Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội

Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội Nghiên cứu hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

ỉ(c $ Ý

SHIÊN CỨU HIỆU CHỈNH MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC MỒ HÌNH

TRONG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ Ở HẢ NÔI

MÃ SỐ:

QT-05-C H Ủ T R Ì ĐỀ T À I : PGS TS v ũ QUYẾT THÁNG CÁC CÁN B ộ THAM GIA: THS PHẠM THỊ VIỆT ANH

THS PHẠM VAN QUÂN

CN PHẠM THỊ VIỆT MAI

ĐA' HOC QL'OC GIA HÀ ('•ÒL

TRUNG TÂK THONG TỊT ÌH ĩ V ỆN

T>T / '■ ,M

1 BÁO CÁO TÓM TẮT

a T ên đ ề tài: Nghiên cíai hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô hình tính toán và dự báo

sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí ở Hà Nôi

M ã số: QT - 05 - ậ-ặ

b C h ủ trì đ ề tài: PGS.TS Vũ Quyết Thắng

c C á c cá n bộ th a m gia:

ThS Phạm Thị Việt Anh ThS Phạm Văn Quân

- Để khắc phục điều này, mục tiêu nghiên cứu của đề tài tập trung vào việc xác định mối quan hệ giữa các mô hình nói trên ( mô hình Berliand và Sutton - đây

là hai mô hình đại diện cho hai hướng nghiên cứu chủ yếu trên T hế giới về đánh giá và dự báo ô nhiễm không khí) làm cơ sở cho việc đồng nhất chuỗi số liệu trong đánh giá chất lượng môi trường Các kết quả tính toán giữa các mô hình hoàn toàn có thể chuyển đổi cho nhau để sử dụng phù hợp với từng mục đích cụ thể thông qua các công thức hiệu chỉnh Việc xác định được công thức chuyển đổi sẽ góp phần tối ưu hoá các m ô hình để ứng dụng giải quyết các bài toán thực

tế đạt hiệu quả cao và ít tốn kém về mặt kinh tế

♦ Nội dung nghiên cứu

a Title: Study on and adjustment o f the relation between the models o f calculation and prediction o f air pollutant transportation in Hanoi

b Code: QT 05

-c Coordinator: Associate Prof.Dr Vu Ọuyet Thang

d Key implementor: MSc Pham Thi Viet Anh

MSc Pham Van Quan BSc Pham Viet Mai

e Objectives and content

- Objectives

The project aims at determining the ralation between Berliand and Sutton models This will be a scientific basic for homogenizing series o f data in assessment o f environmental quality The results calculated from the above models can be exchanged each other for use according to concrete goals through coưective formulas This will contribute to optimize models in order to apply in solving the practical matters effectively and to reduce expense

- Content

s Assessing the suitability between Berliand and Sutton models by calculating

concentration and frequency o f the days in which concentration exceeds the permissible standards for waste eases created from the industrial sources

✓ Applying the Sutton and Berliand models for calculating the concentration o f air pollutants released from 22 industrial sources in Hanoi, corresponding to the various atmospheric layer classification state

s Study on and establish the equations expressing the relation between the

concentration calculated with 2 above models in the form: y=ax + b or Cs=aCB + b, in which c s, CB is concentration o f air pollutants calculated with Sutton and Berliand models; a & b are coefficients o f the equation

✓ Based on the obtained results from the above models, the transformable coefficients corresponding to the various atmospheric states were brought out (for suspended dust,

CO, C 0 2 , S 02) The general coefficients for these gases were also presented

f Obtained results

s Having assessed the suitability between Berliand and Sutton models

s Having calculated the concentration o f suspended dust CO C 0 2, S 0 2 released from

22 industrial sources in Hanoi, corresponding to the various atmospheric layer classification states

s Having brought out the transformable coefficients and the equations for the relation

between the concentration calculated with Sutton and Berliand models in the form: Cs=aCe + b

- Đánh gía mức độ phù hợp của hai mô hình Sutton và Berliand thông qua viêc tính toán sự phân bô nồng độ chất thải khí và tần suất xuất hiện nồng độ vượt tiêu chuấn cho phép ( tần suất vượt chuẩn) từ nguồn thải công nghiệp (trường hợp nghiên cứu đối với Nhà máy Dệt 8/3, Hà Nội)

- Sử dụng hai mô hình Sutton và Berliand tính toán nồng độ chất ô nhiễm thải ra từ

22 nguồn thải công nghiệp nằm rải rác trên địa bàn Hà Nội, tương ứng với các trạng thái phân tầng khác nhau của khí quyển

- Nghiên cứu, xây dựng phương trình biểu diễn mối quan hê giữa nồng đô tính đươc theo hai mô hình nói trên dưới dạng: y= ax + b hay c s = a CB + b, trong đó c s và

CB là nồng độ chất ô nhiễm tính được theo mô hình Sutton và Berliand; a, b là các

hệ số của phương trình

e C á c k ết q u ả đ ạ t được.

- Đánh gía được mức độ phù hợp cúa hai mô hình Sutton và Bcrliand

- Tính toán được nồng độ chất ô nhiễm ( bụi, c o , S 0 2, C 0 2) thải ra từ 22 nguồn thải công nghiệp trên địa bàn Hà Nội , tương ứng với các trạng thái phân tầng khác nhau của khí quyển

- Đưa ra được các hộ số chuyển hoá tương ứng với các trạng thái phân tầng khác nhau của khí quyển cho bụi, c o , C 0 2, S 0 2 và các công thức chuyển đổi chung cho các khí này Trên cơ sớ đó, xây dựng được các phương trình biẽu diền moi quan

hệ giữa nồng độ tính được theo hai mô hình Sutton và Berliand dưới dụng: c s = a

CB + b, trong đó c s và CB là nồng độ chất ô nhiễm tính được theo mô hình Sutton

a Title: Study on and adjustment o f the relation between the models o f calculation and prediction o f air pollutant transportation in Hanoi

b Code: Q T 0 5

-c Coordinator: Associate Prof.Dr Vu Quyet Thana

d Key implementor: MSc Pham Thi Viet Anh

MSc Pham Van Quan BSc Pham Viet Mai

e Objectives and content

- Objectives

The project aims at determining the ralation between Berliand and Sutton models This will be a scientific basic for homogenizing series o f data in assessment o f environmental quality The results calculated from the above models can be exchanged each other for use according to concrete goals through corrective formulas This will contribute to optimize models in order to apply in solving the practical matters effectively and to reduce expense

- Content

s Assessing the suitability between Berliand and Sutton models by calculating

concentration and frequency o f the days in which concentration exceeds the permissible standards for waste eases created from the industrial sources

s Applying the Sutton and Berliand models for calculating the concentration o f air

pollutants released from 22 industrial sources in Hanoi, corresponding to the various atmospheric layer classification state

s Study on and establish the equations expressing the relation between the

concentration calculated with 2 above models in the form: y=ax + b or Cs=aC B + b, in which c s, Cb is concentration o f air pollutants calculated with Sutton and Berliand models; a & b are coefficients o f the equation

s Based on the obtained results from the above models, the transformable coefficients

corresponding to the various atmospheric states were brought out (for suspended dust,

CO, C 0 2 , S 0 2 ) The general coefficients for these gases were also presented

f Obtained results

s Having assessed the suitability between Berliand and Sutton models

s Having calculated the concentration o f suspended dust CO CƠ2, S 0 2 released from

22 industrial sources in Hanoi, corresponding to the various atmospheric layer classification states

s Having brought out the transformable coefficients and the equations for the relation

between the concentration calculated with Sutton and Berliand models in the form: Cs=aC B + b

khí ■ ° 3

1.2.ì M ô hình khuếch tán rối của Berliand

3

1.2.2 M ô hình lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí của Sutton

1.3 Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình lan truyền các chất ô nhiễm trong

khí quyển 12 1.4 Các hướng nghiên cứu mô hình hoá trong đánh giá và dự báo ô nhiễm

mòi trường không khí hiện nay 1 4

C huơng 2 Đ ối tư ợng và phư ơng ph áp n g h iên c ứ u 1 4

2.1 Đỏi tượng nghiên cứu J4

1.2 Phương pháp nghiên cứu

1.3 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu

!.4 Các nguồn thải công nghiệp ở Hà Nòi

Dhương 3 Xây dựng các phương trình hiệu chỉnh mối quan hệ giữa các mô

lình lan truyền chất ô nhiễm trong mỏi trường không khí ở Hà N ội 1 9

5.1 Đánh giá mức độ phù hợp của các mô hình 21 1.2 Xây dựng các công thức chuyển hoá đối với hai mô hình B e rlian d và

ĐẶT VẤN ĐỂ■

Mô hình hoá môi trường hiện được xem là một trong những công cụ hiệu quà của quản lý môi trường Phương pháp này được sử dụng hiệu quả trong các hoạt động kiểm toán, quan trắc, đánh giá tác động môi trường Đậc biệt trong điều kiện hệ thống monitoring ờ nước ta hiện nay chưa đủ mạnh thì việc sử dụng công cụ mô hình hoá toán học trong đánh giá, dự báo chất lượng môi trường nói chung vă mồi trường không khí nói riêng có hiệu quả cao cả về mặt khoa học và kinh tế

Các mô hình toán học đã được sử dụng khá phổ biến trong đánh giá, dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí trên Thế giới và ở nước ta là Berliand Gauss, Sutton ( một dạng cải tiến của Gauss) Kết quả tính toán nhìn chung cho Ihấy có sự phù hợp giữa các mô hình, tuy nhiên các kết quả này chưa hoàn toàn đồng nhất về mặt giá trị cũng như phạm vi phân bố Chẳng hạn, kết quả tính toán theo m ô hình Berliand thường cho thấy phạm vi ô nhiễm gần nguồn hơn và hẹp hơn, trong khi kết quả tính toán theo mồ hình Sutton sẽ cho vùng ô nhiễm kéo dài và xa nguồn hơn Các nghiên cứu trước đây cũng cho thấy rằng, đối với các nguồn điểm thấp nên sử dụng mô hình Sutton, còn các nguồn điểm cao nên sử dụng mô hình Berliand Tuy nhiên, cho đến nay điều này vẫn chưa được kiểm chứng một cách chính xác và cụ thể Vì vậy, khi sử dụng các số liệu tính toán từ các mô hình để đánh giá chất lượng môi trường không khí sẽ dẫn đến những điều bất cập nếu chuỗi số liệu không đồng nhất và có độ chính xác khác nhau

Do vậy, mục tiêu nghiên cứu của đề tài tập trung vào việc xây dựng một phương pháp

để tìm ra phương trình chuyển hoá cho các sô' liệu được tính toán theo hai mô hình ‘Jerliand

và Sutton- hai mô hình đại diện cho hai hướng nghiên cứu chủ yếu trên Thế giới về đánh giá và dự báo ô nhiễm không khí được sử dụng phổ biến hiện nay - ý nghĩa thực tế của việc làm này là cung cấp một phương pháp đơn giản để hỗ trợ cho công tác quản lý môi tnrờng trong việc đồng nhất các số liệu sao cho có thể xem xét đánh giá chất lượng mồi 'rường mộỉ cách chính xác và hiệu quả nhất

Để giải quyết vấn đề đặt ra, đề tài sử dụng hai mô hình Sutton và Berliand để tính toán nồng độ của các khí thải khác nhau thải ra từ 22 nhà máy xí nghiệp có lượng thải ".ương đối lớn nằm rải rác trên địa bàn thành phố Hà Nội Kết quả cuối cùng được đưa ra là các phương trình mô tả mối quan hệ giữa hai mô hình trên tương ứng với từng loại khí thải

CHƯƠNG 1 Sự LAN TRUYỀN CỦA CHẤT Ô NHIỄM

TRONG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ

1.1 Sự phân bó ch ất ô nh iêm và phương trình vi phán cơ bản

Khi mô tả quá trình khuếch tán chất ô nhiễm trong không khí bằng các mô hình toán học thì mức ô nhiễm không khí thường được đặc trưng bởi trị số trung bình nồng độ chất ô nhiễm phân bố theo không gian và thời gian Dưới tác dụng cùa gió các luồng khí , bụi phụt lên từ miệng ống khói sẽ bị uốn cong theo chiều gió thổi Chất ô nhiễm dần dần bị khuếch tán rộng ra tạo thành vệt khói Kết quả khảo sát cho thấy các chất khí thải và bụi lơ lửng lan truyền chù yếu theo vệt khói trong phạm vi góc cung hẹp chỉ từ 10-20° Một số hạt bị nặng sẽ tách khỏi vệt khói và rơi xuống mặt đất ở gần ống khói Nếu coi góc mở của vệt khói không đổi theo khoảng cách thì diện tích do vệt khói gây ô nhiễm sẽ tăng tỷ lệ với bình phương của khoảng cách

Vùng không khí sát đất thường bị ô nhiễm từ khoảng cách tới chân ống khói 4-20lần chiều cao ống khói và vị trí ô nhiễm cực đại cách chân ống khỏi khoảng 10-40 lầnchiều cao ống khói Trên mặt cắt ngang của vệt khói nồng độ ở trục lớn nhất và càng ra xa, nồng độ càng giảm dần Khi trời lặng gió, luồng khí thải sẽ phụt thẳng đứng lên trên và gây ô nhiễm không khí chủ yếu trong phạm vi không gian xung quanh ống khói

Trong trường hợp tổng quát trị số trung bình cuả nồng độ chất ô nhiễm trong không khí phân bố theo thời gian và không gian được mô tả từ phương trình xuất phái cùa vậnchuyển, khuếch tán rối và biến đổi hoá học đầy đù như sau [6,9]:

- Vx, Vy, Vz: Ba thành phần của tốc độ gió V

- Kx, Ky.Kz: Các thành phẩn cùa hệ số khuếch tán rối theo ba trục Ox Oy Oz

- a :Hệ số tính đến sự xàm nhập cùa chất ò nhiễm từ môi trường xung quanh.

- p : Hệ số tính đến sự biến đổi chất ô nhiễm thành chất khác dưới tác dụng của các

phản ứng hoá học

Tuy nhiên phương trình (1) rất phức tạp nó chì là một hình thức mô phỏng sự lan truyền chất ô nhiễm Trên thực tế để giải được phương trình này người ta phải tiến hành đơn giản hoá trên cơ sở thừa nhận một số điều kiện gần đúng bằng cách đưa ra các già thiết phù hợp với điều kiện cụ thể Những giả thiết này xuất phát từ các lập luận sau đây:

- Nếu nguồn thải phát liên tục và có công suất không đổi (đối với nguồn điểm) thìnồng độ trung bình của chất ô nhiễm được xem như là một quá trình dừng - Nếuhướng trục Ox theo chiều gió thổi thì Vy = 0, nên:

O k - 0

S y

- Thực nghiệm và lí thuyết đã chứng tỏ rằng sự khuếch tán các chất ô nhiễm theo

phương vuông góc với hướng gió lớn hơn rất nhiều lần cường độ khuếch tán theo hướng

Ổx

được bỏ qua so với các số hạng khác trong phương trình ( 1)

- Giả thiết không có quá trình liên kết và biến đổi chất nên a = /? = 0 Việc xem

a = p = 0 chỉ có thể thực hiện được nếu thời tiết khô ráo.

1.2 Mỏ hình hoá quá trình lan truyền chất ò nhiễm trong mói trường không

1.2.1 Mò hình khuếch tán rối của Berliand

Berliand đã tiến hành nghiên cứu về sự khuếch tán chất ô nhiễm trong mô trường không khí theo phương pháp thuỷ động lực học thống kê Trên cơ sở đó ông đã th7\ ia òược công thức xác định nồng độ trung bình chất ô nhiễm tại điểm có toạ độ ( X, y )trên mặt phẳng gần mặt đất (z=l-2m ) đối với nguồn điểm Xuất phát từ phương trình (1) 3erliand giả thiết quá trình khuếch tán rối là dừng, trục Ox hướng theo chiều gió thổi có vận tốc trung bình là Ư, bỏ qua sự xâm nhập và biến đổi hoá học kết hợp với các điểu kiện gần đúng nêu trên Khi đó phương trình Berliand có dạng:

Dựa vào phương trình (2) Berliand đã tiến hành thiết lập các điều kiện ban đầu và điều kiện biên để giải bài toán nguồn điểm phát thải liên tục có côns suất M=const.

Bước 1: Thiết lập điều kiện ban đầu

Berliand thiết lập điều kiện ban đầu dựa trên định luật bảo toàn vật chất Tại thời điểm: t=to

- M: Công suất của nguồn thải (mg/s)

- ỏ y , ổ(z - H ) : Là các hàm toán học đặc thù thoả mãn tính chất sau:

& { x ) = \ ( p { ệ ) ẹ { ệ - x ) d ệ (3)

b

Trong đó:

với <p{ệ)-là hàm tuỳ ý

Bước 2: Điều kiện biên

❖ Điều kiện xa vô cùng:

♦ĩ* Tại bề mặt trải dưới (mặt đất, cây cối, thảm thực vật ):

-Trường hợp 1: Nếu bề mặt trải dưới có độ ẩm cao hoặc có chứa nước (mật sòng, ao, hồ ) thì khả năng hấp thụ chất ô nhiễm rất lớn: - = 0 => c = 0 (5)

4

- Trường hợp 2: Nẽu bề mặt trải dưới khô thì khả năng phản xạ của chất ô nhiễm rất lớn, dòng chất ô nhiễm đến mặt đất được phản xạ lại vào khí quyển, điều này có

nghĩa là thông lượng rối thẳng đứng tại bề mặt trải dưới bằng khôn2 (tại z=0 ):

K z ^ = 0 (6)

ỗz

Bước 3: Giải phương trình

Để giải phương trình (2) với các điều kiện phụ đã được thiết lập, Berliand đã tiến

hành tham số hoá các đại lượng có chứa trong phương trình để tìm ra một nghiệm duy nhất

là nồng độ trung binh của chất ô nhiễm c là hàm của x,y,z

Áp dụng quy luật biến đổi của tốc độ gió trong tầng biên khí quyển:

Khi hướng trục Ox theo chiều gió thì:

U=ƯX

Và sự biến đổi của ư theo độ cao z sẽ có dạng:

U (z)=U (Z |).(z/Z |)n (7)

Trong đó:

- U(z) là tốc độ gió tại độ cao z

- U(Z|) là tốc độ gió tại độ cao Zị

n là chỉ số liên quan đến tầng kết nhiệt của khí quyến.

- n=0.14: Tầng kết nhiệt bất ổn định

- n=0,20: Tầng kết nhiệt ổn định

- n=0,17: Tầng kết nhiệt cân bằng phiếm định

Kz=KzJ.(z/z1)m(8)Trong đó:

- Kz: Hệ số khuếch tán rối tại độ cao z

- K iỊ Hệ số khuếch tán rối tại độ cao Z|

- m: Chỉ sô' có liên quan đến tầng kết nhiệt.

Trong mô hỉnh của Berliand cho z= lm khi đó m - 0 Để xét Ky Berliand đưa ra khái

niộm kích thước khuếch tán rối ngang

Ko-Xét Vz (Tốc độ thẳng đứng) với Vz = -W

Trong đó: w là tốc độ rơi cùa hạt

Dựa vào việc tham số hoá các đại lượng trên, Berliand đã giải phương trình (2) để tìm ra nghiệm c với các điều kiện phụ đã thiết lập Berliand chia bài toán ra làm hai trường

- Trường hợp 1: Bụi trọng lượng (kích thước hạt lớn không tổn tại lâu trong khí quyển), gây ổ nhiễm mạt đệm (đất, nước, hệ sinh thái )

- Trường hợp 2: Bụi lơ lửng và khí độc, gây ỏ nhiễm môi trường không khí, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người

6

Phương p h áp giải: Berliand dùng phương pháp phân li biến số:

c = C(x,y,z) = P(z).Q(x,y)

Từ đó tìm được nghiệm tổng quát và tính được nồng độ chất ô nhiễm tại một điểm không gian bất kì có toạ độ (x,y,z) Tuy nhiên trong khuôn khổ đối tượng nghiên cứu của môi trường, chỉ sử dụng công thức nghiệm của Berliand trong trường hợp sự phân bô' nồn°

độ chất ô nhiễm ở mặt đất, đặt z=0 trong công thức nghiệm tổng quát, ta được công thức sau:

ạ + n ý K ^ 4K0.X (10)

2(n + ì ) K ì J ĩ ĩ K 0j ci

Trong đó:

- M: Công suất nguồn phát thải (mg/s)

- Ko: Kích thước khuếch tán rối ngang

- U |: Tốc độ gió tại độ cao lm

- K |: Hệ số khuếch tán rối tại độ cao lm

- n: Chỉ sô' liên quan tới tầng kết nhiệt c 0,14 -i- 0, 2 )

- H = h + A H

+ h: Độ cao hình học của ống khói (theo thiết kế ban đầu)

+ A H: Độ nâng ban đầu của luồng khí thải

Để đạt mục đích giải bài toán ngược tìm độ cao h, trước hết ta lấy đạo hàm hai vế

của công thức (10) theo X và y, sau đó đặt các đạo hàm bằng khổng sẽ tìm được nồng độ

trung bình của chất ô nhiễm cực đại CMax ứng với khoảng cách xm„ như sau:

Để thuận lợi cho việc đánh giá độ chính xác cũa mỏ hình người ta tiến hành các phép đo thực nghiệm taị một điểm N có toạ độ (x,y), sau đó đối chứng với việc tính toán từ mỏ hình theo còng thức (10) để rút ra kẽt luận về độ chính xác của mô hình Để đảm bảo độ thống

kê việc đo đạc phải tiến hành ít nhất ba lần tại một điểm cho trước Độ chính xác được tính như sau:

£ = ( c - c y

( O 2Trong đó:

- C: Nồng độ chất ô nhiễm tính theo lí thuyết

- c*: Nồng độ thực tế của chất ô nhiễm theo số liệu đo đạc thực nehiệm

Bước 5: Tham số hoá các yếu tô' tính toán phù hợp với khu vực nghiên cứu

- u I được tính theo số liệu khí tượng khu vực nghiên cứu thõng qua U|() dựa vào công

u = ¥ u -

1 10 "

- K ị : Dựa vào kết quả tính toán tại khu vực nghiên cứu.

AH được tính theo công thức của Berliand dựa vào các tham số của khu vực nghiêncứu:

- w 0: Tốc độ phụt của ống khói (lấy từ thiết kế)

- R0: Bán kính miệng ống khói (m) theo giả định

- Tk: Nhiệt độ của không khí xung quanh miệng ống khói (°K)

- Tr: Nhiệt độ của luồng khí thải (°K)

- g: Gia tốc trọng trường

- A r = 7 ; - 7 ; ( 0K)

8

1.2.2 Mỏ hình lan truyén chất ỏ nhiễm trong mòi trường không khí của Sutton

Mô hình lan truyên chất ô nhiễm cùa Sutton ngoài việc áp dụns để đánh gíá cho các nguồn điểm có độ cao h (như ống khói của các nhà máy) thì mô hình này cũng được áp dụng đối với các nguồn điểm ở mạt đất (không có độ cao h và đặt ờ gốc toạ độ) Cách giải của Sutton cũng dựa vào những giả thiết như trên để đơn gian hoá phương trình (1) và có

sử dụng thèm một sô' điều kiện phụ sau:

Trong đó:

- M: Công suất nguồn thải (mg/s)

- U: Tốc độ gió trung bình tại mặt đất (m/s)

- C(x,y,z): Nồng độ chất ô nhiễm (m g/rrò

- CyQ: Các hệ số khuếch tán rối suy rộng của Sutton

- N: Chỉ số liẻn quan tới tầng kết nhiệt

c ( x , y , x ) = 2 M

n u C c x 2 - I I7 e x P

Đối với nguồn điểm liên tục trên cao có độ cao hiệu dụng H đặt tại gốc toạ độ , mô hình Sutton có dạng:

C : x 2' n + exp c : v' ' (14)

u: Tốc độ gió trung bình tại độ cao hiệu dụng cùa nguồn

Từ công thức (14) Sutton đã lập được công thức tính nồng độ trung bình cực đại chất

ô nhiễm tại khoảng cách tương ứng:

Trong đó:

U: Tốc độ gió trung bình tại chiều cao hiệu dụng H của ống khói

Đặt z=0 trong công thức (20) ta có công thức xác định nồng độ chất ô nhiễm ở gần mặt đất như sau:

r - H i \

c ( x , y , 0) = M

n u a ơ -exp .exp '-ơ : (21)

Các công thức (20), (21) là dạng cải tiến của Sutton và Pasquill thường quen gọi là các công thức của mô hình Gauss

1.3 Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình lan truyền các chất ô nhiễm trong khí quyển

s Ảnh hưởng của gió

Gió hình thành các chuyển động rối của không khí trên mặt đất, đây là yếu tố khí tượng có ảnh hưởng nhiều nhất tới sự lan truyền của các chất ô nhiễm Hướng gió

và tốc độ gió là hai yếu tố không thể thiếu được trong các mô hình và dự báo lan truyền

ô nhiễm trong không khí

s Ảnh hưởng của nhiệt độ

Sự lan truyền của chất ô nhiễm theo phương thẳng đứng trong lớp biên ở mức độ lớn phụ thuộc vào mức độ ổn định của không khí và do vậy phụ thuộc vào phân tầng nhiệt

Do vậy, điều kiện tốt nhất để phát tán bụi được tạo ra với độ bất ổn định mạnh và bởi sự phát triển khá cao của lớp xáo trộn Điều đó cũng xảy ra khi bầu trời quang hoặc nắng đặc biệt về mùa hè Ngược lại, điều kiện xấu để phát tán nảy sinh với nghịch nhiệt khi lớp biên

có tầng kết ổn định

s ảnh hưởng của độ ẩm và mưa

Trong điều kiện độ ẩm lớn, các hạt bụi lơ lửng trong không khí có thể liên kết với nhau thành các hạt to hom và rơỉ nhanh xuống đất Độ ẩm lớn tạo điều kiện giúp vi sinh vật phát triển nhanh chóng và bám vào các bụi bẩn trong khõng khí bay đi xa gây bênh truyền

nhiễm Độ ẩm còn tác dụng hoá học với các khí thải công nghiệp như với S 0 2 , S03 tạo thành H2S04, H 2S03 Mưa có tác dụng làm sạch môi trường không khí nhưng lại gây ô nhiễm đất và ô nhiễm nước.

s Ả nh hường của địa hình

Thực nghiệm cho thấy nồng độ các chất ô nhiễm ờ phía sau vật chắn thường lớn hơn, điều này có thể giải thích là do phía sau áp lực gió giảm Khi quy hoạch cần phải đặc biệt chú ý tới địa hình nơi đặt nhà máy tránh đặt vào phạm vi “bóng khí động” của các vật chắn

s Ả nh hưởng của nhà ở và các công trìn h xảy dựng

Trong khu công nghiệp sự chuyển động của các dòng khí cùng với phần tử bụi và hơi khí chứa trong nó khác so với vùng trống trải Nhà cửa, công trình sẽ làm thay đổi trường vận tốc của không khí, phía trước công trình vận tốc gió tăng, phía sau bắt đầu giảm dần

và sau một khoảng cách nào đó mới đạt trị số ban đầu của nó

1.4 C ác hư ớng n gh iên cứu m ô hình hoá tro n g đ án h giá và d ự báo ô

nh iễm m ôi trư ờn g k h ô n g kh í hiện nay.

Để đánh giá hiện trạng và dự báo ô nhiễm môi trường không khí tại mọi khu vực, trên thế giới cũng như ở VN hiện nay thường sử dụng hai phương pháp sau:

❖ Phương pháp thực nghiệm: Là phương pháp đo đạc khảo sát tại nhiều điểm trên hiện trường của một vùng và bằng phương pháp thống kê để phân tích, đánh giá chất lượng không khí vùng đó

❖ Phương pháp mô hình hoá:

Dùng các mô hình toán học và dự báo lan truyền các chất ô nhiễm theo không gian

và thời gian, sau đó kết hợp với các số liệu đo đạc thực nghiệm để kiểm chứng độ chính xác của mô hình, trên cơ sở đó xây dựng các phần mềm tối ưu và thương mại hoá

Theo tài liệu của Tổ chức Khí tượng thế giới (WMO) và chương trình môi trường liên hợp quốc (UNEP) thì hiện nay trên thế giới có hơn 20 dạng mô hình tính toán và dự báo ô nhiễm môi trường không khí, chủ yếu tập trung theo ba hướng chính sau:

+ Hướng 1: Mô hình thống kê kinh nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết của Gauss với giả thiết phân bố nồng độ chất ô nhiễm tuân theo quy luật phân bố chuẩn Các nhà khoa học đầu tiên áp dụng và cải tiến theo hướng này là Tunner và Sutton vì thế thường được gọi là mô hình Sutton

12

+ Hướng 2:Mô hình thống kê thuỷ động lực học sử dụng lý thuyết khuếch tán rối trong điểu kiện khí quyển có phân tầng kết nhiệt Mô hình này được Berliand hoàn thiện

và áp dụng thành công ở Nga nên còn được gọi là mô hình Berliand Mô hình này đã được

GS Nguyễn Cung áp dụng để phân tích nồng độ chất ô nhiễm độc hại cho phương án dự kiến xây dựng nhà máy lọc dầu tại thành Tuy Hạ (Phạm Ngọc Đ ãng, 2000)

+ Hướng 3: Mỏ hình dựa trên việc giải hệ phựơng trình đầy đủ của nhiệt động lực học khí quyển bằng phương pháp số Hiện nay hướng này còn gặp khó khãn trong lý

thuyết động lực-học vùng v ĩ độ thấp, vì vậy khả nãng ứng dụng vào điều kiện nước ta còn

hạn chế

Hai mô hình Berliand và Sutton (dạng cải tiến mô hình Gauss) hiện nay được sử dụng rộng rãi trên thế giới và ở Việt Nam để đánh giá, dự báo các chất ô nhiễm không khí thải ra từ các nguồn thải công nghiệp, đô thị và khai khoáng Một điều cần lưu ý là các mô hình trên đều là mô hình của nước ngoài vì vậy khi áp dụng vào điều kiện thực tế của Việt Nam cần có những cải tiến nhất định sao cho phù hợp với vùng cần nghiên cứu, đây là điều đã được rất nhiều các chuyên gia môi trường đầu ngành của Việt Nam quan tâm ở Việt Nam hiện nay, việc nghiên cứu cải tiến và áp dụng các mô hình bước đầu đã thu được những kết quả khả quan, trong đó phải kể đến những các kết quả nghiên cứu gần đây của nhóm cán bộ giảng dạy Khoa Môi trường trường Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG Hà Nọi do GS Phạm Ngọc Hổ chủ trì công bố tại hội thảo khoa học Môi trường toàn quốc lần thứ nhất (tháng 8 nãm 1998), Đề tài nghiên cứu khoa học Cấp bộ B93-05-96, Đề tài nghiên cứu Khoa học Công nghệ & Môi trường số 152/98

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứ u2.1 Đ ối tượng ngh iên cứu

Đề tài lựa chọn thành phố Hà Nội đế tiến hành thử nghiệm vì đây là khu vực tập trung đông dân cư và các khu công nghiệp lớn Đối tượng nghiên cứu chủ vếu tập trung vào các nhà máy và các cơ sở sản xuất nằm rải rác trên địa bàn thành phô - là một trong những nguồn ô nhiễm môi trường không khí chủ yếu ở Hà.Nội

Các nhà máy được lựa chọn từ nhiều khu công nghiệp khác nhau nằm rải rác trên địa bàn thành phố nhằm đảm bảo tính đại diện của mẫu Các nhà máy này đại diện cho nhiều ngành sản xuất khác nhau, từ công nghiệp nặng, công nghiệp nhẹ đến tiểu thủ công nghiệp Mặc dù mỗi nhà máy có những đặc trưng riêng về quy trình sản xuất, công nghộ và sản

phẩm , song nguồn nhiên liệu chủ yếu được sử dụng là than và dầu nên thành phần khí thải

cơ bản là giống nhau Trong đề tài này, bốn chất thải chủ yếu được đưa vào tính toán là Bụi

lơ lửng, CO, C 0 2, và S 0 2 Một lý do quan trọng khác để lựa chọn Hà Nội là khu vực nghiên cứu vì đây là một trong những khu vực có điều kiện khí hậu khá đặc trưng và ổn định, đó là một yếu tố đảm bảo cho sự chính xác của kết quả Các thông số khí tượng được lấy liên tục trong nãm năm gần đây nhằm nâng cao tính thống kê cuả các kết qủa được đưa

2.2 P hu ơn g p h áp n gh iên cứu

• Nghiên cứu tài liệu thứ cấp: Các sô' liệu phục vụ đề tài được thu thập từ các nguồn sau:

s Sở tài nguyên môi trường và nhà đất Hà Nội

s Trung tâm kĩ thuật môi trường đô thị và khu công nghiệp (CEETIA)

s Trung tâm Nghiên cứu quan trắc và mô hình hoá môi trường ( CEMM),

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên ĐHQGHN

s Đài khí tượng Láng-Hà Nội

• Khảo sát điều tra thực địa: Khảo sát cập nhật thông tin về các nguồn thải công nghiệp

• ứ ng dụng mô hình tính toán sự phân bô' nồng độ chất ô nhiễm từ các nguồn í nải công nơhiệp theo mô hình Berliand và Sutton : Sử dụng phần mềm do Trung tâm quan trắc

15

và mô hình hoá môi trường, Khoa Môi tnrờng Trường Đại học Khoa học tự nhiên xây dựng

• Sử dụng phuơng pháp tính tần suất vượt chuẩn [ ]: để so sánh mức độ ô nhiễm của hai

mô hình

• Sử dụng phần mềm Excel để vẽ đồ thị và xây dựng hệ sò' chuyển hoá giữa hai mô hình

2.3 Đ iều kiện tự nhiên của khu vực n gh iên cứu

Quá trình lan truyền và khuếch tán chất ô nhiễm trong khí quyển chịu ảnh hường nhất định của các yếu tố tự nhiên và khí hậu của khu vực Các nhà máy trong các khu công nghiệp nằm trên địa bàn thành phố Hà Nội đều có chung những điều kiện khí hậu đạc trưng Hà Nội thuộc trung tâm của vùng Bắc Bộ có toạ độ địa lý:

20°53 -21°23 vĩ độ Bắc104°44 -106°22 kinh độ ĐôngĐại bộ phận Hà Nội thuộc đồng bàng sông Hồng có độ cao 5-20m so với mực nước biển, trừ khu vực Sóc Sơn, Tam Đảo có độ cao từ 20-40m Địa hình Hà Nội thấp dần từ Bắc đến Nam, từ Đông sang Tây (nghiêng theo hướng Tâv Bắc Đông Nam) Hà Nội nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, quanh năm nhận được lượng bức xạ dồi dào Tổng lượng bức xạ trung bình hàng năm là 120Kcal/km2 Nhiệt độ trung bình năm là 23-24°, độ ẩm trung bình 80-82% Lượng mưa trung bình hàng năm 1660mm/nãm Đặc điểm khí hậu rõ nét nhất là sự thay đổi khác biệt giữa hai mùa, mùa nóng và mùa lạnh Từ tháng 5 đến tháng 9 thời tiết nóng và mưa, nhưng từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau là mùa lạnh và khô Giữa hai mùa có một thời kì chuyển tiếp vào tháng 4 và tháng 10 Có thể phân chia khí hậu Hà Nội thành bốn mùa tương đối rõ rệt: M ùa xuân bắt đầu từ tháng 2 đến tháng 4;

Mùa hạ từ tháng 5 đến tháng 8; Mùa thu từ tháng 9 đến tháng 11; Mùa đông từ tháng 19

đến tháng 1 năm sau Việc phân chia như trên chỉ có tính chất tương đối vì Hà Nội có

năm rét sớm , có năm rét m uộn, có năm nóng kéo dài nhiệt độ lên đến trên 40°'- cũng có

năm nhiệt độ xuống thấp dưới 5"c Mạt khác, do ảnh hưởng của biến đối khí hậu toàn cầu những năm gần đây thời tiết có nhiều thay đổi rõ rệt không còn tuân theo đúng các quy luật như trước nữa

Chế độ gió là một trong những yếu tố có ảnh hường đáng kể đến quá trình lan truyền

và khuếch tán các chất ô nhiễm trong khí quyển Thông thường các hướng gió thịnh hành

trên địa bàn Hà Nội thay đổi rõ rệt theo mùa Vé mùa đông, gió thường tập trung ớ hai hướng Đông Bắc hay Bắc Đông Bắc và Đông hay Đông Nam Trong nửa đầu mùa đône, các hướng gió Đông Bắc và Bắc có trội hơn một chút nhưng từ tháng 2 trờ đi các hướng gió Đông và Đông Nam chiếm ưu thế hơn v ề mùa hạ, gió thổi theo hướng Đông Nam và Nam chiếm tần suất tới 60-70%, chỉ thỉnh thoảng mới xuất hiện các hướng Bấc và Tày [7],Tốc độ gió ở Hà Nội khá lớn, trung bình là 2,5m/s, tốc độ gió cực đại có thể lẻn đến 34m/s khi có dông bão Trong nửa đầu m ùa hạ thỉnh thoảng ờ khu vực đồng bẳng Bác bộ nói chung và Hà Nội nói riêng gặp vài ngày gió Tây khô nóng, khí đó độ ẩm trung bình - trong những ngày này giảm chỉ còn 30-40% Tuy nhiên cả mùa thường chi có 6-8 ngày, khả nâng gặp gió Tây khô nóng lớn nhất là vào tháng 6 Như vậy trong từng mùa, đặc biệt

là thời gian giữa các mùa hướng gió ít thay đổi và tốc độ gió khá lớn, đặc biệt là vào các tháng 5,6,7

Bảng 2.1: Điều kiện khí hậu đặc trưng của Hà Nội

Bảng 2.2 : C hế độ gió khu vực Hà Nội

STT Hướng gió Tòc độ gió tru n g bình năm T ần su ất gió

2.4 C ác n gu ồn thải cô n g n g h iệp ở H à Nội

Hiện nay ở Hà Nội có khoảng 318 cơ sỡ sán xuất quòc doanh thuộc Trung ương vàđịa phương quản lý, các liên doanh và đầu tư trực tiếp từ nước ngoài dang hoạt động tại 9khu công nghiệp chính:

1 Khu công nghiệp Minh khai - Vĩnh Tuy

2 Khu công nghiệp Thượng Đình

3 Khu công nghiệp Đông Anh

4 Khu công nghiệp Trương Định - Đuôi Cá

5 Khu công nghiệp Văn Điển - Pháp Vân

6 Khu công nghiệp Cầu Diễn - Nghĩa Đô

7 Khu công nghiệp Gia Lâm - Yên Viên

8 Khu công nghiệp Chèm

9 Khu công nghiệp Cầu BươuNgoài các khu công nghiệp nêu trên, còn nhiều nhà máy cũ nằm phân tán xen kẽ trong các khu dân cư nội thành

Phần lớn các cụm công nghiệp này chủ yếu được xây dựng từ những nãm 60-70 cơ

sở hạ tầng thấp kém, hệ số đổi mới thiết bị thấp, nước thải, khí thải không được xử lý nẻn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Các nguồn thải gây ô nhiễm m ôi trường không khí từ các nguồn công nghiệp này rất

đa dạng và thuộc các ngành sản xuất như:

Với mười bốn khu công nghiệp nêu trên đã hình thành một vành đai công nghiệp "bao vây tứ phía" thành phố Hà Nội, bất cứ gió thổi hướng nào cũng làm ô nhiễm công nghiệp lan tỏa đến các khu dân cư và gây ô nhiễm không khí nội thành Hà Nội

Từ nay đến nãm 2010, 2020 sẽ di chuyển tất cả các cơ sờ công nghiệp vừa và nhỏ gây

ô nhiễm nghiêm trọng vào các cụm công nghiệp tập trung

19

:H Ư Ơ N G 3 X Â Y D Ự N G CÁC PH Ư Ơ N G T R ÌN H H IỆ U C H ỈN H M Ố I Q U A N

HỆ G IỮ A C Á C M Ô H ÌN H LA N T R U Y Ể N c h ấ t ồ N H IẺ M t r o n g m ô i

T R Ư Ờ N G K H Ô N G KHÍ ở HÀ NỘ I

3.1 Đánh giá mức độ phù hợp của các mỏ hình

Như đã trình bày trong phần tổng quan, các mô hình đánh giá và dự báo ô nhiễm môi

lờng không khí được chia thành 3 hướng chính là m ô hình thống kê kinh nghiệm dựa trên

I sở lý thuyết bán kinh nghiệm của Gauss, Mô hình thống kê thuỷ động lực học sử dụng lý uyết khuếch tán rối trong điều kiện khí quyển có phân tầng kết nhiệt và mô hình số trị.Hai hướng nghiên cứu đầu tiên hiện đang được sử dụng rộng rãi và ngày càng phát

ển ở Việt Nam cũng như trên Thế giới Các mô hình đại diện cho các hướng này là mô

nh Gauss và các dạng cải tiến của nó ( mô hình Sutton) và mô hình Berliand Mô hình ỉrliand được sử dụng nhiều ở Liên xô cũ và các nước Đông Âu truớc đảy Nồng độ trung

nh tại m ặt đất được tính qua công thức 10 chương 1

Mô hình Sutton - Một dạng cái tiến của mô hình Gauss, được sử dụng nhiều ở các nước tương Tây, nồng độ chất ô nhiễm được tính như công thức 18 chương 1

Để đánh giá mức độ phù hợp của các mô hình, trong khuôn khổ của đề tài, chúng tôi

a chọn 2 mô hình Sutton và Berliand (đại diện cho hai hướng nghiên cứu nói trên) để

ih toán khả năng lan truyền chất ô nhiễm từ nguồn thải công nghiệp, qua việc sử dụng

ng m ột thông số nguồn thải để tính toán ( sô' liệu được chọn để tính toán là nhà máy 8/3

1 Nội) Kết quả tính toán được thể hiện theo hai dạng: tính nồng độ và tính tần suất

ợt chuẩn [1,2] Phương pháp Tần suất vượt chuẩn cũng được sử dụng để tính toán sự lan lyền chất ô nhiễm không khí do nhiều nguồn thải công nghiệp ở Hà Nội gây ra (phụ : 1)

♦ Kết quả tính nồng độ

Kết quả biểu diễn sự phân bô' nồng độ chất ô nhiễm ( chất ỏ nhiễm được lựa chọn ở

y là S 0 2 ) theo khoảng cách tính từ nguồn, tính theo mỏ hình Berliand và mỏ hình Stuton

ợc thể hiện ở hình 3.1 Nhìn chung, có sự phù hợp giữa hai mô hình, biểu hiện ở một số

ỉm sau:

Hình dáng và dạng đồ thị của hai mô hình tương đối giống nhau

G ần neuổn nhìn chung nồng độ chất thải rất thấp không đáng kể

Giá trị nổnp độ chất ô nhiễm tính được theo mô hình Berliand và Sutton có sự sai khácnhưng không đáng kể

Hình 3.1 Sự phân bố nồng độ SOĩ theo khoảng cách tính từ nguồn

theo mô hình Berliand và Sutton

• Kết quả tính tần suất

Để làm rõ hơn mức độ phù hợp của hai mô hình thông qua viộc tính toán mức độ ô nhiễm do hoạt động của nguồn thải công nghiệp gây ra, phương pháp tính tần suất vượt chuẩn được sử dụng để tính toán với chất ô nhiễm được lựa chọn là Bụi lơ lửng, tiêu chuẩn nồng độ cho phép đối với bụi lơ lửng trong 24 h là 0,2m g/m \ Kết quả được biểu diễn trên các đồ thị 3 2 -3.3

Ký hiệu ro 2 là tần suất những ngày xuất hiện nổng độ bụi lơ lửng vượt tiêu chuẩn

cho phép và nếu xem vùng có tần suất P0.2 >10% là vùng bị ô nhiễm, chúng ta 'ló một số

nhận xét sau:

s Hình dáng và dạng đồ thị của hai m ô hình tương đối giống nhau

S Kết quả tính tần suất vuợt chuẩn theo mô hình Berliand nhìn chung không khác nhiều

so với kết quả tính theo mô hình Sutton Mặc dù giá trị cực đại của P0.2 có lớn hơn chút ít giá trị tính được theo mô hình Sutton, song khoảng cách tại đó giá trị của P0.2 đạt cực đại tính được từ hai mô hình xấp xỉ nhau Tuy vậy, vùng ô nhiễm tính theo mô hình Berliand bị thu hẹp hơn

s Giá trị tần suất bắt đầu xuất hiộn ô nhiễm P0.2>10% tính theo mô hình Sutton xa

nguổn hơn so với mô hình Berliand

•S V ùns ô nhiễm tính theo mô hình Sutton kéo dài hem so với mô hình Berliand

20

t *.<50

Hình Tần suất xuất hiộn nổns độ bụi lơ lửna vượt và bằng nổn2 độ 0,2 mg/m3

dọc theo các hướng gió Đôns nam, Đỏns bắc, E)ôn2, trong nám ( trườn® hợp nhà

máy Dệt 8/3 Hà n ộ i)

Đường I: theo hướna 210 Đông; Đườĩig 2: theo hướna sió Đỏng bắc;

Đường 3: theo hưứns 2ỈÓ Đôna nam.

r S - < ‘-O

Hình Tán suà’t xuất hiện nổn2 độ bụi lơ lừng vượt và bằng nồng độ 0,2 mg/m3

theo hưóns 2ÌÓ Đỏna bắc, Đỏns Đỏns nam trons năm ( trường hợp nhà máy 8/?

Hà nội)

Đườỉĩg I: theo hướnc 2ÌÓ Đỏne: Đường 2: theo hướng gió Đòng bãc;

Đường 3: t h e o h ư ớ n s gió Đ ò n s nam

S Nếu kết hợp tính toán lan truyền ô nhiễm theo cả hai mỏ hình có thể xác định

tương đối phạm vi của vùng bị ô nhiễm Vùng bị ô nhiễm có thể được xác định bởi giới hạn từ khoảng cách bắt đầu xuất hiện ô nhiễm theo mô hình Berliand (tần suất xuất hiện ô nhiễm gần nguồn hơn) đến khoảng cách giới hạn cuối có P02 <

10 % theo mô hlnh sutton ( vùng ô nhiễm có P02 >10% kéo dài hơn).

3.2 X ây dựng các cô n g thức ch u yển hoá đói với hai m ỏ hìn h B erlian d và Sutton

3.2.1 ý nghĩa của việc cần thiết phải xảy dựng công thức chuyển đổi

Kết quả đánh giá mức độ phù hợp giữa mô hình Berliand và Sutton nhìn chung đã cho thấy có sự phù hợp giữa các mô hình, tuy nhiên các kết quả này chưa hoàn toàn đồng nhất

về mặt giá trị, đặc biệt là phạm vi ảnh hưởng Kết quả tính toán theo mô hình Berliand cho thấy phạm vi ô nhiễm gần nguồn hơn và hẹp hơn, trong khi đó kết quả tính toán theo mô hình Sutton sẽ cho vùng ô nhiễm kéo dài và xa nguồn hơn Các nghiên cứu trước đây cũng cho thấy rằng, mô hình Sutton thích hợp đối với các nguồn điểm cao, còn mỏ hình Berliand cho kết qủa phù hợp hom đối với các nguồn điểm thấp Tuy nhiên cho đến nay điều này vẫn chưa được kiểm chứng một cách chính xác và cụ thể Vì vậy khi sử dụng các

số liệu tính toán từ các mô hình để đánh giá chất lượng mỏi trường không khí sẽ dẫn đến những điều bất cập nếu chuỗi số liệu không đồng nhất và có độ chính xác khác nhau

Vấn đề trên có thể được khắc phục thông qua việc xác định mối quan hệ giữa các mô hình nói trên (mô hình Berliand và Sutton), làm cơ sờ cho việc đồng nhất chuỗi sô' liệu trong đánh giá chất lượng môi trường Các kết quả tính toán giữa các mô hình hoàn toàn

có thể chuyển đổi cho nhau để sử dụng phù hợp với từng mục đích cụ thể thông qua các công thức chuyển đổi Việc xác định được công thức hiệu chỉnh sẽ góp phần tối ưu hoá các mô hình để ứng dụng giải quyết các bài toán thực tế đạt hiệu quả cao và ít tốn kém về mặt kinh tế

3.2.2 Phuơng pháp tính và cơ sở số liệu

Sử dụng mô hình Berliand và mỏ hình Sutton để tính toán nồng độ các chất ô nhiễm

từ nguồn điểm gây ra Các nguồn thải điểm được lựa chọn nghiên cứu ở đây bao gồm 22 nguồn thải công nghiệp nằm trong địa bàn thành phố Hà Nội Sô' liệu đầu vào của các mô hình bao gồm các thông số nguồn thải và các yếu tố khí tượng đặc trưng cho khu vực nghiên cứu, cụ thể là:

• Các thông số về nguồn thải bao gồm:

s Chiểu cao ống khói h (m)

21

s Đường kính miệng ống khói d (m)

s Nhiệt độ khí thải tại miệng ống khói Tr (°K)

S Tốc độ phụt Vs (m/s)

S Công suất của nguồn phát thải Q (mg/s) (mô hình Sutton ) và M (Berliand) được

xác định thông qua lượng và loại nguyên, nhiên liệu mà nhà máy sử dụng

• Chỉ số liên quan đến tầng kết nhiệt n tương ứng với hai mô hình Berliand và Suttton:

Các phép tính sẽ được thực hiện với cả ba trạng thái cùa khí quyển: Khí quyển ổn định, bất ổn định và cân bằng phiếm định Hệ số n tương ứng với ba trường hợp này được cho trong bảng sau:

Bảng 3.1: Chỉ số phân tầng kết nhiệt n Trạng thái

n

Khí quyển bất

ổn định

Cản bằng phiếm định

là các giá trị nồng độ chất ô nhiễm tucmg ứng với các khoảng cách khác nhac :%ên cơ

sở đó sử dụng lý thuyết hàm tương quan để xác định hệ sô' chuyển hoá giữa hai mc hình Sutton và Gauss

3.2.3 Qui trình tính toán.

Mục tiêu của đề tài đặt ra là xây dựng các phương trình biểu thị mối quap hệ giữa hai mô hình Berliand và Sutton nhằm mục đích sử dụng cho việc chuyển đổi nổng áộ của các khí thải được tính toán từ hai mô hình này Do vậy đề tài nghiên cứu xây dựng các

hình Sutton (Cs) và nồng độ của các chất được tính theo mô hình Berliand (Cb) Mối quan

hệ này có thể được mô tả theo phương trình bậc nhất:

Hay c s = a.CB +b (23)

Trong đó a, là các hệ số của phương trình (23)

Như vậy nếu xác định được a và b của các phương trình trên, chúng ta hoàn toàn có -thể chuyển đổi được nồng độ chất ô nhiễm tính được theo mô hình Berliand sang mô hình Sutton và ngược lại

Bước 1: Tính toán nồng độ của bụi và các khí thải phát sinh do hoạt động sản xuất của các nguồn thải công nghiệp

Trong đề tài này , việc tính toán được áp dụng cho bốn loại khí thải chính là bụi lơ lửng, CO, C 0 2, S 0 2 Nguồn số liệu sử dụng cho đầu vào của hai mô hình là các nhà máy

và cơ sở sản xuất nằm trên địa bàn thành phố Hà Nội Để đảm bảo tính đại diện cùa mẫu, các nhà máy được chọn nằm rải rác trên nhiều địa bàn cùa thành phố Các sô' liộu đầu vào được đưa vào phần mềm tính toán và thu được đầu ra của hai mô hình là nồng độ của các chất khí thải CO, C 0 2, S 0 2 và bụi

Bước 2 : V ẽ đồ thị mô tả mối quan hệ của nồng độ các chất tính được từ hai mô hình Berliand và Sutton

Dựa trên các giá trị nồng độ của các chất tính được theo mô hình Berliand (CB) và Sutton (Cs), có thể sử dụng chức năng vẽ đồ thị cùa phần mềm Excel để mô tả mối quan

hệ giữa chúng Minh hoạ các bước vẽ đổ thị biểu diễn mối tương quan của hai mô hình đối với nhà máy Dệt 8-3 như sau:

s Xây dựng bảng biểu diễn mối quan hộ giữa nồng độ CB và c s theo 4 0 b s cho từng

Bảng 3.3 Hệ số chuyển hoá bụi và các khí thải ứng với các trạng thái khác nhau

CSbm = 0 5 4 9 CBbu, - 0 0 2 7 ( 2 5 ) R 2 = 0 9 6 5 5 Trườnơ hợp cân bằng phiếm định ta có phương trình chu yển đổi như sau:

C b

ĐỒ thị này miêu tả mối quan hệ giữa nồng độ CB và cs của khí sc 2‘heo phương

R 2=0.9209

Bước 3: Xảy dựng phương trình chuyển hoá cho các khí thải

Làm tương tự với các Obs còn lại trong 5 nãm chúng ta sẽ thu được các phương trình rên tính bậc nhất Lấy trung bình của các hệ số này theo từng Obs và từng năm đối với )i chất chúng ta sẽ có được phương trình mô tả mối quan hệ về nồng độ tính được theo

mô hình Berliand và Sutton cho từng nhà máy Kết quả thu được từ bước này được tổng trong các bảng ở phần phụ lục

Sau khi tính toán và vẽ đồ thị cho 22 nhà máy trẽn địa bàn thành phô' trong 5 năm, ta trung bình các hệ sô' cùa những nhà máy này và thu được kết quả cuối cùng là phương

ih mô tả mối quan hệ giữa CB và c s cùa các khí thải tương ứng với các trường hợp phân

g cùa khí quyển

Dệt 8/3 - 2004- obs 1

y = 1.1109x -0.0216 _ , R2 = 0.9209

♦ Cs - Linear (C s)

24

Bảng 3.3 Hệ số chuyển hoá bụi và các khí thải ứng vói các trạng thái khác nhau

T rư ờ nơ hợp cân bằng phiếm định ta có phương trình chuyển đổi như sau:

Csbuí — 1-581 C Bbui - 0 0 1 7 (26) R 2 — 0 9 6 9Tuơng tự như vậy, đối với các khí thải c o , C 0 :, S 0 2, các hệ sô' chuyển đổi a, b cũng chênh lệch không nhiều trong từng trường hợp phân tầns của khí quyển, do đó có thể xây dựng một công thức chuyển đổi chung cho các khí thải này Các công thức này được xác định bằng cách lấy trung bình các hệ số chuyển hoá của các khí nói trên Các

hệ số chuyển hoá chung cho các khí thải được trình bày trong bảng dưới đây:

Bảng 3.4 Các hệ số chuyển hoá chung đối với các khí thải c o , C 0 2, S 0 2 tuơng ứng

vói các trạng thái phân tầng khí quyển khác nhau.

Bảng 3.5 Các phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa giá trị nồng độ khí thải

tính được từ mỏ hình Sutton và Berliand

26