- QUAN TRẮC VÀ ĐÁNH GIÁ XU HƯỚNG BIẾN ĐỘNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC HẠ LƯU SÔNG CU ĐÊ, THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG. - Chất lượng nước, phân tích xu hướng, quan trắc, sông Cu Đê, xu hướng Mann- Kendall. - Mục đích của bài báo này nhằm trình bày các kết quả phân tích xu hướng biến động chất lượng nước hạ lưu sông Cu Đê bằng phương pháp thống kê. - Các thông số chất lượng nước được nghiên cứu tiến hành lấy mẫu, quan trắc bao gồm Nhiệt độ, hàm lượng oxy hòa tan (DO), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD 5. - Nghiên cứu lựa chọn các trạm quan trắc theo hướng dòng chảy từ tây sang đông, cụ thể tại cầu Trường Định, Hòa Liên, Hòa Vang (S1) và cầu Nam Ô, Hòa Hiệp Bắc, Liên Chiểu (S2). - Hàm lượng DO có xu hướng tăng ở mức 10,5 và 13,3%/năm lần lượt ở các trạm quan trắc S1 và S2 (p<0,05). - Ngược lại, hàm lượng thông số COD ở các trạm S1 và S2 giảm theo xu hướng lần lượt -5,0 và -5,8%/tháng (p<0,001). - Đối với tốc độ xu hướng biến động hàm lượng BOD 5 ở trạm quan trắc S2, kết quả kiểm. - Nhìn chung, chất lượng nguồn nước mặt từ hệ thống sông ngòi có vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn nước sinh hoạt, sản xuất, phục vụ mọi mặt của đời sống xã hội.. - Một trong những mục tiêu quan trọng của các chương trình quan trắc đó là xác định được thực trạng diễn biến các thông số chất ô nhiễm, tình trạng chất lượng nguồn nước. - Các nghiên cứu trước đây ở sông Cu Đê chủ yếu tập trung quan trắc đánh giá chất lượng nước dựa trên Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về nước mặt (N.T.Tiến và nnk, 2006. - N.T.A.Nguyệt và nnk, 2010), chỉ số sinh học (N.V.Khánh và nnk, 2011), mô hình chất lượng nước (T.X.Vũ, 2013). - Rõ ràng, sự đánh giá thực trạng chất lượng nước như trên không thể cho phép ta biết được xu hướng biến động các thông số chất lượng nước. - Hiện nay, Tổng cục Môi trường Việt Nam cũng đã có Quyết định số 879/QĐ-TCMT về việc ban hành sổ tay hướng dẫn tính toán chỉ số chất lượng nước. - Tuy nhiên, phương pháp này cũng rất hạn chế trong việc chỉ ra bức tranh biến động chất lượng nước một cách cụ thể. - Trong khi đó, phân tích xu hướng biến động chất lượng nước. - Phương pháp áp dụng kỹ thuật thống kê bằng phân tích xu hướng là giải pháp hữu hiệu cho vấn đề này. - Thông qua đó có thể biết được chiều hướng biến động tích cực hay tiêu cực thực trạng chất lượng sức khỏe của nguồn nước quan trắc. - Phương pháp phân tích xu hướng đã được đề xuất khá sớm từ giữa thập niên 70 của thế kỷ trước, như của các tác giả Lettenmaier (1976) và Hirsch et al. - Ngày nay, việc đánh giá biến động chất lượng nước sử dụng kỹ thuật thống kê phân tích xu hướng vẫn được sử dụng phổ biến trên thế giới như Heejun Chang, 2008. - Mục đích của nghiên cứu này là áp dụng phân tích thống kê tham số và phi tham số kiểm định xu hướng các thông số chất lượng nước ở hạ lưu sông Cu Đê, Thành phố Đà Nẵng.. - Đối tượng nghiên cứu: Trong nghiên cứu đánh giá hiện trạng chất lượng môi trường nước sông, thông thường thực hiện quan trắc nhiều thông số theo như Bộ Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về nước mặt, Sổ tay Hướng dẫn thực hành quan trắc chất lượng nước của UNEP/WHO… nhằm làm cơ sở đánh giá. - Hoặc không, cũng có thể áp dụng chỉ số chất lượng nước WQI, mô hình thủy lực, logic mờ, thống kê đa biến… để đánh giá thực trạng chất lượng nước. - Tuy nhiên, vì những hạn chế về mặt kinh phí nên trong nghiên cứu này tác giả chỉ tập trung đánh giá xu hướng biến động ở một số thông số nhất định. - Các thông số chất lượng nước được giới hạn và lựa chọn bao gồm: Nhiệt độ, DO, BOD 5 , COD và TDS.. - Hình 1: Sơ đồ khu vực nghiên cứu và vị trí các trạm quan trắc 2.2 Phương pháp nghiên cứu. - Để thực hiện nghiên cứu này, tác giả tiến hành khảo sát thực địa và thiết lập các trạm quan trắc nhằm phân tích, đánh giá xu hướng biến động một số thông số chất lượng nước hạ lưu sông Cu Đê.. - trắc nguồn nước mặt theo hướng dòng chảy từ tây sang đông bao gồm S1 tại cầu Trường Định, Hòa Liên, Hòa Vang và trạm quan trắc S2 tại cầu Nam Ô, Hòa Hiệp Bắc, Liên Chiểu. - Nghiên cứu tiến hành quan trắc trong giai đoạn với tần suất lấy mẫu định kỳ 2 tháng/lần vào các tháng II, IV, VI, VIII, X và XII.. - Bảng 1: Thông tin vị trí trạm quan trắc chất lượng nước. - TT Trạm quan trắc Vị trí Vĩ độ Kinh độ. - Nghiên cứu lấy mẫu theo quy định của Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN TCVN Chất lượng nước- Lấy mẫu. - Bảng 2: Phương pháp phân tích chất lượng nước. - STT Thông số Đơn vị Phương pháp phân tích - Thiết bị. - Trong đó, Y là đại lượng thông số chất lượng nước, t là đại lượng thời gian, β 0 và β 1 là hằng số hồi quy và độ dốc hồi quy, ε là sai số chuẩn mô hình. - Trong trường hợp hệ số dốc β 1 ≠ 0, giả thuyết bị loại bỏ và có thể kết luận tồn tại xu hướng theo thời gian với tốc độ β 1. - Ngược lại, đối với tập dữ liệu không đảm bảo điều kiện áp dụng mô hình hồi quy tuyến tính, nghiên cứu sử dụng kiểm định phi tham số Mann- Kendall phân tích và đánh giá xu hướng biến động dựa vào độ dốc Theil-Sen (Kostas Voudouris &. - Kiểm định Mann- Kendall là phương pháp phi tham số dùng xác định xu hướng theo chuỗi dữ liệu theo thời gian. - Giá trị ban đầu của thống kê Mann- Kendall S là 0 và tương ứng với việc không tồn tại xu hướng. - Giá trị S>0 (dương) là chỉ số cho một xu hướng tăng, giá trị S<0 (âm) là chỉ số cho một xu hướng giảm. - Tuy nhiên cần phải tính toán xác xuất đi kèm với S và n để xác định mức ý nghĩa của xu hướng. - Kết quả kiểm định bác bỏ hay chấp nhận giả thuyết tồn tại hay không xu hướng biến động thông. - số chất lượng nước dựa vào giá trị của chỉ số Mann-Kendall Z. - Nếu Z>Zα: Bác bỏ giả thuyết H 0 , tức là tồn tại xu hướng. - 3.1 Mô tả tóm tắt kết quả quan trắc chất lượng nước hạ lưu sông Cu Đê. - Bảng 3 và 4 trình bày tóm tắt kết quả quan trắc một số thông số chất lượng nước sông Cu Đê trong giai đoạn 2009-2013. - Các kết quả tại trạm quan trắc S1, hàm lượng COD trung bình giai đoạn tương ứng giá trị mg/l (n=27).. - Bảng 3: Kết quả quan trắc chất lượng nước giai đoạn tại S1. - Giá trị BOD 5 quan trắc có kết quả trung bình bằng mg/l (n=26) và có sự biến thiên trong khoảng 3,0 đến 14,0 mg/l. - Hàm lượng oxy hòa tan và TDS có kết quả quan trắc trung bình lần. - Ngoài ra, nhiệt độ đo được tại trạm quan trắc S1 có kết quả trung bình bằng o C (n=27).. - Bảng 4: Kết quả quan trắc chất lượng nước giai đoạn tại S2. - Đối với hàm lượng COD tại trạm quan trắc S2 có giá trị trung bình bằng mg/l (n=27).. - Trong khi đó, nhiệt độ quan trắc tại trạm S2 có sự biến động từ 23,7 đến 30,0 o C.. - 3.2 Đánh giá xu hướng biến động chất lượng nước hạ lưu sông Cu Đê. - Các thông số chất lượng nước DO, COD và TDS (ở trạm quan trắc S1) đảm bảo phân phối chuẩn với giá trị kiểm định Shapiro-Wilk lần lượt:. - Tương tự, đối với trạm quan trắc S2, kết quả kiểm định Shapiro-Wilk phân phối chuẩn cho thấy các thông số DO, COD và TDS cũng đảm bảo tiêu chí phân phối chuẩn với lần lượt các giá trị kiểm định: DO (df=27, p=0,549). - Xu hướng biến động chất lượng nước đối với các thông số đảm bảo tiêu chí phân phối chuẩn như DO, COD và TDS ở các trạm quan trắc S1 và S2 được mô hình hóa bằng phương pháp phân tích hồi quy tuyến tính sử dụng phần mềm SPSS 13.0. - Sự biến động chất lượng nước hạ lưu sông Cu Đê giai đoạn được trình bày cụ thể ở các hình 2, 3 và 4.. - Hình 2: Biểu đồ xu hướng biến động DO giai đoạn ở S1, S2. - Hình 3: Biểu đồ xu hướng biến động COD giai đoạn ở S1, S2. - Hình 4: Biểu đồ xu hướng biến động TDS giai đoạn ở S1, S2 Bảng 5: Kết quả mô hình hồi quy tuyến tính xu hướng biến động chất lượng nước. - β 1 *x + β 0 , trong đó Ci: nồng độ thông số chất lượng nước i, β 1 : độ dốc mô hình hồi quy, β 0 : hằng số hồi quy. - Do vậy, xu hướng biến động % theo tháng nồng độ các thông số chất lượng nước được tính theo công thức: (10^β 1 - 1)*100. - Căn cứ vào mô hình hồi quy tuyến tính nồng độ các thông số chất lượng nước theo thời gian quan trắc đã chỉ ra xu hướng biến động hàm lượng các chất ô nhiễm theo chiều hướng tích cực trong giai đoạn xem thêm Bảng 5, 6).. - Trong đó, hàm lượng DO có xu hướng tăng ở mức 10,5%/năm ở trạm quan trắc S1 và 13,3%/năm ở trạm quan trắc S2. - Ngược lại, các thông số COD giảm theo xu hướng -5,0% và -5,8%/tháng lần lượt ở các trạm S1 và S2. - Có thể khẳng định rằng, tình trạng chất lượng nước đã có những chuyển biến theo chiều hướng tích cực. - Sự gia tăng hàm lượng oxy hòa tan và xu hướng giảm hàm lượng các chất ô nhiễm hữu cơ là biểu hiện của quá trình cải thiện chất lượng nước ở hạ lưu sông Cu Đê.. - Bảng 6: Mức độ biến động hàm lượng các thông số chất lượng nước sông Cu Đê. - Bên cạnh đó, thông số TDS cũng có xu hướng giảm tương ứng -33,2%/năm ở vị trí quan trắc S1 và -1,9/năm đối với trạm quan trắc S2. - Như vậy, kết quả ở các trạm quan trắc cho thấy mức độ biến động các thông số môi trường theo chiều hướng tăng hàm lượng oxy hòa tan ở cả hai trạm quan trắc thuộc hạ lưu sông Cu Đê. - Trong khi đó, kết quả biểu thị xu hướng giảm về hàm lượng thông số COD và TDS. - Tuy nhiên, kết quả mô hình hồi quy tuyến tính hàm lượng TDS không có ý nghĩa thống kê (p>0,05). - Có thể thấy rằng, kết quả quan trắc TDS cho thấy sự biến động lớn ở cả 2 trạm đo, đồng thời số lần lấy mẫu cũng khá hạn chế (22 ở trạm S1 và 25 ở trạm S2), điều này có thể dẫn đến kết quả mô hình hồi quy tuyến tính của TDS không có ý nghĩa thống kê.. - Đối với thông số BOD 5 ở các trạm quan trắc có kết quả kiểm định Shapiro-Wilk không thỏa mãn tiêu chí phân phối chuẩn (p<0,05). - Cụ thể các giá trị kiểm định lần lượt ở trạm quan trắc S1 là df= 26, p<0,001 và ở trạm quan trắc S2 là df=26, p<0,001. - Do vậy, đánh giá sự biến động hàm lượng thông số BOD 5 hạ lưu sông Cu Đê được tiến hành bằng thủ tục kiểm định phi tham số Mann- Kendall bằng phần mềm ProUCL 4.1. - Kết quả xu hướng biến động của thông số BOD 5 giai đoạn 2009-2013 được biểu diễn ở các Hình 5 và 6.. - Hình 5: Biểu đồ xu hướng biến động BOD 5 ở trạm S1. - Hình 6: Biểu đồ xu hướng biến động BOD 5 ở trạm S2 Kết quả quá trình phân tích thống kê cho thấy. - Phần chi tiết kết quả kiểm định phân tích xu hướng Mann- Kendall hàm lượng BOD 5 hạ lưu sông Cu Đê được trình bày ở bảng 7.. - Đối với trạm quan trắc S1, kết quả phân tích xu hướng có các giá trị S, Var(S), Z lần lượt bằng và -3,115. - Mặc dù tồn tại xu hướng giảm hàm lượng BOD 5 có ý nghĩa thống kê (p<0,001), tuy nhiên giá trị độ dốc Theil-Sen không đáng kể (<0,0001). - Riêng kết quả độ dốc. - Như vậy, bằng kiểm định Mann-Kendall chỉ ra sự tồn tại khuynh hướng giảm hàm lượng thông số BOD 5 hạ lưu sông Cu Đê.. - Bảng 7: Kết quả kiểm định xu hướng Mann- Kendall hàm lượng BOD 5 sông Cu Đê. - Kết quả Log[BOD 5. - Từ những kết quả của quá trình quan trắc, đánh giá xu hướng chất lượng nước hạ lưu sông Cu Đê, nghiên cứu có những kết luận: Nhìn chung, diễn biến chất lượng nước hạ lưu sông Cu Đê có những biến đổi tích cực trong giai đoạn 2009-2013. - Quá trình phân tích xu hướng hàm lượng các thông số chất lượng nước ở các trạm quan trắc cho thấy xu hướng gia tăng hàm lượng oxy hòa tan, đây là dấu hiệu tốt và đồng nghĩa với việc chất lượng dòng sông được cải thiện một cách đáng kể. - Tương tự, hàm lượng COD cũng có xu hướng giảm ở mức - 5,0%/tháng (S1) và -5,8%/tháng (S2). - Đồng thời, thông số TDS cũng có xu hướng giảm tương ứng - 33,2%/năm ở vị trí quan trắc S1 và -1,9/năm đối với trạm quan trắc S2. - Như vậy, thực trạng chất lượng nước hạ lưu sông Cu Đê có xu hướng biến đổi tốt dần theo thời gian. - Tuy nhiên, để duy trì và cải thiện chất lượng ngày càng tốt hơn cần phải tiếp tục thực hiện các giải pháp hạn chế nguồn tiếp nhận xả thải chất ô nhiễm vào lưu vực sông Cu Đê nói chung và hạ lưu sông Cu Đê nói riêng.. - Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN Chất lượng nước- Lấy mẫu- Hướng dẫn bảo quản và xử lý mẫu, Hà Nội.. - Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN Chất lượng nước- Lấy mẫu, Hà Nội.. - Đánh giá chất lượng nước sông Cu Đê, Thành phố Đà Nẵng bằng hệ thống BMWP Viet . - Khảo sát, điều tra và đánh giá chất lượng môi trường nước sông Cu Đê. - Quyết định Số 879/QĐ-TCMT về việc ban hành sổ tay hướng dẫn tính toán chỉ số chất lượng nước, Hà Nội.. - Quản lý môi trường lưu vực sông Cu Đê - Thành phố Đà Nẵng bằng mô hình chất lượng nước