Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hoá môi trường vào đánh giá tác động môi trường pot

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIS VÀ MÔ HÌNH HOÁ MÔI TRƯỜNG VÀO ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG CỤ THÊ ỨNG DỤNG CHO DỰ ÁN NHÀ MÁY SẢN XUẤT ẮC QUY TẠI KHU CÔNG NGHIỆP NHƠN TRẠCH 2, XÃ HIỆP PHƯỚC, H

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIS VÀ MÔ HÌNH HOÁ MÔI TRƯỜNG VÀO ĐÁNH GIÁ

TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG

(CỤ THÊ ỨNG DỤNG CHO DỰ ÁN NHÀ MÁY SẢN XUẤT ẮC QUY TẠI KHU CÔNG NGHIỆP NHƠN TRẠCH 2, XÃ HIỆP PHƯỚC, HUYỆN NHƠN TRẠCH, TỈNH ĐỒNG NAI)

Trần Thị Thanh 1 – Lê Thị Thanh Thảo

1 Khoa Cơng nghệ Sinh học và Mơi trường, Trường Đại Học Lạc Hồng

Email: chantroimoi_lx@yahoo.com, lethaolt3@yahoo.com

Tĩm tắt: Trong bài báo cáo này chúng tơi trình bày việc áp dụng phương pháp GIS

(Geographic Information System) và mơ hình hĩa mơi trường vào đánh giá tác động mơi trường Cụ thể chúng tơi ứng dụng mơ hình Gauss trong trường hợp vận tốc giĩ trung bình và

mơ hình Berliand trong trường hợp vận tốc giĩ nguy hiểm Từ kết quả chạy mơ hình chúng tơi

sử dụng phần mềm Arcview để xây dựng bản đồ phân vùng ảnh hưởng của việc phát tán hơi chì từ dự án sản xuất ắc quy tới mơi trường xung quanh

Abstract In this paper, we present the application of GIS (Geographic Information

System) method and modelling environment to environmental impact assessment Specifically

we apply Gaussian model for the average wind speed and Berliand model where wind speed dangerous From the results of the models we use ArcView software to build maps of the affected partition disperse steam lead from battery manufacturing project to the surrounding environment

Keywords: GIS, modelling environment, Gauss model, Berliand model

1 GIỚI THIỆU

Sự phát triển mạnh mẽ của khoa

học kỹ thuật ngày nay dẫn tới sự phát triển

nhanh chĩng của sản xuất hàng hĩa và quá

trình đơ thị hĩa trên thế giới Quá trình

phát triển kinh tế xã hội một mặt khơng

ngừng cải thiện chất lượng cuộc sống của

con người, mặt khác nĩ tạo ra các vấn đề

về suy thối mơi trường tồn cầu, đặc biệt

ở các nước đang phát triển

Vì vậy, việc bảo vệ mơi trường

đang trở thành một vấn đề bức thiết của

tồn xã hội Trong đĩ, vấn đề bảo vệ

khơng khí chiếm một vị trí quan trọng

Hiện nay để đánh giá mức độ ơ

nhiễm khơng khí gây ra tại một vùng trên

thế giới cũng như ở Việt Nam thường sử

dụng hai phương pháp sau đây:

Phương pháp thực nghiệm: Đo đạc, khảo sát tại nhiều điểm trên hiện trường của một vùng, bằng phương pháp thống kê, đánh giá hiện trạng ơ nhiễm khơng khí vùng đĩ

Phương pháp thống kê nửa thực nghiệm: Dùng các mơ hình tốn học nhằm

mơ tả quá trình khuyếch tán tạp chất thơng qua các phần mềm mơ hình hĩa

Việc ứng dụng mơ hình hĩa mơi trường để đánh giá, dự báo mơi trường cho phép chúng ta dự báo được các diễn biến

cĩ thể xảy ra của mơi trường tại những thời điểm khác nhau cũng như ở những điều kiện khác nhau Từ đĩ cho phép chúng ta lựa chọn các phương án thích hợp để đưa mơi trường vào trạng thái tối ưu

Cho đến nay thì hệ thống thơng tin địa lý (GIS) là hệ thống hỗ trợ tốt nhất cho việc xây dựng mơ hình do khả năng tích

hợp dữ liệu và biểu diễn được dữ liệu

không gian Ngoài ra GIS còn có khả năng

dự báo các sự cố môi trường, xác định và

phân vùng ô nhiễm…

Vì vậy mà việc ứng dụng phương

pháp mô hình hóa và phương pháp GIS

vào dự báo, đánh giá và quản lý môi

trường chắc chắn sẽ đưa ra được một sản

phẩm mang tính chính xác hơn, linh hoạt

và sinh động hơn Tuy nhiên, cho đến nay

ở nước ta việc sử dụng hai phương pháp

này trong đánh giá tác động môi trường

còn rất hạn chế

Các công đoạn sản xuất của nhà

máy sản xuất ắc quy thải ra một lượng hơi

chì rất lớn, nó gây ảnh hưởng tới sức khỏe

của người dân, người lao động trong và

xung quanh khu vực dự án nếu không được

quản lý tốt và xử lý thích hợp Vì vậy trong

bài báo cáo khoa học này chúng tôi ứng

dụng phương pháp mô hình hóa và phương

pháp GIS vào tính toán, đánh giá lượng hơi

chì phát thải vào môi trường xung quanh

2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

M« h×nh Gauss tÝnh to¸n lan truyÒn «

nhiÔm kh«ng khÝ

Mô hình vệt khói Gauss là một

trong số những mô hình được sử dụng rộng

rãi trên thế giới hiện nay.Mô hình này

được áp dụng cho các nguồn thải điểm Cơ

sở mô hình này là biểu thức đối với phân

bố Gauss các chất ô nhiễm trong khí

quyển

Mô hình Gauss:

(1.1)

Trong đó :

C, u x, u , y u là các giá trị trung z

bình của nồng độ và vận tốc gió theo các

phương

Ki : hệ số khuếch tán rối tương ứng

các trục toạ độ x , y, z

Thường thì trong các phương trình

khuếch tán các chất khí người ta đưa kí

hiệu sau về các trục toạ độ : trục x hướng

theo hướng gió, y là hướng vuông góc với

x và ở mặt đất, z là trục hướng lên trên Vận tốc gió trung bình được biểu diễn qua

x

u , u , y u z

z

w là vận tốc rơi của chất ô nhiễm

theo phương z

Phương trình Gauss được suy ra từ phương trình (1.1) khi thoả mãn các điều kiện sau:

- Nghiệm không phụ thuộc vào thời gian (trạng thái dừng, nguồn thải có các tham số phát thải không thay đổi theo thời gian)

- Vận tốc gió không thay đổi và như nhau trong toàn bộ lớp khuếch tán

- Hệ số khuếch tán không phụ thuộc vào các toạ độ

- Sự khuếch tán theo hướng x nhỏ hơn so với vận tốc lan truyền trung bình theo hướng này

C x y z

u

(1.2) Công thức (1.2) là công thức cơ sở của mô hình lan truyền chất theo định luật phân phối chuẩn Gauss bởi vì nó bao gồm hai hàm số phân bố Gauss dưới đây nhân với nhau:

2

1

y

f y

Trong công thức (1.2), nguồn thải được giả thiết nằm tại mặt đất trùng với gốc toạ độ Trong trường hợp nguồn thải nằm cách mặt đất độ cao H khi đó công thức tính nồng độ sẽ là:

( , , ) exp exp exp

2 y z 2y 2z 2 y z 2y 2z

C x y z

π σ σ σ σ π σ σ σ σ

⎡ ⎛ − ⎞ ⎤ ⎛ ⎞ ⎛ − ⎞

= ⎢ − ⎜⎜ + ⎟⎟⎥ = ⎜⎜− ⎟ ⎜⎟ − ⎟

(1.4) Đây chính là công thức vệt khói Gauss cơ bản

Trong đó:

C: nồng độ chất ô nhiễm , kg/m3 Q: tải lượng chất ô nhiễm, kg/s

σ và σzlà các hệ số khuếch tán

theo phương ngang và phương thẳng đứng,

có thứ nguyên là độ dài (do Ky và Kz có

thứ nguyên m2/s)

2 y z

Q

u

πσ σ : nồng độ chất ô nhiễm trên trục

chính theo chiều gió

⎥

⎥

⎦

⎤

⎢

⎢

⎣

⎡

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

−

2

y

y

2

1

exp

σ : độ lan truyền bên theo

phương ngang, đối xứng qua trục chính

⎪⎭

⎪

⎬

⎫

⎪⎩

⎪

⎨

⎧

⎥

⎥

⎦

⎤

⎢

⎢

⎣

⎡

⎟⎟

⎞

⎜⎜

⎛ +

− +

⎥

⎥

⎦

⎤

⎢

⎢

⎣

⎡

⎟⎟

⎞

⎜⎜

⎛ −

−

2 z

2 z

H z 2

1 exp H

z

2

1

exp

σ

lan truyền bên theo phương đứng, đối xứng

qua trục chính

M« h×nh Berliand tÝnh to¸n lan

truyÒn « nhiÔm kh«ng khÝ trong

tr−êng hîp lÆng giã ( v= 0)

Phương trình lan truyền chất ô

nhiễm trong trường hợp lặng gió được

Berliand và Kurebin (1969) đưa ra phương

trình sau trong hệ tạo độ trục

0 ) ( ) (

1

=

− +

∂

∂

∂

∂ +

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

∂

∂

∂

H z r M z

C k z r

C

Rk

r

(1.5)

Với các điều kiện biên sau:

- Khi z =0:

z

C

k z

∂

∂ = 0 và khi R2 + z2

∞

→ : C → 0

- Sự phân bố nồng độ ô nhiễm trên

bề mặt nằm ngang có tính đối xứng qua

tâm nguồn, cho nên R = 0 →

r

C

∂

∂ = 0 Trong công thức (1.5)

R – bán kính kể từ chân nguồn đến

điểm tính toán

kr ≈ β2.R với β2 = ϕ02.u; ϕ0- sai

phương chuẩn của hướng gió trung bình

trong khoảng thời gian tính toán Có thể

lấy β ≈ 2k1

kr ≈ k1.z và u ≈ u1.zn với (n = 0,2)

Trong điều kiện đối lưu mạnh (siêu đoản nhiệt) có lấy k1 = 0,15m/s

Berliand và Kurebin đã giải phương trình (1.5) với nghiệm có dạng

1 1 ( , ) (1 )/2 1 ) 2 3/2 (1 )/2 1 ) 2 3/2 1

C

π

+ +

+ +

+ ⎡⎣ − + ⎤ ⎡⎦ ⎣ + + ⎤⎦

(1.6) Trong đó:

2

1 2

1

2

) 1 (

4 ) 1

k n

k + = +

α

Để xác định nồng độ trên mặt đất,

ta cho z = 0 và phương trình (1.6) trở thành

1(1 )

M C

n R

+ +

=

+

α

Nồng độ cực đại trên mặt đất sẽ xảy ra ngay tại chân ống khói, tức khi R =

0 và do đó:

) 1 ( 2 2 1

max

) 1 (

M

+

=

α

3 (1.8)

1

3 max

32

) 1 (

n

H k

n M

C = + +

PhÇn mÒm Arcview

Khái niệm Arcview

Phần mềm Arcview ® GIS là phần mềm ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý của Viện nghiên cứu hệ thống môi trường (ESRI) Arcview có khả năng:

- Tạo và chỉnh sửa dữ liệu tích hợp (dữ liệu không gian tích hợp với dữ liệu thuộc tính)

- Truy vấn dữ liệu thuộc tính từ nhiều nguồn và bằng nhiều cách khác nhau

- Hiển thị, truy vấn và phân tích dữ liệu không gian

- Tạo bản đồ chuyên đề và tạo ra các bản in có chất lượng trình bày cao

Ngoài phần mềm chính, ESRI còn tạo lập thêm các phầm mở rộng thêm: 3D Analysis (phân tích 3 chiều), Spatial Analysis (phân tích không gian ), Network

Analysis (phân tích mạng)… nhằm mục

đích cung cấp thêm các chức năng phân

tích phục vụ cho nghiên cứu chuyên

ngành

Các chức năng chính của phần

mềm Arcview

Vì là một thành phần trong hệ

thống thông tin địa lý nên phần mềm

ArcView cũng thực hiện được những chức

năng cơ bản của hệ thống thông tin địa lý

như: lưu trữ, truy vấn, phân tích, hiển thị

và xuất dữ liệu địa lý Cụ thể được thể hiện

như sau:

- Tạo dữ liệu trong Arcview từ các

phần mềm khác như Mapinfo, ARC/INFO,

Microstation, AutoCAD, MS Access Data,

DBASE file, Excel file

- Nội suy, phân tích không gian

- Tạo ra những bản đồ thông minh

được kết nối nhanh (hotlink) với nhiều

nguồn dữ liệu khác nhau như: biểu đồ,

bảng thuộc tính, ảnh và các file khác

- Phát triển những công cụ của

Arcview bằng ngôn ngữ lập trình Avenue

3 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Chúng tôi đã tiến hành đánh giá

theo 6 khu vực bị ảnh hưởng của hơi chì

gồm: khu vực trát bản; khu vực lò nung, lò

luyện kim; khu vực đúc bản; khu vực cắt

thẻ, tách bản cực; khu vực lắp bản cực, hàn

xếp điện cực và khu vực sạc điện

Kết quả này được tính toán trong

trường hợp ô nhiễm nhất

- Việc áp dụng mô hình Gauss cho ta

nồng độ tại những khoảng cách X (m) nhất

định, kết quả của mô hình được biểu thị

trên 12 đồ thị tại 6 khu vực tương ứng với

2 hướng gió chủ đạo (hướng Nam và

hướng Tây Nam)

- Kết quả của mô hình Berliand được

biểu thị qua 6 đồ thị tại 6 khu vực

- Từ các kết quả của mô hình, chúng

tôi đã ứng dụng GIS (cụ thể là phần mềm

Arcview ) xây dựng được 18 bản đồ từ nội

suy và 18 bản đồ chồng lớp từ kết quả nội

suy với lớp bản đồ khu công nghiệp Nhơn

Trạch 2, từ đó giúp ta thấy được các công

ty bị ảnh hưởng bởi sự phát tán chì từ dự

án

Dưới đây chúng tôi trình bày cụ thể hai kết quả từ việc ứng dụng mô hình Gauss tương ứng với hai hướng gió chủ đạo và một kết quả từ việc ứng dụng mô hình Berliand kết hợp với phần mềm Arcview

KÕt qu¶ ch¹y m« h×nh Gauss

vμ kÕt hîp víi Arcview

ƒ Tại khu vực trát bản với

hướng gió chủ đạo là hướng Nam

Nồng độ cực đại: 0.000761 (mg/m3);

x max= 200(m) và độ nâng luồng khói H: 16.91(m)

Đồ thị phân bố theo hướng gió Nam (hướng chủ đạo):

Từ kết quả mô hình, chúng tôi kết hợp phần mềm arcview vào phân vùng ảnh hưởng từ hơi chì tới môi trường ta có được bản đồ nội suy sau:

Chú thích: (*): khu vực trát bản

Kết quả từ việc phân vùng ảnh hưởng cho ta thấy:

Vùng ô nhiễm nhất có nồng độ từ

64,94.10-5 – 75,76.10-5 mg/m3 trong

khoảng bán kính: 200 – 220m

Dựa trên bản đồ nội suy, kết hợp

với phương pháp chồng lớp ta có bản đồ:

Chú thích: (*): khu vực trát bản

Dựa trên bản đồ nội suy, kết hợp

với phương pháp chồng lớp ta có bản đồ:

Công ty Cổ phần An Lạc và Công ty CP

cấu kiện bê tông Nhơn Trạch 2 bị ảnh

hưởng nhiều nhất

Ngoài phạm vi 1900m không bị

ảnh hưởng

ƒ Tại khu vực đúc bản trát bản

với hướng gió chủ đạo là

hướng Tây Nam

Nồng độ cực đại: 0,000953 (mg/m3); xmax=

216(m) và độ nâng luồng khói H:20,91(m)

Đồ thị phân bố theo hướng gió:

Từ kết quả nô hình, chúng tôi kết hợp phần

mềm arcview vào phân vùng ảnh hưởng từ

hơi chì tới môi trường ta có được bản đồ

nội suy sau:

Chú thích: (*): Khu vực đúc bản

Kết quả từ việc phân vùng ảnh hưởng cho ta thấy:

Vùng ô nhiễm nhất có nồng độ từ 80,01.10 -5 – 93,34.10-5 mg/m3 trong khoảng bán kính:

Dựa trên bản đồ nội suy, kết hợp với phương pháp chồng lớp ta có bản đồ:

Chú thích: (*): Khu vực đúc bản

Dựa vào bản đồ chồng lớp ta thấy:

Công ty CP cấu kiện Bê tông Nhơn Trạch

2 bị ảnh hưởng nhiều nhất

KÕt qu¶ ch¹y m« h×nh Berliand vμ kÕt hîp víi Arcview

ƒ Tại khu vực lò nung – lò luyện

kim

Kết quả chạy mô hình:

Nồng độ cực đại: 0,60218 (mg/m3); xmax=

0 (m) và độ nâng luồng khói H: 64,32 (m)

Đồ thị phân bố trong trường hợp lặng gió:

Từ kết quả mô hình, chúng tôi kết

hợp phần mềm arcview vào phân vùng ảnh

hưởng từ hơi chì tới môi trường ta có được

bản đồ nội suy sau:

Chú thích: (*): khu vực lò nung, lò luyện

kim

Vùng ô nhiễm nhất có nồng độ từ

5356,496.10-4 – 6019,105.10-4 mg/m3

trong khoảng bán kính 10m:

Dựa trên bản đồ nội suy, kết hợp với

phương pháp chồng lớp ta có bản đồ

Chú thích: (*): khu vực lò nung, lò luyện

kim

Từ kết quả bản đồ ta có:

Lượng hơi chì khuếch tán ảnh hưởng nhiều nhất đến Công ty Center Power Tech

không bị ảnh hưởng

4 KẾT LUẬN

Trong đề tài này, chúng tôi đã tính toán được nồng độ hơi chì lan truyền trong không khí theo bán kính dựa trên mô hình Gauss áp dụng đối với vận tốc gió trung bình và mô hình Berliand đối với vận tốc gió nguy hiểm

Từ kết quả chạy mô hình chúng tôi sử dụng phần mềm Arcview để phân vùng ảnh hưởng từ hơi chì đến môi trường xung quanh

Kết quả này có thể giúp cho cơ quan quản lý môi trường và chính quyền các cấp xem xét việc đầu tư của dự án và đề ra được các biện pháp quản lý thích hợp cho nhà máy khi đi vào hoạt động

Về phía Công ty, dựa vào kết quả này Công ty có thể đưa ra biện pháp quản

lý và có giải pháp hợp lý nhằm giảm thiểu ảnh hưởng tới sức khỏe của người lao động cũng như giảm thiểu các sự cố môi trường

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bùi Tá Long, TSKH, “Mô hình hóa môi trường”, NXB Đại học Quốc Gia TP

HCM, 2008

• [2].Cáp Trương Quốc Hiếu, ThS, “Bài giảng môn học đánh giá rủi ro và tác động

môi trường”

[3] Đinh Xuân Thắng, PGS.TS, “Giáo trình ô nhiễm không khí”, NXB Đại học Quốc

Gia TP HCM , 2007

[4] Phùng Chí Sỹ, PGS.TS, “Đánh giá rủi ro môi trường”, Viện kỹ thuật nhiệt đới và

bảo vệ môi trường

http://www.ebook.edu.vn/

[5] Trần Ngọc Chấn, GS.TS, “Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 1”, NXB

Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2000

[6] Trần Vĩnh Phước (chủ biên), PGS.TS “GIS đại cương phần thực hành”, NXB

Đại học Quốc Gia TP HCM, 2000

[7] Trần Trọng Đức, TS, “GIS phân tích không gian”, Đại học Bách Khoa TP.HCM [8] Andrew G Clarke, “Industrial Air Pollution Monitoring”, Chapman & Hall,

Environmental Management Series 8, London

[9] Cheremisinoff, Nicholas P,“ Handbook of Air Pollution and Control”,Elsevier

Publishers, 2002,USA

[10] Zahari Zlatev, “Computer Treatment of Large Air Pollution Models”, Kluwer

Academic Publishers, Environmental Science and Technology Library

CỐ VẤN KHOA HỌC SINH VIÊN THỰC HIỆN