Đồ án tốt nghiệp áp dụng chỉ số chất lượng nước để đánh giá biến động chất lượng nước sông bồ tỉnh thừa thiên huế

Đồ án tốt nghiệp áp dụng chỉ số chất lượng nước đánh giá biến động chất lượng nước sông Bồ, tỉnh Thừa Thiên Huế, giúp hiểu rõ tình trạng môi trường nước.

• Tác giả: Trần Khánh Thiện
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Tá Long
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Môi Trường
• Đề tài: Đánh Giá Biến Động Chất Lượng Nước Sông Bồ Bằng Chỉ Số WQI
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về vị trí địa lý, đặc điểm khu vực và tài nguyên sẵn có
• 1.1.1. Vị trí địa lý
• 1.1.2. Khí hậu, thủy văn
• 1.1.3. Ranh giới hành chính
• 1.1.4. Mạng lưới giao thông chính
• 1.1.5. Tiềm năng phát triển kinh tế
• 1.2. Tổng quan về tình hình kinh tế xã hội
• 1.2.1. Tăng trưởng và chuyển dịch cơ cấu kinh tế
• 1.2.2. Tình hình phát triển của các ngành kinh tế
• 1.2.3. Hiện trạng đầu tư phát triển kết cấu hạ tầng
• 1.2.4. Tình hình đô thị hóa
• 1.2.5. Thu chi ngân sách nhà nước
• 1.3. Sơ lược về điều kiện tự nhiên sông Bồ, Thừa Thiên Huế
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ TẢ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Chất lượng nước và nhu cầu đánh giá chất lượng nước
• 2.1.1. Chất lượng nước
• 2.1.2. Các thông số cơ bản mô tả chất lượng nước
• 2.1.3. Nhu cầu đánh giá chất lượng nước
• 2.2. Giới thiệu về chỉ số chất lượng nước (WQI)
• 2.2.1. Ưu điểm và hạn chế của WQI
• 2.2.2. Sơ lược về tình hình sử dụng WQI
• 2.3. Nội dung nghiên cứu và quy trình tính toán chỉ số WQI
• 2.3.1. Nội dung nghiên cứu
• 2.3.2. Giới thiệu chung về phần mềm sử dụng
• 2.3.3. Quy trình tính toán chỉ số WQI
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 3.1. Kết quả tính toán chỉ số WQI của phần mềm
• 3.2. Kết quả tính toán thủ công
• 3.3. Chỉ số hiệu quả NASH – SUTCLIFFE Efficiency (NSE)
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Đồ án tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp này tập trung vào việc đánh giá biến động chất lượng nước sông Bồ, tỉnh Thừa Thiên Huế, bằng cách sử dụng chỉ số WQI. Nghiên cứu này nhằm cung cấp cái nhìn tổng quan về tình trạng môi trường nước và đề xuất các giải pháp quản lý tài nguyên nước hiệu quả. Đồ án được thực hiện bởi sinh viên Trần Khánh Thiện dưới sự hướng dẫn của PGS. Bùi Tá Long, với mục tiêu đưa ra các bản đồ phân vùng chất lượng nước mặt sông Bồ.

1.1. Mục đích nghiên cứu

Mục đích chính của đồ án tốt nghiệp là đánh giá biến động chất lượng nước sông Bồ thông qua chỉ số WQI. Nghiên cứu này nhằm cung cấp dữ liệu khoa học để hỗ trợ các cơ quan quản lý trong việc bảo vệ môi trường nước và quản lý tài nguyên nước hiệu quả. Kết quả nghiên cứu sẽ được thể hiện qua các bản đồ phân vùng chất lượng nước mặt sông Bồ.

1.2. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô hình hóa để tính toán chỉ số WQI dựa trên dữ liệu thu thập từ các trạm quan trắc. Phần mềm GIS được áp dụng để hiển thị kết quả dưới dạng bản đồ phân vùng. Các số liệu được thu thập từ Sở Tài nguyên và Môi trường Thừa Thiên Huế, đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy.

II. Biến động chất lượng nước

Biến động chất lượng nước sông Bồ được đánh giá thông qua chỉ số WQI, một công cụ quan trọng trong nghiên cứu chất lượng nước. Nghiên cứu này phân tích sự thay đổi chất lượng nước theo thời gian và không gian, từ đó xác định các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường nước.

2.1. Chỉ số WQI

Chỉ số WQI là một thông số tổng hợp, được tính toán từ các thông số chất lượng nước riêng lẻ như DO, BOD, COD, và TSS. Nghiên cứu này áp dụng chỉ số WQI để đánh giá chất lượng nước sông Bồ, từ đó xác định mức độ ô nhiễm và đề xuất các biện pháp cải thiện.

2.2. Kết quả phân tích

Kết quả phân tích cho thấy chất lượng nước sông Bồ có sự biến động đáng kể theo mùa và vị trí địa lý. Các khu vực gần khu công nghiệp và đô thị có chỉ số WQI thấp hơn, phản ánh mức độ ô nhiễm cao hơn. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các yếu tố như khí hậu, thủy văn và hoạt động con người đóng vai trò quan trọng trong biến động môi trường.

III. Đánh giá môi trường nước

Nghiên cứu này không chỉ đánh giá chất lượng nước mà còn đề cập đến các vấn đề liên quan đến quản lý tài nguyên nước và bảo vệ môi trường nước. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hoạch định chính sách và quản lý môi trường bền vững.

3.1. Quản lý tài nguyên nước

Nghiên cứu đề xuất các giải pháp quản lý tài nguyên nước hiệu quả, bao gồm việc tăng cường giám sát chất lượng nước và áp dụng các biện pháp kỹ thuật để giảm thiểu ô nhiễm. Các kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở khoa học để các cơ quan quản lý đưa ra các quyết định phù hợp.

3.2. Bảo vệ môi trường nước

Bảo vệ môi trường nước là một trong những mục tiêu chính của nghiên cứu. Nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc bảo vệ các nguồn nước mặt, đặc biệt là sông Bồ, trước các tác động tiêu cực từ hoạt động con người và biến đổi khí hậu.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế - xã hội và gia tăng dân số, nhu cầu khai thác tài nguyên nước mặt phục vụ sinh hoạt, nông nghiệp và công nghiệp ngày càng mở rộng. Tuy nhiên, việc tiếp nhận nước thải sinh hoạt, sản xuất cùng áp lực khai thác thiếu quy hoạch đang đe dọa trực tiếp đến chất lượng nguồn nước và cân bằng sinh thái thủy vực. Để phục vụ công tác quản lý tài nguyên nước hiệu quả, việc lượng hóa và theo dõi diễn biến chất lượng nước thông qua các công cụ tính toán tổng hợp như Chỉ số Chất lượng Nước (Water Quality Index - WQI) đóng vai trò then chốt, thay thế cho các phương pháp đánh giá thông số đơn lẻ hoặc mô hình hóa phức tạp đòi hỏi nhiều dữ liệu đầu vào.

Đề tài "Áp dụng chỉ số chất lượng nước để đánh giá biến động chất lượng nước sông Bồ, tỉnh Thừa Thiên Huế" do sinh viên Trần Khánh Thiện thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS. Bùi Tá Long (ngành Kỹ thuật Môi trường, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh - HUTECH, 2017) tập trung giải quyết bài toán giám sát, phân vùng chất lượng nước mặt trên lưu vực sông Bồ.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu được văn bản xác định cụ thể:

1. Mục đích nghiên cứu: Đưa ra các bản đồ phân vùng chất lượng nước mặt của sông Bồ theo từng đợt quan trắc tại các trạm đo, tạo cơ sở khoa học để các cơ quan quản lý nhà nước và đơn vị chuyên trách đề xuất giải pháp quản lý, xử lý và kiểm soát ô nhiễm nước mặt.
2. Nhiệm vụ nghiên cứu:
   • (1) Thu thập chuỗi số liệu quan trắc chất lượng nước sông Bồ từ cơ quan chuyên trách.
   • (2) Ứng dụng phần mềm mô hình hóa và công nghệ thông tin địa lý để tính toán, xử lý số liệu.
   • (3) Xây dựng các bản đồ phân vùng chất lượng nước theo không gian và thời gian.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hiện trạng và biến động chất lượng nước mặt sông Bồ thông qua tổ hợp 10 thông số hóa - lý và vi sinh.
• Phạm vi không gian: Lưu vực sông Bồ thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế (chiều dài dòng chính đến Cổ Bi là 64 km, đến ngã ba Sình là 94 km; diện tích lưu vực tương ứng là 720 km² và 938 km²), tập trung vào 3 trạm quan trắc đại diện: Lòng hồ thủy điện Hương Điền (NSB1), Cầu An Lỗ (NSB2) và Trạm cấp nước Tứ Hạ (NSB3).
• Phạm vi thời gian: Dữ liệu quan trắc định kỳ theo quý trong các năm 2013, 2015 và 2016.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình tính toán

Nghiên cứu áp dụng phương pháp luận về Chỉ số Chất lượng Nước (WQI) theo hướng dẫn kỹ thuật của Tổng cục Môi trường Việt Nam (VN-WQI). Chỉ số WQI tích hợp 10 thông số môi trường nước cơ bản thành một giá trị định lượng duy nhất trên thang điểm từ 0 đến 100, chia thành 5 bậc chất lượng tương ứng với các mục đích sử dụng nước khác nhau:

Khoảng giá trị WQI	Mức cảnh báo / Phân loại chất lượng nước	Mục đích sử dụng phù hợp
91 – 100	Rất tốt	Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt
76 – 90	Tốt	Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng cần biện pháp xử lý phù hợp
51 – 75	Trung bình	Sử dụng cho mục đích tưới tiêu và các mục đích tương đương khác
26 – 50	Kém	Sử dụng cho giao thông thủy và các mục đích tương đương khác
0 – 25	Ô nhiễm nặng	Nước ô nhiễm nặng, cần các biện pháp xử lý trong tương lai

Quy trình toán học tính toán WQI gồm các bước:

1. Tính WQI đơn thông số ($WQI_{SI}$): Áp dụng công thức nội suy tuyến tính dựa trên các giá trị nồng độ giới hạn ($BP_i$, $BP_{i+1}$) và điểm số quy định ($q_i$, $q_{i+1}$) đối với các thông số $BOD_5$, $COD$, $N\text{-}NH_4^+$, $P\text{-}PO_4^{3-}$, $TSS$, độ đục và Tổng Coliform: $$WQI_{SI} = \frac{q_{i+1} - q_i}{BP_{i+1} - BP_i} \times (C_p - BP_i) + q_i$$
2. Tính toán WQI cho DO ($WQI_{DO}$): Dựa trên phần trăm bão hòa oxy hòa tan ($DO_{% b\tilde{a}o\ h\grave{o}a}$), trong đó nồng độ bão hòa $DO_{b\tilde{a}o\ h\grave{o}a}$ được tính theo phương trình đa thức bậc ba theo nhiệt độ môi trường nước $T$ ($^\circ\text{C}$): $$DO_{b\tilde{a}o\ h\grave{o}a} = 14{,}652 - 0{,}41022 \times T + 0{,}007991 \times T^2 - 0{,}000077774 \times T^3$$
3. Tính toán WQI cho pH ($WQI_{pH}$): Xác định theo thang giá trị giới hạn từ 5,5 đến 9,0.
4. Tổng hợp chỉ số WQI chung: Kết hợp các nhóm thông số theo mô hình tích lũy trọng số căn bậc ba: $$WQI = \frac{WQI_{pH}}{100} \times \left[ \left(\frac{1}{5}\sum_{a=1}^5 WQI_a\right) \times \left(\frac{1}{2}\sum_{b=1}^2 WQI_b\right) \times WQI_c \right]^{1/3}$$ (Trong đó: nhóm $a$ gồm $DO, BOD_5, COD, N\text{-}NH_4^+, P\text{-}PO_4^{3-}$; nhóm $b$ gồm $TSS$, độ đục; nhóm $c$ là Tổng Coliform).

Phương pháp nghiên cứu và nguồn dữ liệu

• Phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp: Kế thừa số liệu quan trắc định kỳ chất lượng nước sông Bồ tại 3 trạm do Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thừa Thiên Huế cung cấp.
• Phương pháp mô hình hóa và tính toán tự động: Sử dụng phần mềm chuyên dụng WQUIZ (Water Quality Index Zoning) trên nền tảng WebGIS kết hợp với bộ công cụ ArcGIS Desktop (ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox) để quản lý cơ sở dữ liệu không gian, tính toán ma trận WQI và thành lập bản đồ phân vùng chất lượng nước 2 chiều.
• Phương pháp tính toán thủ công và kiểm định mô hình: Thực hiện tính toán đối chiếu độc lập trên bảng tính và đánh giá độ chính xác, độ tương thích giữa phần mềm WQUIZ và tính toán thủ công thông qua Chỉ số hiệu quả Nash–Sutcliffe Efficiency (NSE).

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan đối tượng nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của tỉnh Thừa Thiên Huế và đặc điểm lưu vực sông Bồ:

• Địa hình và khí hậu: Địa hình tỉnh dốc mạnh từ tây sang đông với 4 vùng sinh thái đặc thù (vùng núi, gò đồi, đồng bằng, đầm phá ven biển). Lượng mưa trung bình năm rất lớn, dao động từ 2.773 mm đến 3.646 mm (trung bình 2.700 mm), mưa tập trung 68–75% vào các tháng 9–12. Khu vực chịu tác động của các hiện tượng thời tiết cực đoan như bão, hội tụ nhiệt đới, gió Tây khô nóng và lũ Tiểu Mãn (tháng 5–6 với chu kỳ xuất hiện 2,5 năm/lần).
• Mạng lưới thủy văn sông Bồ: Là phụ lưu quan trọng phía tả ngạn thuộc hệ thống sông Hương, bắt nguồn từ vùng núi cao khoảng 650 m tại Đông A Lưới, chảy qua Hương Trà, Phong Điền và hợp lưu vào sông Hương tại ngã ba Sình. Độ dốc lòng sông lớn (10,2 m/km ở vùng đồi núi, bình quân chung 6,9 m/km), đặc điểm sông ngắn, dốc và nhiều ghềnh thác tạo nên chế độ thủy văn cực đoan: lũ truyền rất nhanh trong mùa mưa và kiệt nước kèm xâm nhập mặn sâu vào mùa khô (tháng 1 đến tháng 8).
• Hiện trạng mạng lưới quan trắc: Xác lập vị trí 3 trạm quan trắc mặt nước chính trên sông Bồ:
  • Trạm NSB1: Lòng hồ thủy điện Hương Điền ($X = 758715, Y = 1821207$).
  • Trạm NSB2: Cầu An Lỗ ($X = 762073, Y = 1830715$).
  • Trạm NSB3: Trạm cấp nước Tứ Hạ ($X = 764483, Y = 1828809$).

Chương 2: Mô tả phương pháp nghiên cứu

Chương này trình bày cơ sở lý luận về chất lượng nước, phân loại các thông số ô nhiễm (vật lý, hóa học, vi sinh) và vai trò chỉ thị sinh thái của từng chỉ tiêu ($DO, BOD_5, COD, TSS$, độ đục, hợp chất dinh dưỡng $N\text{-}NH_4^+, P\text{-}PO_4^{3-}$, Tổng Coliform).

Tác giả so sánh 4 hướng tiếp cận đánh giá chất lượng nước trên thế giới và Việt Nam, phân tích ưu thế vượt trội của WQI trong việc giảm thiểu sự phức tạp của tập dữ liệu đa chiều thành một con số trực quan. Chương 2 tổng kết các cấu trúc WQI phổ biến (Bhargava, NSF-WQI, CCME-WQI, OWQI, ATI, OIP, Horton), đồng thời mô tả chi tiết quy trình tính toán tự động bằng phần mềm WQUIZ, cách thức tích hợp lớp dữ liệu không gian Shapefile trong môi trường ArcGIS để hiển thị phân vùng ô nhiễm theo thời gian thực.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu

Chương 3 công bố toàn bộ dữ liệu tính toán WQI từ phần mềm WQUIZ và tính toán thủ công đối chiếu qua các đợt quan trắc định kỳ:

Đợt quan trắc	Trạm	Chỉ số WQI	Phân loại theo mục đích sử dụng	Thông số chi phối chính
Quý 1/2013 (15/03/2013)	NSB1 NSB2 NSB3	93 92 78	Cấp nước sinh hoạt tốt Cấp nước sinh hoạt tốt Cấp nước sinh hoạt (cần xử lý)	Trạm NSB3 chịu ảnh hưởng bởi Coliform ($6.300\text{ MPN}/100\text{ml}, WQI = 62$), TSS ($WQI = 75{,}75$) và COD ($WQI = 79$).
Quý 2/2013 (15/06/2013)	NSB1 NSB2 NSB3	94 92 83	Cấp nước sinh hoạt tốt Cấp nước sinh hoạt tốt Cấp nước sinh hoạt (cần xử lý)	Trạm NSB3 ghi nhận Coliform ($5.800\text{ MPN}/100\text{ml}, WQI = 67$), TSS ($WQI = 76{,}5$) và COD ($WQI = 83$).
Quý 3/2013 (15/09/2013)	NSB1 NSB2 NSB3	95 94 84	Cấp nước sinh hoạt tốt Cấp nước sinh hoạt tốt Cấp nước sinh hoạt (cần xử lý)	Trạm NSB3 có Coliform cao ($6.200\text{ MPN}/100\text{ml}, WQI = 63$), COD ($WQI = 83$), TSS cải thiện ($WQI = 94$).
Quý 4/2013 (15/12/2013)	NSB1 NSB2 NSB3	96 96 85	Cấp nước sinh hoạt tốt Cấp nước sinh hoạt tốt Cấp nước sinh hoạt (cần xử lý)	NSB3 tiếp tục chịu ảnh hưởng ô nhiễm hữu cơ và vi sinh, COD đạt $WQI = 79{,}5$.
Quý 1/2015 (15/03/2015)	NSB1 NSB2 NSB3	94 97 98	Cấp nước sinh hoạt tốt Cấp nước sinh hoạt tốt Cấp nước sinh hoạt tốt	Chất lượng nước đồng loạt đạt loại rất tốt trên toàn tuyến; biến động nhỏ chủ yếu do dao động DO và nhiệt độ.
Quý 2/2015 (15/06/2015)	NSB1 NSB2	94 94	Cấp nước sinh hoạt tốt Cấp nước sinh hoạt tốt	Duy trì chất lượng nước mặt ở mức rất tốt.

Đồng thời, chương 3 tiến hành kiểm định độ tin cậy mô hình thông qua chỉ số hiệu quả Nash–Sutcliffe Efficiency (NSE) giữa chuỗi kết quả tính từ phần mềm WQUIZ và tính toán thủ công, xác nhận sự trùng khớp và mức độ tin cậy cao của công cụ phần mềm.

Chương 4: Kết luận – Kiến nghị

Tổng kết các phát hiện về động thái chất lượng nước lưu vực sông Bồ và đề xuất các giải pháp kỹ thuật, quy hoạch nhằm kiểm soát tải lượng ô nhiễm vùng hạ lưu.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

1. Hiện trạng phân hóa chất lượng nước theo không gian:
   • Đoạn sông thượng lưu từ lòng hồ thủy điện Hương Điền (trạm NSB1) chảy qua xã Phong Sơn, xã Phong An đến Cầu An Lỗ (trạm NSB2) luôn duy trì chất lượng nước rất tốt trong giai đoạn 2013–2015 ($WQI \in [91, 97]$), nguồn nước đáp ứng tốt tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt.
   • Đoạn sông hạ lưu qua thị trấn Tứ Hạ và xã Quảng Phú (trạm NSB3) xuất hiện sự suy giảm chất lượng nước trong năm 2013 ($WQI \in [78, 85]$). Nguyên nhân trực tiếp khiến WQI hạ xuống mức màu xanh lục (cần biện pháp xử lý trước khi cấp sinh hoạt) xuất phát từ 3 thông số: vi sinh Tổng Coliform (nồng độ dao động $5.800 - 6.300\text{ MPN}/100\text{ml}$ với $WQI_{Coliform}$ chỉ từ $62 - 67$), hàm lượng chất rắn lơ lửng $TSS$ ($WQI_{TSS} \approx 75{,}75 - 76{,}5$) và nhu cầu oxy hóa học $COD$ ($WQI_{COD} \approx 79 - 83$).
   • Sang năm 2015, chất lượng nước tại trạm NSB3 có xu hướng cải thiện đáng kể, đạt mức $WQI = 98$ vào quý 1/2015.
2. Kiểm định mô hình: Kết quả tính toán từ phần mềm WQUIZ tương thích chặt chẽ với phương pháp tính toán thủ công qua đánh giá chỉ số hiệu quả Nash–Sutcliffe (NSE), khẳng định tính khả thi của việc tự động hóa tính toán chỉ số chất lượng nước.

Đề xuất và kiến nghị của tác giả

• Cần tăng cường các biện pháp xử lý nước thích hợp tại các trạm cấp nước sinh hoạt thuộc khu vực hạ lưu (đặc biệt là trạm cấp nước Tứ Hạ) trước khi đưa vào mạng lưới phân phối cho cộng đồng khi nguồn nước có dấu hiệu nhiễm khuẩn và tích tụ chất rắn lơ lửng.
• Thiết lập quy chế kiểm soát và xử lý các nguồn nước thải sinh hoạt, nước thải chăn nuôi và sản xuất dọc hai bên bờ sông Bồ, đặc biệt là đoạn chảy qua các khu dân cư tập trung tại thị xã Hương Trà và huyện Quảng Điền.
• Đẩy mạnh việc ứng dụng công nghệ thông tin địa lý WebGIS và hệ thống phần mềm tính toán tự động WQI vào công tác quan trắc định kỳ của các cơ quan quản lý môi trường tại địa phương.

Đóng góp so với các nghiên cứu trước

Nghiên cứu kế thừa các mô hình nghiên cứu WQI trước đây tại Thừa Thiên Huế (như các nghiên cứu của P. Hợp và cộng sự giai đoạn 2001–2003 trên sông Hương và sông Bồ bằng mô hình Bhargava điều chỉnh hoặc NSF-WQI), nhưng đã cập nhật phương pháp tính toán theo đúng khung hướng dẫn kỹ thuật chuẩn hóa của Tổng cục Môi trường Việt Nam (VN-WQI), đồng thời số hóa quy trình đánh giá thông qua việc kết hợp phần mềm WQUIZ và ArcGIS để tạo lập chuỗi bản đồ chuyên đề chất lượng nước theo không gian - thời gian.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế:
  • Chuỗi dữ liệu quan trắc đầu vào phụ thuộc vào nguồn số liệu thứ cấp định kỳ của Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thừa Thiên Huế, với mật độ trạm đo còn thưa trên dòng chính (3 trạm quan trắc NSB1, NSB2, NSB3).
  • Tần suất lấy mẫu quan trắc phân bổ theo quý (4 đợt/năm) nên chưa phản ánh liên tục các biến động đột xuất về chất lượng nước theo từng ngày hoặc theo các đợt mưa lũ cực đoan cục bộ.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Mở rộng mạng lưới quan trắc chất lượng nước trên toàn bộ các nhánh phụ lưu của sông Bồ và các điểm xả thải chính.
  • Tích hợp thêm các chỉ tiêu quan trắc sinh học hoặc kim loại nặng vào cơ sở dữ liệu để nâng cao mức độ đánh giá toàn diện về sức khỏe hệ sinh thái thủy vực.
  • Ứng dụng mô hình lan truyền chất ô nhiễm kết hợp WebGIS trực tuyến nhằm dự báo sớm sự cố môi trường nước trên sông Bồ.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao đối với:

• Sinh viên và học viên chuyên ngành: Ngành Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Tài nguyên & Môi trường, Công nghệ Thông tin Địa lý (GIS) có nhu cầu tìm hiểu phương pháp tính toán chỉ số VN-WQI chuẩn theo quy định của Tổng cục Môi trường.
• Nghiên cứu ứng dụng GIS trong môi trường: Là tài liệu tham khảo thực tế về quy trình xử lý dữ liệu thuộc tính quan trắc, tích hợp dữ liệu không gian Shapefile trên ArcGIS và phần mềm WQUIZ để tự động hóa công tác thành lập bản đồ phân vùng ô nhiễm nước mặt.
• Cơ quan quản lý và đơn vị cấp thoát nước: Cung cấp bức tranh thực trạng về biến động chất lượng nước mặt sông Bồ qua các năm 2013, 2015, phục vụ công tác quy hoạch nguồn nước thô cho các nhà máy cấp nước sinh hoạt tại Thừa Thiên Huế.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Chỉ số chất lượng nước sông Bồ được tính toán dựa trên bao nhiêu thông số và bao gồm những chỉ tiêu nào?
Chỉ số WQI được tính toán dựa trên tổ hợp 10 thông số quan trắc lý - hóa và vi sinh, bao gồm: $DO$ (oxy hòa tan), nhiệt độ, $BOD_5$, $COD$, $N\text{-}NH_4^+$, $P\text{-}PO_4^{3-}$, $TSS$ (tổng chất rắn lơ lửng), độ đục, Tổng Coliform và $pH$.

2. Vị trí và tọa độ của các trạm quan trắc trên sông Bồ trong nghiên cứu được phân bố ra sao?
Nghiên cứu phân tích dữ liệu tại 3 trạm quan trắc:

• Trạm NSB1 (Lòng hồ thủy điện Hương Điền): Tọa độ $X = 758715, Y = 1821207$.
• Trạm NSB2 (Cầu An Lỗ): Tọa độ $X = 762073, Y = 1830715$.
• Trạm NSB3 (Trạm cấp nước Tứ Hạ): Tọa độ $X = 764483, Y = 1828809$.

3. Vì sao chất lượng nước tại trạm NSB3 (Tứ Hạ / Quảng Phú) trong năm 2013 lại bị suy giảm so với các trạm thượng lưu?
Trong năm 2013, trạm NSB3 có WQI dao động từ 78 đến 85 (mức màu xanh lục - cần xử lý trước khi cấp sinh hoạt). Nguyên nhân là do sự gia tăng của 3 thông số chính: Tổng Coliform cao (đạt mức $5.800 - 6.300\text{ MPN}/100\text{ml}$ với $WQI_{Coliform}$ thấp, từ $62 - 67$), hàm lượng chất rắn lơ lửng $TSS$ ($WQI_{TSS} \approx 75{,}75 - 76{,}5$) và ô nhiễm hữu cơ thể hiện qua $COD$ ($WQI_{COD} \approx 79 - 83$).

4. Phần mềm WQUIZ đóng vai trò gì trong đồ án?
WQUIZ là phần mềm xây dựng trên nền WebGIS có chức năng quản lý các điểm lấy mẫu, tự động hóa quy trình tính toán WQI từ ngân hàng mô hình toán môi trường và xuất bản đồ phân vùng ô nhiễm nước mặt 2 chiều từ dữ liệu shapefile của ArcGIS.

5. Chỉ số hiệu quả Nash–Sutcliffe Efficiency (NSE) được dùng trong đồ án với mục đích gì?
Chỉ số NSE được sử dụng để kiểm định độ tin cậy và mức độ tương thích giữa kết quả tính toán tự động của phần mềm WQUIZ so với kết quả tính toán thủ công theo công thức chuẩn của Tổng cục Môi trường.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Trần Khánh Thiện đã áp dụng thành công phương pháp tính toán Chỉ số Chất lượng Nước (VN-WQI) kết hợp công cụ ArcGIS và WebGIS (WQUIZ) để đánh giá toàn diện biến động chất lượng nước mặt sông Bồ qua các giai đoạn quan trắc 2013, 2015 và 2016. Kết quả chỉ ra rằng khu vực thượng lưu và trung lưu sông Bồ duy trì chất lượng nước rất tốt cho mục đích sinh hoạt, trong khi vùng hạ lưu chịu áp lực ô nhiễm cục bộ bởi vi sinh và chất rắn lơ lửng đòi hỏi phải có biện pháp xử lý phù hợp. Công trình cung cấp một quy trình công nghệ chuẩn xác, hữu ích cho công tác quản lý và giám sát tài nguyên nước tại địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Các nguồn nƣớc mặt nói chung (sông nói riêng) đóng vai trò quan trọng trong đời sống kinh tế - xã hội của địa phƣơng hay quốc gia. Vai trò đó đƣợc thể hiện ở việc điều hoà khí hậu; cung cấp nƣớc cho sinh hoạt, tƣới tiêu trong nông nghiệp, cấp nƣớc cho công nghiệp, giao thông thuỷ, du lịch, thể thao giải trí [5] Ngày nay, cùng với sự phát triển kinh tế, dân số gia tăng thì nhu cầu sử dụng nƣớc ngày càng tăng cả về khối lƣợng lẫn chất lƣợng. Việc khai thác quá mức các nguồn nƣớc phục vụ nhu cầu hàng ngày mà không có kế hoạch bảo vệ sẽ dễ dẫn đến nguy cơ cạn kiệt.

Mặt khác, các nguồn nƣớc mặt cũng là nơi tiếp nhận hầu hết các chất thải và do vậy, nguy cơ ô nhiễm nguồn nƣớc là khó tránh khỏi. Các điều đó sẽ làm giảm chất lƣợng nƣớc, ảnh hƣởng bất lợi đến đời sống các sinh vật, tính đa dạng sinh học, cân bằng sinh thái của hệ sinh thái nƣớc và quan trọng hơn là ảnh hƣởng tới sức khoẻ con ngƣời. Để bảo vệ các nguồn nƣớc, bảo vệ sinh vật và sức khoẻ con ngƣời, cần phải thiết lập chiến lƣợc bảo vệ tài nguyên nƣớc, quản lý và khai thác hợp lý các nguồn nƣớc. Để thực hiện mục đích đó, một trong những nhiệm vụ quan trọng hàng đầu là điều tra, đánh giá hiện trạng chất lƣợng của các nguồn nƣớc.

[5] Để đánh giá chất lƣợng nƣớc (CLN) cần phải có một thông số mô tả tổng quát, cho phép lƣợng hoá đƣợc CLN. Một trong những thông số tổng quát đó là Chỉ số Chất lƣợng nƣớc (Water Quality Index, viết tắt là WQI). WQI là một thông số “tổ hợp” đƣợc tính toán từ nhiều thông số CLN riêng biệt theo một phƣơng pháp xác định. WQI đƣợc đề xuất và áp dụng đầu tiên ở Mỹ vào những năm 1965 ÷ 1970.

Sau đó WQI nhanh chóng đƣợc chấp nhận và triển khai áp dụng ở nhiều quốc gia trên thế giới và nó đƣợc xem là một công cụ hữu hiệu đối với các nhà quản lý môi trƣờng trong việc giám sát và đánh giá CLN, cung cấp những thông tin CLN cho cộng đồng và các nhà hoạch định chính sách. [5] Vì lý do đó tôi chọn đề tài “Áp dụng chỉ số chất lượng nước để đánh giá biến động chất lượng nước sông Bồ, tỉnh Thừa Thiên Huế” 1 2. Tình hình nghiên cứu Ở Việt Nam, đã có một số tác giả xây dựng WQI áp dụng cho sông Đồng Nai (1995) và Chỉ số Sinh học (Average Score Per Taxon), theo hệ thống sử dụng phƣơng pháp quan trắc động vật không xƣơng sống cỡ lớn gọi tắt là BMWP (Biological Monitoring Woring Party) của Anh và của Việt Nam, cho sông Nhuệ ở khu vực phía Bắc của N. Ở khu vực miền Trung, P.

Hợp và cộng sự (2001 ÷ 2003) là những ngƣời đầu tiên áp dụng WQI cho sông Hƣơng ở tỉnh Thừa Thiên Huế, phân loại và lý giải CLN theo hệ thống WQI của Quỹ Vệ sinh Mỹ (United States – National Sanitation Foudation – Water Quality Index) gọi tắt là NSF- WQI. Hợp và cộng sự đã xây dựng mô hình WQI theo mô hình Bhargava điều chỉnh để đánh giá nhạy CLN tổng quát của sông Bồ tỉnh Thừa Thiên Huế. Mục đích nghiên cứu Đƣa ra các bản đồ phân vùng chất lƣợng nƣớc mặt của sông Bồ theo từng đợt đo của các trạm đo. Từ đó, cơ quan nhà nƣớc và tƣ nhân chuyên trách có cơ sở để đề ra các giải pháp quản lý, xử lý hay kiểm soát ô nhiễm nƣớc mặt trên các con sông thành phố Huế.