Nghiên cứu tính toán phát tán thải phóng xạ dạng khí cho nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận

Trên cơ sở yêu cầu trên, Bộ Khoa học và Công nghệ đã giao cho Viện Nghiên cứu hạt nhân triển khai thực hiện đề tài “Nghiên cứu tính toán phát tán thải phóng xạ dạng khí cho nhà máy điện

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM

1

MỞ ĐẦU

Trong quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa và hiện đại hóa, bảo vệ môi trường

đã trở thành vấn đề được các nhà lập kế hoạch và ra quyết định quan tâm hàng đầu Đây là vấn đề bức xúc và cũng là nhiệm vụ hết sức quan trọng ở Việt Nam cũng như các nước trên thế giới

Ô nhiễm môi trường, sự cố môi trường, suy giảm tài nguyên sinh vật, thay đổi khí hậu toàn cầu là hậu quả trực tiếp do tác động của các dự án, chính sách phát triển không có sự quan tâm đúng mức về mặt môi trường Vấn đề nghiên cứu, đánh giá tác động môi trường đã và đang được quan tâm ở hầu hết các nước trên thế giới, nhiều quốc gia như: Mỹ, Nhật, Ý, Anh, Pháp, Nga, v.v đã có những chương trình khá hoàn chỉnh để cảnh báo môi trường và phương pháp luận, cũng như quy trình nghiên cứu đánh giá tác động môi trường cho từng loại hình cơ sở và xây dựng báo cáo thường niên Cũng vì thế, ở Việt Nam để đảm bảo phát triển bền vững trong thời kỳ công nghiệp hóa và hiện đại hóa này, Luật Bảo vệ Môi trường đã quy định các điều khoản

về đánh giá tác động môi trường Ngoài ra, trong Nghị định của Chính phủ số 29/2011/NĐ-CP ngày 18/4/2011 quy định về “Đánh giá môi trường chiến lược, đánh giá tác động môi trường, cam kết bảo vệ môi trường” cũng nêu rõ yêu cầu về đánh giá tác động môi trường đối với các dự án phát triển

Luật Năng lượng nguyên tử (NLNT) đã được Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khóa XII, kỳ họp thứ 3 thông qua ngày 3/6/2008 và có hiệu lực thi hành từ ngày 1/1/2009, trong đó quy định nhà máy điện hạt nhân (NMĐHN) từ lúc phê duyệt địa điểm đến khi đưa vào hoạt động cần được thẩm định, đánh giá về an toàn bức xạ và hạt nhân Vai trò của việc đánh giá là nhằm chứng minh cho khả năng có thể chấp nhận được trong việc thiết kế và lựa chọn vị trí của cơ sở, đặc biệt là tính khả thi trong việc thực hiện các biện pháp khắc phục sự cố khi có tình huống bất thường xảy

ra để bảo vệ nhân viên và dân chúng trong vùng

Một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến an toàn bức xạ đối với hoạt động của NMĐHN là khả năng phát tán chất phóng xạ trong môi trường khí từ các hoạt động bình thường cũng như khi xảy ra sự cố của nhà máy Để phục vụ công tác thẩm định an toàn bức xạ cho dự án NMĐHN Ninh Thuận, việc nghiên cứu tính toán

và xây dựng quy trình đánh giá phát tán chất phóng xạ trong không khí từ các hoạt động của NMĐHN là rất cần thiết

Trên cơ sở yêu cầu trên, Bộ Khoa học và Công nghệ đã giao cho Viện Nghiên cứu hạt nhân triển khai thực hiện đề tài “Nghiên cứu tính toán phát tán thải phóng xạ dạng khí cho nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận” nhằm đáp ứng các mục tiêu và nội dung sau:

Mục tiêu:

Áp dụng các mô hình phân tán để dự báo phạm vi ảnh hưởng của thải phóng xạ theo con đường lan truyền trong không khí tại 2 vị trí xây dựng NMĐHN tại tỉnh Ninh Thuận

Các nội dung chính:

1 Nghiên cứu lựa chọn áp dụng mô hình phát tán khí thải phóng xạ quy mô cục bộ địa phương cho NMĐHN: thuật toán, yêu cầu của bộ số liệu đầu vào, v.v… và một computer code được kiểm định, đánh giá thích hợp để sử dụng tính toán

2 Thu thập các số liệu khí tượng, thủy văn, địa lý & địa hình của vùng xung quanh

vị trí NMĐHN tại tỉnh Ninh Thuận có ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển và khuếch tán các nhân phóng xạ trong không khí

3 Bố trí thí nghiệm để xác định các thông số vận chuyển: tốc độ rơi lắng khô, rơi lắng ướt và hệ số làm sạch do rơi lắng ướt (dùng các đồng vị phóng xạ tự nhiên làm chỉ thị)

4 Nghiên cứu đánh giá sự phát tán khí thải phóng xạ quy mô cục bộ (50 km tính từ chân ống thải) của NMĐHN trong điều kiện hoạt động bình thường và khi xảy

ra sự cố

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

Ý nghĩa khoa học: Các kết quả nghiên cứu của đề tài này sẽ là cơ sở giúp các cơ

quan chức năng trong việc khai thác năng lượng nguyên tử một cách an toàn; là căn cứ

để ban hành các quy định trong việc quản lý an toàn môi trường trong vùng phụ cận các cơ sở hạt nhân

Ý nghĩa thực tiễn: Góp phần vào báo cáo đánh giá tác động môi trường về mặt

phóng xạ của NMĐHN ở Ninh Thuận

Đơn vị thực hiện chính: Trung tâm Môi trường

Thời gian thực hiện: 4/2009 – 3/2011

Phần II Nghiên cứu, thực nghiệm

Phần III Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Ngoài các phần chính trên, báo cáo cũng kèm theo các báo cáo chuyên đề về: các

mô hình tính toán khuếch tán chất ô nhiễm, những đặc điểm khí tượng thủy văn chủ yếu ở khu vực tỉnh Ninh Thuận, kết quả tính toán, kết quả thực nghiệm được viết dưới dạng các phụ lục

Do nhiều yếu tố khách quan và chủ quan, bản báo cáo này không thể tránh khỏi những sai sót Tác giả xin chân thành cảm ơn sự quan tâm theo dõi và mong nhận được nhiều ý kiến chỉ giáo của Quý độc giả

3

PHẦN I LÝ THUY ẾT, TỔNG QUAN

Các mô hình phân tán khí quyển có thể được áp dụng để dự báo và đánh giá phân

bố hàm lượng chất ô nhiễm trong môi trường không khí do một hay nhiều nguồn cố định gây ra cho khu vực xung quanh Việc nghiên cứu tính toán lan truyền chất ô nhiễm trong không khí đã và đang được tiến hành ở các nước trên thế giới theo hai hướng chính là điều tra khảo sát thực nghiệm và ứng dụng các mô hình toán học để tính toán sự lan truyền ô nhiễm trong không khí

1.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài [2, 8, 10, 11]

Việc nghiên cứu, tính toán lan truyền chất ô nhiễm trong không khí đã được tiến hành vào những năm đầu của thế kỷ 20 ở một số nước công nghiệp phát triển trên thế giới, sau đó đã phát triển mạnh từ khi máy tính điện tử ra đời

Để đánh giá, kiểm soát và quản lý chất lượng môi trường, các nhà khoa học đã xây dựng nhiều mô hình tính toán khuếch tán chất ô nhiễm trong không khí Các mô hình này càng ngày càng phát triển dựa vào các thiết bị đo những tham số khí tượng mặt đất và cao không có liên quan đến quá trình khuếch tán

Hiện nay trên thế giới có hơn 20 dạng mô hình tính toán ô nhiễm không khí, nhưng có thể tập hợp thành 3 hướng chính: Mô hình thống kê kinh nghiệm, mô hình thống kê thuỷ động (lý thuyết nửa thứ nguyên) và mô hình số trị

Các mô hình thống kê kinh nghiệm và thống kê thuỷ động được áp dụng rộng rãi

để tính toán sự phân tán của khí và son khí thải vào khí quyển, các mô hình này có tính đến ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố khí tượng

1.2 Các nghiên cứu trong nước [29]

Trong những năm gần đây, việc sử dụng mô hình hóa để phục vụ cho công cụ quản lý chất lượng môi trường không khí đã được một số cơ quan nghiên cứu và cơ quan môi trường ở nước ta quan tâm với những mức độ khác nhau Các mô hình toán học được lựa chọn và áp dụng ở Việt Nam để tính toán lan truyền chất ô nhiễm là mô hình Gauss (mô hình thống kê kinh nghiệm) và mô hình Berliand (mô hình thống kê thuỷ động), trong đó mô hình Gauss được sử dụng rộng rãi nhất

Đa số các mô hình được sử dụng ở nước ta là các chương trình phần mềm được xây dựng dựa trên các phương trình, các mô hình phân tán có sẵn và được lập trình bởi các chuyên gia trong và ngoài nước Một số cơ quan đã và đang sử dụng các phần mềm này là Trung tâm Kỹ thuật Hạt nhân Tp Hồ Chí Minh, Viện Kỹ thuật Nhiệt đới

và Bảo vệ Môi trường, Trung tâm Môi trường Dầu khí, Sở Khoa học Công nghệ Tp

Hồ Chí Minh, Viện Môi trường và Tài nguyên, v.v Hầu hết các phần mềm này đều

có bao hàm các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán khí quyển như các yếu tố khí tượng, điạ hình, công trình lân cận, v.v…

1.3 Khuếch tán khí quyển

1.3.1 Phương trình vi phân của quá trình khuếch tán [13, 23, 29]

Khi mô tả bằng toán học, quá trình khuếch tán các chất ô nhiễm trong không khí thường được đặc trưng bởi trị số hàm lượng chất ô nhiễm phân bố trong không gian và biến đổi theo thời gian Các trị số này phụ thuộc vào vận tốc gió trung bình trong khoảng thời gian tính

Dưới tác dụng của gió tự nhiên, các luồng khí phụt lên từ miệng ống thải sẽ bị uốn cong theo chiều gió thổi Chất ô nhiễm dần dần được khuếch tán rộng ra và được gọi là vệt khí thải

Phương trình vi phân của quá trình khuếch tán chất ô nhiễm dạng khí và dạng son khí trong khí quyển được dùng làm cơ sở cho mọi công thức toán học biểu diễn quá trình này là xuất phát từ phương trình cổ điển về dẫn nhiệt trong vật rắn

Trong trường hợp dòng khí chảy rối, phương trình biểu diễn hàm lượng chất ô nhiễm tại một điểm có tọa độ x, y, z có dạng như sau:

C k y x

C k x

C

z y

x

Trong đó: C - hàm lượng chất ô nhiễm, g/m3

 - thời gian, s

kx, ky, kz - hệ số khuếch tán rối theo phương x, y, z, tương ứng

Để diễn giải phương trình vi phân trên, theo phương pháp Lagrange, đầu tiên ta chọn điểm quan sát di động theo chiều của luồng khí thải (trục x trong hình 1.1) Từ điểm này, người quan sát có cảm giác mặt đất chuyển động về phía ngược lại chiều gió

Từ phía đầu gió của nguồn phát thải, ta có thể giả thiết rằng hàm lượng ban đầu của chất ô nhiễm Co = 0 (nếu Co  0 thì ta phải cộng vào kết quả tính toán để đánh giá hàm lượng ô nhiễm được chính xác hơn) Tại sát ngay bên trên miệng ống thải ta quan sát thấy hàm lượng là cực đại, sau đó càng ra xa ống thải theo chiều gió, luồng khí thải càng nở rộng và hàm lượng chất ô nhiễm càng giảm dần do có hiện tượng hòa trộn bởi khuếch tán rối

Xét một khối thể tích hình hộp đơn vị có cạnh là x, y và z ở gần trục của luồng khí thải và thiết lập sự cân bằng vật chất xảy ra trong khối hình hộp này với giả thiết là chất ô nhiễm không được sản sinh ra, cũng không bị phân hủy tiêu hao trong khí quyển, do đó ta có thể viết:

Lượng vật chất tích tụ

trong khối hình hộp =  chất đi vàoLượng vật -  Lượng vật chất đi ra

Hình 1.1 Luồng khí thải từ nguồn điểm cao

Ở đây không có dòng khí chuyển động đi vào cũng như đi ra khỏi khối hình hộp

vì khối hình hộp cùng với người quan sát chuyển động đúng theo vận tốc cục bộ của gió

Tuy nhiên, ở đây vẫn xảy ra sự chuyển động của dòng vật chất đi qua 6 mặt của khối hình hộp do có hòa trộn bởi khuếch tán rối mà cường độ của nó trên một đơn vị diện tích có thể xem là tỷ lệ thuận với biến thiên hàm lượng C theo phương pháp tuyến

n của tiết diện xem xét:

Dòng vật chất do hòa trộn trên đơn vị diện tích của

tiết diện xem xét trong đơn vị thời gian n

C k

n - khoảng cách theo phương pháp tuyến của tiết diện xem xét, cụ thể

là x đối với tiết diện yz, y-xz và z-xy, m

Dấu trừ trong biểu thức biểu thị dòng vật chất đi từ phía hàm lượng cao sang phía hàm lượng thấp

Áp dụng biểu thức trên đối với hai mặt của hình hộp trực giao với chiều x, ta có:

Lượng vật chất còn lại trong khối hình

hộp do hòa trộn rối theo phương x k C x k C x y z

x x x

C k z

C k y

y

C k y

C k x

x

C k x

C k

x

C k x

C k x

x x

2 2

2

z

C k y

C k x

C k

Quá trình khuếch tán có thể diễn ra trong không gian một chiều, hai chiều hoặc

ba chiều Nghiệm của phương trình được trình bày ở trên cho trường hợp một, hai hoặc ba chiều có dạng:

Đối với bài toán một chiều:

x

k

x k

Q C

2 2

/ 1 2 / 1 )

(

4

1exp

x y

y k

x k

k

Q C

2 2 2

/ 1 )

,

1 exp

(1.8)

Đối với bài toán ba chiều:

y x z

y x

k

z k

y k

x k

k k

Q C

2 2 2 2

/ 1 2

/ 3 )

, , (

4

1 exp

(1.9)

Trong đó Q là lượng phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm tức thời, g/s

1.3.2 Phân loại nguồn ô nhiễm theo mô hình tính toán [7]

Khi tính toán các chất ô nhiễm trong không gian, người ta phân chia nguồn thải thành các loại sau:

- Về độ cao: Phân thành nguồn thấp và nguồn cao Nguồn cao là nguồn được phóng thích qua ống thải, đứng độc lập ở chỗ trống không bị các chướng ngại vật như đồi núi hoặc nhà cửa che chắn xung quanh hoặc đứng trong quần thể các công trình nhưng độ cao của nó vượt ra ngoài vùng bóng khí động do các vật cản hoặc công trình nhà cửa xung quanh gây ra Thông thường ống thải có độ cao lớn hơn hoặc bằng 2,5 lần độ cao của các chướng ngại hoặc công trình lân cận thì được xem là nguồn thải cao; Ngược lại với những điều vừa đề cập là nguồn thải thấp

- Về mặt hình thể: Phân thành nguồn điểm (chất ô nhiễm thoát ra từ một điểm là miệng ống thải), nguồn đường (cửa mái thoát gió nhà công nghiệp, ô tô nối đuôi nhau chạy trên đường) và nguồn mặt (bãi chứa thải bốc bụi, bốc hơi khí độc hại)

- Về phương diện nhiệt: Phân thành nguồn nóng và nguồn nguội

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán chất ô nhiễm không khí

1.3.3.1 Đặc điểm khí quyển [3, 5, 15, 20, 29]

Lớp khí quyển bao bọc Trái đất gồm chủ yếu là khí Nitơ chiếm 78%, oxy chiếm 21% và các loại khí trơ như agon, neon, heli, v.v… chiếm khoảng 1% theo thể tích Ngoài ra, trong khí quyển còn có CO2 và hơi nước có tỷ lệ thay đổi khác nhau tùy từng khu vực và mùa trong năm Khí quyển Trái đất có đặc điểm phân tầng rõ rệt như được trình bày trong hình 1.2

• Lớp tiếp giáp với mặt đất được gọi là tầng đối lưu (troposphere) có bề dày khoảng từ 10-12km ở các vĩ độ trung bình và khoảng từ 16-18 km ở các cực Tầng đối lưu hầu như hoàn toàn trong suốt đối với các tia bức xạ sóng ngắn của Mặt trời, nhưng thành phần hơi nước trong tầng đối lưu hấp thụ rất mạnh bức xạ sóng dài của mặt đất, do đó tầng đối lưu được nung nóng chủ yếu là từ mặt đất

Từ đó sinh ra sự xáo trộn không khí theo chiều đứng, hình thành ngưng tụ hơi nước và kéo theo là mây, mưa Trong tầng đối lưu, nhiệt độ giảm theo chiều cao trung bình từ 0,5-1oC/100 m

• Bên trên tầng đối lưu là tầng bình lưu (stratosphere) ở độ cao từ 12-15 km trên mặt đất Trong tầng bình lưu có chứa một lượng nhỏ khí ôzon, nhờ đó các tia cực tím trong thành phần bức xạ của Mặt Trời bị hấp thụ mạnh và vì thế nhiệt độ không khí dừng lại không giảm nữa để rồi ở độ cao khoảng 20-25 km lại bắt đầu tăng và đạt trị số  0oC ở độ cao khoảng 55 km

• Bên trên tầng bình lưu là tầng giữa (mesosphere) trải từ độ cao 50-55 km đến 85

km Trong tầng này nhiệt độ không khí giảm gần như theo tỷ lệ nghịch bậc nhất với độ cao và đạt trị số  -100oC, đây là nhiệt độ thấp nhất của khí quyển ở độ cao 85-90 km

• Tầng nhiệt quyển (thermosphere): Đây là tầng trên cùng của khí quyển - lớp không khí rất loãng với mật độ không khí khoảng 1013 phân tử/cm3 (so với 51019phân tử/cm3 trên mặt biển) Nhiệt độ trong tầng nhiệt quyển tăng và đạt đến trị số

 1200oC ở độ cao 700 km

Hình 1.2 Biến thiên nhiệt độ của khí quyển theo độ cao

Không thể xác định một cách chính xác biên giới trên cùng của khí quyển vì khối lượng đơn vị của không khí không ngừng giảm nhỏ theo chiều cao Tại mặt đất khối lượng đơn vị của không khí khô ở nhiệt độ 0oC là 1293 g/m3, trong khi đó ở độ cao 20

km chỉ còn 90 g/m3

Mặc dù bầu khí quyển có độ cao rất lớn nhưng chỉ có tầng đối lưu là có ảnh hưởng trực tiếp đến khí hậu của Trái đất Tầng đối lưu tương đối không ổn định do trong tầng này thường xuất hiện dòng chảy theo phương thẳng đứng dẫn đến các hiện tượng ngưng tụ hơi nước và sinh ra mây, mưa Vận tốc chuyển động của không khí theo phương thẳng đứng thường không lớn, chỉ đạt khoảng 7 cm/s ở những vùng rộng lớn Gió trên mặt đất chủ yếu là chuyển động theo phương ngang

9

1.3.3.2 Ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng đối với quá trình khuếch tán

Mức độ ô nhiễm không khí gần mặt đất được xác định bằng sự phân bố của các chất ô nhiễm trong không gian và thời gian Nó không chỉ phụ thuộc vào các thông số nguồn thải mà còn phụ thuộc vào các điều kiện khí tượng, địa hình khu vực

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ không khí có ảnh hưởng tới sự phân bố hàm lượng chất ô nhiễm Tính năng hấp thụ và bức xạ nhiệt của mặt đất có ảnh hưởng đến sự phân bố nhiệt độ không khí theo chiều cao, thường thì càng lên cao nhiệt độ không khí càng giảm Gradient nhiệt độ theo chiều đứng là khoảng 0,5-1oC/100 m Trị số này thay đổi phụ thuộc vào địa hình vùng khảo sát Nếu trạng thái nhiệt của không khí có đặc tính ngược lại, tức là nhiệt độ ở trên cao lớn hơn ở dưới thì được gọi là sự “nghịch nhiệt” Sự nghịch nhiệt này làm suy yếu sự trao đổi đối lưu, làm giảm sự khuếch tán chất ô nhiễm và làm tăng hàm lượng của chúng trong không khí gần mặt đất Các trường hợp biến thiên nhiệt độ không khí theo chiều cao trên mặt đất được trình bày trên hình 1.3

Hình 1.3 Các trường hợp biến thiên nhiệt độ không khí theo chiều cao trên mặt đất Khi có nghịch nhiệt, không khí trở nên rất ổn định và cản trở mọi chuyển động thẳng đứng của từng bộ phận không khí do lực nổi gây ra Độ ổn định do nghịch nhiệt tạo ra còn làm hạn chế sự trao đổi năng lượng gió của lớp không khí sát mặt đất với

gió ở các lớp khí quyển trên cao và do đó làm cản trở quá trình khuếch tán các chất ô nhiễm theo cả phương đứng lẫn phương ngang

Nghịch nhiệt được hình thành do nhiều nguyên nhân khác nhau:

(1) Làm lạnh lớp không khí từ bên dưới;

(2) làm nóng lớp không khí từ phía trên;

(3) chuyển động của dòng không khí lạnh bên dưới không khí ấm;

(4) chuyển động của dòng không khí ấm bên trên lớp không khí lạnh

Trong bốn nguyên nhân nêu trên thì nghịch nhiệt do nguyên nhân thứ nhất gây ra chính là dạng nghịch nhiệt bức xạ mà thường xuất hiện quanh năm vào nửa đêm đến sáng sớm, nhưng về mùa đông có thể kéo dài cả ban ngày khi năng lượng bức xạ mặt trời không đủ sức phá vỡ lớp nghịch nhiệt Nguyên nhân thứ hai thường xuất hiện ở những vùng áp suất cao khi có lớp mây che phủ bầu trời và hấp thụ bức xạ năng lượng mặt trời chiếu xuống Trong vùng này có dòng chảy chậm của không khí hướng xuống dưới và gió nhẹ Khối không khí nặng chìm xuống dưới sẽ làm tăng nhiệt độ của bản thân theo quá trình đoạn nhiệt và thường trở thành lớp không khí ấm hơn so với lớp không khí ở phía dưới Lớp nghịch nhiệt này thường có độ cao từ 400-500 m đến 4000 -5000 m trên mặt đất Nguyên nhân thứ ba là trường hợp dòng không khí lạnh từ các vùng đất cao vào ban đêm tràn xuống các thung lũng tạo thành lớp không khí lạnh nằm bên dưới lớp không khí ấm dẫn đến hiện tượng nghịch nhiệt ở đáy thung lũng Trường hợp này nếu có ngưng tụ xảy ra thì lớp sương giá sẽ hình thành và làm cho ánh nắng mặt trời vào ban ngày không thể xuyên qua được, lúc đó nghịch nhiệt có thể kéo dài nhiều ngày và chỉ khi nào có gió mạnh hoặc bão nó mới bị quét sạch khỏi thung lũng Cuối cùng, nguyên nhân thứ tư thường xảy ra khi có dòng không khí từ phía khuất gió của sườn núi thổi xuống chân núi Dòng không khí này sẽ được ấm lên theo quá trình nén ép đoạn nhiệt và nó len vào bên trên lớp không khí lạnh ở sát mặt đất dưới chân núi gây ra nghịch nhiệt với cường độ mạnh và có thể kéo dài

Trên cùng một địa điểm vào cùng một thời gian có thể có hai lớp nghịch nhiệt cùng song song tồn tại: một lớp ở sát mặt đất đến độ cao 100-200 m và một lớp ở độ cao từ 900-1000 m như được trình bày ở hình 1.4

Tóm lại, nghịch nhiệt có thể hình thành và được tăng cường trong những điều kiện sau đây:

• Thời tiết trong năm: về mùa đông nghịch nhiệt thường kéo dài do Mặt trời không đủ sức làm ấm mặt đất để phá vỡ lớp nghịch nhiệt

• Khả năng hấp thụ và tỏa nhiệt của mặt đất: Mặt đất trơ trụi không có cỏ cây sẽ hấp thụ và nhả nhiệt nhanh hơn so với mặt đất có lớp thực vật che phủ do đó nó tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành nghịch nhiệt

• Sương mù, mây - nhất là mây thấp, che kín bầu trời làm cho bức xạ mặt trời không đủ sức làm ấm mặt đất

Hình 1.4 Lớp nghịch nhiệt sát mặt đất và lớp nghịch nhiệt trên cao

Ảnh hưởng của gió

Gió hình thành từ các dòng chuyển động rối của không khí trên mặt đất, đây là yếu tố khí tượng có ảnh hưởng lớn tới sự lan truyền các chất ô nhiễm Gió không phải

là dòng chảy ổn định, hướng và tốc độ của nó luôn luôn thay đổi Vì thế, cần có đầy đủ

số liệu về tần suất gió, vận tốc gió theo từng hướng, từng mùa trong cả năm của vùng cần khảo sát Vận tốc gió phụ thuộc vào chênh lệch áp suất khí quyển Sự phân bố hàm lượng chất ô nhiễm phụ thuộc vào các đặc trưng của gió nên hàm lượng của nó sẽ luôn luôn biến đổi theo thời gian và theo khoảng cách Đối với tầng khí quyển sát mặt đất thì tốc độ gió ban ngày lớn hơn, ngược lại ở trên cao thì ban đêm lại có tốc độ lớn hơn Chuyển động của không khí gần mặt đất chịu tác động của lực ma sát bề mặt làm cho vận tốc gió ở sát mặt đất có thể xem là bằng không và càng lên cao vận tốc gió càng lớn dần, lúc đầu tăng nhanh về sau chậm dần

Quy luật thay đổi theo chiều cao của vận tốc gió được thể hiện bằng biểu thức sau:

) ( )

0 lnln

z z

Trong đó: u (z) - vận tốc gió ở độ cao z, m/s

u (z1) - vận tốc gió đã biết ở độ cao z1, m/s

zo - độ cao mà ở đó vận tốc gió được xem là bằng không, m

z, z1- lần lượt là độ cao cần tính vận tốc và độ cao có vận tốc đã biết,

m

Thường người ta nhận zo=0,1 m - độ gồ ghề của mặt đất, nơi vận tốc gió có thể xem là bằng không, lúc đó công thức trên có thể được viết thành:

)/ln(

)/ln(

0 1

0 )

( )

( 1

z z

z z u

a a z

z

z

z u z

z u

u      



1 ) (

) 2 /(

1 ) ( )

• Khi có nghịch nhiệt vừa tức khí quyển ổn định: a = 0,33  n = 0,20

• Khi có nghịch nhiệt mạnh tức khí quyển ổn định mạnh: a = 0,50  n = 0,33 Theo số liệu của M.E Berliand thì số mũ n thường được nhận n = 0,15  0,20 Ngoài ra, theo kết quả nghiên cứu của Irwin J.S, vận tốc gió thay đổi theo chiều cao bởi quy luật hàm mũ phụ thuộc vào độ gồ ghề của mặt đất zo và các cấp ổn định của khí quyển theo thang Pasquill-Gifford, công thức có dạng:

n z

z u

( (1.13) Trong đó: u(10) - vận tốc gió ở độ cao 10 m

z - độ cao cần tính vận tốc u(z), m

Số mũ n trong công thức trên được cho ở bảng 1.1

0,06 0,09 0,17 0,28

0,06 0,11 0,20 0,31

0,12 0,16 0,27 0,37

0,32 0,34 0,38 0,47

0,53 0,54 0,61 0,69 A: Không ổn định mạnh

B: Không ổn định vừa

C: Không ổn định nhẹ

D: Trung hòa E: Ổn định nhẹ

F: Ổn định vừa

Ảnh hưởng của độ ẩm và mưa

Trong điều kiện khí hậu có độ ẩm lớn, các hạt bụi lơ lửng trong không khí có thể liên kết với nhau tạo thành các hạt lớn hơn và rơi nhanh xuống bề mặt Trái đất Mặt khác, độ ẩm còn có tác dụng hóa học với các khí thải công nghiệp, ví dụ như các khí

SO2, SO3 hóa hợp với hơi nước trong không khí tạo thành các axít H2SO3 và H2SO4

gây hiện tượng mưa axít Mưa có tác dụng làm sạch môi trường không khí, các hạt mưa kéo theo các hạt bụi và hòa tan một số chất trong không khí rồi rơi xuống đất, gây

ô nhiễm đất và nước

Vào mùa khô, các chất thải phát ra từ nhà máy ít bị ảnh hưởng bởi biến đổi hóa học mà chủ yếu do biến đổi lý học - son khí thải có kích thước lớn được lắng đọng nhanh tại khu vực gần ống thải do tác dụng của trọng lực, còn các chất thải dạng khí

và dạng lơ lửng được khuếch tán nhanh, lan truyền trong môi trường không khí theo hướng gió ra xa ống thải hơn và chúng có thời gian lưu khá dài trong tầng đối lưu

1.3.3.3 Ảnh hưởng của địa hình đối với quá trình khuếch tán

Trường hợp địa hình không bằng phẳng, lúc đó trên đường lan truyền luồng khí thải gặp vật cản có dạng như núi đồi, vực sâu, thung lũng, v.v… trường vận tốc gió sẽ

bị thay đổi, độ rối của khí quyển bị ảnh hưởng và do đó luồng khí thải sẽ bị biến dạng, kéo theo là sự phân bố hàm lượng chất ô nhiễm trong luồng khí thải cũng như trên mặt đất bị thay đổi

Các công trình, nhà cửa cũng có ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán: Trong khu công nghiệp, sự chuyển động của không khí cùng với các phần tử bụi và hơi khí chứa trong nó khác ở các vùng trống trải Nhà cửa, công trình sẽ làm thay đổi trường vận tốc của không khí

Nhìn chung, ảnh hưởng của địa hình đối với quá trình khuếch tán chất ô nhiễm là rất đa dạng và phức tạp, không thể áp dụng một lý thuyết tổng quát nào bao trùm hết mọi hình thái vật cản và tình huống có thể xảy ra mà chỉ giới hạn trong một số trường

hợp đơn giản và cần dựa vào nghiên cứu thực nghiệm cho từng trường hợp cụ thể là chủ yếu

1.3.4 Hình dạng của luồng khuếch tán chất ô nhiễm

Tùy thuộc phân bố nhiệt độ theo chiều cao ta có ba cấp ổn định của khí quyển: Không ổn định, trung tính và ổn định Khí quyển trung tính làm lộ rõ quá trình rối cơ học khởi đầu, trong khi đó khí quyển không ổn định làm tăng rối đối lưu, còn khí quyển ổn định thì làm triệt tiêu rối cơ học Hình dạng và sự phân bố hàm lượng của luồng khí thải phụ thuộc vào các đặc tính của rối Trên hình 1.5 giới thiệu sáu dạng khác nhau của luồng khí thải phụ thuộc vào các điều kiện của khí quyển:

a) Khi khí quyển không ổn định, luồng khí thải sẽ có dạng uốn lượn Dạng luồng khí thải này thường có vào ban ngày khi Mặt trời đốt nóng mặt đất với cường độ bức xạ lớn (hình 1.5.a)

b) Trong điều kiện khí quyển trung tính hoặc gần trung tính (khi trời có mây che phủ làm cho bức xạ Mặt trời hướng vào mặt đất vào ban ngày và bức xạ hồng ngoại từ mặt đất hướng vào không trung vào ban đêm đều bị giảm), luồng khí thải sẽ có dạng hình nón Góc mở của luồng khí thải hình nón thường cỡ 20o(hình 1.5.b)

c) Trong điều kiện khí quyển ổn định (nghịch nhiệt, gió nhẹ), luồng khí thải có dạng hình quạt Trong điều kiện này tính chất rối cơ học bị triệt tiêu theo chiều đứng và nó chỉ phát triển được theo chiều ngang làm cho luồng khí thải có dạng mỏng và xoè rộng trên mặt bằng như hình cái quạt (hình 1.5.c) Vào ban đêm khi mặt đất được làm nguội do bức xạ hồng ngoại vào không trung ta thường bắt gặp luồng khí thải hình quạt

d) Khi khí quyển có sự phân tầng, ở phía dưới sát mặt đất trong phạm vi độ cao ống thải có nghịch nhiệt còn ở phía trên vẫn có phân bố nhiệt độ bình thường (đoạn nhiệt, siêu đoạn nhiệt hoặc dưới đoạn nhiệt) thì chất ô nhiễm sẽ tích tụ ở gần mép trên của lớp nghịch nhiệt và tạo thành mặt dưới khá bằng phẳng của luồng khí thải, còn ở phía trên chất ô nhiễm khuếch tán mạnh hơn (hình 1.5.d) Trường hợp này thường xuất hiện vào chiều tối khi Mặt trời lặn và trời trong, không mây

e) Cũng tương tự như trường hợp d nhưng sự phân tầng ngược lại: lớp nghịch nhiệt

ở bên trên lớp siêu đoạn nhiệt - ta có bức tranh gần như đối xứng với hình dáng luồng khí thải trong trường hợp d (hình 1.5.e) Đây là trường hợp bất lợi vì hàm lượng chất ô nhiễm trên mặt đất sẽ tăng cao “Xông khói” mặt đất thường xảy ra vào buổi sáng khi Mặt trời hâm nóng mặt đất và các lớp không khí mỏng tuần tự

từ dưới lên nhưng chưa đủ để loại bỏ hoàn toàn lớp nghịch nhiệt đã hình thành

từ đêm hôm trước

f) Khi cả ở bên trên và bên dưới ống thải đều có lớp nghịch nhiệt luồng khí thải sẽ

bị giới hạn ở giữa hai lớp nghịch nhiệt và chất ô nhiễm rất khó khuếch tán lên trên lẫn xuống dưới - có thể xem như cái bẫy khói (hình 1.5.f)

15

Hình 1.5 Các dạng khác nhau của luồng khí thải

1.4 Các mô hình tính toán khuếch tán chất ô nhiễm [7, 9, 13, 20, 29]

1.4.1 Các dạng mô hình

Theo tài liệu của Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) và Chương trình Môi trường của Liên Hợp Quốc (UNEP) thì hiện nay trên thế giới có hơn 20 dạng mô hình tính toán ô nhiễm môi trường không khí, nhưng có thể tập hợp thành 3 hướng chính sau đây:

- Mô hình thống kê kinh nghiệm: dựa trên cơ sở lý thuyết Gauss Các nhà toán học đã có công phát triển mô hình này là Taylor (1915), Sutton (1925-1953), Bosanquet & Pearson (1936), Turner (1961-1964), Pasquill (1962-1971), Seilfeld (1975) và gần đây được các nhà khoa học môi trường của các nước

Mỹ, Anh, Pháp, Hungary, Ấn Độ, Nhật bản, Trung Quốc, v.v… ứng dụng và hoàn thiện mô hình tính theo điều kiện của mỗi nước

- Mô hình thống kê thủy động: hoặc lý thuyết nửa thứ nguyên (còn gọi là mô hình

K hay mô hình Berliand) - mô hình này được Berliand (Nga) hoàn thiện và áp dụng ở Liên Xô cũ

- Mô hình số trị: tức là giải phương trình vi phân bằng phương pháp số trị Hướng này chưa đạt được kết quả cụ thể

(các công thức tính toán theo các mô hình được tình bày trong mục 1.1, Phụ lục 1)

1.4.2 Lớp biên khí quyển [1, 3, 12, 15, 17, 19]

Độ cao của lớp biên hay độ cao hòa trộn là tham số cơ bản đặc trưng cấu trúc của tầng đối lưu thấp Khi các chất ô nhiễm được phóng thích vào lớp hòa trộn, chúng thường phân tán ngang và thẳng đứng do rối khí quyển và cuối cùng bị pha trộn hoàn toàn trong lớp này nếu thời gian đủ lớn và không có sự lắng đọng đáng kể Khi chất ô nhiễm đạt đến biên trên của lớp hòa trộn thì sẽ dừng lại và không bay lên được nữa Như vậy, độ cao hòa trộn xác định giới hạn trên của quá trình khuếch tán các chất ô nhiễm trong khí quyển Độ cao hòa trộn có giá trị thấp nhất vào buổi sáng và tăng dần lên theo thời gian trong ngày cho đến xế chiều là đạt trị số lớn nhất, sau đó giảm dần (chi tiết được trình bày ở mục 1.2, Phụ lục 1)

1.4.3 Chiều cao hiệu dụng của ống thải [5, 10, 20]

Tại miệng ống thải, luồng khí thải bay ra có vận tốc nên có một động năng ban đầu làm cho nó có xu hướng bốc thẳng đứng lên trên Mặt khác, do nhiệt độ của khói cao hơn nhiệt độ không khí xung quanh, luồng khí thải chịu tác dụng của “lực nổi” do chênh lệch nhiệt độ gây ra Cùng với các lực dâng, luồng khí thải còn chịu tác động của lực gió nằm ngang, do đó đỉnh cao nhất của luồng khí thải sẽ nằm cách xa ống thải một khoảng cách nhất định nào đó xuôi theo chiều gió Khi đã đạt được độ cao ấy tức

là lúc động năng ban đầu của luồng khí thải đã bị triệt tiêu và nhiệt độ khói đã trở nên cân bằng với nhiệt độ khí quyển do kết quả của quá trình hòa trộn với không khí xung quanh, luồng khí thải sẽ giữ phương nằm ngang xuôi theo chiều gió Sơ đồ khối của độ cao hiệu dụng của ống thải được trình bày ở hình 1.6

17

Trên thế giới có rất nhiều công trình nghiên cứu về độ dâng của luồng khí thải khi thoát ra khỏi miệng ống thải Mỗi tác giả chỉ đề cập chi tiết đến một số thông số ảnh hưởng Các công trình nghiên cứu này đều dựa vào quan sát thực tế và thực nghiệm hoặc kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm Cụ thể là các công thức tính toán của Davidson W.F., Bosanquet-Carey & Halton, Holland J.Z., Briggs G.A., Berliand M.E., Andrayev P.I., Kliughin S.A., Ivanov IU.V., v.v… (các công thức tính toán được tình bày trong mục 1.3, Phụ lục 1)

Nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất tỷ lệ nghịch với chiều cao hiệu dụng của ống thải Chiều cao hiệu dụng của ống thải càng cao thì nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất càng nhỏ và ngược lại Có nhiều tác giả đã đề xuất công thức xác định chiều cao hiệu dụng của ống thải, nhưng khi tính theo các công thức khác nhau đã cho ra các giá trị rất khác nhau, thậm chí có những phương pháp cho kết quả lệch nhau đến 2, 3 lần Điều này dẫn đến nếu các yếu tố khí tượng như nhau, nguồn thải như nhau nhưng sử dụng công thức xác định chiều cao hiệu dụng của ống thải của các tác giả khác nhau sẽ đưa đến nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất khác nhau Vì vậy việc phân tích, so sánh

và lựa chọn công thức tính chiều cao hiệu dụng của ống thải khi tính toán khuếch tán không khí để xác định hiện trạng và dự báo về ô nhiễm môi trường không khí là hết sức cần thiết

1.4.4 So sánh kết quả tính hàm lƣợng chất ô nhiễm trên mặt đất theo các công

thức của Bosanquet-Pearson, Sutton, Gauss và Berliand

Để tiện so sánh, chúng tôi sử dụng các công thức của các tác giả trên để tính khoảng cách hàm lượng đạt cực đại (xM), hàm lượng mặt đất cực đại (Cmax) và hàm lượng mặt đất tại các vị trí có khoảng cách 2000, 3000, 4000, 6000 m tính từ chân ống thải, với các tham số đầu vào như sau:

- Chiều cao ống thải: 150 m

- Đường kính trong của ống thải: 4,5 m

- Tải lượng chất thải: 4000 kg/h

- Vận tốc ban đầu của khí thải: 29,7 m/s

- Nhiệt độ khí thải: 138oC

- Nhiệt độ không khí: 27oC

- Vận tốc gió trung bình: 2,7 m/s

- Độ ổn định khí quyển: Trung hòa

- Chiều cao hiệu dụng của ống thải tính theo công thức của Davidson W F (công thức P.1.29 ở Phụ lục 1 cho các trường hợp Bosanquet-Pearson, Sutton và Gauss) và Công thức của Viện nghiên cứu kỹ thuật vệ sinh Moscow (công thức P.1.45 ở Phụ lục 1 cho trường hợp Berliand)

Các công thức tính xM và hàm lượng mặt đất cực đại được trình bày chi tiết trong các mục 1.1.1 và 1.1.2 của Phụ lục 1

Kết quả tính toán được trình bày trong Bảng 1.2 và biểu diễn trên hình 1.7

Bảng 1.2 So sánh kết quả tính toán theo các công thức của Bosanquet-Pearson,

Sutton, Gauss và Berliand

Hình 1.7 Phân bố hàm lượng chất ô nhiễm tính toán theo các mô hình khác nhau

Từ các kết quả được biểu diễn trên hình vẽ ta thấy rằng: 2 phương pháp Bosanquet-Pearson và Gauss cho kết quả khá gần nhau, còn phương pháp Sutton cho kết quả rất khác với Bosanquet-Pearson và Gauss Về khoảng cách hàm lượng đạt cực đại thì phương pháp Sutton đưa ra giá trị khá lớn so với các phương pháp khác

Nếu lấy mô hình Gauss làm đại diện cho mô hình thống kê kinh nghiệm để so sánh với mô hình thống kê thuỷ động (Berliand) thì: Về hình dạng, 2 đường cong này khá giống nhau Còn về khoảng cách hàm lượng đạt cực đại (xM), hàm lượng mặt đất cực đại (Cmax) và hàm lượng mặt đất tại các vị trí có khoảng cách 2000, 3000, 4000m tính từ chân ống thải thì các giá trị tính theo phương pháp Berliand lớn hơn tính theo phương pháp Gauss từ 1,1-1,4 lần; riêng ở các khoảng cách lớn hơn 6000m thì có thể lớn hơn 2 lần

Như vậy, căn cứ vào các kết quả tính toán và phân tích trên, chúng ta có thể chọn

mô hình Gauss và mô hình Berliand để áp dụng cho việc tính toán phát tán chất ô nhiễm trong khí quyển Điều này cũng rất phù hợp với tình hình chung trên thế giới về lĩnh vực nghiên cứu, tính toán dự báo ô nhiễm không khí

19

PHẦN 2 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

2.1 Nghiên cứu lựa chọn áp dụng mô hình phát tán khí thải phóng xạ quy mô cục

bộ địa phương cho NMĐHN

2.1.1 Khảo sát các mô hình phát tán khí quyển

Hiện nay, trên thế giới tồn tại nhiều phần mềm phục vụ công việc đánh giá phát tán các chất ô nhiễm trong khí quyển Các phần mềm này rất tiện lợi trong việc phân tích đánh giá tác động môi trường cho các dự án phát triển Một số phần mềm đánh giá phát tán chất ô nhiễm trong không khí được nghiên cứu gồm: ADMS 3, AERMOD, ORION-WIN, PAL 2.1, CALPUFF, PUFF-PLUME, NAME, ATSTEP, RIMPUFF và ACCIDENT

2.1.1.1 Các mô hình phát tán khí quyển áp dụng cho trường hợp bình thường ADMS 3

ADMS 3 là mô hình phân tán ô nhiễm khí quyển tiên tiến để tính toán hàm lượng các chất gây ô nhiễm trong khí quyển đã phát ra cả liên tục từ các nguồn điểm, đường, khối và diện, hoặc không liên tục từ các nguồn điểm Được phát triển bởi Ban Tư vấn Nghiên cứu Môi trường Cambridge (CERC) của Anh Quốc hợp tác với Văn phòng Khí tượng Anh Quốc, Công ty cổ phần trách nhiệm hữu hạn (Public Limited Company) Điện Quốc gia (bây giờ là Công ty cổ phần trách nhiệm hữu hạn INNOGY Holdings plc) và Trường Đại học Surrey Phiên bản đầu tiên của ADMS được phát hành vào 1993 Phiên bản 3 hiện thời được phát hành vào tháng hai năm 1999 và chỉ chạy trong môi trường Microsoft Windows mặc dù nó vẫn còn có một FORTRAN codebase Phiên bản 4 được hoạch định để phát hành với các đặc tính bổ sung

Mô hình bao gồm các thuật toán có tính đến: các hiệu ứng rửa trôi do các tòa nhà lân cận trên đường đi của luồng thải; hiệu ứng do địa hình phức tạp; hiệu ứng do vị trí nằm ven bờ biển; rơi lắng ướt, rơi lắng do lực hấp dẫn và rơi lắng khô; các thăng giáng ngắn hạn về hàm lượng chất ô nhiễm; các phản ứng hóa học; phân rã phóng xạ và liều gamma; độ dâng của luồng ô nhiễm là hàm theo khoảng cách; các phóng thích liên tục

và gián đoạn; trung bình theo thời gian từ phạm vi rất ngắn đến hàng năm

AERMOD

Mô hình AERMOD được đặc biệt thiết kế để hỗ trợ cho chương trình quản lý của Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (U.S EPA) Mô hình gồm 3 thành phần: AERMOD (Mô hình phân tán AERMIC), AERMAP (Công cụ địa hình của AERMOD) và AERMET (Công cụ khí tượng của AERMOD)

Từ năm 1991, mô hình AERMOD đã được phát triển bởi Cơ quan Khí tượng và Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ Một nhóm các nhà khoa học (gọi tắt là AERMIC) đã hợp tác xây dựng mô hình AERMOD AERMOD được sử dụng chính thức vào 9-12-

2005 sau 14 năm nghiên cứu và hoàn thiện

Đây là mô hình phân tán khí quyển dựa vào cấu trúc rối và các khái niệm tỉ lệ của lớp biên khí quyển, bao gồm việc xử lý nhiều nguồn tại mặt đất, nguồn điểm cao,

nguồn mặt và nguồn khối Xử lý địa hình bằng phẳng hoặc phức tạp, nông thôn hoặc thành thị và bao gồm các thuật toán đối với các hiệu ứng công trình Sử dụng lý thuyết phát tán Gauss cho các điều kiện khí quyển ổn định (độ rối thấp) và phát tán không Gauss cho các điều kiện khí quyển không ổn định (độ rối cao) Các thuật toán về sự suy giảm luồng thải do rơi lắng khô và ướt cũng được bao gồm trong mô hình

ORION-WIN

Phần mềm máy tính ORION-WIN được viết và phát triển ở Tokai Works, JNC, Japan nhằm phục vụ cho mô hình đánh giá hàm lượng các chất thải phát ra môi trường, mật độ rơi lắng các nhân phóng xạ lên mặt đất, hàm lượng các chất thải xâm nhập vào lương thực thực phẩm và đánh giá liều chiếu trong, liều chiếu ngoài đến dân chúng do thải khí từ cơ sở hạt nhân Phần mềm này rất thích hợp cho các cơ sở có ống thải cao và tiện lợi trong việc phân tích đánh giá an toàn cho các cơ sở hạt nhân và đánh giá liều dân chúng dựa trên lượng chất thải phóng xạ phóng thích từ ống thải

PAL 2.1

Phần mềm PAL 2.1 được sử dụng để tính toán hàm lượng các chất ô nhiễm đối với cả 3 loại nguồn (nguồn điểm, nguồn mặt và nguồn đường) PAL 2.1 có thể tính được cho 99 chất ô nhiễm theo trục gió với khoảng thời gian là 1 giờ Các thông số đầu vào như số liệu khí tượng, tham số địa hình, tham số nguồn điểm và/hoặc đường

và mặt

2.1.1.2 Các mô hình phát tán khí quyển áp dụng cho trường hợp ứng phó sự cố CALPUFF

Hệ thống CALPUFF là một công cụ mô hình hóa toàn diện, bao gồm các bộ xử

lý dữ liệu địa vật lý và khí tượng, một mô hình khí tượng, một mô hình phát tán phụt,

và các mođun xử lý sau CALPUFF được sử dụng để mô hình hóa nhiều kịch bản chất lượng không khí, bao gồm: Rơi lắng chất ô nhiễm, tác động trong phạm vi gần từ các nguồn điểm, nguồn đường, nguồn mặt và nguồn khối, tác động do cháy rừng, đánh giá tầm nhìn, nghiên cứu sự vận chuyển tầm xa

PUFF-PLUME

PUFF-PLUME - Mô hình phát tán các hóa chất / nhân phóng xạ theo phân bố Gauss bao gồm rơi lắng khô và ướt, nhập theo thời gian thực các dữ liệu quan trắc khí tượng và dự báo, đánh giá liều do hô hấp và chiếu xạ bởi tia gamma, và các mô hình phát tán kiểu chùm khói hoặc luồng khói

NAME

NAME - Mô hình được sử dụng trong trường hợp ứng phó sự cố hạt nhân (Nuclear Accident ModEl - NAME), là mô hình có quy mô từ cục bộ đến toàn cầu được phát triển bởi Cơ quan Khí tượng Anh Quốc Nó được sử dụng để: dự báo chất lượng không khí, phát tán ô nhiễm không khí, và mưa a-xít; theo dõi những phát thải phóng xạ và những phun trào tro núi lửa; phân tích các phóng thích chất ô nhiễm không khí do sự cố và tham gia vào ứng phó trường hợp khẩn cấp; và phân tích tác

21

động môi trường dài hạn Nó là một mô hình tích hợp bao gồm việc mô hình hóa phân tán lớp biên

ATSTEP

ATSTEP (Đức) - Mô hình lắng đọng và phát tán phụt Gauss được sử dụng trong

hệ thống hỗ trợ RODOS (Real-time On-line Decision Support) phục vụ cho việc quản

lý trong trường hợp khẩn cấp hạt nhân RODOS đang được vận hành ở Đức bởi Cơ quan Bảo vệ Bức xạ Liên bang (BfS), và vận hành thử nghiệm tại nhiều nước Châu Âu khác ATSTEP là mô hình phụt Gauss để dự đoán phát tán khí quyển, rơi lắng, bức xạ gamma và liều do hoạt độ phóng xạ đã phóng thích trong trường hợp sự cố ở các NMĐHN hoặc trong thời gian vận chuyển, và từ các bom bẩn

ACCIDENT

Mô hình phân tán khí quyển được áp dụng trong chương trình ACCIDENT cũng

là mô hình phát tán Gauss Tuy nhiên chương trình này được áp dụng chủ yếu trong việc mô hình hoá của bài toán đánh giá hậu quả phóng xạ gây ra do sự cố ở một lò phản ứng

Nhận xét:

Trong 10 phần mềm liên quan đến việc tính toán phát tán thải khí phóng xạ như

đã khảo sát ở trên, có 4 phần mền thường được áp dụng cho trường hợp phát thải thông lệ, 6 phần mềm dùng cho các trường hợp sự cố Chi tiết hơn xin xem Phụ lục 2

2.1.2 Lựa chọn các mô hình phát tán khí quyển

Việc lựa chọn mô hình là khâu quan trọng trong tính toán mô phỏng Môi trường không khí, các chất ô nhiễm bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khí tượng như hướng gió, vận tốc gió, nhiệt độ không khí, độ ẩm, áp suất khí quyển, lượng mưa, độ che phủ của mây, bức xạ mặt trời … Bên cạnh đó yếu tố địa hình cũng đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành, tích lũy, lan truyền các chất ô nhiễm ̣ Các mô hình cho phép tính toán phân bố nồng độ dưới tác dụng của các yếu tố trên và đưa ra kết quả cho các nhà quản

lý để có thể đánh giá nguồn thải hay nhóm nguồn thải có hay không gây ra ô nhiễm môi trường không khí xung quanh

Để thực hiện nghiên cứu này, ngoài việc thu thập các thông số về khí tượng, địa hình, việc điều tra số lượng ống thải đang hoạt động cùng với công nghệ thải cũng phải được thực hiện: Chiều cao ống thải, đường kính ống thải, nhiên liệu sử dụng, nhiệt độ, lưu lượng khí thải, số liệu quan trắc nồng độ chất ô nhiễm trong các ống thải

2.1.2.1 ORION-WIN

Phần mềm máy tính ORION-WIN được viết và phát triển ở Tokai Works, JNC, Japan nhằm phục vụ cho mô hình đánh giá hàm lượng các chất thải phát ra môi trường, mật độ rơi lắng các nhân phóng xạ lên mặt đất, hàm lượng các chất thải xâm nhập vào lương thực thực phẩm và đánh giá liều chiếu trong, liều chiếu ngoài đến dân chúng do thải khí từ cơ sở hạt nhân Chương trình này rất thích hợp cho các cơ sở có ống thải cao và tiện lợi trong việc phân tích đánh giá an toàn cho các cơ sở hạt nhân và đánh giá liều dân chúng dựa trên lượng chất thải phóng xạ phóng thích từ ống thải

Công thức phân tán khí quyển

Mô hình luồng khí thải Gauss được áp dụng rộng rãi để tính toán sự phân tán của khí và son khí thải vào khí quyển Mô hình này có tính đến ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố khí tượng liên quan và sự phân tán vật chất phóng xạ ra môi trường khí quyển

có thể được mô tả theo quy luật phân bố Gauss trong cả hai hướng đứng và ngang Hình 2.1 minh họa sự di chuyển của luồng thải trong khí quyển từ một nguồn điểm

Hình 2.1 Hệ tọa độ theo mô hình Gauss khi mặt phẳng x, y tương ứng với mặt đất hay

gốc O trùng với chân ống thải

1 Đường trục của luồng thải

2 Gốc O của hệ tọa độ Khi có sự phóng thích liên tục từ nguồn điểm trong một điều kiện nhất định thì hàm lượng của chất ô nhiễm được biểu diễn bằng phương trình sau:

exp2

exp2

y z

y

H z H

z y

U

Q z

23

Trong đó: (x,y,z): Hàm lượng chất ô nhiễm phóng xạ trong khí quyển tại điểm

(x,y,z), Bq/m3

Q : Tốc độ thải chất ô nhiễm phóng xạ của nguồn thải, Bq/s

U: Tốc độ gió tại độ cao của ống thải, m/s H: Chiều cao hiệu dụng của ống thải, m

z

y 

 , : Hệ số khuếch tán ngang và đứng theo chiều gió, m

Để đánh giá liều thì cần phải tính hàm lượng các đồng vị phóng xạ tại mặt đất, lúc đó z có thể được xem là bằng 0 và phương trình trên trở thành:

exp)

0,,

(

z y

z y

H y

U

Q y

- Hàm lượng tức thời ngay tại một trục hướng gió

- Hàm lượng trung bình theo một hướng gió nào đó

- Hàm lượng trung bình theo hướng gió có tính đến ảnh hưởng của các hướng gió lân cận

Các hiệu chỉnh trong quá trình phân tán chất thải

Các hạt nhân được phóng thích từ nguồn thải sẽ bị thay đổi trong quá trình phân tán theo chiều gió do các quá trình phân rã phóng xạ, mà có thể chuyển thành những nhân mới trong luồng khí thải Thêm vào đó, cả hạt nhân bố mẹ và con cháu có thể bị mất đi trong quá trình lan truyền do tác động của lắng đọng hấp dẫn, rơi lắng khô và rơi lắng ướt do mưa Do đó phải đưa vào các hệ số hiệu chỉnh:

- Hiệu chỉnh do lắng đọng hấp dẫn

- Hiệu chỉnh do rơi lắng khô

- Hiệu chỉnh do rơi lắng ướt

- Công thức được đề xuất bởi Briggs

- Đường cong được đề xuất bởi Pasquill và Meads

Khi nguồn thải ở gần một toà nhà hoặc kết cấu phức tạp của các công trình thì hiệu ứng bóng khí động có thể làm tăng độ dâng ban đầu của luồng khí thải Để hiệu chỉnh cho hiệu ứng này, các hệ số khuếch tán được tính toán theo công thức riêng

Độ cao hiệu dụng của luồng khí thải

Khi luồng khí thải thoát ra có một động năng đáng kể, nó có xu hướng tăng cao

so với độ cao của ống thải Áp dụng các công thức tính độ dâng của luồng khí thải của các tác giả sau:

- Công thức của Briggs

- Công thức được áp dụng trong tài liệu IAEA Safety Series No.50-SG-S3

Giá trị độ dâng nhỏ nhất trong các giá trị tính được từ các công thức trên sẽ được

sử dụng, vì giá trị đó dẫn đến hàm lượng cực đại của các chất thải được tập trung ở vùng gần ống thải và sẽ thích hợp hơn trong đánh giá an toàn

Trường hợp đặc biệt, khi nguồn thải ở gần các công trình cao hay địa hình phức tạp thì các công thức trên không được áp dụng Trong trường hợp này, phải thực hiện các biện pháp thực nghiệm nhằm xác định được độ cao ống thải hiệu dụng để nạp trực tiếp vào chương trình

Kết quả do phần mềm ORION-WIN đưa ra

 Về hàm lượng

- Hàm lượng chất ô nhiễm trong không khí theo khoảng cách từ chân ống thải,

- Hàm lượng chất ô nhiễm lắng đọng trên mặt đất theo khoảng cách từ chân ống thải,

- Hàm lượng chất ô nhiễm xâm nhập vào thực phẩm

 Về tính toán liều

- Liều chiếu ngoài:

+ Liều chiếu ngoài do đám mây phóng xạ

+ Liều chiếu ngoài từ đất

- Liều chiếu trong:

+ Liều xâm nhập qua đường hô hấp

+ Liều xâm nhập qua đường ăn uống

2.1.2.2 CALPUFF

CALPUFF là mô hình phát tán phụt Lagrange có thể mô phỏng những ảnh hưởng của điều kiện khí tượng phức tạp trong quá trình vận chuyển chất ô nhiễm (Scire, 2000) CALPUFF đã được chấp nhận bởi EPA Hoa Kỳ như là một mô hình ưa thích

25

cho các ứng dụng trong công tác quản lý từ năm 2003 (Viện nghiên cứu Nước và Khí quyển Quốc gia New Zealand, 2004) Nó bao gồm ba phần chính: CALMET, CALPUFF và CALPOST CALMET là bộ xử lý khí tượng biểu diễn các trường gió và nhiệt độ theo từng giờ trong phạm vi mô hình lưới ba chiều; CALPUFF là bộ xử lý vận chuyển và phát tán để mô phỏng quá trình phát tán và chuyển đổi các chất ô nhiễm dọc theo đường phát tán; CALPOST là bộ xử lý sau, dùng để xử lý các tập tin từ CALPUFF đưa ra và xuất ra một bản tóm tắt các kết quả mô phỏng (USEPA, 1998) CALPUFF có thể được áp dụng cho các phát tán thải khí từ bất kỳ loại nguồn nào bao gồm các nguồn điểm, đường, mặt và khối Các kiểu điểm thu nhận theo dạng lưới

và rời rạc đều có thể được chấp nhận trong một thời gian chạy Nó có thể được chạy bởi các dữ liệu khí tượng phức tạp do CALMET cung cấp phục vụ việc đánh giá đầy

đủ hoặc các dữ liệu đơn giản từ một tháp quan trắc khí tượng cho mục đích mô phỏng đơn giản Mô hình này có chứa các thuật toán đối với các hiệu ứng gần nguồn như hiệu ứng sinh ra do các toà nhà lân cận, cũng như các hiệu ứng loại bỏ chất ô nhiễm, biến đổi hóa học Hiệu quả tốt nhất của CALPUFF thường phụ thuộc vào chất lượng cao của dữ liệu khí tượng (USEPA, 1998) Hình 2.2 minh họa sự di chuyển của luồng phụt trong khí quyển từ một nguồn điểm

Hình 2.2 Một luồng thải điển hình từ một nguồn điểm cao trong mô hình phụt

exp2

2

exp)

2(

y x

z y x

U

Q z

Q ip : tốc độ phát thải tức thời (Bq/s),

z y

x  

 , , : hệ số khuếch tán theo các chiều x, y, z tương ứng (m);

U : tốc độ gió trung bình ở độ cao ống thải (m/s);

y : khoảng cách ngang từ đường trung tâm luồng thải (m),

z : khoảng cách thẳng đứng từ mặt đất (m),

H : chiều cao hiệu dụng của ống thải (m)

Đối với hàm lượng chất ô nhiễm tại đường trung tâm của nguồn ở mặt đất, giá trị của y=z=H=0, vì vậy chúng ta nhận được:

2(

2)

,

(

x z

y x

U

Q y

Mặc dù mô hình phát tán phụt phức tạp hơn và có thể đại diện tốt hơn cho điều kiện khí tượng thực tế, nhưng nó vẫn còn một số nhược điểm so với các mô hình luồng thải Ví dụ, có nhiều khó khăn khi xử lý các dữ liệu khí tượng trong các mô hình phụt

Mô hình phụt được chấp nhận để sử dụng trong một số trường hợp khi điều kiện khí tượng, địa hình rất phức tạp hoặc trong các giai đoạn khi tốc độ gió thấp xảy ra thường xuyên (Viện nghiên cứu Nước và Khí quyển Quốc gia New Zealand, 2004)

Để chạy mô hình phát tán CALPUFF, phần mềm CALPUFF và CALPOST phải được chạy theo thứ tự CALPUFF là giao diện người dùng đồ họa (GUI) được sử dụng

để đưa ra một tập tin nhị phân mà sẽ được sử dụng trong CALPOST Đầu vào của CALPUFF bao gồm 9 phần: Run thông tin, thiết lập lưới, dạng, phương pháp biến đổi hóa học, lắng đọng, chọn lựa mô hình, nguồn, điểm nhận và đầu ra Tất cả 9 phần này phải được thoả mãn trước khi chạy CALPOST có thể tinh chỉnh và chuẩn bị đầu ra của CALPUFF với các định dạng nhất định phục vụ cho một số mục đích cụ thể, ví dụ,

nó có thể sản xuất ra các dữ liệu về hàm lượng chất ô nhiễm dưới dạng sẵn sàng để vẽ

đồ thị hoặc liệt kê 4 giá trị hàm lượng cực đại tại mỗi điểm nhận Dữ liệu khí tượng bao gồm trong phần "Lựa chọn mô hình" trong CALPUFF có thể được chuẩn bị bởi tập tin CALMET hoặc ASCII

2.1.2.3 Phân tích độ nhạy và đánh giá các mô hình phát tán khí thải

Phép phân tích độ nhạy của mô hình được sử dụng để xem xét tác động của các thông số đầu vào đối với các thông số đầu ra Trong các tài liệu, nhiều nhà nghiên cứu

đã rà soát, so sánh kết quả đã cho thấy rằng hầu hết các phân tích độ nhạy đã được tiến hành để tìm ra tác động của các thông số khí tượng vào sự phát tán chất ô nhiễm Việc đánh giá mô hình nhằm mục đích là làm cho người sử dụng tin tưởng khi sử dụng chúng Phép đánh giá được thực hiện bằng cách so sánh hàm lượng chất ô nhiễm do

mô hình đưa ra với hàm lượng chất ô nhiễm đo được ở hiện trường để tìm ra sự phù hợp giữa chúng

a) Phân tích độ nhạy của mô hình phát tán khí thải

Phân tích độ nhạy của các mô hình phát tán khí thải là phép phân tích được tiến hành để tìm hiểu sự thay đổi đầu ra của các mô hình phát tán khí thải sau khi thay đổi

27

các thông số đầu vào Mô hình phát tán khí thải chứa rất nhiều thông số đầu vào, ví dụ như tốc độ phát thải, điều kiện khí tượng, địa hình Điều kiện khí tượng là thông số rất quan trọng, bởi vì nó có thể thay đổi và có tác động lớn đến sự phát tán chất ô nhiễm trong không khí Các dữ liệu khí tượng đầu vào của các mô hình phát tán khí thải bao gồm chiều cao pha trộn, nhiệt độ môi trường xung quanh, lớp ổn định khí quyển, tốc

độ gió, hướng gió Phân tích độ nhạy các thông số khí tượng là một công cụ hữu ích không chỉ trong việc xác định các thông số quan trọng về sự tác động của chúng vào giá trị hàm lượng chất ô nhiễm theo hướng gió mà còn xác định phạm vi, khu vực nơi

mà các nghiên cứu sâu hơn sẽ được tiến hành (Ould-Dada, 2008)

b) Đánh giá mô hình phát tán khí thải

Mô hình phát tán khí thải phải được đánh giá độ thích hợp trước khi áp dụng trong thực tế để mô phỏng phát tán chất ô nhiễm Phép đánh giá được thực hiện qua việc so sánh giá trị dự đoán của các mô hình với các giá trị đo tại hiện trường Các giá trị đo đạc thực địa được coi là các giá trị chuẩn và kết quả dự báo của mô hình được so sánh với giá trị chuẩn tương ứng để kiểm tra xem chúng có phù hợp với nhau không Khả năng của các mô hình phát tán khí thải khác nhau về mặt dự đoán hàm lượng chất ô nhiễm theo hướng gió thổi của nguồn thải đã được khảo sát bởi nhiều nhà nghiên cứu Zhu et al (1999) đã đánh giá INPUFF-2 trong việc dự đoán mùi hôi theo hướng gió từ một số cơ sở sản xuất động vật Theo thử nghiệm của Wilcoxon Signed Rank, mô hình đã có thể dự đoán mức độ mùi hôi theo hướng gió ở các khoảng cách

100, 200, và 300 m từ nguồn mùi hôi với độ tin cậy là 95, 92, và 81%, tương ứng Ở các khoảng cách xa hơn, chẳng hạn như 400 và 500 m, độ chính xác của mô hình dự đoán này đã giảm đáng kể Guo et al (2001a) hiệu chuẩn cùng một mô hình cho việc đánh giá phát tán mùi hôi ở khoảng cách xa Nghiên cứu này được thực hiện trên lưới 4,84,8 km đất nông nghiệp có 20 trang trại chăn nuôi gia súc/gia cầm Walker et al (2002) so sánh các kết quả đầu ra của các mô hình CALPUFF và AERMOD khi áp dụng dự báo nồng độ khí độc trong khoảng thời gian 48 giờ xung quanh một nhà máy đặt tại Nova Scotia, Canada và thấy CALPUFF mang lại kết quả đáng tin cậy hơn AERMOD đối với phạm vi mô phỏng lớn với lưới là 400600 km, tuy nhiên, AERMOD lại tốt hơn CALPUFF trong diện tích nhỏ 2525 km

Nhận xét chung

Trong 2 phần mềm được lựa chọn là ORION-WIN và CALPUFF ở trên, phần mềm ORION-WIN được viết dựa trên mô hình Pasquill-Gifford nhằm phục vụ cho việc đánh giá hàm lượng các chất thải phát ra môi trường, mật độ rơi lắng các nhân phóng xạ lên mặt đất, hàm lượng các chất thải xâm nhập vào lương thực thực phẩm và đánh giá liều chiếu trong, liều chiếu ngoài đến dân chúng do thải khí liên tục từ cơ sở hạt nhân trong điều kiện hoạt động thông lệ Còn mô hình phụt với phần mềm CALPUFF được chấp nhận để sử dụng trong một số trường hợp khi điều kiện khí tượng, địa hình rất phức tạp hoặc trong các giai đoạn khi tốc độ gió thấp xảy ra thường xuyên và trong trường hợp ứng phó sự cố nhà máy điện

2.2 Thu thập các số liệu khí tƣợng, thủy văn, địa lý & địa hình của vùng xung quanh vị trí NMĐHN Ninh Thuận

2.2.1 Khái quát về tỉnh Ninh Thuận

Ninh Thuận là tỉnh ở miền Nam Trung Bộ Việt Nam Diện tích 3363,1 km2 Gồm

1 thành phố (Phan Rang - Tháp Chàm), 6 huyện (Ninh Sơn, Ninh Hải, Ninh Phước, Bắc Ái, Thuận Bắc và Thuận Nam) Dân số 567,9 nghìn người (2006), gồm 27 dân tộc: Kinh, Chăm, Raglây, Cơ Ho, Hoa, Địa hình đồi núi thấp đi từ sườn đông Tây Nguyên xuống đồng bằng ven biển Các đỉnh núi Mar Rai (1636 m), Núi Đào (1451 m), Núi Chúa (1040 m) đều là granit Sông Phan, Sông Cái (Kinh Rinh) Bờ biển từ vũng Cam Ranh đến Cà Ná, có nhiều mũi và vũng: Mũi Dinh, mũi Đá Vách, mũi Sừng Trâu, Mũi Tròn, vũng Phan Rang Ven biển nhiều đầm nước lợ nuôi tôm như Đầm Nại Ngoài biển có nhiều đảo: Hòn Chồng, Hòn Đeo Đất đồng bằng nhiều cát, có nơi

là bãi cát (bãi tắm Ninh Chữ) Khí hậu khô hạn, lượng mưa trung bình năm ở Phan Rang 653 mm, mùa mưa ngắn từ tháng 9-11 Thảm thực vật xavan cây bụi khô cằn, ở phía tây, rừng còn thông hai lá, ba lá, lâm sản quý: quế, sa nhân, trầm, kỳ nam Khoáng sản: cát thuỷ tinh, đá granit Trồng lúa, ngô, hành, tỏi, bông, nho, thuốc lá, điều, hồ tiêu Chăn nuôi: bò, vịt, tôm nước lợ; khai thác lâm sản, gia công đồ thủ công,

mỹ nghệ mây tre, chế biến thực phẩm: nước mắm, sản xuất muối (Cà Ná) Sản xuất vật liệu xây dựng: xẻ đá granit, đá chẻ, cát thủy tinh xuất khẩu Nhà máy thủy điện Sông Pha (Đa Nhim) Cơ khí sửa chữa phục vụ khai thác hải sản Giao thông: quốc lộ 1A,

27, 27B và đường sắt Thống Nhất chạy qua

2.2.1.1 Vị trí địa lý – địa hình

Địa lý

Ninh Thuận là một tỉnh ven biển thuộc vùng Duyên Hải Nam Trung Bộ, được tách ra từ tỉnh Thuận Hải cũ (4/1992) nằm trong phạm vi từ 11o18'14" đến 12o09'15"

vĩ độ bắc và từ 108o09'08" đến 109o14'25" kinh độ đông Ninh Thuận có bờ biển dài

105 km với khoảng 18000 km2 vùng lãnh hải Phía bắc giáp tỉnh Khánh Hoà, phía nam giáp tỉnh Bình Thuận, phía tây giáp tỉnh Lâm Ðồng, phía đông giáp biển Ðông Diện tích tự nhiên 3363,1 km2, dân số năm 2006 là 567,9 nghìn người, chiếm 1,04% về diện tích tự nhiên và 0,64% về dân số so với cả nước

Ninh Thuận nằm ở khu vực có 3 trục giao thông chiến lược chạy qua là quốc lộ 1A, đường sắt thống nhất Bắc - Nam và quốc lộ 27 lên Ðà Lạt Ninh Thuận nằm liền

kề với Khánh Hoà, nơi có cảng biển và sân bay Cam Ranh và là một trung tâm du lịch

ở miền Trung; là cửa ngõ ra biển của tỉnh Lâm Ðồng , tiếp giáp với tỉnh Bình Thuận

về phía Nam có nhiều cơ hội / tiềm năng chịu ảnh hưởng phát triển kinh tế của các tỉnh miền Ðông Nam Bộ và là vùng đất nổi tiếng về các di tích văn hóa Chămpa và nhiều tiềm năng kinh tế phong phú và đa dạng khác Vị trí địa lý như trên sẽ tạo điều kiện cho Ninh Thuận giao lưu kinh tế theo hướng sản xuất hàng hoá, tiếp thu và ứng dụng khoa học kỹ thuật, chuyển giao công nghệ với các tỉnh lân cận Ðồng thời cũng đặt cho Ninh Thuận phải đẩy mạnh sự phát triển kinh tế, tránh nguy cơ tụt hậu so với các tỉnh trong vùng và cả nước

29

Ðịa hình

Ðịa hình thấp dần từ Tây Bắc xuống Ðông Nam Lãnh thổ Ninh Thuận được bao bọc 3 mặt là núi: phía Bắc và phía Nam là 2 dãy núi cao lan ra sát biển, phía Tây là vùng núi cao giáp tỉnh Lâm Ðồng và phía Ðông giáp biển Ðông Ninh Thuận có 3 dạng địa hình: núi, đồi gò bán sơn địa, đồng bằng ven biển

Vùng đồi núi của tỉnh chiếm 63,2% diện tích toàn tỉnh Ðịa hình chủ yếu là núi thấp, cao trung bình từ 200 m đến 1000 m Vùng đồi gò bán sơn địa chiếm 14,4% diện tích tự nhiên toàn tỉnh, phân bố chủ yếu ở phía tây các huyện Ninh Phước, Ninh Hải và Ninh Sơn Ðây là vùng tập trung phần lớn diện tích đất chưa sử dụng và có khả năng khai thác phát triển sản xuất nông nghiệp và nông lâm kết hợp với diện tích khá lớn Vùng đồng bằng ven biển chiếm 22,4% diện tích tự nhiên toàn tỉnh Ðây là vùng có điều kiện phát triển nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản, sản xuất muối, sản xuất công nghiệp chính của tỉnh, mật độ dân cư đông đúc

2.2.1.2 Khí hậu

Nằm trong khu vực có vùng khô hạn nhất cả nước, có nền khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình với đặc trưng là khô nóng gió nhiều, bốc hơi mạnh từ 670-1827 mm Nhiệt độ trung bình năm 27oC Khí hậu có 2 mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 9-11; mùa khô từ tháng 12-8 năm sau Lượng mưa trung bình 700-800 mm ở Phan Rang và tăng dần theo độ cao trên 1100 mm ở vùng miền núi Ðộ ẩm không khí từ 75-77% Năng lượng bức xạ lớn 160 kCal/m2 Tổng lượng nhiệt 9500-10000oC

Tỉnh Ninh Thuận chịu ảnh hưởng chủ yếu của 2 hệ gió mùa: gió mùa Đông Bắc

từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau và gió mùa Tây Nam xảy ra từ tháng 5 đến tháng 9 Các tháng 4, 5, 10 có gió nhẹ xen kẽ với thành phần lặng gió kéo dài Tốc độ gió cực đại quan trắc được tại Phan Rang là 35 m/s (9/12/1993)

Hình 2.3 Tần suất hướng gió tại trạm khí tượng Phan Rang, Ninh Thuận (1994-2009)

31

Hình 2.4 Bản đồ tỉnh Ninh Thuận với 2 vị trí xây dựng NMĐHN

NMDHN Ninh Thuận 1

NMDHN Ninh Thuận 2

2.2.2 Đặc điểm khí tượng thuỷ văn 2 xã Phước Dinh và Vĩnh Hải

2.2.2.1 Địa điểm Phước Dinh

300 km

Hình 2.5 Vị trí Nhà máy Điện hạt nhân 1- Phước Dinh

Diện tích và địa hình

Địa điểm có diện tích khoảng 400 ha đủ chỗ để xây dựng 4 tổ máy công suất mỗi

tổ khoảng 1000 MW, nằm trong khu vực có địa hình núi thấp đến trung bình ven biển, phía Nam vịnh Phan Rang Đây là dãy núi có địa hình thấp phân bố theo hướng Bắc Nam dọc theo bờ biển đến Mũi Dinh, dài 10 km Phía Bắc dãy núi có đỉnh cao 138 m,

Điều kiện kinh tế xã hội

a) Dân số và lao động

Xã Phước Dinh có dân số 7682 người, với 4 thôn là Bầu Ngữ, Từ Thiện, Vĩnh Trường và Sơn Hải Nghề nghiệp chính của cư dân trong xã là nuôi trồng thủy sản và lâm nghiệp Tỷ lệ tăng dân số hiện nay là 2,2%/năm, dự kiến đến năm 2010 là 1,8%/năm

Kết quả khảo sát năm 2008 về dân cư sống trong các bán kính khác nhau tính từ tâm địa điểm được nêu trong Bảng 2.1

Bảng 2.1 Dân cư của địa điểm Phước Dinh

Bán kính (km) Diện tích (km 2 ) Dân cư (người) Số hộ (người/km Mật độ 2 )

b) Các cơ sở công nghiệp gần địa điểm

Quy mô của các cơ sở công nghiệp xung quanh địa điểm là rất nhỏ, với các ngành chế biến nông - lâm sản, sản xuất nước mắm, nước đá, sản xuất vật liệu xây dựng, nuôi tôm công nghiệp

c) Trường học và các cơ sở tập trung đông người

Quanh khu vực địa điểm, số lượng trường học và học sinh ở mức trung bình, các

cơ sở thường tập trung đông người cũng ít (Bảng 2.2)

Bảng 2.2 Công trình công cộng trong bán kính 20 km

Bán kính (km) Mẫu giáo Cấp 1 Cấp 2 Cấp 3 Y tế TT văn hoá Chợ giam Trại

về phía Tây Nam Đây là 1 trong 9 bãi tắm đẹp của Việt Nam Ngoài ra còn có một số bãi tắm nhỏ, hiện tại giá trị khai thác chưa cao như: Cà Ná, Bãi Thùng, Bãi Lớn, Bãi Hời, Các bãi biển này cách địa điểm khá xa (trên 10 km) nên không bị ảnh hưởng bởi nhà máy

e) Các di tích văn hóa lịch sử

Trong khu vực với bán kính 20 km tính từ địa điểm Phước Dinh có một số di tích kiến trúc khá độc đáo, nhưng chưa được nhà nước xếp hạng như: đình Vạn Phước, đình Văn Sơn, đình Thuận Hòa Việc xây dựng và vận hành nhà máy không gây ảnh hưởng tới các công trình này

Điều kiện khí tượng

Số liệu khí tượng thuỷ văn dựa trên tài liệu khí tượng thuỷ văn 10/2002 của Trung tâm dự báo khí tượng thuỷ văn Ninh Thuận

Khí hậu ở đây mang những đặc điểm chung của khí hậu nhiệt đới gió mùa: nắng nóng, nền nhiệt độ cao, bức xạ lớn Tuy nhiên độ ẩm khu vực thấp, lượng bốc hơi cao, mùa mưa đến muộn, kết thúc sớm

a) Nhiệt độ

Tại khu vực xã Phước Dinh, nhiệt độ không khí trung bình năm khoảng 26,5÷ 27,0oC; nhiệt độ không khí tối cao tuyệt đối xấp xỉ 40oC; nhiệt độ tối thấp bằng 15oC

Tỉnh Ninh Thuận chịu ảnh hưởng chủ yếu của 2 hệ gió mùa: gió mùa Đông Bắc

từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau và gió mùa Tây Nam xảy ra từ tháng 5 đến tháng 9 Các tháng 4, 5, 10, 11 có gió nhẹ xen kẽ với thành phần lặng gió kéo dài Tốc độ gió cực đại quan trắc được tại Phan Rang là 35 m/s (ngày 9/12/1993)

d) Nắng: Số giờ nắng ở khu vực khoảng 2700 ÷ 2750 h

24,9 29,3 19,4

26,2 30,9 20,3

27,8 32,1 22,6

28,8 33,1 23,6

29,2 33,5 23,5

28,7 33,2 23,6

29,2 33,5 23,5

27,7 32,2 22,9

26,6 30,3 23,7

25,9 28,9 22,2

25,1 27,7 20,8

27,0 33,2 19,1 Lượng mưa, mm

Trung bình 34,0 5,2 14,9 59,6 95,0 67,3 28,0 77,5 178,9 371,2 308,7 132,4 1372,9

Độ ẩm %

Trung bình 74 75 76 77 76 75 74 75 80 81 78 77 77 Lượng bốc hơi, mm

Trung bình 190 171 170 154 151 155 167 165 118 109 134 167 1851 Tốc dộ gió, m/s

Trung bình

Cao nhất 4,4 12 3,5 14 2,9 12 2,6 12 2,4 14 2,3 10 2,4 16 2,6 12 1,7 14 2,5 12 4,3 25 5,4 28 3,1 28

Số giờ nắng TB 222 236 285 263 258 233 216 225 194 182 163 151 2553 Nguồn: Tài liệu KTTV của Trung tâm dự báo KTTV Ninh Thuận

h) Dông

Dông thường xảy ra vào mùa hạ, kèm theo gió mạnh và mưa rào Nhiều cơn dông

có gió mạnh trên 20 m/s Tháng xảy ra nhiều dông nhất là tháng 5, trung bình 2,8 ÷ 8 ngày dông trong một tháng

i) Bão và áp thấp nhiệt đới

Theo số liệu thống kê từ năm 1911÷2001 (90 năm) có 23 cơn bão đổ bộ vào khu vực Ninh Thuận, tính trung bình thì khoảng 4 năm có 1 cơn bão

Điều kiện thủy văn

Đặc điểm chung:

Đặc điểm chung của sông ngòi trong tỉnh Ninh Thuận là đều ngắn và dốc, diện tích tập trung nước nhỏ, độ dốc suối lớn, nước lũ tập trung nhanh và thoát ra biển nhanh Nhìn chung lũ lụt xảy ra ở khu vực này có mức độ nguy hiểm không cao Sông Cái là sông lớn nhất trong tỉnh Ninh Thuận

Đặc điểm thủy văn khu vực địa điểm (Vĩnh Trường, Phước Dinh)

Tại khu vực thôn Vĩnh Trường, ở phía Nam và phía Bắc có 2 con suối nhỏ khống chế ở 2 đầu thôn Con suối phía Bắc nhỏ hơn con suối phía Nam (Suối phía Nam được gọi là suối Dốc Đổ có lưu vực 5,65 km2, dài 5,42 km) Do thảm thực vật ở đây hết sức nghèo nàn nên vào mùa khô, dòng suối chỉ có lưu lượng nước khoảng 0,03 m3/s Vào mùa lũ, mực nước đỉnh lũ lớn nhất cũng không làm ngập làng, nước lũ bị khống chế bởi 2 quả đồi, nên buộc phải đổ thẳng ra biển

Qua điều tra thực tế, từ xưa đến nay làng này chưa bao giờ bị ngập lụt nặng, ảnh hưởng đến tính mạng và tài sản của nhân dân

Điều kiện hải văn

a) Nhiệt độ nước biển

Bảng 2.4 Nhiệt độ nước biển tầng mặt

Nhiệt

Cao

nhất 27,2 27,5 28,8 29,1 28,5 31,7 31,1 29,2 29,7 28,2 28,8 27,3 31,7 Thấp

nhất 24,6 26,0 27,5 24,9 26,4 28,2 28,0 27,9 26,3 27,1 28,1 24,3 24,3 Trung

bình 26,2 26,6 28,0 27,8 27,5 29,4 29,8 28,4 27,9 27,1 28,4 25,6 27,7

Nguồn: Tài liệu KTTV Ninh Thuận - biển ven bờ

Địa điểm có tọa độ địa lý:

11o38’15” - 11o39’47” Vĩ độ Bắc

109o10’00” - 109o11’15” Kinh độ Đông

Hình 2.6 Vị trí nhà máy điện hạt nhân 2 - Vĩnh Hải

Diện tích và địa hình

Địa điểm có diện tích đủ chỗ để xây dựng 4 tổ máy công suất mỗi tổ máy khoảng

1000 MW Vùng Vĩnh Hải nói chung thuộc địa hình núi ven biển, từ dãy núi thấp Bàu Ông Gi (121 m) đến núi trung bình Lãng Mi (582 m)

Tại vị trí dự kiến bố trí nhà máy, địa hình tương đối bằng phẳng, hơi nghiêng ra biển Cao độ dao động trong khoảng 3-10 m

Điều kiện kinh tế xã hội

a) Dân số và lao động

Huyện Ninh Hải:

Dân số Huyện Ninh Hải là 91326 người, mật độ dân số 362 người/km2 Tỷ lệ tăng dân số 13,32‰ Phân bố dân cư giữa các vùng khá đều và có mật độ cao nhưng riêng xã Vĩnh Hải là xã có mật độ dân cư thấp nhất khoảng 40 người/km2

Tổng số lao động toàn huyện năm 2006 là 53362 người chiếm 57,6% số dân Lao động làm việc trong ngành kinh tế - xã hội là 44664 người chiếm 83,7% tổng số lao động Trong đó, lao động trong sản xuất nông, lâm - ngư nghiệp là 34258 người chiếm 76,7% tổng số lao động làm việc, lao động công nghiệp và xây dựng là 3886 người, chiếm 8,7%, lao động trong các ngành dịch vụ 6520 người chiếm 14,6%

Xã Vĩnh Hải:

Dân số và lao động: tổng số dân của xã khoảng 5365 người với khoảng 1288 hộ

Số người trong độ tuổi lao động là 2682 người trong đó thôn Thái An là 1958 người

Tỷ lệ tăng dân số hàng năm là 1,45% Thành phần dân tộc chủ yếu là người kinh, người dân tộc Raglay Ngành nghề chính của người dân là đi biển, làm nông nghiệp chủ yếu là trồng nho, tỏi và hành Một số hộ đồng bào dân tộc làm nương rẫy du canh còn khó khăn Số hộ nghèo trong xã khoảng 462 hộ chiếm 43% tổng số hộ Kết quả khảo sát dân cư sống trong các vùng có bán kính từ 0 đến 20 km tính từ tâm địa điểm được nêu trong Bảng 2.5

Bảng 2.5 Dân cư của địa điểm Vĩnh Hải

Bán kính (km) Diện tích (km 2 )

Dân cư (người) Số hộ

Mật độ (người/km 2 )

b) Các cơ sở công nghiệp gần địa điểm

Quy mô của các cơ sở công nghiệp xung quanh địa điểm là rất nhỏ bé, với các ngành chế biến thủy - hải sản, đóng mới và sửa chữa tàu thuyền, sản xuất và chế biến muối, sửa chữa cơ khí, sản xuất vật liệu xây dựng, sản xuất nước mắm, thức ăn cho tôm

39

c) Trường học và các cơ sở tập trung đông người

Quanh khu vực địa điểm, số lượng trường học và học sinh ở mức trung bình, các

cơ sở thường tập trung đông người (Bảng 2.6)

Bảng 2.6 Công trình công cộng trong bán kính 20 km

du lịch nhưng quy mô nhỏ

e) Các di tích văn hóa - lịch sử

Trong khu vực (bán kính 20 km) có một số công trình văn hóa - tôn giáo như: Dinh Bà, chùa Mỹ Sơn, chùa Long Phước, lăng Ông và một số mộ cổ Tuy nhiên việc xây dựng nhà máy không làm ảnh hưởng đến các công trình này Xa địa điểm hơn nữa, trong tỉnh Ninh Thuận có các công trình kiến trúc-văn hóa của dân tộc Chăm như: tháp Pôklong Garai được Bộ Văn hóa xếp hạng di tích năm 1979, tháp Pôrômê được xếp hạng năm 1992

Điều kiện khí tượng

Số liệu khí tượng của địa điểm Vĩnh Hải dựa trên tài liệu khí tượng thủy văn, 10/2002, của Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn Ninh Thuận

Khí hậu ở đây mang những đặc điểm chung của khí hậu nhiệt đới gió mùa: nắng nóng, nền nhiệt độ cao, bức xạ lớn Tuy nhiên độ ẩm của khu vực thấp, lượng bốc hơi cao, mùa mưa đến muộn, kết thúc sớm