ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SUTTON TRONG ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO GIAO THÔNG Ở ĐẠI LỘ BÌNH DƯƠNG . Chủ nhiệm đề tài: ThS. Nguyễn Huỳnh Ánh Tuyết

Tải lượng phát thải của các chất ô nhiễm từ hoạt động giao thông trên đại lộ Bình Dương .... Mục tiêu: - Tính toán sự phát tán các chất ô nhiễm chính từ nguồn thải giao thông trên đại l

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

KHOA TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SUTTON TRONG ĐÁNH GIÁ

Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO GIAO THÔNG Ở ĐẠI LỘ BÌNH

DƯƠNG

Mã số:

Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Huỳnh Ánh Tuyết

Bình Dương, 12/2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

KHOA TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SUTTON TRONG ĐÁNH GIÁ

Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO GIAO THÔNG Ở ĐẠI LỘ BÌNH

DƯƠNG

Mã số:

Xác nhận của đơn vị chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài

TS Nguyễn Thanh Bình ThS Nguyễn Huỳnh Ánh Tuyết

Bình Dương, 12/2015

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

1 ThS Nguyễn Huỳnh Ánh Tuyết

2 ThS Đinh Quang Toàn

3 ThS Nguyễn Thị Khánh Tuyền

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG 9

DANH MỤC HÌNH 10

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết 1

2 Mục tiêu của đề tài: 2

3 Đối tượng nghiên cứu: 3

4 Phạm vi nghiên cứu: 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Chất lượng môi trường không khí ở các đô thị và tỉnh Bình Dương 4

1.1.1 Các nguồn và tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí đô thị 4

1.1.2 Chất lượng không khí đô thị tại Việt Nam và trên thế giới 6

1.1.2.1 Tình hình ô nhiễm không khí tại các đô thị trên thế giới 6

1.1.2.2 Ô nhiễm không khí tại các đô thị của Việt Nam 7

1.1.3.2 Dự báo chất lượng không khí đến năm 2020 13

1.2.1 Các đặc trưng của nguồn thải giao thông 15

1.2.2 Phương pháp xác định hệ số phát thải 16

1.2.2.1 Phương pháp đo đạc trong phòng thí nghiệm 16

1.2.2.2 Phương pháp đo đạc trực tiếp trên đường: 17

1.2.3 Mô hình ước tính tải lượng phát thải các chất ô nhiễm từ phương tiện giao thông 18

1.2.3.1 Tiếp cận Bottom-Up 18

1.2.3.2 Tiếp cận Top-down 19

1.2.3.3 Kết hợp phương pháp Top – Down và Bottom - Up 19

1.3 Mô hình phát tán chất ô nhiễm 19

1.3.1 Mô hình hóa ô nhiễm không khí theo phương pháp Gauss 20

1.3.1.1 Phương trình tổng quát về phát tán chất ô nhiễm trong khí quyển 20

1.3.1.2 Công thức cơ sở xác định sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo luật phân phối chuẩn Gauss 22

1.3.2 Mô hình phát tán chất ô nhiễm từ phương tiện giao thông 24

1.3.2.1 Cơ sở lý thuyết của mô hình Sutton 24

1.3.2.2 Mô hình Sutton cải tiến áp dụng cho nguồn đường 26

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHÊN CỨU 28

2.1 Nội dung nghiên cứu 28

2.2 Phương pháp nghiên cứu 29

2.2.1 Phương pháp khảo sát, thực địa 29

2.2.2 Phương pháp tính toán tải lượng chất ô nhiễm từ nguồn giao thông trên đại lộ Bình Dương 32

2.2.3 Phương pháp tính toán sự lan truyền chất ô nhiễm từ nguồn giao thông dọc đại lộ Bình Dương 32

2.2.4 Phương pháp GIS 34

2.2.5 Phương pháp lấy mẫu, phân tích khí CO 34

2.2.6 Phương pháp xử lý số liệu 35

2.2.7 Phương pháp dự báo tải lượng và nồng độ chất ô nhiễm đến năm 2020 36

2.2.7.1 Kịch bản dự báo 36

2.2.7.2 Phương pháp dự báo lượng phương tiện giao thông đến năm 2020 36

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 Lưu lượng phương tiện giao thông trên đại lộ Bình Dương 38

3.2 Tải lượng phát thải của các chất ô nhiễm từ hoạt động giao thông trên đại lộ Bình Dương 38

3.2.1 Tải lượng phát thải của các chất ô nhiễm 38

3.2.2 Tải lượng của từng loại phương tiện giao thông đối với từng thông số 41 3.3 Sự phát tán chất ô nhiễm trong không khí dọc đại lộ Bình Dương 44

3.3.1 Vào mùa khô 44

3.3.1.1 Nồng độ NOx 44

3.3.1.2 Nồng độ CO 47

3.3.1.3 Nồng độPM10 51

3.3.2 Vào mùa mưa 52

3.3.2.1 Nồng độ NOx 52

3.3.2.2 Nồng độ CO 55

3.3.2.3 Nồng độ PM10 58

3.4 Kiểm định mô hình 59

3.4.1 Chọn thông số để kiểm định 59

3.4.2.Kết quả kiểm định 60

3.5 Dự báo tải lượng khí thải và nồng độ khí thải và năm 2020 62

3.5.1 Kịch bản dự báo 62

3.5.2 Tải lượng chất ô nhiễm từ hoạt động giao thông năm 2020 63

3.5.3 Dự báo nồng độ các chất ô nhiễm 65

3.6 Đề xuất giải pháp 68

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70

1 Kết luận 70

2 Kiến nghị 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Nồng độ các tác nhân ô nhiễm không khí chính tại một số thành phố lớn trên thế giới

6

Bảng 1.2 Dự báo tải lượng các chất ô nhiễm không khí từ các nguồn ô nhiễm năm 2020 13 Bảng 1.3 Số lượng điểm đấu nối đường giao thông vào đại lộ Bình Dương 14

Bảng 1.4 Hệ số phát thải của xe gắn máy theo phương pháp đo đạc trong phòng thí nghiệm16 Bảng 1.5 Phân cấp độ ổn định khí quyển theo Tunner 27

Bảng 2.1 Đặc điểm các tuyến đường lựa chọn để khảo sát 29

Bảng 2.2 Các hệ số phát thải đối với từng thông số của các loại phương tiện giao thông 32

Bảng 2.3 Dự báo tốc độ gia tăng nhu cầu vận tải 37

Bảng 3.1.Tải lượng chất ô nhiễm trên tuyến Đại lộ Bình Dương trong năm 2014 41

Bảng 3.2 Kết quả kiểm định mô hình Sutton đối với thông số CO 60

Bảng 3.3 So sánh kết quả nghiên cứu với kết quả quan trắc của tỉnh Bình Dương 61

Bảng 3.4 Dự báo tốc độ gia tăng nhu cầu vận tải 62

Bảng 3.5 Ước tính lưu lượng các nhóm phương tiện giao thông qua ĐL Bình Dương năm 2020 62

Bảng 3.6 Dự báo tải lượng chất ô nhiễm trên đại lộ Bình Dương năm 2020 65

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Diễn biến nồng độ TSP (trung bình 24h) trong không khí xung quanh tại một số

tuyến đường đô thị giai đoạn 2008-2012 8

Hình 1.2 Diễn biến nồng độ NO2 (trung bình 24h) trong không khí xung quanh tại một số tuyến đường đô thị giai đoạn 2008-2012 9

Hình 1.3 Diễn biến nồng độ CO trung bình 24h trong không khí xung quanh tại một số tuyến đường đô thị và khu dân cư giai đoạn 2008-2012 10

Hình 1.4 Diễn biến nồng độ SO2 trung bình năm trong không khí xung quanh tại một số tuyến đường đô thị và khu dân cư giai đoạn 2008-2012 11

Hình 1.5 Diễn biến nồng độ bụi tại các điểm quan trắc giai đoạn 2006 - 2014 12

Hình 1.6 Diễn biến nồng độ SO2 tại các điểm quan trắc giai đoạn 2011 – 2014 12

Hình 1.7 Diễn biến nồng độ NO2 tại các điểm quan trắc giai đoạn 2011 – 2014 13

Hình 2.1 Quy trình khảo sát lưu lượng phương tiện giao thông 29

Hình 2.2 Sơ đồ các tuyến đường khảo sát 31

Hình 2.3 Sơ đồ vị trí lấy mẫu khí CO 35

Hình 3.1 Lưu lượng PTGT trên đại lộ Bình Dương theo các tuyến khảo sát 38

Hình 3.2 Tải lượng CO từ các phương tiện giao thông trên đại lộ Bình Dương 39

Hình 3.3.Tải lượng NOx từ các phương tiện giao thông trên đại lộ Bình Dương 40

Hình 3.4.Tải lượng bụi PM10 từ các phương tiện giao thông trên đại lộ Bình Dương 41

Hình 3.5.Tỷ lệ đóng góp của của từng nhóm phương tiện vào phát thải CO 42

Hình 3.6 Tỷ lệ đóng góp của của từng nhóm phương tiện vào phát thải NOx 43

Hình 3.7.Tỷ lệ đóng góp của của từng nhóm phương tiệnvào phát thải PM10 43

Hình 3.8 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa khô trên đại lộ Bình Dương (TB ngày) 45

Hình 3.9 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa khô trên đại lộ Bình Dương (7h-8h) 45

Hình 3.10 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa khô trên đại lộ Bình Dương (17h-18h) 45

Hình 3.11 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa khô dọc tuyến số 2 (TB ngày) 46

Hình 3.12 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa khô dọc tuyến số 2 (7h-8h) 46

Hình 3.13 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa khô dọc tuyến số 2 (17h-18h) 46

Hình 3.14 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa khô dọc tuyến số 6 (TB ngày) 47

Hình 3.15 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa khô dọc tuyến 6 (7h-8h) 47

Hình 3.16 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa khô dọc tuyến 6 (17h-18h) 47

Hình 3.18 Biểu đồ phát tán CO trong mùa khô đại lộ Bình Dương (TB ngày) 48

Hình 3.19 Biểu đồ phát tán CO trong mùa khôdọc đại lộ Bình Dương (7h-8h) 49

Hình 3.20 Biểu đồ phát tán CO trong mùa khô dọc đại lộ Bình Dương (17h-18h) 49

Hình 3.21 Biểu đồ phát tán CO trong mùa khô dọc tuyến số 2(TB ngày) 49

Hình 3.22 Biểu đồ phát tán CO trong mùa khô dọc tuyến số 2(7h-8h) 49

Hình 3.23 Biểu đồ phát tán CO trong mùa khô dọc tuyến số 2 (17h-18h) 50

Hình 3.24 Biểu đồ phát tán CO trong mùa khô dọc tuyến số 6 (TB ngày) 50

Hình 3.25 Biểu đồ phát tán CO trong mùa khô dọc tuyến số 6 (7h-8h) 50

Hình 3.26 Biểu đồ phát tán CO trong mùa khô dọc tuyến số 6 (17h-18h) 51

Hình 3.27 Biểu đồ phát tán PM10 trong mùa khô dọc đại lộ Bình Dương (TB ngày) 51

Hình 3.28 Biểu đồ phát tán PM10 trong mùa khô dọc Tuyến số 2 (TB ngày) 51

Hình 3.29 Biểu đồ phát tán PM10 trong mùa khô dọc Tuyến số 6 (TB ngày) 52

Hình 3.30 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa mưa dọc đại lộ Bình Dương (TB ngày) 52

Hình 3.31 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa 53

Hình 3.32 Biểu đồ phát tán CO trong mùa mưa dọc đại lộ Bình Dương(17h-18h) 53

Hình 3.33 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa mưa dọc tuyến số 2 (TB ngày) 53

Hình 3.34 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa 54

Hình 3.35 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa mưa dọc tuyến số 2 (17h-18h) 54

Hình 3.36 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa 54

Hình 3.37 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa 55

Hình 3.38 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa 55

Hình 3.39 Biểu đồ phát tán CO trong mùa mưa dọc đại lộ Bình Dương (TB ngày) 55

Hình 3.40 Biểu đồ phát tán CO trong mùa mưa dọc đại lộ Bình Dương (7h-8h) 56

Hình 3.41.Biểu đồ phát tán CO trong mùa mưa dọc đại lộ Bình Dương (17h-18h) 56

Hình 3.42 Biểu đồ phát tán CO trong mùa 57

Hình 3.43 Biểu đồ phát tán CO trong mùa mưa dọc tuyến số 2 (7h-8h) 57

Hình 3.44 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa mưa dọc tuyến số 2 (17h-18h) 57

Hình 3.45 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa mưa dọc tuyến số 6 (TBN) 57

Hình 3.46 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa mưa dọc tuyến số 6 (7h-8h) 58

Hình 3.47 Biểu đồ phát tán NOx trong mùa mưa dọc tuyến số 6 (17h-18h) 58

Hình 3.48 Biểu đồ phát tán PM10 trong mùa mưa dọc đại lộ Bình Dương (TB ngày) 58

Hình 3.49 Biểu đồ phát tán PM10 trong mùa mưadọc tuyến số 2 (TB ngày) 59

Hình 3.50 Biểu đồ phát tán PM10 trong mùa mưa dọc tuyến số 6 (TB ngày) 59

Hình 3.51 Dự báo lưu lượng các nhóm PTGT năm 2020 63

Hình 3.52 Dự báo tổng tải lượng của từng nhóm PTGT đến năm 2020 64

Hình 3.53 Dự báo tổng tải lượng của từng thông số đến 2020 64

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

Đơn vị: Khoa Tài nguyên Môi trường

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: “Ứng dụng mô hình Sutton trong đánh giá ô nhiễm không khí do giao

thông ở đại lộ Bình Dương”

- Mã số:

- Chủ nhiệm: ThS Nguyễn Huỳnh Ánh Tuyết

- Đơn vị chủ trì: Khoa Tài nguyên Môi trường

- Thời gian thực hiện:

2 Mục tiêu:

- Tính toán sự phát tán các chất ô nhiễm chính từ nguồn thải giao thông trên đại lộ Bình Dương bằng mô hình Sutton, các thông số bao gồm: CO, NO2, PM10

- Dự báo tải lượng và nồng độ chất ô nhiễm đến năm 2020 làm căn cứ đề xuất giải pháp kiếm soát

3 Tính mới và sáng tạo:

Nghiên cứu sử dụng lý thuyết mô hình Sutton vào tính toán đánh giá nồng độ các chất ô nhiễm do hoạt động giao thông đoạn qua địa bàn tỉnh Bình Dương, mà trước đây trên địa bàn chưa có tác giả nào thực hiện

4 Kết quả nghiên cứu:

Nghiên cứu đã thu được các kết quả quan trọng:

- Các đặc trưng về phương tiện giao thông trên đại lộ Bình Dương

- Tính toán sự phát tán các chất ô nhiễm chính như CO, NO2, PM10 dọc tuyến đường và lên cao

- Xây dựng kịch bản dự báo tải lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong tương lai năm

2020

5 Sản phẩm:

- Báo cáo tổng kết đề tài

- Báo cáo chuyên đề

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

- Kết quả nghiên cứu đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá ô nhiễm môi trường không khí do hoạt động giao thông

Ngày 10 tháng 12 năm 2015

TS Nguyễn Thanh Bình ThS Nguyễn Huỳnh Ánh Tuyết

TÓM TẮT

Giao thông là một trong những nguồn thải chính gây ô nhiễm môi trường không khí, đặc biệt tại các khu vực có mật độ phương tiện lưu thông cao Với tốc độ công nghiệp hóa, đô thị hóa nhanh, đại lộ Bình Dương- cửa ngõ chính để lưu thông trên địa bàn tỉnh đã trở nên đông đúc, quá tải và có khả năng gây ô nhiễm không khí bởi bụi và các khí thải, đặc biệt vào các giờ cao điểm

Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm không khí hai bên tuyến đại lộ Bình Dương do ảnh hưởng của hoạt động giao thông bằng phương pháp mô hình hóa – mô hình Sutton kết hợp phần mềm Surfer

Kết quả mô phỏng nồng độ các chất ô nhiễm chính như CO, NO2 và PM10 trong mùa mưa và mùa khô đều nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 05:2013/BTNMT, chứng tỏ hoạt động giao thông trên đại lộ Bình Dương chưa gây ảnh hưởng đến chất lượng môi trường không khí xung quanh

Nồng độ các chất ô nhiễm trừ NOx dọc đại lộ Bình Dương dự báo đến năm 2020 vẫn chưa bị ô nhiễm nhất là ở khu vực cách tâm đường trên 10m và ở độ cao trên 1,5 m Một

số khu vực ở gần tâm đường và sát mặt đường (< 1m) thì nồng độ các chất ô nhiễm có gia tăng nhưng vẫn nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 05:2013/BTNMT

ABSTRACT

Transportation is one of the main air pollution sources, especially in the high traffic density areas With rapid industrialization, urbanization, Binh Duong avenue, the main road-traffic way in Binh Duong province, becomes more crowded, overload and might cause air pollution by dust and exhausted gas, particularly at rush hour

This research is conducted to assess the current situation of air pollution causing by transportation along Binh Duong avenue with the application of Sutton model and Surfer software

Althougt the disperssion of pollutants such as CO, NOx and PM10 in dry season were higher than in wet season, the calculated concentrations were in limited range of QCVN 05:2013/BTNMT These results show that transportation in Binh Duong avenue has not impacted on the surrounding air environment

The forecasted concentration of pollutants, except for NOx along Binh Duong Avenue

in 2020 is under the permitted value of QCVN 13:2015/BTNTM, especially at a distance

of over 10m long and 1.0m high from the center of the road

SO2, các hạt bụi mịn như PM10, PM2.5 và khói đen nếu các phương tiện sử dụng dầu diesel…

Chất lượng nhiên liệu, sự gia tăng số lượng phương tiện giao thông, đặc biệt là ô tô, xe gắn máy cùng với sự xuống cấp của các phương tiện và chất lượng đường giao thông là những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường không khí.Chất lượng nhiên liệu của nước ta chưa tốt so với các nước trong khu vực, cụ thể là hàm lượng benzen trong xăng cao (2,5% so với ≤1%), hàm lượng S trong dầu diesel cao (500÷2.500 mg/kg so với 50÷350 mg/kg) Khác với các quốc gia phát triển, tại Việt Nam, xe máy chiếm tỷ trọng lớn nhất trong số các phương tiện giao thông đường bộ và là nhóm phương tiện chiếm tỷ trọng lớn vào phát thải khí Theo số liệu từ Cục Đăng kiểm năm 2015, cả nước có khoảng

31 triệu xe máy lưu thông và ước tính đến năm 2020 sẽ có khoảng 36 triệu xe gắn máy trên cả nước Báo cáo môi trường quốc gia năm 2013 cho thấy xe máy chiếm tỷ trọng lớn trong sự phát thải các chất ô nhiễm CO, VOCs, TSP với nồng độ lần lượt là 98%, 97% và 47%, còn ô tô con và ô tô các loại chiếm tỷ trọng lớn trong sự phát thải SO2, NOx lần lượt

là 82%, 87% Số liệu quan trắc môi trường không khí ở các đô thị lớn như Tp HCM, Hà Nội, Cần Thơ và Đà Nẵng trong giai đoạn 2003-2009 cho thấy: Nồng độ bụi tại khu vực giao thông luôn vượt tiêu chuẩn cho phép (TCVN 5937:2005, trung bình 1h) tại các đô thị lớn, đây được xem là đặc điểm chung thường xảy ra ở các đô thị lớn đặc biệt là Tp HCM.Vì vậy, việc tính toán tải lượng các chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông, mô phỏng quá trình lan truyền chất ô nhiễm trong không khí tại các đô thị là rất cần thiết

Hiện nay mô hình là một công cụ phù hợp được sử dụng trong các nghiên cứu đánh giá, dự báo chất lượng môi trường làm cơ sở để đề xuất các giải pháp quản lý, giảm thiểu

ô nhiễm Các mô hình chất lượng không khí được phát triển từ đầu thế kỷ 20 và liên tục phát triển cho đến nay với các hướng chính là mô hình thống kê kinh nghiệm dựa trên cơ

sở lý thuyết GAUSS hay mô hình thống kê thủy động học và lý thuyết nửa thứ nguyên

Mô hình Sutton được phát triển trên nền tảng lý thuyết GAUSS và được cải tiến để áp

km, tuyến đường này là lối vào của các khu dân cư, thành thị đông đúc (TP Thủ Dầu Một, TX Thuận An …); khu công nghiệp (Việt Hương, VSIP I, VSIP II, Mỹ Phước); khu

đô thị mới (thành phố Mới, Bàu Bàng…) Với vai trò là trục đường giao thông chính tại địa phương, mật độ phương tiện giao thông trên tuyến đường này ngày càng gia tăng Tuy chất lượng không khí tại Bình Dương nói chung và dọc đại lộ Bình Dương nói riêng vẫn chưa đến mức báo động Nhưng với tốc độ tăng trưởng kinh tế và phát triển về giao thông vận tải, nếu không có giải pháp kiểm soát chất ô nhiễm từ hoạt động giao thông thì chất lượng không khí sẽ bị ô nhiễm và gây ra những khó khăn như tại TP HCM, Hà Nội hiện nay

Vì vậy việc tính toán tải lượng các chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông và đánh giá, dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm trong không khí dọc đại lộ Bình Dương là rất

cần thiết

Từ các lý do trên, vậy đề tài “Ứng dụng mô hình Sutton trong đánh giá ô nhiễm

không khí do giao thông ở đại lộ Bình Dương” được thực hiện nhằm tính toán tải lượng

các ô nhiễm chính từ hoạt động giao thông và đánh giá sự lan truyền của chúng trong không khí dọc tuyến đại lộ Bình Dương; làm tiền đề cho công tác quản lý, kiểm soát ô nhiễm không khí trên địa bàn tỉnh Bình Dương

2 Mục tiêu của đề tài:

- Ước tính tải lượng các chất ô nhiễm chính từ nguồn thải giao thông trên đại lộ Bình Dương, các thông số bao gồm: CO, NO2, PM10

- Đánh giá sự phát tán của các khí ô nhiễm dọc đại lộ Bình Dương bằng mô hình Sutton

3

- Dự báo tải lượng và nồng độ chất ô nhiễm đến năm 2020 làm căn cứ đề xuất giải pháp kiếm soát

3 Đối tượng nghiên cứu:

- Đối tượng của nghiên cứu là các thông số ô nhiễm không khí do giao thông bao gồm:

CO, NO2, và PM10 và mức độ phát tán của chúng trong môi trường

- Mô hình Sutton và phần mềm Surfer phục vụ tính toán và thể hiện các đường đồng mức của nồng độ chất ô nhiễm dọc đại lộ Bình Dương

4 Phạm vi nghiên cứu:

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là dọc tuyến đại lộ Bình Dương_một đoạn của Quốc lộ 13

đi qua tỉnh Bình Dương; bắt đầu từ cầu Vĩnh Bình đến cầu Tham Rớt

5 Ý nghĩa của đề tài:

- Kết quả của đề tài là tiền đề cho công tác quản lý, kiểm soát ô nhiễm không khí trên địa bàn tỉnh Bình Dương

- Từ các kết quả của đề tài, có thể nhận định khả năng áp dụng mô hình Sutton trong

tính toán ô nhiễm không khí do nguồn giao thông gây ra

- Phục vụ công tác giảng dạy tại khoa Tài nguyên Môi trường, đại học Thủ Dầu Một

4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Chất lượng môi trường không khí ở các đô thị và tỉnh Bình Dương

1.1.1 Các nguồn và tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí đô thị

Tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí chủ yếu và các thông số đánh giá bao gồm: bụi lơ lửng tổng số (TSP), bụi PM10, chì; các chất khí vô cơ như CO, SO2, NOx, HF, HCl, H2S …; các chất hữu cơ bay hơi như hydrocacbon (HnCm), benzen; tiếng ồn; nhiệt Các nguồn chính gây ô nhiễm không khí và tác nhân tương ứng bao gồm:

a Hoạt động giao thông

Giao thông được xem là một nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí chủ yếu, nhất

là ở các đô thị lớn và các khu vực đông dân cư Cùng với sự gia tăng nhu cầu vận chuyển hàng hóa, phương tiện giao thông cá nhân và chất lượng nhiên liệu, chất lượng hệ thống giao thông không đảm bảo là sự gia tăng về lượng phát thải của các chất ô nhiễm không khí Các yếu tố khác có tác động đến chất lượng không khí là điều kiện khí tượng như tốc

độ gió, hướng gió, độ ổn định khí quyển, địa hình … vì chúng ảnh hưởng đến khả năng phát tán, lan truyền, chuyển hóa các chất ô nhiễm trong môi trường

Các chất khí này được phát sinh do quá trình đốt nhiên liệu trong động cơ, sự bay hơi của nhiên liệu và bụi, đất bị cuốn lên từ bề mặt đường trong quá trình di chuyển của các phương tiện giao thông

Nhiều nghiên cứu ở quy mô địa phương và toàn cầu cho thấy hoạt động giao thông đường bộ là nguồn chủ yếu gây nên ô nhiễm không khí ở các thành phố lớn Quá trình số thị hóa làm gia tăng dân số kéo theo sự gia tăng phương tiện giao thông Sự phát triển công nghiệp cũng làm gia tăng nhu cầu vận chuyển hàng hóa nên lượng xe tải, xe container cũng gia tăng Đồng thời khi mức sống càng cao thì con người có nhu cầu sử dụng xe ô tô càng lớn

Tại Việt Nam,ước tính hàng năm hoạt động giao thông vận tải tiêu thụ khoảng 30% lượng xăng dầu nhập khẩu và phát thải khoảng 70% tổng lượng khí thải tại các đô thị lớn Ước tính hoạt động giao thông đóng gớp gần 85% lượng khí CO, 95% lượng VOCs Hoạt động công nghiệp là nguồn đóng góp chính đối với SO2 Đối với NOx thì tỷ lệ đóng góp

của hoạt động công nghiệp và giao thông bằng nhau

Tỷ lệ phát thải các khí ô nhiễm của các phương tiện giao thông cũng khác nhau Xe gắn máy (phần lớn sử dụng xăng) là nguồn đóng góp chính các khí như CO, CxHy và VOCs; trong khi xe tải (sử dụng dầu diesel) lại thải ra nhiều SO2 và NOx hơn

Do quá trình đô thị hóa diễn ra nhanh nên Việt Nam sẽ đối mặt với các vấn đề thách thức nảy sinh trong các thập kỷ tới trong đó có vấn đề ô nhiễm không khí Nhu cầu giao

5

thông gia tăng nhưng hầu hết các tuyến đường quốc lộ, tỉnh lộ có bề rộng hẹp, nhiều

tuyến quá tải, gây ùn tắc giao thông và do đó lượng khí thải phát sinh rất lớn

b Hoạt động công nghiệp

Các loại hình hoạt động công nghiệp là nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí đáng kể Các tác nhân gây ô nhiễm phát sinh từ quá trình khai thác và cung ứng nguyên vật liệu, khí thải từ các công đoạn sản xuất như đốt nhiên liệu hóa thạch, đốt lò hơi, hóa chất bay hơi

Nguồn này có đặc trưng là có thành phần chất ô nhiễm phụ thuộc vào loại hình sản xuất, quy trình công nghệ, quy mô và nhiên liệu sử dụng Khí thải thường có nồng độ chất

ô nhiễm cao, tập trung trong một khu vực Các chất độc hại trong khí thải công nghiệp được phân loại thành các nhóm: bụi, nhóm chất vô cơ và nhóm các chất hữu cơ; trong đó

SO2, NO2, TSP chiếm phần lớn tải lượng các chất ô nhiễm

c Hoạt động xây dựng

Các hoạt động như đào đất, đập phá công trình cũ, vật liệu rơi vãi trong quá trình vận chuyển cũng phát thải một lượng lớn bụi, gây ô nhiễm không khí khu vực xung quanh

d Hoạt động nông nghiệp và làng nghề

Hoạt động nông nghiệp bao gồm chăn nuôi và trồng trọt làm phát sinh một lượng khá lớn các chất ô nhiễm không khí như CH4, NOx, CO2, NH3… Bên cạnh đó việc sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu … cũng làm bay hơi các khí độc, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường Việc đốt rơm rạ, các chất thải nông nghiệp sau khi thu hoạch phát sinh các khí, trong đó có aldehyte và bụi mịn gây ảnh hưởng xấu cho sức khỏe con người

Đối với làng nghề, các khí thải độc hại xuất phát từ việc sử dụng than (thường có chất lượng thấp) làm nhiên liệu, sử dụng nguyên vật liệu, hóa chất trong quá trình sản xuất Tùy vào loại hình làng nghề mà các tác nhân ô nhiễm cũng đặc trưng Ngành tái chế kim loại có tải lượng ô nhiễm cao nhất do quá trình tái chế, gia công kim loại phát sinh hơi axit, hơi kiềm, các oxit kim loại Các làng nghề thực phẩm lại phát sinh nhiều khí có mùi hôi như SO2, NO2, H2S, NH3,… Làng nghề thủ công mỹ nghệ lại phát sinh nhiều SO2 do quá trình xử lý chống mốc cho các sản phẩm

e Hoạt động chôn lấp và xử lý chất thải

Các bãi rác lộ thiên là nơi tập trung chất thaỉ rắn, thành phần hữu cơ là chủ yếu nên quá trình phân hủy sẽ tạo ra CH4 và CO2 Ước tính 30% các khí hình thành trong quá trình phân hủy chất thải được thoát ra ngoài mà không cần một tác động nào.Hoạt động đốt chất thải rắn cũng làm phát sinh NOx, CO, HCl, Dioxin

6

1.1.2 Chất lượng không khí đô thị tại Việt Nam và trên thế giới

1.1.2.1 Tình hình ô nhiễm không khí tại các đô thị trên thế giới

Hầu hết các thành phố lớn của các quốc gia đang phát triển có nồng độ chất ô nhiễm không khí cao hơn hướng dẫn của WHO, ở các quốc gia phát triển thì hầu hết đều nhỏ hơn quy định của WHO Ô nhiễm không khí là một nguồn ô nhiễm môi trường được quan tâm ở các thành phố lớn vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người dân cũng như các công trình kiến trúc, sự phát triển của thực vật… Bảng 1.1 thể hiện tổng hợp nồng độ các tác nhân ô nhiễm không khí chính tại một số thành phố lớn trên thế giới (Hồ Minh Dũng, 2011)

Bảng 1.1 Nồng độ các tác nhân ô nhiễm không khí chính tại một số thành phố lớn trên thế giới

Tên thành

phố, nước

Dân số, triệu người

Ozon, µg/m 3

(trung bình giờ cực đại)

7

Tên thành

phố, nước

Dân số, triệu người

Ozon, µg/m 3

(trung bình giờ cực đại)

1.1.2.2 Ô nhiễm không khí tại các đô thị của Việt Nam

Môi trường không khí tại các đô thị của Việt Nam chịu ảnh hưởng của nhiều nguồn thải Theo báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia năm 2013, trong những năm gần đây, chất lượng không khí ở các đô thị của Việt Nam chưa được cải thiện nhiều Ô nhiễm bụi

và NOx là hai vấn đề đáng quan tâm ở Việt Nam, các thông số khác như CO, SO2đã có dấu hiệu ô nhiễm ở các thành phố, đô thị lớn (Bộ Tài nguyên Môi trường, 2013)

8

Hình 1.1 Diễn biến nồng độ TSP (trung bình 24h) trong không khí xung quanh tại một số

tuyến đường đô thị giai đoạn 2008-2012

(Nguồn: Báo cáo hiện trạng Môi trường quốc gia 2013)

Ô nhiễm bụi biểu hiện rõ ở cạnh các trục giao thông Số liệu quan trắc tại các điểm ven đường nằm trong chương trình quan trắc ba vùng kinh tế trọng điểm giai đoạn từ 2008-2013 có tỷ lệ giá trị vượt QCVN 05:2013/BTNMT dao động từ 42% ở miền Trung, 44% ở miền Nam và 68% ở miền Bắc.Nồng độ bụi (TSP, PM10, PM2.5 và PM1) cũng tăng cao ở các trục giao thông vào giờ cao điểm do số lượng phương tiện giao thông cao nhất trong ngày và tình trạng kẹt xe dẫn đến sự gia tăng lượng phát thải (Báo cáo hiện trạng Môi trường Quốc gia, 2013)

Kích thước các hạt bụi càng nhỏ thì càng dễ xâm nhập vào hệ hô hấp, gây nên các bệnh về hô hấp Các hạt bụi mịn thường có tính axit, có kích thước rất nhỏ nên tồn tại rất lâu trong khí quyển và phát tán đi xa nên ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người lớn hơn bụi thô (Hồ Minh Dũng, 2006)

9

Hình 1.2 Diễn biến nồng độ NO2 (trung bình 24h) trong không khí xung quanh tại một

số tuyến đường đô thị giai đoạn 2008-2012

(Nguồn: Báo cáo hiện trạng Môi trường quốc gia 2013)

NO2 là sản phẩm chuyển hóa của NO sau khi NO được phát tán vào môi trường không khí Nồng độ NO2 thường tăng mạnh sau khi NO phát tán vào môi trường NO2 có khả năng phản ứng với các gốc hydroxyl (HO) trong khí quyển để hình thành HNO3, là một trong những nguyên nhân gây mưa axit Việc tiếp xúc quá lâu với không khí bị ô nhiễm

NOx là nguyên nhân gây các bệnh về phổi NOx còn gây tác hại, ăn mòn các công trình kiến trúc, ảnh hưởng đề sự sinh trưởng của thực vật (Phạm Ngọc Đăng, 1997)

c Ô nhiễm CO

Nồng độ khí CO có sự khác nhau rõ ràng giữa các tuyến đường lớn ở TP Hồ Chí Minh, Hà Nội với các tuyến đường có mật độ trung bình ở Cần Thơ, Nghệ An… và các địa phương khác có tốc độ phát triển chậm hơn

10

Hình 1.3 Diễn biến nồng độ CO trung bình 24h trong không khí xung quanh tại một số

tuyến đường đô thị và khu dân cư giai đoạn 2008-2012

(Nguồn: Báo cáo hiện trạng Môi trường quốc gia, 2013)

Khí CO phát sinh do việc đốt cháy nhiên liệu không hoàn toàn Ở nồng độ thấp, CO không nguy hiểm do được chuyển hóa thành CO2 Ở nồng độ cao thì đó là một khí rất độc

do nó phản ứng với Hemoglobin (Hb) trong máu gây thiếu oxy Hb là tác nhân vận chuyển Oxi trong máu, khi CO kết hợp với Hb thì không còn tác nhân vận chuyển Oxy (Phạm Ngọc Đăng, 1997)

d SO 2

SO2được phát sinh từ quá trình đốt than và dầu chứa lưu huỳnh Đó là một khí có tính axit, là nguyên nhân gây mưa axit, cũng như ảnh hưởng đến sức khỏe con người, sự sinh trưởng của cây cối, ăn mòn các công trình kiến trúc.Khí SO2 phát sinh từ quá trình đốt nhiên liệu than đá và dầu chứa lưu huỳnh

11

Hình 1.4 Diễn biến nồng độ SO2 trung bình năm trong không khí xung quanh tại một số

tuyến đường đô thị và khu dân cư giai đoạn 2008-2012

(Nguồn: Báo cáo hiện trạng Môi trường quốc gia 2013)

So sánh số liệu quan trắc từ nhiều tỉnh thành cho thấy, các khu vực chịu tác động từ nhiều nguồn ô nhiễm như giao thông và công nghiệp thì nồng độ SO2 và CO trong không

khí cao hơn các đô thị khác (Báo cáo hiện trạng Môi trường quốc gia 2013)

1.1.3 Tổng quan về chất lượng không khí tại Bình Dương

1.1.3.1 Hiện trạng chất lượng không khí

Nguồn gây ô nhiễm không khí trên địa bàn tỉnh Bình Dương chủ yếu là do hoạt động giao thông vận tải đường bộ, xây dựng và sản xuất công nghiệp, với thành phần ô nhiễm chủ yếu là bụi, tiếng ồn, CO, SO2 và NOx và VOC Trong đó, hoạt động giao thông vận tải chiếm tỉ lệ khoảng 70% (Trung tâm Quan trắc Môi trường tỉnh Bình Dương, 2015) Ngoài ra, hoạt động xử lý chất thải, sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của dân cư cũng góp phần gây ô nhiễm không khí với thành phần ô nhiễm là NH3, H2S, CH3SH Tuy nhiên, so với hoạt động giao thông vận tải và sản xuất công nghiệp thì các nguồn ô nhiễm này không lớn Diễn biến nồng độ bụi, SO2, NO2 tại các trạm quan trắc của tỉnh được trình bày ở hình 1.5 đến hình 1.7

Kết quả quan trắc cho thấy nồng độ các chất ô nhiễm không khí như CO, SO2, NO2 và VOC đều đạt quy chuẩn môi trường không khí xung quanh (QCVN 05:2013/BTNMT) Nồng độ bụi trung bình trong giai đoạn 2011 - 2014 dao động từ 60 đến 681 µg/m3 Các khu vực có nồng độ bụi vượt quy chuẩn cho phép chủ yếu là khu vực khai thác khoáng sản như mỏ đá Thường Tân hoặc những khu vực có mật độ giao thông cao như ngã tư Miếu Ông Cù, nhà máy Victory cách khu dân cư Thuận Giao 300 m , mức độ ô nhiễm

12

không lớn, vượt quy chuẩn từ 1,07 - 2,27 lần Các khu vực khác nồng độ bụi đều đạt quy chuẩn cho phép (Báo cáo Hiện trạng Môi trường tỉnh Bình Dương giai đoạn 2010-2015, 2015)

Hình 1.5 Diễn biến nồng độ bụi tại các điểm quan trắc giai đoạn 2006 - 2014

Hình 1.6 Diễn biến nồng độ SO2 tại các điểm quan trắc giai đoạn 2011 – 2014

13

Hình 1.7 Diễn biến nồng độ NO2 tại các điểm quan trắc giai đoạn 2011 – 2014

1.1.3.2 Dự báo chất lượng không khí đến năm 2020

Đến năm 2020, tổng tải lượng các chất ô nhiễm của từng nguồn ô được ước tính như bảng 1.2 (Trung tâm Quan trắc Môi trường tỉnh Bình Dương, 2015)

Bảng 1.2 Dự báo tải lượng các chất ô nhiễm không khí từ các nguồn ô nhiễm năm 2020

Nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí trên địa bàn tỉnh Bình Dương đến năm

2020 chủ yếu là do hoạt động sản xuất công nghiệp và hoạt động giao thông Do vậy, tỉnh cần tập trung kiểm soát các nguồn thải này, nếu không sẽ gây ô nhiễm không khí cục bộ nhiều nơi trên địa bàn tỉnh (Báo cáo hiện trạng Môi trường tỉnh Bình Dương giai đoạn 2010-2015, 2015)

1.1.4 Sơ lược về đại lộ Bình Dương

Đại lộ Bình Dương là một đoạn của Quốc Lộ 13 đi qua địa bàn tỉnh Bình Dương Quốc lộ 13 là trục đường chiến lược quan trọng xuất phát từ TP Hồ Chí Minh, đi dọc

14

suốt chiều dài của tỉnh từ Nam lên phía Bắc nối với tỉnh Bình Phước và đi qua Vương quốc Campuchia đến biên giới Thái Lan Ngoài ý nghĩa chiến lược về kinh tế, đây là tuyến quan trọng trong an ninh quốc phòng(Sở Giao thông Vận tải tỉnh Bình Dương, 2015)

Đại lộ Bình Dương bắt đầu từ cầu Vĩnh Bình (ranh Tp.Hồ Chí Minh) đến cầu Tham Rớt (ranh tỉnh Bình Phước) có chiều dài 64 km, mặt nhựa rộng 23,0 - 25,0m, nền rộng 28,0 - 33,0m, chất lượng nền đường tốt Tuyến đường này đóng vai trò như trục giao thông chính ở địa phương; dẫn vào khu dân cư thành thị đông đúc (TP Thủ Dầu Một, Mỹ Phước,thành phố Mới, Bàu Bàng) và những khu công nghiệp quan trọng (VSIP I, II, Việt Hương, Mỹ Phước

Đại lộ Bình Dương có tổng cộng 270 giao cắt từ đường giao thông vào quốc lộ Trong

đó, có 4 điểm giao cắt từ đường tỉnh, 15 điểm giao cắt từ đường huyện, 68 điểm giao cắt từ đường đô thị, 149 điểm giao cắt từ đường xã, 34 điểm giao cắt từ đường chuyên dùng Chi tiết số lượng ngã tư, ngã ba rẽ trái, phải như sau:

Bảng 1.3 Số lượng điểm đấu nối đường giao thông vào đại lộ Bình Dương

Stt Tên đường đấu nối Số lượng Ngã

(Nguồn:Quy hoạch GVTV tỉnh Bình Dương đến năm 2020, định hướng đến năm 2030)

Khoảng cách trung bình giữa hai điểm giao cắt là 0,28 km, bên phải 160 điểm với khoảng cách trung bình 0,23 km, bên trái 123 điểm với khoảng cách trung bình 0,2 km Ngoài ra, do thói quen lâu đời của người dân thường sinh sống dọc theo các tuyến quốc lộ nên đã hình thành các cụm và tuyến dân cư nằm hai bên tuyến đường (thị trấn, thị tứ ), các chợ, trường học cùng các khối cơ quan Điều này đã làm tăng đáng kể các điểm đấu nối trực tiếp vào các quốc lộ dẫn tới các xung đột tăng lên, gây ảnh hưởng đến lưu thông của các phương tiện trên quốc lộ Số lượng các phương tiện có tải trọng lớn lưu thông với mật độ cao, ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ cũng như an toàn giao thông Trong tương lai, do sự phát triển kinh tế, sự gia tăng nhu cầu giao thông vận tải hàng hóa và số lượng phương

1.2.1 Các đặc trưng của nguồn thải giao thông

Nguồn thải giao thông là nguồn ô nhiễm rất thấp, di động; các phương tiện giao thông đường bộ, đường sắt di chuyển theo một tuyến đường nhất định, nên chúng sẽ tạo ra một nguồn thải dạng đường và chủ yếu gây ô nhiễm cho khu vực ven đường Bên cạnh đó, các khu vực đô thị có mật độ phương tiện giao thông cao nên tải lượng chất ô nhiễm lớn

và do ảnh hưởng của các công trình nên cản trở sự phát tán Đó là nguyên nhân làm con người dễ dàng hít phải các khí độc hại từ phương tiện giao thông hơn khí thải từ hoạt động công nghiệp (ống khói cao nên khí thải được phát tán đi xa)

Đối với giao thông đường bộ, mạng lưới giao thông được chia thành những đơn vị riêng biệt giữa các điểm giao nhau và tạo ra các tuyến nhỏ hơn; sự phát thải tổng hợp được xác định bằng tổng phát thải trên mỗi tuyến Khả năng khuếch tán các chất ô nhiễm phụ thuộc vào địa hình và quy hoạch kiến trúc của các khu dân cư, đô thị hai bên đường (Trần Ngọc Chấn, 2001; Phạm Ngọc Đăng, 1997) Các mô hình phân tán thường tạo ra các công thức tính nồng độ cuối hướng gió từ nguồn đường dựa trên việc điều chỉnh từ các mô hình áp dụng cho nguồn điểm

Hiện nay các phương tiện giao thông vận tải đường bộ chủ yếu sử dụng động cơ đốt trong Sự đốt cháy lý tưởng chỉ tạo ra các sản phẩm ít độc hại như CO2 và hơi nước Nếu quá trình đốt cháy không hoàn toàn do thiếu oxy thì nhiên liệu không được chuyển hóa hoàn toàn nên sẽ phát sinh các chất độc hại như: muội, khói đen, CO, NO, SO2, chì, các hợp chất hydrocacbon, andehyt …

Sự phát thải các chất ô nhiễm phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: loại nhiên liệu sử dụng, loại động cơ, tuổi thọ động cơ, chế độ vận hành và bảo dưỡng xe, điều kiện đường sá, mật

độ giao thông, tải trọng xe… Trong đó loại nhiên liệu sử dụng sẽ quyết định thành phần các chất ô nhiễm Một số đặc trưng của khói thải từ xe sử dụng xăng và dầu diesel như sau (Hồ Minh Dũng, 2011)

- Phương pháp đo đạc trong phòng thí nghiệm: đo trực tiếp khí thải trên từng loại phương tiện giao thông sử dụng lực kế (dynamometer)

- Phương pháp đo đạc trực tiếp trên đường: xác định hệ số phát thải của từng loại phương tiện trong đều kiện giao thông thực tế

1.2.2.1 Phương pháp đo đạc trong phòng thí nghiệm

- Nguyên tắc: Quá trình thực nghiệm được thực hiện trên lực kế theo quy trình đã được thiết kế sẵn Quy trình thí nghiệm do Ủy ban kinh tế châu Âu đưa ra (quy trình chuẩn) bao gồm các giai đoạn: chạy không (240 giây), tăng tốc (168 giây), chạy đều (228 giây) ở 4 tốc độ (15, 32, 35, 50 km/h) và giảm tốc (144 giây) Trong suốt quá trình thí nghiệm, khí thải thoát ra được nối trực tiếp với thiết bị thu mẫu, tiến hành lấy mẫu rồi phân tích các thông số theo quy chuẩn Hệ số phát thải được xác định dựa trên nồng độ chất ô nhiễm tại ống thải, thể tích khí thải, tổng chiều dài đoạn đường vận hành trong chu trình thí nghiệm

- Nghiên cứu của Tsai J H (2000) cho thấy khi sử dụng cùng một loại nhiên liệu, hệ

số phát thải của THC và CO từ xe gắn máy 2 thì cao của xe 4 thì; đối với NOx thì ngược lại (bảng 1.4)

Bảng 1.4 Hệ số phát thải của xe gắn máy theo phương pháp đo đạc trong phòng thí nghiệm

3,28 ± 2,01

2,59 ± 2,43

15,16 ± 12,36

5,17 ± 3,70 Đang sử dụng – không có xúc

tác

39,92 ± 27,18

0,015 ± 0,003

20,04 ± 10,29

7,89 ± 6,37

Xe 4 thì Mới – không có xúc tác 5,66 ±

0,76

0,46 ± 0,040

1,50 ± 1,49

0,15 ± 0,065 Đang sử dụng – có xúc tác 36,10 ±

13,58

0,25 ± 0,13

3,20 ± 0,56

2,22 ± 0,81 (Nguồn: Hồ Minh Dũng, 2011) Một số nghiên cứu xác định hệ số phát thải của bụi từ các phương tiện giao thông cho thấy hệ số phát thải bụi hạt của các phương tiện giao thông sử dụng dầu diesel cao hơn so với các phương tiện sử dụng xăng

- Nhận xét chung:

+ Thí nghiệm bằng lực kế là một trong những phương pháp tiêu chuẩn nhằm xác định hệ số phát thải của các phương tiện giao thông

+ Tuy nhiên các thí nghiệm này không thể phản ánh một cách chính xác những yếu

tố khách quan trong điều kiện giao thông thực tế như đoạn đường đi được, sự thay đổi động cơ, bay hơi của nhiên liệu, tình trạng bảo dưỡng …

+ Bên cạnh đó những thí nghiệm như thế này lại đòi hỏi chi phí cao và thời gian dài

1.2.2.2 Phương pháp đo đạc trực tiếp trên đường:

- Nguyên tắc: đây là phương pháp xác định gián tiếp hệ số phát thải, bao gồm các cách tiếp cận như nghiên cứu trong đường hầm, dùng mô hình tính ngược ở quy mô nhỏ

+ Đối với phương pháp đường hầm, tải lượng chất ô nhiễm được xác định dựa trên sự chênh lệch nồng đồ và lưu lượng khí ở đầu ra và đầu vào của đường hầm

+ Đối với phương pháp mô hình tính ngược: dựa trên mô hình chất lượng không khí (mô tả mối quan hệ giữa tải lượng ô nhiễm, các điều kiện khí tượng và nồng độ chất ô nhiễm trong môi trường), từ kết quả đo đạc nồng độ các chất ô nhiễm và điều kiện khí tượng thực tế để xác định tải lượng chất ô nhiễm

- Áp dụng: kỹ thuật này được áp dụng để xác định hệ số phát thải ở nhiều thành phố khác nhau trên thế giới với mô hình thường được dùng là CALINE, OSPM

18

- Phương pháp này có ưu điểm là giá thành nghiên cứu thấp, có thể xác định hệ số phát thải trong điều kiện thực tế của hoạt động giao thông ở các vùng khác nhay Phương pháp này không những xác định phát thải từ động cơ mà còn xác định được phát thải từ sự bay hơi của nhiên liệu Tuy nhiên phương pháp này chỉ tính được phát thải ở một số tốc độ giới hạn của các phương tiện tham gia giao thông; việc phân loại các phương tiện giao thông không chi tiết mà chỉ phân theo các nhóm chính và gặp phải sai số nhất định

1.2.3 Mô hình ước tính tải lượng phát thải các chất ô nhiễm từ phương tiện giao thông

Tải lượng các chất ô nhiễm không khí sơ cấp do hoạt động giao thông được xác định dựa trên số lượng phương tiện giao thông và hệ số phát thải của từng loại phương tiện Hệ

số phát thải (emission factor_EF) được định nghĩa là khối lượng phát thải của chất ô nhiễm không khí (mg hoặc g) trên một đoạn đường (km) di chuyển của từng loại phương tiện giao thông Độ chính xác của kết quả tải lượng ô nhiễm phụ thuộc vào độ chính xác của hệ số phát thải sử dụng

Các tiếp cận chính để ước tính tải lượng chất ô nhiễm từ nguồn giao thông là Bottpm_Up, Top_Down và kết hợp hai phương pháp trên

1.2.3.1 Tiếp cận Bottom-Up

Phương pháp này áp dụng để tính phát thải cho từng nguồn phát thải Phương trình mô

tả cho phương pháp này như sau: (Hồ Quốc Bằng, 2014)

(1.1) Trong đó:

- Eip,ie: phát thải chất ô nhiễm (ip) của phương tiện giao thông (ie)

- x,y: vị trí của phương tiện giao thông

- t: thời điểm trong ngày

- ip: chất ô nhiễm (CH4, NOx, NMVOCs, CO …)

- ie: loại phương tiện giao thông (xe gắn máy, ô tô, xe buýt …)

- eip,ie: hệ số phát thải của từng chất ô nhiễm của mỗi phương tiện giao thông thuộc loại ie

- Aie: số lượng phương tiện giao thông loại ie

Công thức tính tổng phát thải:

(1.2) Như vậy việc tính toán phát thải là tính cho từng loại phương tiện và bằng tổng phát thải tại từng vị trí và thời điểm trong ngày

1, EURO 2, EURO 3)… Ở Việt Nam cũng như các nước đang phát triển, việc phân chia thành nhiều loại phương tiện và xác định hệ số phát thải cho chúng là rất khó khăn Bên cạnh đó phương pháp này cũng đòi hỏi nhiều thời gian cho việc tính toán, xử lý kết quả

1.2.3.2 Tiếp cận Top-down

Nguyên tắc: tổng lượng phát thải được ước tính bằng cách sử dụng tất cả các hoạt động có trong khu vực quan tâm và hệ số phát thải trung bình chung cho tất cả các loại phương tiện (Hồ Quốc Bằng, 2014)

Phương trình mô tả:

(1.3) Phương pháp này có ưu điểm là dễ sử dụng vì cần ít dữ liệu đầu vào và tính toán phát thải một cách nhanh chóng Phương pháp này thích hợp cho việc ước tính ở quy mô lớn như cấp quốc gia Phương pháp này có nhược điểm là kết quả có độ tin cậy không cao

1.2.3.3 Kết hợp phương pháp Top – Down và Bottom - Up

Để khắc phục những nhược điểm của hai cách tiếp cận chính để tính toán tải lượng phát thải từ phương tiện giao thông đó là Bottom – Up và Top – Down, nhiều nghiên cứu

đã sử dụng kết hợp 2 cách tiếp cận này để xây dựng nên mô hình mới, EMISSEN là một

ví dụ điển hình Trong mô hình này, phương tiện giao thông được chia thành 5 loại: xe gắn máy, xe hơi, xe tải nặng, xe tải nhẹ, xe buýt Đồng thời đường giao thông cũng được nhóm thành 5 loại đường chính để điều tra lưu lượng xe Như vậy chỉ cần khảo sát trên một số tuyến đường thuộc các nhóm này chứ không cần khảo sát toàn bộ đường giao thông

Đối với hệ số phát thải, đã có một số nghiên cứu đã xác định hệ số phát thải của 5 loại phương tiện chính là xe gắn máy, xe hơi, xe tải nặng, xe tải nhẹ, xe buýt (Hồ Minh Dũng, 2011; Kristesson, 2004).Đối với một số chất chưa xác định được hệ số như CH4, có thể sử dụng hệ số phát thải của của COPERT IV

1.3 Mô hình phát tán chất ô nhiễm

Trên thế giới, mô hình tính toán ô nhiễm không khí được phân loại theo hai hướng chính sau (Bùi Tá Long, 2014):

20

- Mô hình thống kê kinh nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết toán học Gauss Các nhà

toán học có công phát triển mô hình này là Taylor (1915), Sutton (1925 – 1953), Turner

(1961 – 1964), Pasquill (1962 – 1971), Seifeld (1975) và gần đây được các nhà khoa học

môi trường của các nước như Mỹ, Anh, Pháp, Hunggari, Ấn độ, Nhật Bản, Trung Quốc,

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) Mô hình này được Berliand (Nga) hoàn thiện và áp dụng ở Liên Xô

Mô hình Sutton được phát triển trên nền tảng của mô hình Gauss Trong mô hình

Gauss, nồng độ chất ô nhiễm từ một nguồn phát thải được biểu diễn bằng sự phân bố

nồng độ các chất trong không gian 3 chiều (x, y, z).Trong thực tế trục của nguồn phát là

không ổn định, nhưng ta có thể xem nó dao động quanh một vị trí một đường trục trung

bình Nồng độ ô nhiễm phân bố trên các mặt cắt đứng theo hàm Gauss và đối xứng trục

nguồn phát thải Phương trình khuyếch tán Gauss phụ thuộc vào cường độ thải các nguồn,

tác động gió, chiều cao và đặc biệt là điều kiện khí quyển.Mô hình Sutton được phát triển

từ mô hình hình Gauss, phản ánh được yếu tố đó đến sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm từ

nguồn giao thông Do đó, đề tài sẽ chọn mô hình Sutton để tính toán sự lan truyền chất ô

nhiễm và đánh giá tác động môi trường của các phương tiện giao thông trên đại lộ Bình

Dương

1.3.1 Mô hình hóa ô nhiễm không khí theo phương pháp Gauss

1.3.1.1 Phương trình tổng quát về phát tán chất ô nhiễm trong khí quyển

Mô hình khuyếch tán chất ô nhiễm trong không khí là mô hình toán học thể hiện giá

trị nồng độ chất ô nhiễm phân bố trong không gian và thay đổi theo thời gian

Trong trường hợp tổng quát, trị số trung bình của nồng độ ô nhiễm trong không khí

phân bố theo thời gian và không gian được mô tả từ phương trình chuyển tải vật chất (hay

là phương trình truyền nhiệt) và biến đổi hoá học đầy đủ như sau: (Bùi Tá Long, 2014)

C : Nồng độ chất ô nhiễm trong không khí

x,y,z : Các thành phần toạ độ theo trục Ox, Oy, Oz

t : Thời gian

Kx, Ky, Kz : các thành phần của hệ số khuyếch tán rối theo các trục Ox, Oy, Oz

u, v w : Các thành phần vận tốc gió theo trục Ox, Oy, Oz

Wc : Vận tốc lắng đọng của các chất ô nhiễm

21

 : Hệ số tính đến sự liên kết của chất ô nhiễm với các phần tử khác của môi trường không khí

 : Hệ số tính đến sự biến đổi chất ô nhiễm thành các chất khác do những quá

trình phản ứng hoá học xảy ra trên đường lan truyền

Tuy nhiên phương trình (1.1) trên rất phức tạp và nó chỉ là một hình thức mô phỏng sự lan truyền ô nhiễm Trên thực tế để giải phương trình này người ta phải tiến hành đơn giản hoá trên cơ sở thừa nhận 1 số điều kiện gần đúng bằng cách đưa ra các giả thuyết phù hợp với điều kiện cụ thể sau:

- Nếu hướng gió trùng với trục Ox thì thành phần tốc độ gió chiếu lên trục Oy sẽ bằng 0, có nghĩa là v = 0

- Tốc độ gió thẳng đứng thường nhỏ hơn rất nhiều so với tốc độ gió nên có thể bỏ qua, có nghĩa là w = 0 Trong nhiều trường hợp, nếu xét bụi nhẹ thì Ws = 0 (trong trường hợp bụi nặng thì lúc đó ta sẽ cho Ws 0)

- Nếu bỏ qua hiện tượng chuyển pha (biến đổi hoá học) của chất ô nhiễm cũng như không xét đến chất ô nhiễm được bổ sung trong quá trình khuyếch tán thì  = = 0Như vậy sau các giả thiết và chấp nhận 1 số điều kiện gần đúng thì phương trình ban đầu được viết dưới dạng là:

▪ Đối với quá trình lan truyền ô nhiễm 1 chiều, phương trình (1.4) có nghiệm là:

22

2

4 1/2

( , )

2

x

x tk x

▪ Đối với bài toán 2 chiều, ta có nghiệm tương tự:

2 2

1 4 1/2

( , , )

x y

y x

Với Q – lương phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm tức thời, g hoặc kg

1.3.1.2 Công thức cơ sở xác định sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo luật phân phối chuẩn Gauss

Lượng chất ô nhiễm trong luồng khói có thể được xem như tổng hợp của vô số khói phụt tức thời, được gió chuyển tải đi và dần dần nở rộng ra khí ra xa ống khói giống như một ổ bánh mì được cắt ra thành nhiều “lát” mỏng và xếp kề mép lên nhau (hình 1.8) Lượng chất ô nhiễm trong từng lát mỏng trong luồng khói có thể được xem như nhau, tức là bỏ qua sự trao đổi chất từ “lát” này sang “lát” kề bên trên trục x Từ cách lập luận

đó, bài toán lan truyền chất ô nhiễm được xem như bài toán hai chiều và công thức (1.6) được chọn để áp dụng cho trường hợp này

23

Hình 1.8 Biểu đồ luồng khói bằng các khối phụt tức thời và liên tục

Nếu thiết lập sự cân bằng vật chất trong từng “lát” khói có bề dày 1m theo chiều x vá các chiều y, z là vô cực khi các lát khói chuyển động cùng với vận tốc gió u thì thời gian

để từng lát đi qua khỏi ống khói là 1 m/u và do đó lượng chất ô nhiễm chứa trong “lát” khói sẽ là Q = M x 1/u

Ngoài ra, cấn lưu ý rằng bài toán hai chiều ở đây là chiều y và z thay vì cho chiều x và

y trong công thức (1.6)

Khi đó công thức (1.6) sẽ trở thành :

2 2

14

1/2

4 ( )

z y

y z

t k k z

= Trong đó y và z được gọi là hệ số khuyếch tán theo phương ngang và phương đứng, có thứ nguyên là độ dài bằng m, ta được:

1.3.2 Mô hình phát tán chất ô nhiễm từ phương tiện giao thông

1.3.2.1 Cơ sở lý thuyết của mô hình Sutton

Sutton O.G trong những năm 1932 – 1953 đã có nhiều nghiên cứu mô hình phát tán ô nhiễm không khí Mô hình lan truyền chất ô nhiễm của Sutton ngoài việc áp dụng để đánh giá cho các nguồn điểm có độ cao h (như ống khói của các nhà máy) cũng được áp dụng đối với nguồn điểm ở mặt đất (không có độ cao h và đặt ở gốc toạ độ).[7,10]

Phương trình mô tả lan truyền chất ô nhiễm của Sutton được xuất phát từ phương trình lan truyền cơ bản sau:

Xuất phát từ cơ sở lý thuyết thông kê Gauss, Sutton giải phương trình đã được đơn

giản hóa với các điều kiện phụ cho kết quả sau đối với nguồn điểm liên tục không có độ

cao đặt tại gốc tọa độ:

.

n

z y

x

n z y

25

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 (mg/m3)

- Cy, Cz : các hệ số khuyếch tán rối suy rộng của Sutton

- n : liên quan đến chỉ số tầng kết nhiệt

Nồng độ chất ô nhiễm đối với nguồn điểm không có độ cao (như các nguồn khoan,

xúc bốc, nổ mìn trong khai thác mỏ, cửa thông gió từ các hầm lò, trong các phân xưởng nhà máy công nghiệp) tại mặt đất được tính theo công thức sau:

2 2 2

2

2 ( , , )

.

n

y

y x C n

z y

Trong đó: u là tốc độ gió trung bình tại độ cao hiệu dụng của nguồn

Từ công thức (1.14) Sutton đã lập được công thức tính nồng độ trung bình cực đại chất ô nhiễm tại khoảng cách tương ứng:

.

.

y z

C C

M C

e  u H

1

2 22

max

n H C

n z y

y H x