ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Cái Anh Tú

SỬ DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
CHẤT LƯỢNG NƯỚC CHO MỘT SỐ SÔNG
THUỘC LƯU VỰC SÔNG NHUỆ, SÔNG ĐÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Hà Nội - 2013

1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Cái Anh Tú

SỬ DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
CHẤT LƯỢNG NƯỚC CHO MỘT SỐ SÔNG
THUỘC LƯU VỰC SÔNG NHUỆ, SÔNG ĐÁY

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC


Tôi xin cam đoan rằng: số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn
này là trung thực và chưa hề bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này
đã được cảm ơn và thông trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày

tháng 12 năm 2013

Người thực hiện luận văn

Cái Anh Tú

4


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU
Mục tiêu nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
1.1.Một số đặc điểm chính về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tại

3 -7

lưu vực sông Nhuệ, sông Đáy
1.2.Một số nghiên cứu chính đã thực hiện về chất lượng nước sông

B) Kịch bản 2: Tính WQI có trọng số
Trường hợp 1: Chỉ số WQI có trọng số riêng cho sông Đáy

1-2
1
1
1

15 - 16
16 - 23
24
44
46 – 48
48
52
53 – 58
58
60

Trường hợp 2: Chỉ số WQI có trọng số riêng cho sông Nhuệ

64

Trường hợp 3 - Trọng số chung cho cả lưu vực Nhuệ-Đáy

65
5


3.2.4. Phương pháp 4 – Đánh giá chất lượng nước thông qua việc xác

85
86 - 88
89 - 100

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
WQI

:

Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index)

QCVN
TCVN
UBND
TNMT
CLN
CTCP
CLN
BTNMT
BOD
COD

:
:
:
:
:
:
:
:


Lượng oxy hoà tan (Dissolvel Oxygen)
Quản lý môi trường
Kinh tế xã hội
Phương pháp
Tổng Cục môi trường
Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt và các

:

mục đích khác như loại A2, B1 và B2.
Dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp
dụng công nghệ xử lý phù hợp; bảo tồn động vật thủy

B1

:

sinh, hoặc các mục đích sử dụng như loại B1 và B2
Dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục đích
sử dụng khác có yêu cầu chất lượng nước tương tự hoặc

B2

các mục đích sử dụng như loại B2
Giao thông thủy và các mục đích khác với yêu cầu chất
lượng nước thấp
DANH MỤC BẢNG

Tên bảng

26
7


sông Nhuệ
Bảng 12 - Giá trị TSS tại các điểm lấy mẫu dọc theo
sông Đáy
Bảng 13 - Giá trị DO tại các điểm lấy mẫu dọc theo
sông Nhuệ
Bảng14 - Giá trị DO tại các điểm lấy mẫu dọc theo

26
28
29

sông Đáy
Bảng 15 - Giá trị COD tại các điểm lấy mẫu dọc theo

30

sông Nhuệ
Bảng 16 - Giá trị COD tại các điểm lấy mẫu dọc theo

30

sông Đáy
Bảng 17 - Giá trị BOD tại các điểm lấy mẫu dọc theo

32


Bảng 27 – Đánh giá sắp xếp chất lượng nước sông Nhuệ
thông qua số lần thông số môi trường quan trắc đạt và

37
37

37
44
45
47

8


không đat QCVN
Bảng 28 – Đánh giá sắp xếp chất lượng nước sông Đáy

48

thông qua số lần thông số môi trường quan trắc đạt và
không đat QCVN
Bảng 29 - Kết quả tính toán I tại các vị trí quan trắc

49

chất lượng nước sông Nhuệ vào mùa khô
Bảng 30 - Kết quả tính toán I tại các vị trí quan trắc

49



53
53
54
54
55

56
57
60
60
61

(trường hợp có trọng số)
Bảng 43 - Đánh giá chất lượng sông Đáy (trường hợp

62

9


có trọng số)
Bảng 44 - Tính WQI cho các thông số ở sông Nhuệ
Bảng 45 - Đánh giá chất lượng sông Nhuệ (trường hợp
có trọng số)
Bảng 46 - Đánh giá chất lượng sông Nhuệ (trường hợp
có trọng số chung lưu vực)

63
63

trong các báo cáo hiện trạng môi trường các lưu vực sông. Các thông số trong môi trường
nước được phân tích đánh giá và đưa ra các nhận định về hiện trạng và diễn biến của chất
lượng nước.
Ngoài các phân tích đánh giá cho từng thông số, các bộ chỉ thị môi trường quốc gia
cũng đã được xây dựng. Bộ chỉ thị môi trường nước mặt lục địa đã có quy định chi tiết và
đang được áp dụng cho cấp độ địa phương cũng như quốc gia.
Trước đây, đã có nhiều chương trình quan trắc ở lưu vực sông Nhệu – Đáy nhưng
nhìn chung hoạt động quan trắc vẫn còn một số hạn chế như:
- Các dữ liệu quan trắc được thu thập chưa đầy đủ.
- Một số chương trình quan trắc chưa được gắn liền với mục tiêu sử dụng nước.
- Phương pháp tiếp cận, phương pháp đánh giá chất lượng nước hiện vẫn còn chưa
thống nhất, chưa hệ thống, trong đó có việc sử dung các chỉ số để đánh giá.
Chỉ số chất lượng nước và các phương pháp đánh giá chất lượng nước là công cụ
phục vụ việc đánh giá mức độ ô nhiễm từng đoạn sông phục vụ mục đích quy hoạch sử
dụng hợp lý nguồn nước mặt và xây dựng định hướng kiểm soát ô nhiễm, bảo vệ môi
trường nước. Từ đó, xây dựng các biện pháp để kiểm soát ô nhiễm môi trường nước tốt
hơn, đây là một vấn đề rất cần thiết và cấp bách.
Lưu vực sông Nhuệ - Đáy là một trong ba lưu vực được quan tâm hàng đầu trong
lĩnh vực bảo vệ môi trường lưu vực sông ở Việt Nam do các chức năng và vị trí quan trọng
của lưu vực.
Luận văn “Sử dụng các phương pháp tính toán chỉ số chất lượng nước cho một số
sông thuộc lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy” được thực hiện với các mục tiêu, phạm vi và
nội dung nghiên cứu chính như sau:
Mục tiêu nghiên cứu
-

Góp phần nâng cao hiệu quả quản lý môi trường sông Nhuệ - Đáy thông qua việc áp
dụng phương pháp tính toán chỉ số chất lượng nước.
1


Thành phố Hà Nội: gồm nội thành, quận Hà Đông (Tp.Hà Đông), các huyện Từ
Liêm, Thanh Trì, Đan Phượng, Hoài Đức, Thường Tín, Phú Xuyên, Thanh Oai, Ứng Hòa,
Chương Mỹ, Mỹ Đức.
Tỉnh Hà Nam: gồm thành phố Phủ Lý và các huyện Duy Tiên, Lý Nhân, Kim Bảng,
Bình Lục, Thanh Liêm.
Tỉnh Nam Định: gồm thành phố Nam Đinh và các huyện Nam Trực, Vụ Bản, Xuân
Trường, Trực Ninh, Nghĩa Hưng, Ý Yên, Giao Thủy, Hải Hậu.
Tỉnh Ninh Bình: gồm thành phố Ninh Bình, tp. Tam Điệp và các huyện Gia Viễn,
Nho Quan, Hoa Lư, Yên Khánh, Yên Mô, Kim Sơn.
Lưu vực được giới hạn như sau:
Phía Bắc và phía Đông được giới hạn bởi đê Sông Hồng kể từ ngã ba Trung Hà tới
cửa Ba Lạt với chiều dài 242 km.
Phía Tây Bắc giáp với Sông Đà từ Ngòi Lát tới Trung Hà với chiều dài khoảng 33
km.
Phía Tây và Tây Nam là đường phân lưu giữa lưu vực sông Hồng với lưu vực sông
Mã bởi dãy núi Ba Vì, Cúc Phương – Tam Điệp, kết thúc tại núi Mai An Tiêm (nơi có
sông Tống gặp sông Cầu Hội) và tiếp theo là sông Càn dài 10km rồi đổ ra biển tại Cửa
Càn.

3


Phía Đông và Đông Nam là biển Đông, có chiều dài khoảng 95 km từ cửa Ba Lạt
tới Cửa Càn.
Lưu vực sông Nhuệ - Đáy là khu vực có nền kinh tế - xã hội phát triển. Trong vùng
đã hình thành một mạng lưới đô thị, với Hà Nội là thủ đô và là thành phố loại I trực thuộc
Trung ương, thành phố Nam Định là đô thị loại 2, ngoài ra còn các thị xã tỉnh lị và thị xã
công nghiệp.
Theo kết quả khảo sát của Bộ Tài nguyên và Môi trường trong tháng 8/2013, trung
bình mỗi ngày hiện nay 2 con sông Nhuệ và Đáy phải tiếp nhận khoảng 3,8 triệu m3 nước

nước sông Hồng và các sông khác cũng như chế độ vận hành của các công trình thủy lợi trên
sông. Vì thế mà chế độ thủy văn ở đây rất phức tạp và có sự khác nhau nhất định giữa các
đoạn sông.
Sự phân bố theo thời gian thể hiện rõ nét thông qua phân phối dòng chảy trong năm.
Phân phối dòng chảy năm phụ thuộc vào sự phân phối theo mùa của lượng mưa năm nên dòng
chảy trong năm cũng phân phối không đều và thể hiện hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô.
Mùa mưa từ tháng V đến tháng X, chiếm 80 - 85% lượng mưa cả năm. Mùa khô từ tháng XI
đến tháng IV năm sau.
a) Sông Nhuệ: bắt nguồn tại cống Liên Mạc, lấy nước từ sông Hồng chảy vào. Đây là
nguồn nước cấp cho nhiều hệ thống, công trình thủy lợi như Hà Đông, Đồng Quan, Nhật Tựu,
Lương Cổ - Điệp Sơn. Ngoài ra, sông Nhuệ còn đóng vai trò tiêu nước cho thành phố Hà Nội
và thị xã Hà Đông. Nước sông Tô Lịch thường xuyên xả vào sông Nhuệ với lưu lượng trung
bình từ 11 - 17 m3/s, lưu lượng cực đại đạt 30 m3/s. Sông Nhuệ dài 75 km, chảy vào sông Đáy
tại thị xã Phủ Lý, Hà Nam. Lưu vực sông Nhuệ có diện tích khoảng 1.070 km 2, chiếm 13,5%
tổng diện tích toàn lưu vực.
Nối liền sông Nhuệ với sông Đáy có các sông Vân Đình dài 11,8 km, sông La Khê dài
6,8 km, Ngoại Độ dài 12 km, sông Duy tiên dài 21 km, một số sông nhỏ khác tạo thành một
mạng lưới tưới tiêu tự chảy hoàn chỉnh. Tổng chiều dài 113,6 km, lưu lượng đến 150 m3/s vào
mùa mưa và mùa cạn chỉ đạt 41m3/s.
Sông Nhuệ có lưu lượng đến 150 m3/s vào mùa mưa. Mùa cạn chỉ đạt 41m3/s.
Chế độ dòng chảy của sông Nhuệ chịu ảnh hưởng nhiều bởi chế độ vận hành của các
công trình thủy lợi trên sông. Mực nước sông Nhuệ về mùa mưa tại hạ lưu đập Hà Đông nơi
cửa xả của đập Thanh Liệt khoảng 5,20 - 5,77 m. Cao độ ruộng ven sông 5,4m. Mật độ lưới
sông trong lưu vực biến đổi trong phạm vi 0.7 - 1.2 km/km2. Hệ thống sông này gồm 2 con
sông chính là sông Nhuệ và sông Đáy.
Chế độ thủy văn sông Nhuệ - sông Đáy không những chịu ảnh hưởng của các yếu tố
mặt đệm trên bề mặt lưu vực, các yếu tố khí hậu mà còn phụ thuộc vào chế độ dòng chảy của
5



6


điểm giao nhau giữa sông Đáy và sông Hồng thuộc địa phận tỉnh Hà Tây cũ có hai công
trình kiểm soát lũ trên sông Đáy, điều tiết dòng chảy từ sông Hồng vào. Việc tiêu nước
trên sông Đáy dùng động lực là chính, chỉ có một số khu vực miền núi, trung du giáp biển
là có thể tự chảy vì lợi dụng được độ dốc và thủy triều.
1.2.

Một số nghiên cứu chính đã thực hiện về chất lượng nước sông Nhuệ - Đáy
Trong thời gian qua đã có một số nghiên cứu về chất lượng nước sông

Nhuệ - Đáy, trong đó tiêu biểu là nghiên cứu:
-

Nghiên cứu của Trường Đại học Thuỷ lợi và Viện Quy hoạch Thuỷ lợi thông qua
đề

tài nghiên cứu khoa học nhằm tìm giải pháp làm hồi phục lại dòng sông Đáy.
Qua phân tích tổng hợp và tính toán, nghiên cứu đã đưa ra phương án cải tạo sông

Đáy thành sông tự nhiên nhằm duy trì dòng chảy sông Đáy với lưu lượng vào mùa
kiệt từ 36 - 106 m3/s, mùa lũ khoảng 800m3/s, các giải pháp công trình được đề xuất
-

Nghiên cứu điều tra khảo sát nguồn thải sông Nhuệ - Đáy, Tổng Cục Môi trường

2010 với những kết quả chính như sau:
Chất lượng nước sông Nhuệ - Đáy đang bị ô nhiễm do chịu ảnh hưởng của nước
thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải làng nghề chưa được xử lý hoặc xử lý

Hiện nay, có rất nhiều quốc gia, địa phương xây dựng và áp dụng chỉ số WQI.
Thông qua một mô hình tính toán, từ các thông số khác nhau ta thu được một chỉ số duy
nhất. Sau đó chất lượng nước có thể được so sánh với nhau thông qua chỉ số đó. Đây là
phương pháp đơn giản so với việc phân tích một loạt các thông số /20/ /22/ /23/.
* Các ứng dụng chủ yếu của WQI bao gồm:
- Phục vụ quá trình ra quyết định: WQI có thể được sử dụng làm cơ sở cho việc ra các
quyết định phân bổ tài chính và xác định các vấn đề ưu tiên.
- Phân vùng chất lượng nước
- Thực thi tiêu chuẩn: WQI có thể đánh giá được mức độ đáp ứng/không đáp ứng
của chất lượng nước đối với tiêu chuẩn hiện hành
- Phân tích diễn biến chất lượng nước theo không gian và thời gian.
- Công bố thông tin cho cộng đồng
- Nghiên cứu khoa học: các nghiên cứu chuyên sâu về chất lượng nước thường

8


không sử dụng WQI, tuy nhiên WQI có thể sử dụng cho các nghiên cứu vĩ mô khác như
đánh giá tác động của quá trình đô thị hóa đến chất lượng nước khu vực, đánh giá hiệu quả
kiểm soát phát thải,…
* Quy trình xây dựng WQI:
Quy trình xây dựng mô hình chỉ số chất lượng nước thông qua 4 bước:
- Bước 1: Lựa chọn thông số
- Bước 2: Chuyển đổi các thông số về cùng một thang đo – tính toán WQI thông số
- Bước 3: Trọng số
- Bước 4: Tính toán chỉ số WQI cuối cùng
Có rất nhiều quốc gia đã đưa áp dụng WQI vào thực tiễn, cũng như có nhiều các
nhà khoa học nghiên cứu về các mô hình WQI.
Hoa Kỳ: WQI 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) – sau đây gọi


trắc đạt chất lượng nước với WQI thuộc khoảng 76 – 90, có 31% số mẫu quan trắc có WQI
thuộc khoảng 51 – 75.
-

So với công Cầu và sông Công thì sông Ngũ Huyện Khê có tỉ lệ các thông số vượt

các mức trong Quy chuẩn cao hơn, tức có mức độ ô nhiễm lớn hơn. Có nhiều thông số
vượt mức B1 đến trên 30% số mẫu quan trắc /19/.
Mỗi thông số sẽ xác định một chỉ số chất lượng nước phụ, chỉ số WQI cuối cùng
được xác định bằng việc kết hợp phương pháp trung bình cộng và trung bình nhân không
trọng số /19/.
Trong 10 năm gần đây, CLN tại các sông trên địa bàn Hà Nội đã được nhiều đơn vị,
đề tài, dự án quan trắc, đánh giá /12/ /14/ /15/ 19/.. Công tác này đã và đang được Trung
tâm Quan trắc và Phân tích Tài nguyên Môi trường (TNMT) (Sở TN&MT Hà Nội) thực
hiện với tần suất trên 300 điểm quan trắc phủ khắp các sông lớn, nhỏ trong khu vực nội
thành và ngoại thành. Dựa vào kết quả quan trắc của Sở TN&MT Hà Nội /14/, số liệu
phân tích diễn biến CLN theo chiều dài các sông chính kết hợp phương pháp xác định chỉ
số CLN (WQI) đề xuất trong Đề tài "Nghiên cứu phân vùng chất lương nước sông hồ theo
WQI và đề xuất phương án sử dụng, BVMT nước mặt vùng Hà Nội" đã được Sở KHCN
TP. Hà Nội nghiệm thu (2010).
Phân vùng CLN sông, hồ (phân vùng theo chất lượng và mức độ ô nhiễm nguồn
nước) đối vói một lưu vực sông hoặc một địa phương là nội dung đặc biệt quan trọng
không chỉ trong quản lý môi trường mà còn phục vụ cho quy hoạch sử dụng và BVMT
nước. Trong năm 2008, Bộ TN&MT đã ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về CLN
mặt (QCVN 08:2008/BTNMT).
10


Để có cơ sở khoa học và thực tiễn trong việc phân loại và phân vùng CLN theo


Khi đánh giá qua các thông số CLN riêng biệt, chỉ các nhà khoa học hoặc nhà
chuyên môn mới hiểu được, do đó, khó thông tin về CLN cho cộng đồng và các cơ quan
quản lý Nhà nước, các nhà lãnh đạo để ra các quyết định phù hợp về bảo vệ và khai thác
nguồn nước…
Để khắc phục các khó khăn trên, cần phải có một hoặc hệ thống chỉ số cho phép
lượng hóa được CLN (biểu diễn CLN theo một thang điểm thống nhất), có khả năng mô tả
tác động tổng hợp của nồng độ nhiều thành phần hóa – lý - sinh trong nguồn nước. Một
trong những chỉ số đó là chỉ số chất lượng nước ( Water Quality Index – WQI).
Tại Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu và đề xuất và áp dụng về bộ chỉ số CLN như
các WQI-2 và WQI-4 được sử dụng để đánh giá số liệu CLN trên sông Sài Gòn tại Phú
Cường, Bình Phước và Phú An trong thời gian từ 2003 đến 2007. Một số nghiên cứu điển
hình như sau:
- Nghiên cứu của TS. 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/.
Nghiên cứu ở đây đã sử dụng WQI để đánh giá và phân vùng chất lượng sông Hậu
với mô hình WQI với nhóm gồm 6 thông số: pH, DO, BOD, COD, TSS, Coliform. Mô
hình có ứngdụng phương pháp Delphi và phương pháp đường cong tỷ lệ.
Để phục vụ công tác quản lý và kiểm soát chất lượng nước sông Hậu, chỉ số chất
lượng nước được xây dựng dựa vào phương pháp Delphi. Các hệ thống câu hỏi được gởi
đến 40 chuyên gia chất lượng nước tại các Viện Nghiên cứu, trường Đại học, Trung tâm
Môi trường v.v…
Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước theo các chỉ số chất lượng nước (WQI) và
đánh giá khả năng sử dụng các nguồn nước sông, kênh rạch ở vùng thành phố Hồ Chí
Minh” năm 2008 do PGS. TS Lê Trình làm chủ nhiệm là một trong những nghiên cứu đầu
tiên ở Việt Nam về phân vùng chất lượng nước theo WQI. Nghiên cứu đã xác định với tính
định lượng cao các yếu tố ảnh hưởng đến CLN vùng TP. HCM (thủy văn, các nguồn thải
CN, sinh hoạt, nông nghiệp, thủy lợi, thủy sản) và dự báo đến năm 2020. Nghiên cứu đã
đưa ra diễn biến chất lượng nước (ô nhiễm nước) các sông rạch chính theo không gian và
thời gian và thiết lập hệ thống WQI phù hợp cho TP. HCM (và cả lưu vực sông Đồng Nai


13


hợp và sử dụng phương pháp Delphi để xác định các biến số và trọng số của mỗi biến.
Việc loại bỏ các tỉ lệ bằng phương pháp Redudancy and impairment categories của 6 thông
số (DO, BOD, pH, tổng rắn, amoni+nitrat, fecak coliform). Các thông số được phân loại
thành các nhóm nhân tố khác nhau: tiêu thụ oxy, phú dưỡng, thông số vật lý, các chất hòa
tan và yếu tố ảnh hưởng đến sức khoẻ
Với nhiều biến thì sự thay đổi nhỏ trong một biến không thể phản ánh rõ nét
trong chỉ số WQI cuối cùng. Chỉ số WQI phụ được tính toán từ giá trị các thông số thông
qua một đường phi tuyến xây dựng trước. WQI hiện nay cũng được bổ sung thêm 2 thông
số là tổng P và nhiệt độ dựa trên những nghiên cứu về điều kiện của các lưu vực tại
Oregon. Mỗi một chỉ số phụ có giá trị từ 10 đến 100.

CHƯƠNG 2
14


ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là dòng sông chính lưu vực sông Nhuệ- sông Đáy là: sông
Nhuệ, sông Đáy.
Theo kế hoạch/ chương trình quan trắc sông Nhuệ - Đáy, chất lượng nước sông
được thực hiện 15 mẫu dọc sông chính: Sông Đáy có 9 mẫu, sông Nhuệ có 6 mẫu. Vị trí
lấy mẫu được thể hiện ở bảng 1, 2.
Bảng 1– Các vị trí lấy mẫu dọc sông Nhuệ
STT

Kí hiệu mẫu

Bảng 2 – Các vị trí lấy mẫu dọc sông Đáy
STT
1
2
3
4

Tỉnh/
Thành phố

Hà Nam

5

Kí hiệu mẫu Mức đánh giá chất lượng nước
H5
H8
HN2
HN3
NB1

Ninh Bình
6
7

NB2
NB3

8