cả tính thời gian. Các đánh giá chất lượng nước của một lưu vực phải dựa trên diễn biến chất lượng tại các nhánh lưu vực từ thượng lưu đến hạ lưu (tính không gian) theo các mốc thời gian nhất định (tính thời gian). Như vậy, một lượng số liệu khổng lồ cần được lưu trữ, phục vụ công tác phân tích, đánh giá. Một yêu cầu được đặt ra là quản lý số liệu một cách có hệ thống, dễ truy cập và sử dụng trong trường hợp cần thiết. GIS chính là một công cụ hỗ trợ các tính năng trên. Dữ liệu không chỉ được lưu trữ thuần túy trong hệ thống mà còn được gắn liền với vị trí không gian đã thực hiện thu thập. Một lợi thế rất quan trọng của GIS là khả năng tích hợp các mô hình tính toán để mô tả chất lượng nước cũng như đưa ra các dự báo về ô nhiễm. Hầu hết các mô hình được sử dụng hiện nay đều có thể tích hợp vào GIS như MIKE, QUAL2E,… Tuy nhiên, tính năng quan trọng nhất của GIS vẫn là khả năng hiển thị kết quả phân tích, xử lý số liệu ở dạng bản đồ hoặc biểu đồ. Chính khả năng này đem tới cho người dùng một cái nhìn trực quan, cụ thể, qua đó hỗ trợ hiệu quả cho quá trình ra quyết định. Hàn Quốc là một trong những quốc gia châu Á nghiên cứu và ứng dụng khá thành công công nghệ GIS trong quản lý chất lượng nước. Một đề tài của đại học Inhale đã tích hợp giữa sự tính toán khả năng chịu tải của dòng chảy (Total maximum daily loads – TMDL) với công nghệ GIS trong đánh giá ô nhiễm nước do sự phát triển đô thị khá cao tại vùng duyên hải phía Tây Nam – Hàn Quốc, tạo một công cụ quản lý nhằm hỗ trợ đạt mục tiêu bảo tồn môi trường nước và duy trì sự phát triển đô thị bền vững. TMDL – lượng chất thải tối đa mà dòng chảy có thể tiếp nhận nhưng vẫn duy trì được chất lượng nước đạt tiêu chuẩn cho phép – được Bộ Môi trường Hàn Quốc xem xét, kiểm tra từ năm 1996. Hiện nay, TMDL đã được chấp nhận một cách hợp pháp và ứng dụng tại các lưu vực sông Guem, sông Yeongsan và sông Nakdong. Sự kết hợp giữa TMDL và GIS nhằm tạo ra một hệ thống ước tính ô nhiễm nước tự động – tính toán lượng chất ô nhiễm phát sinh và phát thải cho từng tiểu lưu vực thuộc vùng nghiên cứu. GIS đã làm tăng hiệu quả cho việc sử dụng TMDL trong quản lý chất lượng nước bởi 29 khả năng xử lý, phân tích, đánh giá và hiển thị các dữ liệu qua nhiều hình thức. GIS cũng giúp cho việc đưa thông tin kết quả tính toán đến các nhà khoa học, nhà quản lý và cộng đồng. Để tính toán tổng lượng chất ô nhiễm phát thải và phát sinh tại khu vực nghiên cứu, tất cả những nguồn chất gây ô nhiễm được tích hợp trong các lớp dữ liệu GIS và các hệ số đơn vị thích hợp cũng được áp dụng. - Cơ sở dữ liệu GIS ước lượng tải lượng chất gây ô nhiễm nước phát sinh và phát thải được xây dựng như sau: § Dữ liệu thuộc tính và đồ họa của các đối tượng được thu thập để hiểu được những đặc điểm mang tính địa phương của các nguồn thải và cách tích tụ các chất ô nhiễm trong khu vực nghiên cứu. § Một hệ thống tính toán tổng lượng chất ô nhiễm được phát triển dựa trên các hướng dẫn kỹ thuật của TMDL. Các nguồn ô nhiễm được phân thành 5 loại gồm 4 nguồn ô nhiễm điểm và 1 nguồn ô nhiễm ô nhiễm không điểm. Nguồn ô nhiễm điểm được xác định được bao gồm dân số, vật nuôi, công nghiệp và thủy sản trong khi nguồn ô nhiễm không điểm được xác định là sử dụng đất. Cũng tương tự vậy, đặc điểm của những nguồn thải ra được xem xét để tính toán số lượng các chất ô nhiễm phát sinh và tải lượng ô nhiễm thải ra. Các tính toán này được thực hiện cho từng tiểu lưu vực thuộc vùng nghiên cứu. § Hệ số tải lượng đơn vị được sử dụng trong tính toán lượng chất ô nhiễm phát sinh. Mỗi nguồn ô nhiễm đều có hệ số tải lượng đơn vị thích hợp, do đó tải lượng chất ô nhiễm phát sinh trong một loại nguồn thải được tính bằng cách lấy số lượng nguồn thải nhân với hệ số tải lượng. Như vậy, tổng tải lượng ô nhiễm trên toàn lưu vực được tính bằng tổng các tải lượng đơn vị ứng với từng loại nguồn thải. Như vậy, các kết quả tính toán, đánh giá về tải lượng ô nhiễm tối đa được thực hiện một cách tự động, có hệ thống và biểu diễn ở dạng đồ họa thông qua việc ứng dụng GIS, hỗ trợ cho các nhà quản lý đưa ra các giải pháp quản lý phù hợp. Một ứng dụng thành công khác của GIS tại các nước đang phát triển do Công ty Quản lý Chất thải và Năng lượng Hạt nhân Thuỵ Ðiển và tổ chức Nespak, Pakistan phối hợp thực hiện. GIS được sử dụng để mô hình hoá sự cân bằng nước, quá trình xói mòn, và kiểm soát lũ cho khu vực lưu vực sông Torrent ở Pakistan. 30 2.2. NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN 2.2.1. Các nghiên cứu ngoài nước Chỉ số chất lượng nước của Mỹ * Chỉ số chất lượng nước Bang Oregon (OWQI – Oregon Water Quality index) Chỉ số chất lượng nước của Bang Oregon được thiết lập ban đầu vào thế kỷ 70. Đây là phương pháp đơn giản và ngắn gọn nhằm diễn tả thông tin về chất lượng nước sông, hồ. § Lựa chọn các thông số: Các thông số sử dụng: nhiệt độ, DO, BOD, pH, tổng chất rắn (TS), tổng N, tổng P và fecal Coliorm (FC). § Công thức tính: Error! Objects cannot be created from editing field codes. Trong đó: n: số lượng các thông số tính toán (8 thông số). SIi2: là chỉ số phụ của các thông số tính toán. Các chỉ số phụ này được xác định theo các công thức cho từng thông số sau: § Nhiệt độ: 10:29 10.0557,2.1623,0.172,454,76:2911 100:11 0 33200 0 =< --+=£< =£ - T T T SITC TTTSICTC SICT § DO DO bão hòa (DOs) £ 100% Nồng độ DO (DOc) £ 3,3 mg/l: SIDO = 10 3,3 mg/l < DOc < 10,5 mg/l: SIDO = - 80,29 + 31,88. DOc – 1,401.DOc2 10,5 mg/l £ DOc : SIDO = 100 100% < DOs £ 275%: SIDO = 100 )10.197,1).(100( 2---DOse 275% < DOs : SIDO = 10 § BOD5 31 10:/8 100:/8 )1993,0(5 =< =£ - * BOD BOD BOD SIBODlmg eSIlmgBOD § pH 10:11 *100:118 100:87 *628,2:74 10 SI :4 pH ))5188,0)*(8(( )5200,0*( pH =< =£< =££ =<£ =< -- pH pH pH pH pH pH SIpH eSIpH SIpH eSIpH § Tổng chất rắn (TS): phụ thuộc vào từng lưu vực khác nhau. 10:/220 6,142:/220/40 100:/40 ))10.862,8*((( 3 =< =£< =£ -- TS TS TS TS SITSlmg eSIlmgTSlmg SIlmgTS § Tổng N 10:/3 *100:/3 ))4605,0*((( =< =£ - N N N SINlmg eSIlmgN § Tổng P 10:25,0 *1384,0*5,299100:/25,0 2 =< --=£ P P SIP PPSIlmgP § Fecal Coliform (FC) 10:100/1600 *98:100/1600100/50 98:100/50 ))10*9178,9)*(50(( 4 =< =<< =£ --- FC FC FC FC SIFCmlMPN eSImlMPNFCmlMPN SImlMPNFC Bảng 2.1: Kết quả phân loại theo OWQI Số điểm 10 – 59 60 – 79 80 – 84 85 – 89 90 - 100 Phân loại Rất ô nhiễm Ô nhiễm Trung bình Tốt Rất tốt * Chỉ số chất lượng của Quỹ Vệ sinh Môi trường Hoa Kỳ (NSF – WQI) - Lựa chọn các thông số 32 Chỉ số này được thiết lập năm 1970. Để xây dựng WQI này, dựa theo phương pháp Delphi NSF đã mời 142 chuyên gia có kinh nghiệm trong nhiều lĩnh vực quản lý chất lượng nước ở Mỹ (bao gồm các viên chức quản lý, các kỹ sư, các nhà khoa học) cùng tham gia ý kiến. Số người này đã trả lời bảng câu hỏi về 35 loại tác nhân ô nhiễm nguồn nước có thể được lựa chọn làm chỉ số chất lượng nước. Các người này có thể thêm hoặc bớt các chỉ số các thông số nào đó và sắp xếp thứ tự các thông số theo mức độ quan trọng. Sau đó họ trả lời bảng câu hỏi về mức độ quan trọng của từng thông số trong số 35 thông số trên theo cách cho điểm. Dựa vào kết quả thu được từ việc trả lời 2 câu hỏi trên, NSF đã xác định 9 thông số quan trọng nhất để đánh giá chất lượng nước sinh hoạt là DO, fecal coliform, pH, BOD5, NO3-, tổng PO4-, nhiệt độ, độ đục và tổng chất rắn (TS). - Công thức tính NSF – WQI được tính theo một trong hai công thức: công thức dạng tổng (ký hiệu là WA – WQI) và công thức dạng tích (ký hiệu là WM – WQI). Công thức toán học của hai cách tính trên được thể hiện như sau: Công thức tổng: i i i qwå = = 9 1 WQI-WA Công thức tích: Õ = = 9 1 WQI- WM i w i iq Trong đó: NSF – WQI: chỉ số chất lượng nước của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Hoa Kỳ wi: trọng số đóng góp của thông số ô nhiễm i có giá trị 0 – 1; 1 9 1 =å =i iw Bảng 2.2.Trọng số đóng góp của các thông số theo NSF – WQI Thông số Trọng số DO bão hòa 0,17 F.Coli 0,16 BOD 0,11 pH 0,11 33 Sự thay đổi nhiệt độ 0,10 Tổng P 0,10 NO3- 0,10 Độ đục 0,08 Tổng chất rắn (TS) 0,07 Bảng 2.3. Kết quả phân loại theo NSF – WQI Số điểm 0 – 25 26 – 50 51 – 70 71 - 90 91 - 100 Phân loại Rất ô nhiễm Ô nhiễm Trung bình Tốt Rất tốt Chỉ số chất lượng nước của Canada. Mỗi vùng tại Canada đều sử dụng chỉ số chất lượng nước riêng nhằm để phân vùng chất lượng nước tại vùng đó. Tuy nhiên có hai phương pháp được sử dụng nhiều nhất là phương pháp Bristish Columbia (Phương pháp BC) và phương pháp của Hội đồng của Bộ Môi trường Canada (CCME). * Các chỉ số chất lượng nước của tỉnh Bristish Columbia (BC Index) - Mô tả chỉ số Các chỉ số chất lượng nước được tính theo 3 mục đích sử dụng khác nhau: § Chỉ số chất lượng nước uống. § Chỉ số chất lượng nước cho các hoạt động thể thao dưới nước. § Chỉ số chất lượng nước chung: bảo vệ sức khỏe con người, đời sống thủy sinh, thể thao giải trí… - Phương pháp tính: Chỉ số = 232221 )3 ( FFF ++ Chỉ số phân loại = Chỉ số/1,45 Trong đó: F1: Được tính bằng số thông số vượt tiêu chuẩn trên tổng số các thông số 34 F1 = (n/N)*100 F2: Được tính bằng số lần đo thông số vượt tiêu chuẩn chia cho tổng số lần đo thông số. F2 = (m/M)*100 F3: Được tính theo công thức sau: F3 = Max[{(XMMi,j – Stdj)/XMMi,j}*100] Trong đó: XMMi,j là giá trị lớn nhất hoặc nhỏ nhất của thông số thứ j trong mẫu thứ i, trừ các giá trị DO và pH đã sử dụng. Stdj: là giá trị giới hạn có thể chấp nhận được (giá trị tiêu chuẩn) của thông số j trong việc xác định chất lượng nước. - Kết quả phân loại: Kết quả phân loại chất lượng nước theo phương pháp BC Index được thể hiện trong Bảng 2.4 như sau: Bảng 2.4. Giá trị chỉ số sử dụng trong phương pháp BC F1 F2 F3 Chỉ số Chỉ số phân loại Rất tốt 0 – 2 0 – 1 0 – 9 0 – 4 0 – 3 Tốt 3 – 14 2 – 14 10 – 45 5 – 25 4 – 17 Trung bình 15 – 35 15 – 40 46 – 96 26 – 62 18 – 43 Ô nhiễm 36 – 50 41 – 60 97 – 99 63 – 85 44 – 50 Rất ô nhiễm 51 – 100 61 – 100 99,1 – 100 86 – 145 60 – 100 - Chỉ số chất lượng nước của Hội đồng Bộ Môi trường Canada (CCME – Canada Council of Ministry of the Environment) Được phát triển từ năm 1991, Hội đồng Bộ Môi trường của Canada (CCME) cũng đã xây dựng chỉ số chất lượng nước (CCME – WQI) như là một công cụ quan trọng để quản lý nguồn tài nguyên nước. § Lựa chọn các thông số Các thông s