Tóm tắt Luận án Nghiên cứu xây dựng chỉ số chất lượng nước (Water quality index - WQI) trong phân vùng chất lượng nước các sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên

Nguyên (có tham khảo ý kiến các cơ quan/nhà khoa học). 4 iii) Lựa chọn các thông số chất lượng nước, trọng số, hàm chuyển đổi chỉ số phụ phù hợp đặc điểm ô nhiễm nước trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên để xây dựng WQI - cải tiến. Và thiết lập công thức tính WQI - cải tiến theo các thông số được chọn. Nội dung 2: Để đạt mục tiêu “Phân vùng chất lượng nước các sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên theo chỉ số chất lượng nước” luận án đã nghiên cứu: i) Phân loại chất lượng nước từng điểm khảo sát theo WQI, phân loại chất lượng nước của từng điểm. ii) Lập các bản đồ phân vùng chất lượng nước các sông tỉnh Thái Nguyên dựa theo kết quả phân loại theo WQI - cải tiến. Nội dung 3: Để đạt mục tiêu: "Đề xuất giải pháp sử dụng và bảo vệ môi trường nước cho từng vùng” luận án đã nghiên cứu: i) Đề xuất khả năng sử dụng nước tại khu vực các sông, đoạn sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên. ii) Đề xuất các giải pháp BVMT nước trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên. Do phạm vi và yêu cầu của luận án, tác giả chủ yếu tập trung nghiên cứu sâu 2 nhóm nội dung 1 và 2. Nhóm nội dung 3 chỉ đề cập sơ bộ, không đi sâu để tránh dàn trải. 4. Phạm vi địa lý và các vấn đề nghiên cứu của luận án 1. Phạm vi địa lý: phạm vi nghiên cứu là dòng chính của sông Cầu và sông Công. 2. Phạm vi về nội dung nghiên cứu gồm có:  Thiết lập WQI - cải tiến phù hợp điều kiện tự nhiên và KT - XH ở Thái Nguyên:  Lựa chọn các thông số, trọng số và hàm chuyển đổi chỉ số phụ phù hợp trong xây dựng WQI - cải tiến. 5  Xây dựng công thức hàm tổng hợp WQI - cải tiến.  Áp dụng WQI - cải tiến, kết hợp số liệu quan trắc CLN nhiều năm (trọng tâm là năm 2011) để phân loại CLN từng điểm quan trắc và phân vùng CLN sông Cầu - Công trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên.  Đề xuất sơ bộ các biện pháp BVMT nước sông trên địa bàn Thái Nguyên. 5. Điểm mới của luận án  Lần đầu tiên phát triển công thức tính WQI và lập WQI - cải tiến phù hợp đặc điểm tự nhiên, KT-XH và các nguồn thải trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên:  Đã lựa chọn được các thông số chất lượng nước, trọng số và hàm chuyển đổi chỉ số phụ phù hợp với đặc điểm tự nhiên, KT- XH và các nguồn thải ở tỉnh Thái Nguyên, đặc trưng cho hiện trạng chất lượng nước các sông trên địa bàn tỉnh và ý kiến chuyên gia theo phương pháp Delphi.  Đã cải tiến công thức hàm tổng hợp WQI của Mỹ với việc phát triển sử dụng các thông số có độc tính cao và tạo điều kiện thuận lợi trong tính toán khi thiếu số liệu.  Lần đầu tiên sử dụng WQI - cải tiến với các thông số, trọng số đặc trưng để phân vùng chất lượng nước sông Cầu - Công trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên. Từ kết quả thu được xây dựng các bản đồ phân vùng CLN sông Cầu - Công ở Thái Nguyên theo WQI - cải tiến, cho phép định hướng về tiềm năng sử dụng các nguồn nước và kiểm soát ô nhiễm nước các sông trên địa bàn tỉnh. 6. Giá trị khoa học và thực tiễn của luận án  Ý nghĩa khoa học: Luận án đã làm sáng tỏ phương pháp xây dựng và áp dụng chỉ số chất lượng nước để đánh giá và phân vùng chất 6 lượng nước sông, với trường hợp nghiên cứu điển hình tại Thái Nguyên.  Ý nghĩa thực tiễn:  Là công cụ hữu ích nhằm đánh giá chất lượng nước sông một cách tổng thể dựa trên giá trị của tập hợp các thông số môi trường;  Là cơ sở nâng cao hiệu quả quản lý thông qua việc xác định hiện trạng và diễn biễn chất lượng nước trong toàn tỉnh, toàn lưu vực giúp các doanh nghiệp, dân chúng có nhu cầu sử dụng nước biết rõ khả năng sử dụng nước ở từng đoạn sông;  Là cơ sở để định hướng về tiềm năng sử dụng các nguồn nước và kiểm soát ô nhiễm nước tại các đoạn sông trên địa bàn tỉnh. 7. Bố cục của luận án Luận án gồm 131 trang, trong đó phần Mở đầu 5 trang, Kết luận và Kiến nghị 2 trang và Phụ lục, Luận án gồm 3 phần chính: i) Tổng quan tài liệu 42 trang; ii) Phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu 8 trang; iii) Kết quả nghiên cứu và thảo luận 76 trang, Danh mục các công trình đã công bố 1 trang, Tài liệu tham khảo 6 trang với 69 tài liệu trong đó có 22 tài liệu tiếng Việt và 47 tài liệu tiếng Anh. Kết quả Luận án có 29 bảng và 38 hình. Trong phần Tổng quan, luận án đã phân tích, đánh giá các chỉ số chất lượng nước trên thế giới và tại Việt Nam. Ngoài ra, nội dung phần này còn đề cập hiện trạng quản lý và bảo vệ môi trường nước sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên. Phần Phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu đã nêu rõ về khu vực nghiên cứu, các đối tượng và cách tiếp cận, các phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án. 7 Trong phần Kết quả nghiên cứu và thảo luận, luận án đã trình bày chi tiết các kết quả nghiên cứu đã thu được theo các nội dung đã đề ra, bao gồm: i) Nghiên cứu phát triển và đánh giá WQI phù hợp với đặc điểm môi trường nước sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên; ii) Phân vùng chất lượng nước sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên; iii) Đề xuất sơ bộ các biện pháp bảo vệ môi trường nước sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CHỈ SỐ CHẤT LƢỢNG NƢỚC TRÊN THẾ GIỚI, VIỆT NAM VÀ HIỆN TRẠNG NGHIÊN CỨU PHÂN VÙNG MÔI TRƢỜNG NƢỚC Ở TỈNH THÁI NGUYÊN 1.1. Thiết lập và áp dụng các mô hình Chỉ số chất lƣợng nƣớc (Water Quality Index - WQI) 1.1.1. Hình thành và phát triển chỉ số chất lượng nước 1.1.1.1. Sự cần thiết của chỉ số chất lượng nước 1.1.1.2. Các bước thiết lập chỉ số chất lượng nước 1.1.1.3. Tiêu chí đánh giá ưu nhược điểm của chỉ số chất lượng nước 1.1.2. Giới thiệu các mô hình đánh giá chất lượng nước tiêu biểu 1.1.2.1. Các mô hình đánh giá chất lượng nước thường áp dụng trên thế giới 1.1.2.2. Các mô hình đánh giá chất lượng nước đã được phát triển tại Việt Nam 1.2. Hiện trạng phân vùng và quản lý, bảo vệ môi trƣờng nƣớc sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên 1.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước các sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên 8 1.2.1.1. Ảnh hưởng do yếu tố tự nhiên 1.2.1.2. Ảnh hưởng do yếu tố phát triển kinh tế - xã hội 1.2.2. Sơ lược về nghiên cứu phân vùng chất lượng nước các sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên 1.2.3. Một số nghiên cứu phục vụ quản lý, bảo vệ môi trường nước trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên CHƢƠNG 2. PHẠM VI, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Phạm vi nghiên cứu 2.1.1. Phạm vi địa lí 2.1.2. Phạm vi vấn đề nghiên cứu 2.2. Đối tƣợng nghiên cứu 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu 2.3.1. Phương pháp Delphi Phương pháp Delphi là phương pháp dự báo bằng trưng cầu ý kiến điển hình (Gene R. và George W, 1999). 2.3.2. Phƣơng pháp xây dựng WQI theo Quỹ vệ sinh quốc gia Mỹ Các giai đoạn cơ bản để xây dựng mô hình WQI theo Quỹ Vệ sinh Quốc gia Mỹ (WQI-NSF) Luận án đã áp dụng để xây dựng mô hình WQI - cải tiến nhƣ sau:  Phân tích lựa chọn các thông số phù hợp với điều kiện tự nhiên, KT - XH tỉnh Thái Nguyên, các tiêu chí về thông số đại diện của Ott. W. R [51], đặc điểm chất lượng nước của tỉnh và theo ý kiến của các chuyên gia (theo phương pháp Delphi).  Xác định trọng số cho các thông số: được xác định thông qua tầm quan trọng của thông số đối với nguồn nước với đa mục đích sử dụng. Trọng số được đánh giá phù hợp với điều kiện tự nhiên, KT - 9 XH tỉnh Thái Nguyên và theo ý kiến của các chuyên gia (theo phương pháp Delphi).  Chuyển đổi giá trị của các thông số về cùng một thang đo (chỉ số phụ qi) dựa trên việc cho điểm của các chuyên gia đối với các khoảng nồng độ khác nhau của từng thông số. Các khoảng nồng độ được đánh giá dựa trên QCVN 08:2008/BTNMT và đặc điểm chất lượng nước sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên. Căn cứ vào điểm số thực hiện xây dựng các hàm tương quan chỉ số phụ.  Đánh giá phương pháp tổng hợp chỉ số phụ (công thức tính) dựa theo kết quả đánh giá tính chất hàm tổng hợp: 1) tính ảo ; 2) tính che khuất và 3) độ nhạy. Ngoài ra, thực hiện xem xét trong trường hợp thiếu số liệu.  Thang phân cấp chất lượng nước căn cứ theo thang phân loại của NSF. Đây là thang phân loại phù hợp với đánh giá chất lượng nước tổng quát. Kiểm nghiệm công thức tính chỉ số chất lượng nước. Công thức tính chỉ số chất lượng nước điểm kiểm tra với bộ số liệu giả định cũng như thực tế để xem xét mức độ chính xác và tin cậy. Thang phân cấp chất lượng nước theo WQI - cải tiến sử dụng tương tự như thang phân cấp chất lượng nước của NSF. 2.3. Phƣơng pháp thu thập và xử lý thông tn - Phƣơng pháp kế thừa 2.4. Phƣơng pháp đánh giá khả năng sử dụng nƣớc Đánh giá khả năng sử dụng nước dựa vào các thông số được lựa chọn so sánh với QCVN 08:2008/BTNMT. Trước hết, tiến hành so sánh từng thông số với quy chuẩn. Sau đó, tổng hợp các thông số để đánh giá khả năng sử dụng nguồn nước theo QCVN. 2.5. Phƣơng pháp phân vùng chất lƣợng nƣớc sông 10 Các khoá phân loại được lập theo các thông số chỉ thị (indicator) và các chỉ số (index) chất lượng nước như sau:  Số điểm WQI từ WQI - cải tiến để đánh giá và phân loại chất lượng nước sông tại các vị trí quan trắc.  Việc phân vùng các đoạn sông được thực hiện dựa vào phép nội suy không gian. Đây là quá trình dự báo các giá trị chưa biết từ các giá trị đã biết ở các điểm lân cận: sử dụng các dữ liệu về vị trí các nguồn phát sinh ô nhiễm để xác định các điểm/vùng ô nhiễm còn thiếu về dữ liệu quan trắc. Nguồn phát sinh ô nhiễm chính được xác định như sau:  Dọc sông Cầu và sông Công: từ các cụm dân cư sinh sống hai bên sông, các cụm công nghiệp, khu công nghiệp...  Các suối nhỏ và phụ lưu sông Cầu, Công: từ các cụm dân cư, các vùng canh tác nông nghiệp – lâm nghiệp, khu vực khác thác khoáng sản... Nghiên cứu này không tập trung xác định chính xác vị trí phân vùng, nên sai số có thể từ 500 - 1000 m. Bản đồ phân vùng là kết quả áp dụng WQI - cải tiến nên sai số trên có thể chấp nhận được.  Kết quả phân vùng chất lượng nước theo WQI - cải tiến sẽ được thể hiện trên bản đồ bằng phần mềm chuyên dụng như Mapinfo Professional ver 11và ArcGIS ver 10.2. 2.6. Phƣơng pháp thu thập dự liệu Tài liệu và số liệu về hiện trạng môi trường tự nhiên, KT-XH tỉnh Thái Nguyên năm 2008 - 2012 do Chi cục BVMT– Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên cấp; số liệu quan trắc chất lượng nước tỉnh Thái Nguyên năm 2010 - 2013 do Trung tâm Quan trắc & Kỹ thuật môi trường – Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên cấp kết hợp thông tin, số liệu do tác giả luận án trực tiếp thực hiện trong các Dự 11 án “Lập Quy hoạch bảo vệ môi trường tỉnh Thái Nguyên đến năm 2020” (năm 2009 - 2010) và “Xây dựng hệ thống WQI và phân vùng chất lượng nước sông hồ tỉnh Thái Nguyên” (năm 2011 - 2012). Số liệu về quan trắc môi trường được lưu trữ và xử lý bằng máy tính. 2.7. Phƣơng pháp thu mẫu và phân tích 2.7.1. Hóa chất và dụng cụ phân tích  Hóa chất phân tích các loại (độ tinh khiết phân tích - PA).  Các loại dụng cụ thủy tinh phòng thí nghiệm, cân phân tích, tủ ấm, cất quay... 2.7.2. Thiết bị và phương pháp phân tích  Phương pháp lấy mẫu theo TCVN 5992:1995, TCVN 5993:1995, TCVN 5996:1995  Các thiết bị phân tích chính tại Phòng thí nghiệm của Viện Công nghệ mới – Bộ QP.  Các phương pháp phân tích các thông số quan trắc được sử dụng theo TCVN. CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Hiện trạng chất lƣợng nƣớc sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên Phân loại nước sông Cầu và sông Công được đánh giá theo kết quả quan trắc nước mùa mưa và mùa khô năm 2011. 3.1.1. Hiện trạng chất lượng nước sông Cầu  Chất lượng nước sông Cầu về mùa khô có xu hướng ô nhiễm hơn mùa mưa.  Kết quả quan trắc cho thấy, chất lượng nước tại các điểm quan trắc trên sông Cầu phía thượng nguồn (từ Văn Lang đến Sơn Cẩm) còn 12 tương đối tốt, hầu hết các chỉ tiêu phân tích đều đạt tiêu chuẩn cho phép theo QCVN 08:2008/BTNMT mức A1 và A2. Chất lượng nước tại các điểm quan trắc này đảm bảo sử dụng mục đích sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp.  Chất lượng nước sông Cầu - đoạn chảy qua địa bàn thành phố Thái Nguyên bị ô nhiễm nhẹ hợp chất hữu cơ, hàm lượng BOD vượt 1,26 - 1,37 lần vào mùa khô và 1,07 - 1,3 lần vào mùa mưa so với QCVN 08:2008/BTNMT mức A2, chất lượng nước sông Cầu khu vực này không đảm bảo sử dụng cho mục đích sinh hoạt nhưng vẫn đảm bảo sử dụng mục đích tưới tiêu thuỷ lợi. Nguyên nhân, do đoạn sông này tiếp nhận nước thải từ các hoạt động sản xuất công nghiệp, đô thị thuộc địa bàn thành phố Thái Nguyên.  Chất lượng nước sông Cầu đoạn sau khi chảy qua địa bàn thành phố Thái Nguyên (đoạn từ Cầu Mây Phú Bình đến đoạn sông Cầu trước điểm hợp lưu của sông Công) tương đối tốt, hầu hết các chỉ tiêu đạt tiêu chuẩn cho phép mức A2. 3.1.2. Hiện trạng chất lượng nước sông Công  Chất lượng nước sông Công phía thượng lưu (từ Bình Thành - Định Hoá đến cửa xả hồ Núi Cốc), đoạn sông trước trạm bơm nước của nhà máy nước Sông Công tương đối tốt, các chỉ tiêu phân tích đều đạt giới hạn cho phép theo QCVN 08:2008/BTNMT giới hạn A2. Chất lượng nước đảm bảo sử dụng mục đích sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp đối với các chỉ tiêu khác nhau.  Sông Công từ đoạn sau điểm hợp lưu của suối La Cấm (suối tiếp nhận nước thải sinh hoạt, dịch vụ của thị xã Sông Công) đến sau hợp lưu với suối tiếp nhận nước thải bãi rác Nam Sơn bị ô nhiễm hợp chất hữu cơ, TSS, Coliform và Cr. Chất lượng nước không đảm bảo sử dụng mục đích sinh hoạt nhưng vẫn đảm bảo sử dụng mục 13 đích tưới tiêu thủy lợi. Tuy nhiên, nước sông Công tại đập Hồ Núi Cốc đối với chỉ số Coliform và cầu Đa Phúc với chỉ tiêu SS, Cr lại chỉ đảm bảo cho mục đích giao thông thủy. 3.2. Kết quả xây dựng chỉ số chất lƣợng nƣớc cho các sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên và đánh giá 3.2.1. Lựa chọn và đánh giá tầm quan trọng của các thông số trong chỉ số chất lượng nước (WQI) 3.1.1.1. Lựa chọn và đánh giá tầm quan trọng của các thông số chất lượng nước sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên theo phương pháp Delphi  Khảo sát đợt 1 Kết quả đợt khảo sát 1: 9 thông số: pH, TSS, DO, BOD5, dầu mỡ, T.Coliform, COD, tổng N, tổng P và nhóm các chất có độc tính cao được nhiều chuyên gia/người được tham vấn lựa chọn.  Khảo sát đợt 2 Kết quả đợt khảo sát 2: 1 - pH (0,12) ; 2 - TSS (0,09) ; 3 - DO (0,15) ; 4 - BOD5 (0,17) ; 5 - Dầu mỡ (0,08) ; 6 - T.Coliform (0,09) ; 7 - COD (0,14) ; 8 - NO3 - (0,08) ; 9 - PO4 3- (0,08) ; 10 - Nhóm các thông số độc tính cao (1). 3.1.1.2. Lựa chọn và đánh giá tầm quan trọng của các thông số chất lượng nước sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên theo số liệu năm 2011 Với những đặc điểm hiện trạng CLN sông Cầu và Công như trên thì có thể xác định tầm quan trọng của các nhóm thông số như sau: Nhóm các thông số độc tính cao > Nhóm các thông số dinh dưỡng > Nhóm thông số hóa lý (lựa chọn là SS) và Nhóm thông số vi sinh (lựa chọn là Coliform). Điều này cũng phù hợp với kết quả tại Mục 3.2.1.1. 14 3.1.1.3. Lựa chọn các thông số chất lượng nước sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên phù hợp với đặc điểm nguồn thải và kinh tế - xã hội  Tác động do gia tăng dân số ...  Tác động của phát triển công nghiệp ...  Tác động do phát triển nông nghiệp tới môi trường nước mặt ... 3.1.2. So sánh thông số lựa chọn giữa WQI của NSF, WQI của Tổng cục môi trường và WQI do tác giả luận án cải tiến Thông số trong hệ thống WQI của NFS, Tổng cục môi trường và của luận án được lựa chọn bao gồm: Theo NFS Theo TCMT Theo lựa chọn của luận án 1. DO 1. DO 1. DO 2. pH 2. pH 2. pH 3. BOD5 3. BOD5 3. BOD5 4. NO3 - 4. NH4 + 4. NO3 - 5. PO4 3- 5. PO4 3- 5. PO4 3- 6. Fecal coliform 6. T.coliform 6. T.coliform 7. Tổng chất rắn (TS) 7. SS 7. SS 8. Nhiệt độ 8. COD 8. COD 9. Độ đục 9. Độ đục 9. Dầu mỡ 10. Nhóm các thông số độc hại Với đặc điểm tự nhiên và KT - XH cũng như các ngành nghề đặc thù của tỉnh Thái Nguyên, nước sông trên địa bàn tỉnh tiếp nhận các chất ô nhiễm đặc thù có thể tổng hợp như sau: thông số hóa lý (pH, SS, độ đục, màu...), ô nhiễm hữu cơ (BOD, COD), ô nhiễm dinh dưỡng (NO3 -, PO4 3-), ô nhiễm vi sinh (coliform), các chất ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh (dầu mỡ) và một số chất có độc tính cao (kim loại nặng, hóa chất BVTV, phenol...). Đây là các thông số cần quan tâm trong đánh giá chất lượng nước mặt trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên. 3.1.3. So sánh sự phù hợp của thông số với các nghiên cứu trên thế giới 15 Với 9 thông số và nhóm các chất độc tính cao được lựa chọn, đảm bảo được theo khuyến nghị về 5 nhóm chỉ thị suy giảm chất lương nước và theo 5 tiêu chí lựa chọn. Từ phân tích đặc điểm về điều kiện tự nhiên, KT - XH và các nguồn gây ô nhiễm chính tại tỉnh Thái Nguyên, ý kiến của chuyên gia (theo phương pháp Delphi), cũng như sự phù hợp với các mô hình WQI đã áp dụng trên thế giới cũng như ở Việt Nam, chúng tôi đã lựa chọn 9 thông số và nhóm các thông số độc tính cao trong xây dựng WQI phù hợp với các sông Thái Nguyên (gọi tắt là WQI - cải tiến) như sau: 1 - pH (0,12) 6 - T.Coliform (0,09) 2 - TSS (0,09) 7 - COD (0,14) 3 - DO (0,15) 8 - NO3 - (0,08) 4 - BOD5 (0,17) 9 - PO4 3- (0,08) 5 - Dầu mỡ (0,08) 10 - Nhóm các thông số độc tính cao (1) 3.3. Xây dựng WQI - cải tiến và bình luận 3.3.1. Công thức tính  Dạng tổng và có tính đến trọng số đóng góp: WQIA - cải tiến =  n đh wiqi q 1 . 100  Dạng tích và có tính đến trọng số đóng góp: WQIM - cải tiến =  n wiđh qi q 1100 3.3.2. Xây dựng đồ thị tương quan giữa thông số lựa chọn và chỉ số phụ 3.3.2.1. Chỉ số phụ của các thông số thông thường được lựa chọn (9 thông số) (qi) 16 Ghi chú: x - chỉ số phụ của thông số lựa chọn 3.3.2.2. Chỉ số phụ của nhóm các chất có độc tính cao (qđh) Bảng 3.2. Quy định giá trị (qđh) chỉ số phụ của các thông số độc tính cao Nồng độ của thông số bất kỳ trong nhóm các thông số độc tính cao (I) Giá trị WQI qđh I < A1 91  100 100 I = A1 91 A1 < I < A2 71  90 71 A2 < I < B1 51  70 51 B1 < I < B2 26  50 26 I > B2 0  25 0 3.4. Kiểm nghiệm WQI - cải tiến 3.4.1. Kiểm nghiệm đánh giá WQI – cải tiến do tác giả đề xuất 3.4.1.1. Xem xét tính che khuất và tính ảo của WQI – cải tiến  Dạng tổng luôn cho giá trị WQI cao hơn dạng tích.  Tính che khuất: chủ yếu ở dạng tổng, thể hiện rõ ở các chuỗi số liệu 11, 16, 21, 26 và từ 31 đến 36. + Ở chuỗi số liệu 11, một thông số có giá trị đo đạc thấp (DO = 0,5 mg/L) nên qi thấp (qDO = 2) nhưng kết quả WQI dạng tổng là 84 (mức II). Như vậy là chưa hợp lý. Trong khi đó, dạng tích là 70 (mức III) cho kết quả phù hợp hơn. Điều này xảy ra tương tự chuỗi số liệu 16, 21 và 26. 17 + Cũng tương tự như vậy ở chuỗi số liệu 31 đến 36. Khi hai thông số có giá trị qi thấp nhưng giá trị WQI dạng tổng lại khá cao. + Đối với chuỗi số liệu từ 37 đến 56, khi qđh thay đổi theo các thang xác định, thông số DO thay đổi thì dạng tích luôn cho giá trị WQI phù hợp, còn dạng tổng có giá trị WQI chưa phù hợp. Điều này cũng phù hợp với các nghiên cứu của Ott. Theo nghiên cứu này, dạng tích có thể xảy ra tính che khuất khi trọng số quá nhỏ. Điều này không xảy ra với WQI - cải tiến do trọng số thấp nhất là 0,08.  Tính ảo xảy ra khi điểm số của từng thông số chấp nhận được nhưng chỉ số tổng quát lại cho kết quả ngược lại. Với các chuỗi số liệu từ 2 đến 6 tính ảo không xảy ra đối với dạng tổng và dạng tích. Điều này cũng phù hợp với nghiên cứu của Ott., tính ảo không xảy ra đối với dạng tổng và dạng tích có trọng số. Qua kết quả tính toán và phân tích như trên, có thể kết luận rằng, dạng tích không có tính ảo và tính che khuất ; dạng tổng không có tính ảo nhưng tính che khuất xảy ra đối với một số trường hợp nên nhiều khi không phản ánh đúng mức độ ô nhiễm của các thông số tính WQI. 3.4.1.2. Xem xét độ nhạy của mô hình WQI - cải tiến  Dạng tích luôn có độ nhạy cao hơn dạng tổng.  Trọng số của thông số (wi) ảnh hưởng lớn đến độ nhạy của WQI. wi càng cao sẽ làm cho độ nhạy của WQI - cải tiến thay đổi càng lớn.  Với cùng bước nhảy của chỉ số phụ, độ nhạy của thông số có wi lớn luôn cao hơn thông số có wi nhỏ.  Riêng với nhóm các chất có độc tính cao, khi thay đổi qi thì dạng tổng và dạng tích có độ nhạy như nhau và có độ nhạy rất lớn. 3.4.2. Xem xét trường hợp thiếu số liệu của mô hình WQI - cải tiến  Xem xét nếu thiếu số liệu cho thấy: 18  Thiếu 1 số liệu, tất cả các qi của các thông số còn lại bằng 100 mà WQI lại nhỏ hơn 100. Điều này chưa hợp lý.  Cũng có thể nhận thấy dạng tổng điểm số cao hơn dạng tích. Điều này chứng tỏ dạng tích luôn có tính khắt khe hơn dạng tổng.  Và thiếu thông số có trọng số cao thì WQI có giá trị thấp và ngược lại. Nếu không có trọng số thì dù thiếu thông số nào đều cho WQI như nhau. Như vậy, trọng số thể hiện tầm quan trọng của thông số đó trong đánh giá chất lượng nước.  Thiếu 2 thông số. Kết quả WQI nhỏ hơn 100. Điều này cũng không hợp lý. Số liệu tính toán cho kết quả tương tự như trường hợp từ 2 đến 4.  Chuyển đổi công thức sang dạng như sau: + Dạng tổng và có tính đến trọng số đóng góp: WQIA - cải tiến - thiếu số liệu = k n đh wiqi q        1 . 100 + Dạng tích và có tính đến trọng số đóng góp: WQIM - cải tiến - thiếu số liệu = k n wiđh qi q        1100 Với: - k: hệ số mũ, trong đó   n iw k 1 1 Kết quả tính WQI bằng công thức mới với các trường hợp đủ số liệu và thiếu số liệu tính toán cho thấy kết quả hợp lý. Kết quả tính cuối cùng không bị ảnh hưởng bởi số liệu bị thiếu. Công thức đúng với cả trường hợp thiếu 1 hoặc 2 số liệu. 19 3.4.3. Đánh giá WQI-cải tiến cho các sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên Để đánh giá ưu nhược điểm của WQI, WQI - cải tiến được xem xét theo 21 tiêu chí của Ott. và 15 tiêu chí của Cục Bảo vệ môi trường Mỹ cho thấy như sau: 1. Công thức đơn giản 2. Dễ sử dụng trong tính toán 3. Các thông số lựa chọn mang đặc trưng của chất lượng nước 4. Đây là các thông số thuộc chương trình quan trắc của tỉnh Thái Nguyên 5. 9 thông số và nhóm các thông số độc hại đảm bảo có các thông số sinh học 6. Có các thông số có ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh hoặc/và sử dụng giải trí 7. Có nhóm các thông số độc hại theo QCVN 08:2008/BTNMT 8. Không bổ sung được các thông số mới 9. Tương thích với QCVN 08:2008/BTNMT 10. Được tính toán và đảm bảo kết quả trên bộ số liệu giả định 11. Được xây dựng dựa trên đặc điểm tự nhiên và KT-XH, ý kiến chuyên gia, được kiểm tra với số liệu giả định và thực tế cho kết quả phù hợp 12. Thang phân loại theo NSF - WQI 13. Dạng tổng có tính ảo hơn dạng tích; 14. Dạng tổng và dạng tính không có tính che khuất 15. Độ nhạy được thử nghiệm trên bộ số liệu giả định đảm bảo chấp nhận 16. Có thể áp dụng để phân vùng chất lượng nước sông tại Thái Nguyên và có ứng dụng thực tế 20 17. Được xây dựng trên cơ sở các ý kiến chuyên gia theo phương pháp Delphi 18. Công thức được chuyển đổi và được thử nghiệm tính toán, cho kết quả hợp lý khi thiếu số liệu 19. Hạn chế: - Không thay đổi được các thông số; - Không bổ sung thêm các thông số; - qi min của các thông số không bằng 0 (ngoại trừ nhóm thông số độc hại), do qi được xây dựng dựa trên các hàm tuyến tính và phi tuyến tính. 20. Các thông số lựa chọn đều liên quan đến chất lượng nước 21. Các thông số đều được đưa về cùng thang đo bằng hàm chỉ số phụ và không có thứ nguyên 3.5. Phân loại nguồn nƣớc mặt các sông trên địan bàn tỉnh Thái Nguyên theo WQI - cải tiến 3.5.1. Đối với sông Cầu Bảng 3.3. Phân loại chất lƣợng nƣớc mặt sông Cầu theo WQI - cải tiến T T Vị trí Mùa khô (đợt 1/2011) Mùa mƣa (đợt 3/2011) Dạng tổng Dạng tích Dạng tổng Dạng tích Giá trị Phân loại Giá trị Phân loại Giá trị Phân loại Giá trị Phân loại 1 SCA 1-1 88,6 II 88,0 II 92,8 I 92,5 I 2 SCA 1-2 89,0 II 88,6 II 91,4 I 91,0 I 3 NM-6.05-1 85,3 II 84,6 II 90,4 I 90,0 I 4 SCA 1-3 85,2 II 84,6 II 92,4 I 92,2 I 5 SCA 1-4 58,0 III 57,1 III 58,8 III 58,1 III 6 SCA 1-5 56,6 III 55,3 III 56,6 III 55,4 III 7 NM-6.05-2 78,7 II 77,2 II 81,1 II 79,9 II 8 SCA 1-6 79,8 II 78,2 II 82,7 II 81,1 II 9 NM-6.05-3 78,1 II 76,1 II 80,9 II 79,0 II 10 SCHL 26 19,8 V 19,2 V 55,1 III 53,8 III 21 3.5.2. Đối với sông Công Bảng 3.4. Phân loại chất lƣợng nƣớc mặt sông Công theo WQI - cải tiến T T Vị trí Mùa khô (đợt 1/2011) Mùa mƣa (đợt 3/2011) Dạng tổng Dạng tích Dạng tổng Dạng tích Giá trị Phân loại Giá trị Phân loại Giá trị Phân loại Giá trị Phân loại 1 SCO 1-12 91,3 II 91,1 II 93,4 I 93,3 I 2 SCO 1-13 90,9 II 90,7 II 92,6 I 92,5 I 3 SCO 1-14 91,2 I 90,9 I 92,2 I 92,0 I 4 SCO 1-15 92,6 I 92,4 I 90,7 I 90,0 I 5 SCO 1-16 91,3 I 91,0 I 92,7 I 92,5 I 6 SCO 3-8 89,1 II 88,7 II 82,2 II 81,9 II 7 SCO 1-17 93,1 I 92,9 I 93,1 I 92,9 I 8 SCO 3-9 52,4 III 50,6 III 54,3 III 52,8 III 9 SCO 1-18 53,3 III 51,1 III 53