Phương pháp lấy mẫu quan trắc môi trường

PHẦN 2. TRIỂN KHAI CHƯƠNG TRÌNH QUAN TRẮC CHƯƠNG 1. LẤY MẪU

CÁC PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU

Giảng viên: Nguyễn Thị Thu Hà

Bộ môn: Công nghệ môi trường

Khoa: Tài nguyên và Môi trường

Trường: Đại học Nông nghiệp Hà Nội

Email: [email protected]

Điện thoại: 0906.170.186

Bài giảng: Quan trắc môi trường 1

mailto:[email protected]

NỘI DUNG CHÍNH

Các phương pháp lấy mẫu trong quan trắc môi trường

1. Lấy mẫu thẩm tra

2. Lấy mẫu ngẫu nhiên

3. Lấy mẫu hệ thống

4. Lấy mẫu theo phân lớp

5. Các phương pháp lấy mẫu khác

2


1. LẤY MẪU THẨM TRAKhái niệm: Lấy mẫu thẩm tra cho phép lựa chọn

các vị trí lấy mẫu dựa theo mục đích đã xác định từ trước khi thực hiện chương trình lấy mẫu

Đặc trưng: đòi hỏi phải sử dụng một lượng thông tin thứ cấp khá đầy đủ về khu vực lấy mẫu

Người lấy mẫu phải có hiểu biết đầy đủ về đối tượng môi trường tiếp cận lấy mẫu.

Thu thập thông tin thứ cấp là quan trọng nhất trong thiết kế chương trình lấy mẫu thẩm tra

3


Phương pháp thu thập thông tin thứ cấp: Đánh giá trực quan (quan sát những

yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng môi trường) cho ví dụ? Môi trường đất Môi trường nước Môi trường không khí

Kiến thức bản địa Điều tra, Phỏng vấn Ý kiến chuyên gia

Các số liệu thứ cấp (VD: báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia)

4


1. LẤY MẪU THẨM TRAPhạm vi áp dụng Xác định sự có mặt hay vắng mặt của một chất, một yếu

tố môi trường Xác định nguồn gốc, mức độ chất ô nhiễm khi xảy ra sự

cố môi trường Kiểm tra giả thuyết nghiên cứu Yêu cầu đánh giá bổ sung (thẩm tra lại kết quả quan trắc)

Ví dụ: Quan trắc nước ngầm sử dụng lấy mẫu thẩm tra đối với

các giếng sẵn có Kiểm kê nguồn thải là mục tiêu nghiên cứu cho phép lấy

mẫu thẩm tra đối với tất cả các nguồn thải 5


1. LẤY MẪU THẨM TRAƯu điểm Xác định số lượng, vị trí mẫu đơn giản Số lượng mẫu thấy nhỏ hạn chế được nhân công và chi phí

Hạn chế Đòi hỏi người lấy mẫu phải có kỹ thuật, thao tác tốt Kết quả của lấy mẫu thẩm tra được sử dụng cho các nghiên

cứu hoặc quan trắc cao hơn và thường không được công bố

Keith (1990) cho rằng lấy mẫu đối với những nghiên cứu sử dụng những thông tin thứ cấp đảm bảo tính khoa học và tin cậy thì có thể sử dụng lấy mẫu thẩm tra, nhưng nhưng lấy mẫu cho những quan trắc mang tính pháp lý thì tốt nhất nên sử dụng các phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên, phân lớp hoặc hệ thống. 6


2. LẤY MẪU NGẪU NHIÊN

Khái niệm: Lấy mẫu ngẫu nhiên đơn giản là phương pháp lấy mẫu với vị trí lấy mẫu xác định “bất kỳ” không có chủ đích từ trước.

Đặc trưng: Trong lấy mẫu ngẫu nhiên, mỗi đơn vị nồng độ/mật độ của mẫu đều có thể được chọn Các mẫu hoàn toàn độc lập, không có mối quan hệ thống kê với nhau

7


2. LẤY MẪU NGẪU NHIÊN

Trình tự thực hiện: Bước 1: Đặt giấy

bóng kính đặt lên bản đồ khu vực nghiên cứu

Bước 2: Đánh số thứ tự các ô trong khu vực nghiên cứu và bốc thăm ngẫu nhiên

Bước 3: Tiến hành lấy mẫu tại các ô đã lựa chọn

8


2. LẤY MẪU NGẪU NHIÊNPhạm vi áp dụng: Phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên thừa

nhận sự thay đổi giá trị các yếu tố môi trường là không quan trọng

Các đối tượng mà tại đó sự phân bố các yếu tố là đồng đều (uniform) hoặc thuần nhất (homogeneous);

Các đối tượng nghiên cứu mà thông tin thứ cấp về nồng độ các chất hay phân bố các yếu tố môi trường có được ít nhất hoặc không đáng tin cậy, không có giá trị thống kê.

Theo US EPA, 1995 phương pháp này không nên áp dụng cho các loại hình môi trường động (nước chảy, dòng khí đối lưu…)

9


2. LẤY MẪU NGẪU NHIÊNƯu điểm: Xác định vị trí lấy mẫu đơn giản Rõ ràng và minh bạch trong trong phân tích thống kê

Hạn chế: Bỏ qua một số những vị trí, thời điểm đặc biệt (điểm nóng

môi trường) khắc phục bằng lấy mẫu hệ thống Lựa chọn vị trí lấy mẫu không sử dụng hết những kiến

thức về đối tượng môi trường quan trắc tăng chi phí Điểm lấy mẫu ngẫu nhiên được chọn có thể rơi vào vị trí

khó/không thể lấy mẫu

10


2. LẤY MẪU NGẪU NHIÊNVí dụ về hạn chế của lấy mẫu ngẫu nhiên (bỏ qua những điểm nóng môi

trường) khi lấy mẫu nước thải của một nhà máy cơ khí

Trong đó mẫu được lấy ngẫu nhiên 9 ngày trong vòng 1 tháng: 2, 7, 10, 15, 18, 20, 24, 28 và 31

Vị trí mẫu nước thải có nồng độ cao nhất và thấp nhất trong tháng đều bị bỏ qua

11


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 312

3

4

5

6

Ngày

Nồng độ Pb (mg/l)

3. LẤY MẪU HỆ THỐNG

Khái niệm: là phương pháp lấy mẫu mà tại đó các mẫu có quan hệ thống kê chặt chẽ với nhau theo không gian và thời gian

Đặc trưng: cho phép các mẫu đươc lấy theo những hướng và khoảng nhất định theo thời gian hoặc không gian

12



Ví dụ về lấy mẫu hệ thống theo mạng ô vuông

13


3. LẤY MẪU HỆ THỐNGPhạm vi áp dụng: xác định mức độ ô nhiễm trong nước,

không khí và đất; xác định diễn biến các yếu tố môi trường

Ưu điểm: Kết quả mẫu hệ thống minh bạch và có giá trị pháp lý cao

(US EPA, 2002) Xác định được quy luật biến động theo không gian và thời

gian Ngoại suy được theo không gian và thời gian Dễ quản lý mạng lưới lấy mẫu

Hạn chế: Nếu môi trường có sự biến động theo chu kỳ, có thể dẫn

tới các mẫu bị cùng xu hướng Tính cứng nhắc của mạng lưới lấy mẫu

14



Một số dạng thường gặp: Hệ thống chuẩn tắc (Lấy mẫu hệ thống theo ô chia) với hệ

thống ô chia đã được thiết lập từ trước, mẫu được lấy ở điểm nút hoặc giữa mỗi ô

Ngẫu nhiên hệ thống: Mẫu đầu tiên được lấy hoàn toàn ngẫu nhiên, các mẫu sau

được lấy cách mẫu đầu một khoảng nhất định Hệ thống ô chia có sẵn, các mẫu được lấy ngẫu nhiên trong

mỗi ô

15



Trình tự thực hiện:

Bước 1: Xác định loại mạng ô chia

Bước 2: Xác định kích thước của một ô cơ sở (L)

Bước 3: Tiến hành lấy mẫu tại mỗi ô

Loại mạng ô chia Mạng ô vuông Mạng tam giác

Mạng một chiều L= N/n

Mạng hai chiều

Mạng ba chiều 16


4. LẤY MẪU THEO PHÂN LỚP

17

Khái niệm: Lấy mẫu theo phân lớp sử dụng phương pháp phân chia khu vực lấy mẫu ra thành các lớp và trong mỗi lớp mẫu được lấy ngẫu nhiên hoặc theo hệ thống

Đặc trưng: Trong mỗi lớp, sự phân bố của các

yếu tố môi trường đồng nhất hơn so với tổng thể khu vực lấy mẫu

Lớp có thể được phân theo thời gian hoặc không gian tùy theo thuộc tính của đối tượng.


4. LẤY MẪU THEO PHÂN LỚP Lớp thời gian được xác định dựa trên sự thay đổi theo

những khoảng thời xác định: Chu kỳ ngày (ngày và đêm, giờ trong ngày) Chu kỳ tuần (ngày trong tuần và ngày cuối tuần) Chu kỳ tháng (hoạt động của nhà máy) Chu kỳ năm (các hoạt động sinh học) Chu kỳ nhiều năm…

Lớp không gian thường phổ biến hơn dựa trên sự thay đổi của nhiều yếu tố: Theo độ sâu (sự phân tầng của hồ, sự phân tầng theo phẫu diện

đất, trầm tích); Tuổi và giới tính trong dân số (đàn ông, đàn bà, trẻ em), Địa hình, địa chất, loại đất, loại hình sử dụng đất, vùng ô

nhiễm, hướng gió (cuối hướng gió, đầu hướng gió), Ranh giới hành chính…

18


4. LẤY MẪU THEO PHÂN LỚPƯu điểm: Sử dụng triệt để số liệu thứ cấp để phân lớp các yếu tố

môi trường Số lượng mẫu lấy vừa đảm bảo tính pháp lý, vừa đảm bảo tính kinh tế

Tính linh động cao trong tiếp cận lấy mẫu

VD: Số lượng mẫu trong mỗi lớp khác nhau: Cho phép so sánh giữa các lớp

Hạn chế: Khi so sánh giữa các lớp phải xem xét đến tầm quan trọng

của mỗi lớp

Phạm vi áp dụng: khi xác định được quy luật phân bố các yếu tố môi trường theo phân lớp hoặc theo chu kỳ rõ rệt

19


4. LẤY MẪU THEO PHÂN LỚP Trong lấy mẫu theo phân lớp, số lượng mẫu cần lấy trong

mỗi lớp có thể giống nhau hoặc không giống nhau.

Bài toán:

Giả sử một khu vực ta có: Tổng số lượng mẫu cần lấy: N Số lượng phân lớp: k Kích thước của toàn bộ đối tượng (theo thời gian hoặc

không gian: A Ta cần xác định số lượng mẫu cần lấy cho mỗi lớp: nk

Các cách phân phối số lượng mẫu cần lấy: Phân phối đều Phân phối theo tỉ lệ Phân phối tối ưu

20



a. Phân phối đều Bước 1: Xác định tổng số mẫu cần lấy (N) theo một trong

hai công thức trên. Ví dụ đã tính được số lượng mẫu cần lấy là 60 mẫu

Bước 2: Phân phối số mẫu lấy:

nA = nB = nC = N/3 = 60/3 = 20 (mẫu)

21



b. Phân phối theo tỷ lệVí dụ: Tổng diện tích tỉnh S là

40.000 ha, đô thị chiếm 7.000 ha, khu công nhiệp chiếm 13.000 ha, còn lại là khu vực sản xuất nông nghiệp. Tổng số mẫu cần lấy là 41 mẫu.

22

• nA = 41*7000/40000 = 7 mẫu (7,2)

• nB = 41* 13000/41000 = 13 mẫu (13,3)

• nC = 41*21000/40000 = 21 mẫu (20,5)



c. Phân phối tối ưu Số lượng mẫu trong lớp thứ k có liên quan đến

mức biến động trong lớp (sk) và chi phí trên đơn vị mẫu (Ck) được tính bằng công thức cơ bản (1) hoặc công thức Neyman (2):

23


5. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KHÁCLấy mẫu thăm dò có thể coi là một dạng của lấy mẫu thẩm

tra xác định giả thuyết nghiên cứu hoặc thực hiện bằng phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên đơn giản.

Ứng dụng lấy mẫu thăm dò trong xác định và quan trắc vấn đề môi trường 24


5. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KHÁCLấy mẫu lát cắt có thể coi là dạng biến đổi của lấy mẫu hệ thống theo

mạng cho phép vạch các tuyến lấy mẫu có thể song song (1) hoặc không song song (2)

Ứng dụng: Lấy mẫu bùn đáy, cửa sông, đất với địa hình đặc biệt. Xác định ảnh hưởng của nguồn điểm dưới ảnh hưởng của gió. Các hồ, hồ chứa, đầm phá, các vùng biển với diện tích lớn mà việc lấy

mẫu phải sử dụng tàu thuyền. Tuyến zig zag trên sườn dốc

25


KẾT LUẬN Lựa chọn phương pháp căn cứ vào mục tiêu cụ thể

Ghi chú: 1 – Tốt; 2 – Chấp nhận; 3 – Mức chấp nhận trung bình; 4 – Mức chấp nhận yếu

Tính linh động trong việc áp dụng các phương pháp

Mục tiêu quan trắcPhương án tiếp cận lấy mẫu

Thẩm tra

Ngẫu nhiên

Phân lớp

Hệ thống

Ngẫu nhiên phân lớp

Thăm dò

Lát cắt

Xác định áp lực/tác độngXác định nguồn tác độngXác định phạm vi chất ô nhiễmĐánh giá xử lýĐánh giá mức độ biến động

11434

44331

32313

22121

33121

32141

23121

Lấy mẫu thăm dò

Lấy mẫu ngẫu nhiên

Lấy mẫu hệ thống

Lấy mẫu theo phân lớp

Lấy mẫu thẩm tra

26


BÀI TẬPChọn phương pháp lấy mẫu để xác định nồng độ trung bình

của SO2 phát sinh từ việc đốt than của một nhà máy sản xuất gạch men, nêu ưu và nhược điểm của từng phương pháp trong các trường hợp sau:

a. Lựa chọn ngẫu nhiên 2 mẫu mỗi ngày trong liên tục 7 ngày.

b. Lấy 2 mẫu mỗi ngày trong liên tục 7 ngày theo hệ thống: 12 giờ một lần (9h sáng và tối)

c. Lấy 2 mẫu mối ngày trong liên tục 7 ngày theo phân lớp: 1 mẫu ngẫu nhiên ban ngày, một mẫu ngẫu nhiên ban đêm

d. Tương tự như c, nhưng 4 mẫu ngẫu nhiên cho ban ngày và 4 mẫu ngẫu nhiên ban đêm. 27


Documents

Phương pháp lấy mẫu quan trắc môi trường