Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Đại học Quốc gia Hà Nội Người hướng dẫn 1: PGS.TS. Lê Trình
Viện Môi trường và Phát triển Bền vững
Người hướng dẫn 2: PGS.TS. Trịnh Thị Thanh
Trường Đại học Khoa học tự nhiên Phản biện 1:

Phản biện 2:

Phản biện 3: Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Khoa học Tự nhiên
chấm luận án họp tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học
Quốc gia Hà Nội – số 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội.

Vào hồi giờ ngày tháng năm 2015 Có thể tìm thấy luận án tại thư viện:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Trung tâm Thông tin - Thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội


Do đó, bản đồ phân vùng chất lượng nước phục vụ cho các mục
đích sử dụng cần được cập nhật theo thời gian. Tuy nhiên, khi đã có
khóa phân loại theo WQI và số liệu quan trắc việc cập nhật việc phân
loại và phân vùng chất lượng nước với sự hỗ trợ của phần mềm máy
tính sẽ được thực hiện dễ dàng trong các năm sau. Do vậy, việc nghiên
cứu, xây dựng chỉ số WQI đặc thù để phân vùng chất lượng nước đối
với hệ thống sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên vừa có ý nghĩa khoa
học chuyên sâu, vừa mang tính thực tiễn.
Tỉnh Thái Nguyên nằm ở lưu vực sông Cầu có mạng lưới sông, suối
tương đối dày, mật độ sông suối bình quân 1,2 km/km
2
. Các sông chính
là sông Cầu, sông Công và hàng trăm sông suối khác. Ngoài ra, Thái
Nguyên có gần 5000 ha hồ ao, trong đó hồ Núi Cốc trên sông Công
diện tích mặt nước rộng trên 25 km
2
là hồ lớn và quan trọng nhất trên
địa bàn tỉnh. Các nguồn nước mặt từ sông, suối, ao, hồ đã đóng góp
vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Thái Nguyên
Tuy nhiên hiện nay do ảnh hưởng của các hiện tượng tự nhiên (mưa
lũ, xói mòn đất, đặc điểm sinh - địa - hóa của các loại đất đá trong lưu
vực) và các nguồn thải từ hoạt động đô thị, công nghiệp, nông nghiệp,
chăn nuôi trong tỉnh và từ thượng lưu, nên chất lượng nước các sông,
suối, hồ, đầm đã có dấu hiệu ô nhiễm và mức độ ô nhiễm là rất khác
nhau giữa các vùng trong địa bàn tỉnh.
Trong thực tế từ ngày Bộ TNMT ban hành QCVN
08:2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước
mặt và các quy chuẩn Việt Nam khác về nước mặt, nước thải, Thái
Nguyên cũng như nhiều tỉnh, thành phố khác gặp khó khăn trong việc

các tiêu chí lựa chọn thông số để đưa vào hệ thống WQI - cải tiến
phù hợp đặc điểm môi trường tự nhiên và KT - XH của tỉnh Thái
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

 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.

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

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


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

Kết quả đợt khảo sát 2: 1 - pH (0,12) ; 2 - TSS (0,09) ; 3 - DO (0,15) ; 4
- BOD
5
(0,17) ; 5 - Dầu mỡ (0,08) ; 6 - T.Coliform (0,09) ; 7 - COD
(0,14) ; 8 - NO
3
-
(0,08) ; 9 - PO
4
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


5. PO
4
3-

5. PO
4
3-

5. PO
4
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

7 -
COD (0,14)
3 -
DO (0,15)
8 -
NO
3
-
(0,08)
4 -
BOD
5
(0,17)
9 -
PO
4
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:
WQI
A
- cải tiến =

n

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 (q
đh
) 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
q
đh

I < A1
91  100
100
I = A1
91
A1 < I < A2
71  90
71
A2 < I < B1
51  70
51
B1 < I < B2

 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 (w
i
) ảnh hưởng lớn đến độ nhạy của WQI. w
i

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 w
i
lớn
luôn cao hơn thông số có w
i
nhỏ.
 Riêng với nhóm các chất có độc tính cao, khi thay đổi q
i
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

1
.
100

+ Dạng tích và có tính đến trọng số đóng góp:
WQI
M
- cải tiến - thiếu số liệu =
k
n
wi
đh
qi
q









1
100

Với:
- k: hệ số mũ, trong đó



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

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
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

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

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

3.6.1.1. Đánh giá khả năng sử dụng nước sông Cầu trên địa bàn tỉnh
Thái Nguyên
3.6.1.2. Đánh giá khả năng sử dụng nước sông Công trên đi
̣
a ba
̀
n tỉnh
Thái Nguyên
3.6.1.3. Tổng hợp về khả năng sử dụng nước sông cho các mục đích
3.6.2. Giải pháp bảo vệ môi trường nước mặt tỉnh Thái Nguyên
3.6.2.1. Thực hiện quản lý tổng hợp lưu vực sông Cầu
3.6.2.2. Giải pháp về quản lý
3.6.2.3. Giải pháp về công nghệ
3.6.3. Đề xuất phân vùng chất lượng môi trường nước giai đoạn 2015 -
2030
22

Bảng 3.5. Phân vùng môi trƣờng các nguồn nƣớc mặt để tiếp nhận
nƣớc thải đối với các sông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên
và lộ trình áp dụng
TT
Tên sông
Giá trị phân loại nguồn nƣớc
Năm
2015
Năm
2020
Năm
2030
1

2
Sông Công
2.1
Trên địa phận huyện Định Hoá
I
I
I
2.2
Trên địa bàn huyện Đại Từ đến
điểm lấy nước Nhà máy nước Sông
Công
II
I
I
2.3
Trên địa bàn Thị xã Sông Công và
huyện Phổ Yên
V
III
II

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
1. Kết quả nghiên cứu của Luận án đã cho phép xác lập cơ sở khoa học
và thực tiễn trong việc xây dựng hệ thống chỉ số chất lượng nước mặt
phù hợp với điều kiện môi trường của các sông trên địa bàn tỉnh Thái
Nguyên. Cụ thể:

qua thành phố Thái Nguyên và thị xã Sông Công chất lượng nước có
thời điểm không đảm bảo cấp nước thủy lợi, phân đoạn hạ lưu có thể