ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Duy Phú
ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHỈ SỐ CHẤT
LƢỢNG NƢỚC (WQI) CHO SÔNG HỒNG (ĐOẠN CHẢY
QUA ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI)



ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHỈ SỐ CHẤT
LƢỢNG NƢỚC (WQI) CHO SÔNG HỒNG (ĐOẠN CHẢY
QUA ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI)
Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng
Mã số: 60 85 02
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. Trịnh Thị Thanh Hà Nội – 2011
Áp dụng phương pháp tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sông Hồng
(đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)

Chƣơng 3- Kết quả nghiên cứu và thảo luận 34
3.1. Đánh giá các yếu tố cơ bản ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc sông Hồng đoạn
chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội 34
3.1.1. Nƣớc thải sinh hoạt phát sinh từ các khu dân cƣ 34
Áp dụng phương pháp tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sông Hồng
(đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội) Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Nguyễn Duy Phú
Khoa Môi trường – ĐHKHTN – ĐHQGHN

3.1.1.1. Hiện trạng phát sinh nƣớc thải sinh hoạt từ các khu dân cƣ 34
3.1.1.2. Dự báo lƣu lƣợng và tải lƣợng ô nhiễm do nƣớc thải sinh hoạt 37
3.1.2. Nƣớc thải từ hoạt động sản xuất công nghiệp 39
3.1.3. Các nguồn gây ô nhiễm khác 40
3.2. Đánh giá chất lƣợng nƣớc sông Hồng đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội . 41
3.2.1. Chất lƣợng nƣớc sông Hồng vào mùa cạn (tháng 3/2010) 41
3.2.2. Chất lƣợng nƣớc sông Hồng vào mùa lũ (tháng 8/2010) 45
3.2.3. So sánh chất lƣợng nƣớc sông Hồng giữa mùa lũ và mùa cạn năm 2010 49
3.3. Xây dựng sơ đồ hiện trạng môi trƣờng nƣớc theo chỉ số WQI và đánh giá khả
năng sử dụng nguồn nƣớc sông Hồng trên địa bàn thành phố Hà Nội 53
3.3.1. Tính toán chỉ số chất lƣợng nƣớc (WQI) 53
3.3.1.1.Tính theo Quyết định số 879/ QĐ-TCMT 53
3.3.1.2. Phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng môi trƣờng nƣớc sông Hồng dựa
trên chỉ tiêu tổng hợp 55
3.3.1.3. So sánh giữa 2 phƣơng pháp 58
3.3.2. Đề xuất phƣơng pháp tính chỉ số chất lƣợng nƣớc (WQI) cho sông Hồng
đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội 60
3.3.3. Kết quả tính toán WQI cho sông Hồng đoạn chảy qua địa bàn thành phố
Hà Nội 62
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD
:
Nhu cầu oxy sinh hóa
CCN
:
Cụm công nghiệp
CCME
:
Cơ quan Bảo vệ môi trƣờng Canada
COD
:
Nhu cầu oxy hóa học
CLN
:
Chất lƣợng nƣớc
DO
:
Oxy hòa tan
EPA
:
Cục Bảo vệ môi trƣờng Mỹ
JICA
:
Tổ chức Hợp tác Quốc tế Nhật Bản
KCN
:

Khoa Môi trường – ĐHKHTN – ĐHQGHN

DANH MỤC BẢNG

Trang
Bảng 1.1. Các công thức tính toán chỉ số WQI cuối cùng 9
Bảng 1.2. Phân loại chất lƣợng nƣớc theo NSF – WQI 13
Bảng 1.3. Phân loại chất lƣợng nƣớc theo CCME-WQI 16
Bảng 1.4. Phân loại chất lƣợng nƣớc theo WQI theo Bhargava - WQI, NSF-WQI 20
Bảng 1.5. Trọng số của các thông số chất lƣợng nƣớc 21
Bảng 1.6. Phân loại chất lƣợng nƣớc theo chỉ số WQI 22
Bảng 2.1. Vị trí quan trắc đƣa vào tính toán 23
Bảng 2.2. Phƣơng pháp phân tích một số chỉ tiêu chất lƣợng nƣớc 26
Bảng 2.3. Bảng quy định các giá trị q
i
, BP
i
28
Bảng 2.4. Bảng quy định các giá trị BPi
i
và qi đối với DO
% bão hòa
29
Bảng 2.5. Bảng quy định các giá trị BP
i
và q
i
đối với thông số pH 29
Bảng 2.6. Mức đánh giá chất lƣợng nƣớc theo chỉ số WQI 30
Bảng 3.1. Lƣu lƣợng nƣớc thải sinh hoạt của các khu dân cƣ xả vào sông Hồng

(đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội) Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Nguyễn Duy Phú
Khoa Môi trường – ĐHKHTN – ĐHQGHN

DANH MỤC HÌNH

Trang
Hình 1.1. Sông Hồng đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội 04
Hình 1.2. Sơ đồ các bƣớc xây dựng chỉ số môi trƣờng 11
Hình 1.3. Các đồ thị chuyển đổi giá trị đo của các thông số lựa chọn (x
i
) thành chỉ
số phụ (I
i
) 14
Hình 2.1. Sơ đồ vị trí lấy mẫu nƣớc sông Hồng đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà
Nội 24
Hình 3.1. Diễn biến hàm lƣợng DO dọc sông Hồng vào mùa cạn (tháng 3/2010) 41
Hình 3.2. Diễn biến hàm lƣợng COD dọc sông Hồng vào mùa cạn (tháng 3/2010) 42
Hình 3.3. Diễn biến hàm lƣợng BOD
5
dọc sông Hồng vào mùa cạn ( tháng 3/2010) 42
Hình 3.4. Diễn biến hàm lƣợng TSS dọc sông Hồng vào mùa cạn ( tháng 3/2010) 43
Hình 3.5. Diễn biến hàm lƣợng NH
4
+
dọc sông Hồng vào mùa cạn ( tháng 3/2010) 44
Hình 3.6. Diễn biến hàm lƣợng PO


Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Nguyễn Duy Phú
Khoa Môi trường – ĐHKHTN – ĐHQGHN

Hình 3.17. So sánh diễn biến hàm lƣợng COD dọc sông Hồng giữa mùa cạn và mùa
lũ 50
Hình 3.18. So sánh diễn biến hàm lƣợng NH
4
+
dọc sông Hồng giữa mùa cạn (tháng
3/2010) và mùa lũ (tháng 8/2010) 51
Hình 3.19. So sánh diễn biến hàm lƣợng PO
4
3-
dọc sông Hồng giữa mùa cạn (tháng
3/2010) và mùa lũ (tháng 8/2010) 51
Hình 3.20. So sánh diễn biến hàm lƣợng TSS dọc sông Hồng giữa mùa lũ (tháng
8/2010) và mùa cạn (tháng 3/2010) 52
Hình 3.21. So sánh diễn biến hàm lƣợng Coliform dọc sông Hồng giữa mùa lũ
(tháng 8/2010) và mùa cạn (tháng 3/2010) 53
Hình 3.22. Biểu đồ thể hiện giá trị Ptb tại các vị trí quan trắc chất lƣợng nƣớc sông
Hồng vào mùa lũ (tháng 8/2010) 58
Hình 3.23. Sơ đồ hiện trạng chất lƣợng nƣớc sông Hồng trên địa bàn thành phố Hà
Nội vào mùa cạn (tháng 3/2010) theo chỉ số WQI 66
Hình 3.24. Sơ đồ hiện trạng chất lƣợng nƣớc sông Hồng trên địa bàn thành phố Hà
Nội vào mùa lũ (tháng 8/2010) theo chỉ số WQI 68
Áp dụng phương pháp tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sông Hồng
(đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)
Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Nguyễn Duy Phú
Khoa Môi trường – ĐHKHTN – ĐHQGHN

phố Hà Nội, cần thiết phải tiến hành nghiên cứu để xây dựng công cụ quản lý thống
Áp dụng phương pháp tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sông Hồng
(đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)
Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Nguyễn Duy Phú
Khoa Môi trường – ĐHKHTN – ĐHQGHN

14
nhất và tổng hợp tài nguyên nƣớc sông Hồng. Chỉ số chất lƣợng nƣớc (WQI) và
phân vùng chất lƣợng nƣớc là công cụ giúp đánh giá mức độ ô nhiễm từng đoạn
sông phục vụ mục đích quy hoạch sử dụng hợp lý nguồn nƣớc mặt và xây dựng
định hƣớng kiểm soát ô nhiễm, bảo vệ môi trƣờng nƣớc. Từ đó, xây dựng các biện
pháp để kiểm soát ô nhiễm môi trƣờng nƣớc tốt hơn, đây là một vấn đề rất cần thiết
và cấp bách. Do đó, luận văn “Áp dụng phƣơng pháp tính toán chỉ số chất lƣợng
nƣớc (WQI) cho sông Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)”, đã
đƣợc tiến hành với nội dung nghiên cứu nhƣ sau:
1. Đánh giá các yếu tố có khả năng ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc sông
Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội).
2. Đánh giá hiện trạng nƣớc sông Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà
Nội) vào mùa lũ và mùa cạn năm 2010.
3. Xây dựng sơ đồ hiện trạng môi trƣờng nƣớc theo chỉ số WQI và đánh giá
khả năng sử dụng nguồn nƣớc sông Hồng (đoạn chảy qua địa bàn TP. Hà Nội).
 Tính toán chỉ số chất lƣợng nƣớc (WQI) theo Quyết định số 879/QĐ-
TCMT;
 Phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng nƣớc theo chỉ tiêu tổng hợp;
 Đề xuất phƣơng pháp tính chỉ số chất lƣợng nƣớc (WQI) cho sông
Hồng (đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội);
 Xây dựng sơ đồ hiện trạng chất lƣợng nƣớc sông Hồng (đoạn chảy
qua địa bàn thành phố Hà Nội) theo chỉ số WQI;
 Đánh giá khả năng sử dụng nguồn nƣớc sông Hồng (đoạn chảy qua
địa bàn thành phố Hà Nội).

đông đảo các dân tộc Thái, H'mông, Tày v.v.
Sông Hồng nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với đặc trƣng khí hậu nóng
ẩm, mƣa nhiều. Trong những năm gần đây, tình hình khí hậu thời tiết có nhiều diễn
biến phức tạp do ảnh hƣởng của sự thay đổi toàn cầu. Không kể vùng hạ du ven
biển có thể chịu tác động của nƣớc biển dâng, những biến động của khí hậu thời tiết
cùng với tác động của con ngƣời thông qua các hoạt động kinh tế xã hội đã và đang
góp phần làm thay đổi phần nào diện mạo tự nhiên của sông Hồng.
Ðoạn sông Hồng chảy qua Hà Nội dài khoảng 150 km kéo dài từ huyện Ba
Vì tới huyện Phú Xuyên, có mực nƣớc dao động rất lớn theo mùa. Vào mùa lũ, đặc
biệt từ tháng 7 đến tháng 9, mực nƣớc sông dâng cao, có thể đạt 14 m. Vào mùa
cạn, mực nƣớc sông tƣơng đối thấp, có thể xuống chỉ còn có 2 m và thƣờng xuất
hiện vào tháng 3, tháng 4.

Áp dụng phương pháp tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sông Hồng
(đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)
Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Nguyễn Duy Phú
Khoa Môi trường – ĐHKHTN – ĐHQGHN

16

Hình 1.1. Sông Hồng đoạn chảy qua địa bàn Thành phố Hà Nội
Lƣu lƣợng dòng chảy trung bình của sông Hồng hàng năm đo đƣợc của trạm
Sơn Tây là 118 tỷ m
3
tƣơng ứng với lƣu lƣợng là 3.740 m
3
/s. Khoảng 80% lƣu
lƣợng tập trung vào mùa lũ, mùa lũ kéo dài từ tháng 6 tới tháng 10. Lƣu lƣợng dòng
chảy năm dao động rất ít giữa các năm. Tổng lƣu lƣợng nƣớc trong những năm
nhiều mƣa chỉ lớn hơn khoảng 2-3 lần tổng lƣu lƣợng nƣớc trong những năm ít

1.2.1 Tổng quan về chỉ số môi trƣờng
Mô hình tháp dữ liệu thể hiện mối quan hệ giữa các mức độ sử dụng dữ liệu
từ chi tiết đến tổng hợp.
Dữ liệu thô: là các thông tin về môi trƣờng thu đƣợc mà chƣa qua phân tích
đánh giá.
Dữ liệu đã đƣợc xử lý: là các thông tin, số liệu đã đƣợc tổng hợp, phân tích,
đánh giá từ số liệu thô thu đƣợc từ điều tra, khảo sát, quan trắc.
Chỉ thị môi trƣờng: là thông số cơ bản phản ánh các yếu tố đặc trƣng của môi
trƣờng phục vụ mục đích đánh giá, theo dõi diễn biến chất lƣợng môi trƣờng, lập
báo cáo hiện trạng môi trƣờng.
Chỉ số môi trƣờng: là một tập hợp các tham số hay chỉ thị đƣợc tích hợp hay
nhân với trọng số. Các chỉ số ở mức độ tích hợp cao hơn, nghĩa là chúng đƣợc tính
toán từ nhiều biến số hay dữ liệu để giải thích cho một hiện tƣợng nào đó.
Áp dụng phương pháp tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sông Hồng
(đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)
Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Nguyễn Duy Phú
Khoa Môi trường – ĐHKHTN – ĐHQGHN

18

Mục đích của chỉ số môi trường:
- Phản ánh hiện trạng và diễn biến của chất lƣợng môi trƣờng, đảm bảo tính
phòng ngừa của công tác bảo vệ môi trƣờng;
- Cung cấp thông tin cho những ngƣời những ngƣời quản lý, các nhà hoạch
định chính sách cân nhắc về các vấn đề môi trƣờng và phát triển kinh tế xã hội để
đảm bảo phát triển bền vững;
- Thu gọn kích thƣớc, đơn giản hóa thông tin để dễ dàng quản lý, sử dụng và
tạo ra tính hiệu quả của thông tin;
- Thông tin cho cộng đồng về chất lƣợng môi trƣờng, nâng cao nhận thức
bảo vệ môi trƣờng cho cộng đồng.

Hầu hết các mô hình chỉ số chất lƣợng nƣớc hiện nay đều đƣợc xây dựng
thông qua quy trình 4 bƣớc nhƣ sau:
Bước 1: lựa chọn thông số
Có rất nhiều thông số có thể thể hiện chất lƣợng nƣớc, sự lựa chọn các thông
số khác nhau để tính toán WQI phụ thuộc vào mục đích sử dụng nguồn nƣớc và
mục tiêu của WQI. Dựa vào mục đích sử dụng WQI có thể đƣợc phân loại nhƣ sau:
chỉ số chất lƣợng nƣớc thông thƣờng, chỉ số chất lƣợng nƣớc cho mục đích sử dụng
đặc biệt.
Việc lựa chọn thông số có thể dùng phƣơng pháp delphi (lấy ý kiến chuyên
gia) hoặc phân tích nhân tố quan trọng. Các thông số đƣa vào tính toán không nên
quá nhiều vì nếu các thông số quá nhiều thì sự thay đổi của một thông số sẽ có tác
động rất nhỏ đến chỉ số WQI cuối cùng. Các thông số nên đƣợc lựa chọn theo 5 chỉ
thị sau:
- Hàm lƣợng Oxy: DO;
- Phú dƣỡng: N-NH
4
, N-NO
3
, tổng N, P-PO
4
, tổng P, BOD
5
, COD, TOC;
- Các khía cạnh sức khỏe: tổng Coliform, Fecal Coliform, dƣ lƣợng thuốc
bảo vệ thực vật, các kim loại nặng;
Áp dụng phương pháp tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sông Hồng
(đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)
Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Nguyễn Duy Phú
Khoa Môi trường – ĐHKHTN – ĐHQGHN


(đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)
Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Nguyễn Duy Phú
Khoa Môi trường – ĐHKHTN – ĐHQGHN

21
Các phƣơng pháp thƣờng đƣợc 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 1.1. Các công thức tính toán chỉ số WQI cuối cùng
STT
Phƣơng pháp
Công thức
Nghiên cứu sử dụng
1
Trung bình cộng
không trọng số

Prati et al., 1971;
Sargaonkar and
Deshpande, 2003; Frumin
et al., 1997
2
Trung bình cộng có
trọng số

Brown et al., 1970, Prati et
al., 1971
3
Trung bình nhân
không trọng số


,q
2
, q
n
)
Smith, 1990
Áp dụng phương pháp tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sông Hồng
(đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)
Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Nguyễn Duy Phú
Khoa Môi trường – ĐHKHTN – ĐHQGHN

22
STT
Phƣơng pháp
Công thức
Nghiên cứu sử dụng
9
Giá trị lớn nhất
I = Max(q
1
,q
2
,
q
n
)
Couillard and Lefebvre,
1985
Nguồn: Development of Water Quality Indices for Surface Water Quality
Evaluation in Vietnam, Thesis for Ph.D.’s Degree - Pham Thi Minh Hanh [27]


23
pH, BOD
5
, NO
3,
PO
4
3-
, nhiệt độ, độ đục và tổng chất rắn (TS) với các trọng số
tƣơng ứng.
Các thành viên đƣợc yêu cầu xây dựng một đồ thị cho mỗi thông số đƣợc
tính trong WQI (Ott, 1978). Các mức độ của chất lƣợng nƣớc từ 0 – 100 đƣợc đặt ở
trục tung, các giá trị khác (hay nồng độ) đƣợc đặt ở trục hoành. Mỗi thành viên
đƣợc yêu cầu vẽ một đƣờng cong trên biểu đồ, biểu diễn chất lƣợng nƣớc qua giá trị
mỗi thông số ô nhiễm. Tổng hợp những mối quan hệ đó gọi là “sự phụ thuộc hàm”
hay “hàm đƣờng cong”
Việc khảo sát để tính trị số trung bình các đƣờng cong từ các thành viên để
đƣa ra một bộ “đƣờng cong trung bình”, một đƣờng cong cho mỗi thông số ô
nhiễm.
Tóm lại, các công việc phải làm trong tính toán NSF-WQI bao gồm:
- Lựa chọn ra các thông số CLN quyết định (X
i
);
- Xác lập phần trọng lƣợng đóng góp của từng thông số (w
i
);
- Tiến hành xây dựng các đồ thị chuyển đổi từ các giá trị x
i
(giá trị đo đƣợc

, w
n

I
1
= f( x
1
)
I
2
= f( x
2
)
I
n
= f( x
n
)
I
1
, w
1

I
2
, w
2

I
n

3
-
, PO
4
3-
;
- Thông số vi sinh: Fecal Coliform.
Giai đoạn 2: xác định phần trọng lƣợng đóng góp của mỗi thông số quyết
định(w
i
).
Phần trọng lƣợng đóng góp (w
i
) của các thông số quyết định đƣợc biễu diễn
dƣới dạng số thập phân. Mỗi thông số có mức đóng góp lớn, nhỏ vào WQI khác
nhau và tổng phần trọng lƣợng đóng góp của các thông số bằng 1 (w
i
=1). Cụ thể
là: DO = 0,17; Fecal Coliform = 0,15; pH = 0,12; BOD
5
= 0,10; NO
3
-
= 0,10; PO
4
3-

= 0,10; biến thiên nhiệt độ = 0,10; độ đục = 0,08; tổng chất rắn (TS) = 0,08. [24]
Giai đoạn 3: chuyển các giá trị đo của các thông số quyết định (x
i

I
1
(1.2)
Áp dụng phương pháp tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sông Hồng
(đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)
Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Nguyễn Duy Phú
Khoa Môi trường – ĐHKHTN – ĐHQGHN

25
Trong đó:
I
i
– Chỉ số phụ của các thông số đƣợc lựa chọn đƣa vào tính toán;
w
i
– Trọng số (trọng lƣợng đóng góp của các thông số).
Trên cơ sở WQI tính đƣợc, ngƣời ta phân loại và đánh giá CLN theo thang
điểm WQI theo bảng 1.2
Bảng 1.2. Phân loại chất lượng nước theo NSF – WQI
Loại
WQI
Giải thích
I
91 – 100
Excellent( Chất lƣợng rất tốt)
II
71 – 90
Good ( Tốt)
III
51 – 70

Hình 1.3. Các đồ thị chuyển đổi giá trị đo của các thông số lựa chọn (x
i
) thành chỉ số phụ (I
i
)
Áp dụng phương pháp tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI) cho sông Hồng
(đoạn chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội)
Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Nguyễn Duy Phú
Khoa Môi trường – ĐHKHTN – ĐHQGHN

15
Canada: phƣơng pháp do Cơ quan Bảo vệ môi trƣờng Canada (The
Canadian Council of Ministers of the Environment- CCME, 2001) xây dựng [16],
[18], [20].
Chỉ số chất lƣợng nƣớc của CCME đƣợc tính dựa vào việc phát triển phƣơng
pháp tính chỉ số chất lƣợng nƣớc của vùng British Columbia (BC Index).
Lựa chọn thông số:
Các thông số lựa chọn để tính toán WQI đƣợc chia theo 5 nhóm:
1. Các nguyên tố hóa học vết
2. Thuốc trừ sâu
3. PCBs
4. PAHs
5. DO
Phương pháp tính:
Phƣơng pháp này kết hợp ba phép đo khác nhau
+ Phạm vi (F1): số lƣợng chất ô nhiễm vƣợt quá tiêu chuẩn
+ Tần suất (F2): tỉ lệ mẫu của mỗi chất ô nhiễm vƣợt quá tiêu chuẩn