Áp dụng mô hình calpuff đánh giá mức độ lan truyền ô nhiễm không khí do giao thông ở tp hồ chí minh

2-NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN: - Tổng quan về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội và tổng quan về môi trường không khí tại Thành phố Hồ Chí Minh - Thu thập các số liệu khí tượng khu vực Thành phố

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ooOoo -

NGUYỄN THỊ ANH LÊ

ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN THẠC SĨ Chuyên ngành: QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

ÁP DỤNG MÔ HÌNH CALPUFF ĐÁNH GIÁ MỨC

ĐỘ LAN TRUYỀN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ Ở

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TP Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2011

CÔNG TRÌNH NÀY ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Lê Hoàng Nghiêm

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Nguyễn Thị Anh Lê Phái: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 01/12/1986 Nơi sinh: Hà Tĩnh

Chuyên ngành: Quản lý môi trường

MSHV: 09260537

1-TÊN ĐỀ TÀI: Áp dụng mô hình CALPUFF đánh giá mức độ lan truyền ô nhiễm

không khí ở Thành phố Hồ Chí Minh

2-NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN:

- Tổng quan về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội và tổng quan về môi trường không khí tại Thành phố Hồ Chí Minh

- Thu thập các số liệu khí tượng khu vực Thành phố Hồ Chí Minh

- Áp dụng mô hình CALPUFF để mô phỏng nồng độ của bụi, CO, NOx và so sánh kết quả mô hình với số liệu từ các trạm quan trắc chất lượng không khí của Thành phố Hồ Chí Minh

- Đề xuất các giải pháp quản lý nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí tại Thành phố

Hồ Chí Minh

3-NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

4-NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/02/2011

5-HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

Nội dung và đề cương Khóa luận thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

KHOA MÔI TRƯỜNG

-

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-oOo - TP.HCM, ngày 20 tháng 02 năm 2011

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian thu thập, nghiên cứu và phân tích các số liệu, tôi đã hoàn thành khóa

luận: “Áp dụng mô hình CALPUFF đánh giá mức độ lan truyền ô nhiễm không khí

ở Thành phố Hồ Chí Minh”

Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy, cô khoa Môi Trường, trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh đã hết lòng truyền đạt cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong chuyên môn cũng như các lĩnh vực khác trong những năm học vừa qua

Đặc biệt, tôi xin được gởi lời cám ơn chân thành đến TS Lê Hoàng Nghiêm – người thầy đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ trong suốt quá trình làm khóa luận tốt nghiệp này

Sau cùng tôi xin cám ơn gia đình đã tạo những điều kiện thuận lợi và là chỗ dựa cho tôi trong suốt những năm dài học tập Đồng thời cũng xin cám ơn tất cả những bạn bè

đã gắn bó cùng nhau học tập và giúp đỡ nhau trong suốt thời gian qua, cũng như trong suốt quá trình thực hiện khóa luận

Trong khóa luận này không tránh khỏi những sai sót, tôi mong nhận được sự góp ý

và bổ sung của thầy cô và bạn bè để khóa luận ngày càng hoàn thiện

TP.Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 02 năm 2011

Học viên

Nguyễn Thị Anh Lê

TÓM TẮT

Trong khóa luận này, mô hình không khí CALPUFF được sử dụng để dự báo nồng

độ của CO, NOx và bụi PM10 trong phạm vi Thành phố Hồ Chí Minh Đề tài nghiên cứu các nguồn thải trong phạm vi ảnh hưởng (lưới tính) là 10 km x 10 km với nguồn thải chủ yếu là các nguồn đường giao thông trong Thành phố Mục đích chính của đề tài là nghiên cứu áp dụng công cụ mô hình CALPUFF để đánh giá mức độ lan truyền ô nhiễm không khí năm 2007 từ tháng 1 đến tháng 3 tại Thành phố Hồ Chí Minh Ngoài ra khóa luận cũng đề xuất các biện pháp quản lý nhằm cải thiện chất lượng không khí cho Thành phố

để dự báo tình hình lan truyền ô nhiễm không khí ở các khu vực

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i 

DANH MỤC HÌNH vi 

DANH MỤC BẢNG viii 

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ix 

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1 

1.1 TÊN ĐỀ TÀI 1 

1.2 TÍNH CẤP THIẾT 1 

1.3 TÍNH MỚI 2 

1.4 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 2 

1.5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2 

1.6 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3 

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 4 

2.1 TỔNG QUAN VỀ VỊ TRÍ ĐỊA LÝ, ĐIỀU KIỆN KINH TẾ - XÃ HỘI TẠI TP.HCM 4 

2.1.1 Vị trí địa lý 4 

2.1.2 Đặc điểm khí hậu 5 

2.1.3 Điều kiện kinh tế - xã hội 6 

2.2 MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ TẠI TP.HCM 6 

2.2.1 Hiện trạng môi trường không khí tại TP.HCM 6 

2.2.2 Hiện trạng quản lý môi trường không khí tại TP.HCM 8 

2.3 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG 8 

2.3.1 Các thuật ngữ sử dụng cho mô hình hóa môi trường 9 

2.3.2 Các bước thiết lập và phát triển mô hình 10 

2.3.3 Mô hình tính toán ô nhiễm không khí 12 

2.4 MÔ HÌNH CALPUFF 16 

2.4.1 Tổng quan về mô hình CALPUFF 16 

2.4.2 Đặc điểm của mô hình CALPUFF 18 

2.5 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 20 

2.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 20 

2.5.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 21 

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 

3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG 25 

3.2.1 Phương pháp thu thập số liệu 25 

3.2.2 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu 25 

3.2.3 Phương pháp mô hình hóa 25 

3.2.4 Phương pháp phân tích, so sánh, đánh giá 26 

CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG MÔ HÌNH CALPUFF 27 

4.1  CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO MÔ HÌNH (INPUT DATA) 27 

4.1.1 Dữ liệu khí tượng TP.HCM (Meteologory Data) 27 

4.1.2 Dữ liệu nguồn thải 28 

4.2  MÔ TẢ QUÁ TRÌNH CHẠY MÔ HÌNH 30 

4.3  KẾT QUẢ TÍNH TOÁN MÔ HÌNH (OUTPUT DATA) 36 

4.3.1 Kết quả tính toán mô hình 36 

4.3.2 Đánh giá kết quả tính toán mô hình 40 

4.3.3 Đánh giá bản đồ phân bố ô nhiễm 45 

CHƯƠNG 5: ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ CHO TPHCM 55 

5.1  BIỆN PHÁP KIỂM SOÁT Ô NHIỄM 55 

5.1.1 Kiểm soát ô nhiễm không khí từ nguồn thải di động 55 

5.1.2 Đề ra mức độ khói thải của các phương tiện giao thông và tiêu chuẩn cho nhiên liệu sử dụng 55 

5.1.3 Đẩy mạnh hoạt động quan trắc, kiểm kê khí thải, kiểm soát môi trường không

khí đô thị 56 

5.2  BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM 56 

5.2.1 Biện pháp quản lý 56 

5.2.2 Biện pháp giáo dục 58 

5.2.3 Biện pháp kỹ thuật 59 

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 

6.1  KẾT LUẬN 60 

6.2  KIẾN NGHỊ 61 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Các bước thực hiện mô hình hóa 1

Hình 2.2: Tồng quan các loại mô hình khuếch tán ONKK 15

Hình 2.3: Các chương trình thành phần trong hệ thống mô hình CALMET/CALPUFF Hình 3.1: Sơ đồ phương pháp luận nghiên cứu 24

Hình 4.1: File số liệu khí tượng chạy mô hình CALPUFF 27

Hình 4.2: Khởi động CALPUFF 31

Hình 4.3: Tạo file Grid 32

Hình 4.4: Cửa số làm việc của CALPUFF 33

Hình 4.5: Cửa số lựa chọn chạy mô hình CALPUFF 34

Hình 4.6: Cửa sổ làm việc của CALPOST 35

Hình 4.7: Đồ thị biểu diễn nồng độ CO trung bình 1h cực đại tháng 1,2,3 40

Hình 4.8: Đồ thị biểu diễn nồng độ NOx trung bình 1h cực đại tháng 1,2,3 41

Hình 4.9: Đồ thị biểu diễn nồng độ PM10 trung bình 24h cực đại tháng 1,2,3 41

Hình 4.10: Đồ thị biểu diễn nồng độ CO trung bình 1h cực đại tại các điểm nhạy cảm 42 Hình 4.11: Đồ thị biểu diễn nồng độ NOx trung bình 1h cực đại tại các điểm nhạy cảm43 Hình 4.12: Đồ thị biểu diễn nồng độ PM10 trung bình 1h cực đại tại các điểm nhạy cảm 43

Hình 4.13: Bản đồ phân bố nồng độ CO trung bình 1h tháng 1 năm 2007 45

Hình 4.14: Bản đồ phân bố nồng độ CO trung bình 1h tháng 2 năm 2007 46

Hình 4.15: Bản đồ phân bố nồng độ CO trung bình 1h tháng 3 năm 2007 47

Hình 4.16: Bản đồ phân bố nồng độ NOx trung bình 1h tháng 1 năm 2007 48

Hình 4.17: Bản đồ phân bố nồng độ NOx trung bình 1h tháng 2 năm 2007 49

Hình 4.18: Bản đồ phân bố nồng độ NOx trung bình 1h tháng 3 năm 2007 50

Hình 4.19: Bản đồ phân bố nồng độ PM10 trung bình 1h tháng 1 năm 2007 51

Hình 4.20: Bản đồ phân bố nồng độ PM10 trung bình 1h tháng 2 năm 2007 52

Hình 4.21: Bản đồ phân bố nồng độ PM10 trung bình 1h tháng 3 năm 2007 53

DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.1: Bảng dữ liệu các nguồn đường 28

Bảng 4.2: Vị trí các điểm nhạy cảm (Receptor Data) của khu vực nghiên cứu 30

Bảng 4.3: Nồng độ CO trung bình 1h cực đại tháng 1, tháng 2 và tháng 3 36

Bảng 4.4: Nồng độ CO trung bình 24h cực đại tháng 1, tháng 2 và tháng 3 37

Bảng 4.5: Nồng độ NOx trung bình 1h cực đại tháng 1, tháng 2 và tháng 3 37

Bảng 4.6: Nồng độ NOx trung bình 24h cực đại tháng 1, tháng 2 và tháng 3 37

Bảng 4.7: Nồng độ PM10 trung bình 1h cực đại tháng 1, tháng 2 và tháng 3 38

Bảng 4.8: Nồng độ PM10 trung bình 24h cực đại tháng 1, tháng 2 và tháng 3 38

Bảng 4.9: Nồng độ CO, NOx và PM10 cực đại tại các điểm tiếp nhận 39

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BTNMT : Bộ tài nguyên môi trường

BVMT : Bảo vệ môi trường

CLKK : Chất lượng không khí

GIS (Geographic Information System) : Hệ thống thông tin địa lý

GUI : Giao diện đồ họa

ONKK : Ô nhiễm không khí

PM10 (Particulate matter less than 10µm in diameter) : Bụi có kích thước < 10 µm QCVN : Qui chuẩn Việt Nam

TCCP : Tiêu chuẩn cho phép

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

TP.HCM : Thành phố Hồ Chí Minh

USEPA (U.S Environmental Protection Agency) : Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ UTM (United Transverse Mercator) : Hệ quy chiếu toàn cầu

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

Hoạt động giao thông vận tải, các ngành công nghiệp, thủ công nghiệp và hoạt động xây dựng là những nguồn chính gây ô nhiễm không khí ở TP.HCM Trong các nguồn ô nhiễm không khí được phân tích, hoạt động giao thông vận tải là nguồn chính, đóng góp khoảng 70% Hoạt động này phát thải chủ yếu bụi, CO, NOx, Trong khi đó, hoạt động sản xuất công nghiệp lại là nguồn phát thải SO2 nhiều nhất, hoạt động xây dựng là nguồn phát thải bụi nhiều nhất Nếu không có biện pháp thích đáng thì môi trường nói chung và môi trường không khí ở TP.HCM nói riêng sẽ đứng trước nguy cơ bị xấu đi trầm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của người dân

Việc giảm ô nhiễm đến mức chấp nhận được là một bài toán phức tạp mang ý nghĩa quan trọng về mặt môi trường cũng như kinh tế Sự hình thành, phân hủy, tích lũy

và lan truyền của chất ô nhiễm trong các điều kiện khí tượng khác nhau là một hiện tượng phức tạp Trong trường hợp này, mô hình quản lý chất lượng không khí là một công cụ hiệu quả để áp dụng Trong nhiều năm qua, vai trò của các mô hình ngày càng được biết đến rộng rãi đặc biệt là mô hình lan truyền các chất ô nhiễm trong không khí ở nhiều cấp

độ khác nhau được phát triển nhằm hỗ trợ cho việc dự báo và kiểm soát ô nhiễm Các công cụ mô hình quản lý chất lượng không khí đã được áp dụng thành công ở nhiều thành phố trên thế giới Tại TP.HCM trong những năm gần đây đã áp dụng mô hình Air Quis (Air Quality Information System) để quản lý Đây là một phần mềm hệ thống được Viện Nghiên cứu Không khí Na Uy nghiên cứu và phát triển Chương trình này là một công cụ hữu hiệu trong quan trắc, quản lý và đánh giá chất lượng không khí Tuy nhiên, do thời hạn sử dụng chương trình đã hết và việc mua lại chương trình tốn chi phí rất cao Vì vậy, việc nghiên cứu lựa chọn một mô hình mới để sự dụng hiệu quả hơn và tiết kiệm hơn nhằm thay thế mô hình cũ vào thời điểm này là cần thiết

Trước yêu cầu đó, đề tài “Áp dụng mô hình CALPUFF đánh giá mức độ lan truyền ô nhiễm không khí ở TP Hồ Chí Minh” được lựa chọn để nghiên cứu và áp dụng đạt được mục tiêu của đề tài

1.3 TÍNH MỚI

Tính mới về lựa chọn đối tượng nghiên cứu: Việc lựa chọn mô hình CALPUFF để đánh giá mức độ lan truyền ô nhiễm không khí ở TP.HCM sẽ là nghiên cứu đầu tiên Cho đến nay Việt Nam vẫn chưa có công trình nghiên cứu nào ứng dụng khả năng của mô hình này để đánh giá và dự báo mức độ lan truyền ô nhiễm không khí

1.4 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Áp dụng công cụ mô hình CALPUFF để đánh giá mức độ lan truyền ô nhiễm không khí, dự báo và đề xuất các biện pháp quản lý chất lượng không khí cho TP.HCM

1.5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

¾ Không gian: giới hạn trong phạm vi TP.HCM

¾ Thời gian: mô hình hóa vào mùa khô từ tháng 1 tới tháng 3 năm 2007

¾ Nội dung: Mô hình CALPUFF version 6.0

¾ Đối tượng:

- 20 tuyến đường chính đã được Chi cục BVMT điều tra thu thập thông tin về số

lượng xe lưu thông và phát thải

- Các thông số: PM10, NOx, và CO

1.6 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm:

- Khảo sát thu thập các thông tin: Tổng quan tình hình quan trắc, giám sát chất lượng không khí ở TP.HCM Diễn biến chất lượng không khí qua các năm gần đây

- Thu thập số liệu phát thải ô nhiễm không khí do giao thông hiện có để xây dựng

cơ sở dữ liệu phát thải làm dữ liệu đầu vào cho mô hình

- Thu thập số liệu khí tượng năm 2007

- Áp dụng mô hình CALPUFF để mô phỏng nồng độ của bụi, CO, NOx và đánh giá mức độ ảnh hưởng do ô nhiễm giao thông gây ra

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

2.1 TỔNG QUAN VỀ VỊ TRÍ ĐỊA LÝ, ĐIỀU KIỆN KINH TẾ - XÃ HỘI TẠI

TP.HCM

2.1.1 Vị trí địa lý

Thành Phố Hồ Chí Minh ở trung tâm của Nam Bộ, phía Tây Nam của Đông Nam

Bộ, nằm trong toạ độ địa lí khoảng: 10010’- 10038’ vĩ độ Bắc (Củ Chi) và 106054’ kinh độ Đông (Cần Giờ)

106022’-¾ Phía bắc giáp tỉnh Bình Dương

¾ Phía tây bắc giáp tỉnh Tây Ninh

¾ Phía đông bắc và đông bắc giáp tỉnh Đồng Nai

¾ Phía đông nam giáp tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu

¾ Phía tây và tây nam giáp tỉnh Long An và tỉnh Tiền Giang

Khoảng cách dài nhất của Thành phố là 150 km tính từ Huyện Củ Chi đến Huyện Cần Giờ Khoảng rộng nhất của Thành phố là 50 km, tính từ quận Thủ Đức đến Huyện Bình Chánh Tổng diện tích đất tự nhiên của Thành phố là 2095 km2, trong đó khu vực nội thành gồm 13 quận (quận 1, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 11, Phú Nhuận, Tân Bình, Bình Tân, Bình Thạnh và Gò Vấp), với diện tích là 141,34 km2 (chiếm 5,64% tổng diện tích) Khu vực mới phát triển gồm 5 quận (quận 2, 7, 9, 12, Thủ Đức) cùng với 5 Huyện ngoại thành (Bình Chánh, Hóc Môn, Củ Chi, Nhà Bè và Cần Giờ), chiếm toàn bộ diện tích còn lại

Địa hình bằng phẳng thấp dần về phía Nam và Đông Nam Phía Bắc thành phố có nhiều đồi gò, phía Nam và phía Tây có nhiều đầm lầy và sông rạch Thành phố có cao độ mặt đất trung bình 8,8m so với mực nước biển

2.1.2 Đặc điểm khí hậu

Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong khu vực gió mùa cận xích đạo Cũng như các tỉnh Nam Bộ, đặc điểm chung của khí hậu và thời tiết TPHCM là nhiệt độ cao đều nằm trong năm và có 2 mùa mưa và khô rõ rệt làm tác động chi phối môi trường cảnh quan sâu sắc Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau Theo quan trắc nhiều năm của trạm Tân Sơn Nhất, qua các yếu tố khí tượng chủ yếu cho thấy những đặc trưng khí hậu TPHCM như sau:

Lượng bức xạ dồi dào trung bình khoảng 140 kcal/cm2/năm Số giờ nắng trung bình trên tháng là 160-270 giờ Nhiệt độ không khí trung bình 27oC Nhiệt độ cao tuyệt đối 40oC, nhiệt độ thấp tuyệt đối 15oC Tháng có nhiệt độ trung bình cao nhất là tháng 4, tháng có nhiệt độ trung bình thấp nhất là khoảng tháng 12 và tháng 1 Hàng năm có tới trên 330 ngày có nhiệt độ trung bình 26-29oC

Lượng mưa cao trung bình trên năm là 1949 mm Khoảng 90% lượng mưa hằng năm tập trung vào các tháng mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, trong đó có hai tháng 6 và

9 thường có lượng mưa cao nhất Các tháng 1, tháng 2, tháng 3 mưa rất ít, lượng mưa không đáng kể Trên phạm vi không gian thành phố, lượng mưa phân bố không đều và có khuynh hướng tăng theo trục Tây Nam – Đông Bắc Đại bộ phận các quận nội thành và các huyện phía Bắc thường có lượng mưa cao hơn các huyện phía Nam và phía Tây Nam

Độ ẩm tương đối của không khí trung bình trên năm là 79,5% Bình quân mùa mưa 80% và trị số cao tuyệt đối tới 100%, bình quân mùa khô 74,5% và mức thấp tuyệt đối xuống tới 20%

Về gió: TPHCM chịu ảnh hưởng bởi hai hướng gió chính và chủ yếu là gió mùa Tây – Tây Nam và Bắc – Đông Bắc Gió Tây – Tây Nam từ Ấn Độ Dương thổi vào trong mùa mưa, khoảng từ tháng 6 đến tháng 10, tốc độ gió trung bình năm là 3,6 m/s và gió thổi mạnh nhất vào tháng 8 Gió hướng Bắc – Đông Bắc từ Biển Đông thổi vào trong mùa khô, khoảng từ tháng 11 đến tháng 2 Ngoài ra có gió tín phong, hướng Nam – Đông Nam Khoảng từ tháng 3 đến tháng 5

2.1.3 Điều kiện kinh tế - xã hội

Thành phố Hồ Chí Minh hiện nay là một trong 5 thành phố trực thuộc Trung ương của Việt Nam Với tổng số dân là 7.123.340 người (theo điều tra dân số 01/04/2009), thành phố được chia thành 19 quận và 5 huyện

Giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam với 3 khu chế xuất và 12 khu công nghiệp, TP.HCM chiếm 20,2% tổng sản phẩm và 27,9% giá trị sản xuất công nghiệp của cả quốc gia Nhờ điều kiện tự nhiên thuận lợi, TP.HCM trở thành đầu mối giao thông quan trọng của Việt Nam và Đông Nam Á Các lĩnh vực truyền thông, giáo dục, thể thao, giải trí, TP.HCM đều giữ vai trò quan trọng bậc nhất

Tuy vậy, TP.HCM đang phải đối diện với những vấn đề của một đô thị lớn có dân

số tăng quá nhanh Trong nội thành phố, đường xá trở nên quá tải, thường xuyên ùn tắc,

hệ thống giao thông công cộng kém hiệu quả Môi trường thành phố cũng đang bị ô nhiễm do phương tiện giao thông, các công trường xây dựng và công nghiệp sản xuất

2.2 MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ TẠI TP.HCM

2.2.1 Hiện trạng môi trường không khí tại TP.HCM

TP.HCM có dân số đông, nhiều cơ sở sản xuất công nghiệp cùng với lưu lượng phương tiện giao thông khổng lồ đang là nơi chịu ảnh hưởng nặng do khí thải gây ra Nhận thức được mức độ ô nhiễm không khí do quá trình đô thị hóa gây ra, từ năm

1994 TP.HCM đã bắt đầu chương trình quan trắc không khí bằng các trạm lấy mẫu không khí tại các điểm nóng giao thông và các khu dân cư Cho đến nay, TP.HCM đã có 9 trạm quan trắc tự động và 6 trạm bán tự động Kết quả thu được từ các trạm quan trắc cho thấy

ô nhiễm không khí tại TP.HCM đạt mức cao, vượt tiêu chuẩn cho phép (TCCP)

Các nguồn gây ô nhiễm không khí tại TP.HCM là: nguồn khí thải giao thông, khí thải từ các khu công nghiệp, nguồn khí thải do sinh hoạt Các nguồn trên phát sinh một lượng lớn các chất gây ô nhiễm không khí như: bụi, SO2, NO2, CO…

Trong năm 2008, bụi luôn là chỉ tiêu đáng lo ngại nhất khi có tới 89% giá trị quan trắc không đạt TCCP Qua quan trắc bán tự động cho thấy nồng độ bụi tổng năm 2008 trung bình dao động khoảng 0,37mg/m3 – 0,78mg/m3, vượt chuẩn cho phép từ 1,24 - 2,59 lần Đặc biệt các điểm nút giao thông như: ngã tư An Sương, ngã sáu Gò Vấp, ngã tư Đinh Tiên Hoàng – Điện Biên Phủ là những nơi nồng độ ô nhiễm đo được cao nhất Tại khu vực ngã tư An Sương, 100% giá trị đo quan trắc ở đây không đạt TCCP

Nồng độ NO2 , CO tại các trạm quan trắc cũng vượt tiêu chuẩn (thường dao động

ở mức 0,19 - 0,34mg/m³ ) và đang có biểu hiện ngày càng gia tăng

Nồng độ chì trong không khí có xu hướng tăng trong vài năm gần đây Thực hiện chỉ thị số 24/2000/CT-TTg ngày 23/11/2000 về triển khai sử dụng xăng không pha chì (áp dụng từ 01/07/2011) tại nhiều đô thị nồng độ chì trong không khí có giảm đi đáng kể Tuy nhiên, theo số liệu quan trắc của Chi cục BVMT TP.HCM, mặc dù nồng độ chì trung bình 24 giờ vẫn nằm trong giới hạn cho phép (1.5µg/m3), nhưng từ năm 2005 đến nay, nồng độ này đã tăng lên so với những năm trước rất nhiều

Nồng độ khí benzen, toluene và xylen đều có xu hướng tăng cao ở các trục giao thông Sự gia tăng các chất độc hại này là do lượng xe cơ giới tăng rất nhanh trong nhiều năm qua Tại các trục đường chính của TP.HCM nồng độ benzen có trong không khí đã vượt tiêu chuẩn từ 2.5 đến 4.1 lần

Ngoài ra, ô nhiễm tiếng ồn ngày càng tăng cao Cạnh các trục đường giao thông trong TP.HCM, mức ồn khá cao, dao động từ 66-87 dBA và thường xuyên vượt ngưỡng 75dBA, đặc biệt là vào thời điểm ban ngày Mặc dù tiếng ồn đo được giữa đêm thường thấp, nhưng ở tuyến đường có mật độ xe tải lớn, tiếng ồn đêm khuya vẫn ở mức cao

Bên cạnh đó, hoạt động sản xuất của các nhà máy công nghiệp cũng góp phần gia tăng lượng khói bụi, NO2, SO2, CO… đáng kể Có tới 81/170 nhà máy, cơ sở sản xuất có phát sinh khí thải ra môi trường nhưng chưa trang bị hệ thống xử lý khí thải, gây ảnh huởng trực tiếp đến đến sức khỏe của người dân sinh sống xung quanh

2.2.2 Hiện trạng quản lý môi trường không khí tại TP.HCM

Hiện tại, việc kiểm soát nguồn thải gây ô nhiễm không khí tại TP.HCM chưa được chú trọng Chưa có một chương trình hành động thống nhất, cụ thể trong cuộc chiến chống lại ô nhiễm không khí Thực ra từ năm 2002, chiến lược quản lý bảo vệ môi trường

đã được vạch ra, đồng thời chúng ta đã có một ban chỉ đạo thực hiện chiến lược với nhiều thành phần Bên cạnh đó, năm 2003 Thủ tướng Chính phủ cũng đã ra quyết định số 256/2003/QĐ-TTg về việc phê duyệt chiến lược Bảo vệ môi trường quốc gia đến năm

2010 và định hướng đến năm 2020 Nhưng những mục tiêu và giải pháp mà chiến lược đưa ra hều hết vẫn chưa được cụ thể hoá thành các chương trình hành động các cấp, các ngành có liên quan Vì vậy sau 5 năm triển khai thực hiện (2002 - 2007) có thể nói hầu hết các chỉ tiêu đề ra đều không đạt được Việc chưa có một chương trình hành động được phê duyệt cũng kéo theo việc đầu tư kinh phí cho công tác bảo vệ môi trường không khí tại TP.HCM gặp nhiều khó khăn

Hoạt động quan trắc môi trường không khí còn một số hạn chế như: tình trạng thiết bị nhìn chung còn lạc hậu và yếu kém, chưa tự động hóa các khâu lưu trữ, xử lý và trao đổi số liệu; số liệu thu thập chưa đồng bộ, ít được chia sẻ, khó khăn trong việc khai thác, sử dụng và chưa đủ tin cậy để đánh giá và dự báo môi trường phục vụ cho công tác hoạch định chính sách BVMT

Tương tự như quan trắc môi trường không khí, việc kiểm kê phát thải khí cũng cung cấp thông tin số liệu quan trọng về diễn biến, xu hướng của các nguồn ô nhiễm không khí, phục vụ cho việc đề xuất các chính sách, biện pháp BVMT không khí Hoạt động này chưa nhận được sự quan tâm và đánh giá đúng mức của các cơ quan quản lý môi trường

2.3 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG

Theo Cục bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (USEPA): “ Các mô hình môi trường (Environmental Models) được sử dụng để tái tạo lại các quá trình môi trường xảy ra trong một khoảng thời gian nào đó Ngày nay, loài người đã hiểu rõ việc tiến hành những thí

nghiệm trực tiếp với sinh quyển trái đất là không thể Do vậy xây dựng mô hình là phương tiện quan trọng để nhận thông tin về tình trạng của sinh quyển khi chịu những tác động của con người.”

Các mô hình hóa môi trường được xây dựng nhằm mục đích:

™ Đạt được những hiểu biết tốt hơn về sự tan rã và vận chuyển của các hóa chất bằng cách xác định định lượng trên cơ sở các phản ứng, sự hình thành và sự di chuyển của chúng

™ Xác định nồng độ tiếp xúc và đánh giá ảnh hưởng của các hóa chất đối với con người và các sinh vật sống trong quá khứ, hiện tại và tương lai

™ Dự đoán các điều kiện tương lai trong các điều kiện kịch bản về tải trọng và kế hoạch hành động khác nhau

2.3.1 Các thuật ngữ sử dụng cho mô hình hóa môi trường

Mô hình toán học (mathematical model) là công thức định lượng các quá trình

vật lý, sinh học, hóa học để mô phỏng hệ thống nghiên cứu

Biến số trạng thái (state variable) là biến số phụ thuộc mà nó được mô hình hóa Thông số mô hình (model paramenters) là các hệ số trong mô hình được sử dụng

để thiết lập các phương trình cân bằng khối lượng (ví dụ: hằng số tốc độ phản ứng, hằng

số cân bằng…)

Dữ liệu đầu vào của mô hình (model input) là các hàm động lực hay các hằng số

cần thiết để chạy mô hình (ví dụ: lưu lượng, nồng độ chất ô nhiễm đầu vào, nhiệt độ, vận tốc gió…)

Hiệu chỉnh mô hình (model calibration) là việc so sánh kết quả chạy mô hình với

các dữ liệu đo đạc thực tế Hiệu chỉnh bao gồm thay đổi các thông số mô hình trong khoảng giá trị xác định bằng thực nghiệm để kết quả so sánh phải chấp nhận được các yêu cầu về mặt thống kê hay sai số nằm trong khoảng phạm vi cho phép

Kiểm tra mô hình (model verification) là việc so sánh kết quả chạy mô hình với

tập hợp các dữ liệu mới trên thực địa của các năm khác hay ở vị trí lựa chọn nào đó, tức

mô hình chạy ở điều kiện mới Khi này thông số mô hình đã được cố định và không hiệu chỉnh từ bước hiệu chỉnh mô hình Mô phỏng mô hình với tập dữ liệu đầu vào mới bất

kỳ Nếu mô hình cho kết quả phù hợp với tập dữ liệu mới thì mô hình được xác nhận như

là một công cụ dự đoán hiệu quả cho các điều kiện xác định bởi tập dữ liệu hiệu chỉnh và tập dữ liệu xác nhận

Công nhận hay phê chuẩn mô hình (model validation) là sự chấp nhận về mặt

khoa học bao gồm: (1) Mô hình đã bao hàm tất cả các quá trình chính và quan trọng nhất của hệ thống; (2) Các quá trình này được thiết lập và đưa vào các công thức mô hình một cách phù hợp và chính xác; và (3) Mô hình mô tả phù hợp hiện tượng quan sát cho mục đích sử dụng dự kiến

Tính thiết thực của mô hình (model robustness) là tính thiết thực và tiện ích của

mô hình thiết lập sau khi đã áp dụng lặp đi lặp lại nhiều lần ở nhiều trường hợp và địa điểm khác nhau

Kiểm tra tương lai (post – audit) là so sánh số liệu dự đoán của mô hình với các

số liệu thực tế trong tương lai ở thời điểm tương lai

Phân tích độ nhạy của mô hình (sensitivity analysis) là việc xác định ảnh hưởng

của sự thay đổi nhỏ các thông số mô hình đến kết quả mô hình

Phân tích độ tin cậy của mô hình (uncertainty analysis) là việc xác định độ tin

cậy (độ lệch chuẩn) các giá trị mong muốn của biến số trạng thái trên cơ sở mức độ tin cậy của các thông số mô hình, các dữ liệu đầu vào

2.3.2 Các bước thiết lập và phát triển mô hình

Mô hình toán học của bất kỳ kỹ thuật môi trường nào cũng được xây dựng ít nhất qua bốn bước sau:

1) Nhận diện các cơ chế, nguyên lý cơ bản và chi phối hệ thống nghiên cứu sau khi

đã nghiên cứu kỹ các quá trình vật lý, hóa học và sinh học

2) Phát triển và mô tả hệ thống nghiên cứu bằng ngôn ngữ toán học dưới dạng các biểu thức toán học Một cách tổng quát, biểu diễn toán học của hệ thống nghiên cứu có thể ở dạng đơn giản như phương trình đại số hay phương trình vi phân độc lập hoặc ở dạng phức tạp như hệ phương trình vi phân

3) Giải phương trình hay hệ phương trình này bằng phương pháp giải tích nếu có thể, nếu không thì giải bằng phương pháp số

4) Kiểm tra lời giải của mô hình có thỏa mãn các dữ liệu đã cho trước hay không, nếu không quá trình xây dựng mô hình được quay về bước 1 và lặp đi lặp lại cho đến khi lời giải của mô hình có thể chấp nhận được

Hình 2.1: Các bước thực hiện mô hình hóa 2.3.3 Mô hình tính toán ô nhiễm không khí

Có nhiều mô hình toán học đã được phát triển để phục vụ cho nhu cầu tính toán ô nhiễm không khí Các mô hình này được sử dụng rộng rãi trong việc thiết kế ống khói thải, lựa chọn vị trí xây dựng nhà máy và đánh giá tác động môi trường nhằm mục đích

Nhận diện vấn đề nghiên cứu

Thiết lập cơ sở lý thuyết cho mô hình

Số hóa các phương trình mô hình

Áp dụng mô hình bước đầu

Hiệu chỉnh mô hình

Thẩm tra mô hình

Áp dụng mô hình trong quản lý

Dữ liệu hiện hữu và thu thập được

làm giảm thiểu các ảnh hưởng có hại của các dự án mới, quản lý chất lượng không khí ngắn hạn và kiểm soát sự cố môi trường Các yếu tố được mô hình hóa là vận chuyển chất ô nhiễm của gió, khuếch tán do xáo trộn rối, độ nâng cao vệt khói, sự biến đổi hóa học của các chất ô nhiễm, sự lắng đọng cũng như ảnh hưởng khí động của địa hình Cơ

sở dữ liệu đầu vào mô hình bao gồm dữ liệu nguồn thải, dữ liệu về khí tượng như tốc độ gió, chiều cao xáo trộn, hệ số khuếch tán… và đặc điểm địa hình của khu vực

™ Những khái niệm cơ bản

Các khái niệm cơ bản liên quan tới mô hình ô nhiễm không khí bao gồm:

Phát thải (Emission): Trong giai đoạn đầu tiên, các chất ô nhiễm tỏa vào khí

quyển từ các nguồn thải khác nhau, có thể là nguồn mặt (aera source): nguồn thải thấp, đám cháy; nguồn thải đường (line source): đường giao thông; nguồn điểm (point source): ống khói

Quá trình tải (Advection): Là sự di chuyển của khối khí trong khí quyển theo 1

dòng và đi từ điểm này đến điểm khác Đối với một tạp chất di chuyển trong khí quyển thì sự tải là sản phẩm của vận tốc khối thể tích khí Tác nhân gây ra hiện tượng tải là gió

Khuếch tán (Diffusion): Là sự di chuyển của các chất ô nhiễm không khí trong

khí quyển theo cả chiều ngang và chiều đứng

Sự phân tán (Dispersion): Sự tương tác giữa khuếch tán rối với gradient vận tốc

do lực dịch chuyển trong khối khí tạo ra sự phân tán Sự di chuyển các tạp chất trong khí quyển trong trường hợp có gió (>1m/s) chủ yếu bởi quá trình tải, nhưng sự di chuyển của tạp chất trong trường hợp lặng gió thường là do sự phân tán

™ Phân loại

Tất cả các mô hình ô nhiễm không khí có thể chia thành 4 loại dựa trên cấu trúc và

cơ sở tiếp cận để giải quyết bài toán phát tán ô nhiễm Chúng bao gồm: mô hình giải tích (mô hình Gauss), mô hình số, mô hình thống kê và mô hình vật lý

Mô hình giải tích và mô hình số là mô hình tất định (deterministic model) được

thiết lập trên cơ sở các biểu diễn toán học của các dữ liệu đầu vào đã biết trước (nguồn thải, tốc độ phát thải)

Mô hình giải tích được thiết lập trên cơ sở cách giải phương trình phát tán và đòi

hỏi một lượng lớn cơ sở dữ liệu

Mô hình số được thiết lập trên cơ sở các quá trình trong khí quyển, trong đó kết

quả có được từ các nguyên nhân tác động ban đầu, kết quả chạy mô hình sẽ cho ra một tập các giá trị nồng độ chất ô nhiễm

Mô hình thống kê được xây dựng căn cứ trên mối quan hệ thống kê và bán thực

nghiệm giữa các dữ liệu và số liệu thực nghiệm có sẵn

Mô hình Euler (Eulerian model) và mô hình Largrang (Largrangian model) là

hai loại thông dụng của mô hình số Tuy nhiên, trong trường hợp trạng thái ổn định thì sử dụng phương pháp giải tích giải quyết bài toán phát tán được chấp nhận Phương pháp này được biết đến như là mô hình khuếch tán Gauss Phương trình khuếch tán Gauss có thể nhận được từ cả hai mô hình Euler và Largrang và là lời giải đặc biệt của mô hình Euler và Largrang

Sự khác nhau cơ bản của hai loại mô hình Euler và Largrang là hệ quy chiếu Hệ quy chiếu của mô hình Euler được gắn cố định với trái đất, trong khi đó hệ quy chiếu của

mô hình Largrang cùng di chuyển theo sự chuyển động của khí quyển

Hình 2.2: Tồng quan các loại mô hình khuếch tán ONKK

2.4 MÔ HÌNH CALPUFF

2.4.1 Tổng quan về mô hình CALPUFF

Mô hình được tài trợ bởi ban tài nguyên không khí California (CARB) , cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (US.EPA), một số ngành công nghiệp và cơ quan chính phủ ở

Australia

CALPUFF là một hệ thống mô hình khí tượng ở trạng thái không ổn định và mô hình chất lượng không khí được xây dựng và phát triển bởi Earth Tech (trước đây là trung tâm nghiên cứu Sigma) Mô hình này được thông qua bởi Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (U.S EPA) trong hướng dẫn về mô hình chất lượng không khí như là một

mô hình ưu tiên trong đánh giá sự vận chuyển của các chất ô nhiễm trong thời gian dài

Hệ thống mô hình CALPUFF bao gồm 3 thành phần chính và một bộ chương trình tiền xử lý và hậu xử lý Thành phần chính của hệ thống mô hình này gồm: CALMET (mô hình dự báo khí tượng không gian 3 chiều), CALPUFF (mô hình khuếch tán không khí ở trạng thái không ổn định Largrang Gassian), và CALPOST (bộ chương trình hậu xử lý)

Hầu hết các ứng dụng của hệ thống mô hình được xây dựng dựa trên ba thành phần trên Để nâng cao chức năng của chúng, mỗi thành phần này được cung cấp một giao diện đồ họa (GUI) tương ứng Những GUI này có thể được sử dụng để xử lý sơ bộ các tập tin điều khiển nhằm thiếp lập cấu hình và chạy các mô hình tương ứng và điều khiển các tập tin quản lý

Khi mỗi thành phần của hệ thống mô hình có một giao diện đồ họa (GUI) tương ứng thì khi đó hệ thống mô hình có thể liên kết với các mô hình khác Hình 3.3 mô tả toàn bộ hệ mô hình liên quan Bốn mô hình chỉ ra trong hình 3.3 là những mô hình bên ngoài hệ thống CALPUFF nhưng chúng có thể kết nối với chương trình CALPUFF

Hình 2.3: Các chương trình thành phần trong hệ thống mô hình CALMET/CALPUFF

Trong đó:

MM5/MM4 (Penn State/NCAR Mesoscale Model) là mô hình dự báo trường gió

Mô hình CALMET sử dụng những phương án kết quả từ mô hình MM5/MM4 để dự báo

ban đầu và kết hợp với các nguồn dữ liệu khác trong quá trình phân tích

CSUMM là mô hình trường gió mô phỏng dòng khí trung bình khi bị ảnh hưởng

bởi nhiệt độ bề mặt khác nhau và địa hình Việc sử dụng dữ liệu đầu ra của CSUMM và

CALMET đã cho ra nhiều phương án khác nhau

CALGRID là mô hình Euler – mô hình khuếch tán và vận chuyển các chất quang

hóa bao gồm mô hình cho sự khuếch tán theo hướng đứng và hướng ngang, lắng đọng

khô và cấu tạo chi tiết các chất quang hóa

KSP là mô hình chất điểm Largrang mô phỏng sự vận chuyển, khuếch tán và lắng

đọng trong không khí

Mô hình khí tượng

Mô hình khí tượng MM5/MM4

Dữ liệu khí tượng

và dữ liệu địa lý

Mô hình dự báo hướng gió CSUMM

Mô hình khí tượng CALMET

Mô hình khuếch tán

Chương trình hậu xử lý Chương trình xử lý

PRTMET

Chương trình xử lý CALPOST

2.4.2 Đặc điểm của mô hình CALPUFF

CALPUFF là mô hình khuếch tán không khí ở trạng thái không ổn định có thể mô phỏng sự vận chuyển các chất ô nhiễm ở điều kiện khí tượng thay đổi theo thời gian và không gian, sự biến đổi và quá trình loại bỏ các chất ô nhiễm CALPUFF có thể sử dụng các tập tin từ mô hình khí tượng không gian 3 chiều CALMET hoặc các tập tin khí tượng phù hợp sử dụng cho mô hình Gausian ở trạng thái ổn định ISC3 hoặc CTDM

™ Nguồn thải:

- Nguồn điểm (nguồn phát thải cố định hoặc di động)

- Nguồn đường (nguồn thải cố định)

- Nguồn khối tích (nguồn phát thải cố định hoặc di động)

- Nguồn mặt

™ Phát thải ở trạng thái không ổn định và các điều kiện khí tượng:

- Phạm vi không gian của các biến khí tượng ( gió, nhiệt độ)

- Dữ liệu không gian về chiều cao xáo trộn, vận tốc ma sát, vận tốc đối lưu, chế độ mưa

- Sự biến đổi dòng xoáy và tốc độ khuếch tán

- Nguồn và dữ liệu phát thải

™ Lựa chọn hệ số khuếch tán theo phương ngang σy và theo phương đứng σz:

- Đo trực tiếp hệ số σy và σz

- Dự đoán hệ số σy và σz dựa trên những lý thuyết đồng dạng

- Hệ số khuếch tán Pasquill-Gifford (PQ) (khu vực nông thôn)

- Hệ số khuếch tán McElroy-Pooler (MP) (khu vực thành thị)

™ Ưu điểm và khuyết điểm:

- Giao diện và các tài liệu sử dụng dễ dàng

- Dữ liệu đầu ra của mô hình chi tiết nhưng lại nó lại cung cấp quá nhiều thông tin hơn những thông tin cần thiết ở hầu hết các ứng dụng

™ Dữ liệu đầu vào (Input data)

- Dữ liệu khí tượng (SURFACE.DAT, PROFILE.DAT)

¾ Các giá trị theo giờ (SURFACE.DAT ) của: chiều cao xáo trộn (zi), vận tốc

ma sát bề mặt (u*), chiều dài Monin-Obukhov (L), độ nhám bề mặt (z0), lượng mưa và độ ẩm tương đối

¾ Các giá trị theo giờ (PROFILE.DAT) của: chiều cao, vận tốc gió, hướng gió, nhiệt độ, dòng chảy rối

- Dữ liệu phát thải (CALPUFF.INP, PTEMARB.DAT, BAEMARB.DAT, VOLEM.DAT, LNEMARB.DAT)

¾ Nguồn điểm (CLPUFF.INP, PTEMARB.DAT)

¾ Nguồn mặt (CALPUFF.INP, BAEMARB.DAT)

¾ Nguồn vùng (CALPUFF.INP, VOLEM.DAT)

¾ Nguồn đường (CALPUFF.INP, LINEMARB.DAT)

- Dữ liệu tốc độ lắng đọng (VD.DAT)

- Dữ liệu quan trắc Ozon (OZONE.DAT)

- Dữ liệu biến đổi hóa học (CHEM.DAT)

- Dữ liệu độ dốc (HILL.DAT)

- Dữ liệu biên (COASTLN.DAT, FLUXBDY.DAT)

™ Dữ liệu đầu ra (Output file):

- Các danh sách tập tin được cung cấp bởi CALPUFF (CALPUFF.LST)

- Giá trị nồng độ trung bình theo giờ (g/m3) tại lưới tọa độ (CONC.DAT)

- Dòng lắng đọng khô trung bình theo giờ (g/m2/s) tại lưới tọa độ (DFLX.DAT)

- Dòng lắng đọng ướt trung bình theo giờ (g/m2/s) tại lưới tọa độ (DFLX.DAT)

- Dữ liệu về độ ẩm tương đối (VISB.DAT)

- Bảng các dữ liệu puff/slug để hiệu chỉnh (DEBUG.DAT)

- Báo cáo theo giờ về dòng chất đi vào và đi ra khỏi đường biên của khu vực (MASSFLX.DAT)

2.5 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 2.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Sau đây là một số nghiên cứu và các bài báo khoa học đánh giá khả năng ứng dụng cũng như tính chính xác của mô hình CALPUFF đã được các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu:

(1) R Villasenor (2003) đã sử dụng mô hình CALPUFF để đánh giá chất lượng khí phát thải trong hoạt động thăm dò và khai thác của ngành công nghiệp dầu mỏ ở Mexico bao gồm các bang Tabasco và Campeche ở phía đông nam Mexico Mục tiêu chính của nghiên cứu này là thiết lập một bảng kiểm kê phát thải (EI) cho sự gia tăng quy trình sản xuất, động cơ đốt trong và các khí thải bất thường Chất lượng không khí sơ bộ được mô hình mô phỏng để quan sát sự di chuyển và khuếch tán khí SO2, là chất gây ô nhiễm chính được phát sinh từ những giàn khoan ngoài khơi Mô hình kết quả được so sánh với các phép đo SO2 lấy từ mạng lưới quan trắc tại Dos Bocas

(2) Jonathan I Levy (2001) đã sử dụng mô hình CALPUFF để đánh giá tác động của khí thải cho 9 nhà máy nhiệt điện cũ sử dụng nguyên liệu hóa thạch ở Illinois Để định lượng lợi ích sức khỏe tiềm tàng trong việc giảm phát thải, cần phải áp dụng các mô hình khuếch tán không khí có thể ước tính sự cộng hưởng khí thải của các nhà máy điện với nồng độ môi trường xung quanh với độ chính xác hợp lý trên một khoảng cách dài Jonathan I Levy áp dụng mô hình CALPUFF với các dữ liệu khí tượng thu được từ mô hình của chu trình nhanh NOAA cập nhật vào một

bộ 9 nhà máy điện ở Illinois để đánh giá sơ cấp và thứ cấp tác động vật chất trên một lưới địa lý ở miền Trung Tây Kết quả, sự gia tăng dân số trung bình hằng năm tập trung gắn với phát thải hiện nay ước tính là 0,04 µg/m3 đối với các bụi (PM2.5), 0,13 µg/m3 đối với các hạt lưu huỳnh thứ cấp, và 0,10 µg/m3 đối với các hạt Nitrat thứ cấp Dự đoán tác động tổng hợp là khá nhạy cảm tới những giả định

về cơ chế phản ứng hóa học, lắng đọng ướt, lắng đọng khô, nồng độ nền ammonia, kích thước của vùng tiếp nhận

(3) Zing Zhou (2002) đã sử dụng mô hình CALPUFF để dự đoán mức phơi nhiễm của cộng đồng đối với khí thải từ nhà máy điện ở Bắc Kinh, Trung Quốc Các cuộc nghiên cứu dịch tễ học cho thấy sự liên kết đáng kể giữa các chất ô nhiễm xung quanh và tỷ lệ tử vong, tỷ lệ nguy cơ bùng phát dịch bệnh Để đánh giá rủi ro của sức khỏe cộng đồng gây ra bởi các nhà máy điện, điều cần thiết là phải đánh giá khả năng phơi nhiễm đối với các chất ô nhiễm khác nhau Khái niệm phần được hấp thu (là phần hấp thu trong một lượng khí thải xác định bằng cách hít hoặc nuốt vào) đã được đề nghị xem như một biện pháp đơn giản tóm tắt về mối quan hệ giữa lượng khí thải và độ phơi nhiễm Nghiên cứu này chứng minh phần được hấp thu của khí thải nhà máy điện ở Trung Quốc có thể được tính toán bằng mô hình khuếch tán không khí CALPUFF như thế nào Phân tích này cũng cho thấy phương pháp này có thể áp dụng đối với một số nước đang phát triển và nó cung cấp ước tính độ phơi nhiễm dân số hợp lý

(4) Trong nghiên cứu của Tolga Ebbir (2004) đã đưa ra một hệ thống để hổ trợ cán bộ địa phương trong việc quản lý chất lượng không khí cho các thành phố lớn ở Thổ Nhĩ Kỳ Hệ thống dựa trên mô hình khuếch tán không khí CALPUFF, bản đồ số

và các dữ liệu liên quan để đánh giá mức độ phát thải và xây dựng mô hình không gian của ô nhiễm không khí Hệ thống có khả năng cho ra các bản đồ phát tán và các cấp độ ô nhiễm không khí

(5) Guangfeng Jiang, Brian Lamb và Hal Westberg (2002) đã sử dụng những kịch bản giảm thiểu và quá trình phân tích bằng mô hình CALPUFF để nghiên cứu chi tiết

sự hình thành và sự chuyển hóa của ozon ở phạm vi Puget Sound ở bang Washington, Hoa Kỳ

2.5.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Mặc dù đi sau so với thế giới nhưng các nhà khoa học Việt Nam cũng đã có nhiều nghiên cứu về mô hình chất lượng không khí phục vụ cho công tác quản lý Sau đây là một số nghiên cứu đã được các nhà khoa học tại Việt Nam tiến hành:

(1) Phạm Ngọc Hồ, Hoàng Xuân Cơ và Phạm Thị Việt Anh (1997) Báo cáo khoa học - Ứng dụng các mô hình khuếch tán trong đánh giá tác động môi trường không khí ở thành phố và khu công nghiệp

(2) Phạm Thị Việt Anh và Hoàng Xuân Cơ.(2000) Khả năng ứng dụng các mô hình lan truyền chất ô nhiễm không khí trong đánh giá tác động môi trường và qui hoạch môi trường ở khu công nghiệp và đô thị, Thông báo khoa học của các trường khoa học , Bộ GDĐT

(3) Phạm Thị Việt Anh (2005) Bước đầu sử dụng công cụ GIS (Hệ thống thông tin địa lý) kết hợp với mô hình lan truyền chất ô nhiễm không khí trong đánh giá tổng hợp chất lượng không khí đô thị Hà Nội, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học

Nữ lần thứ 10, Đại học Quốc gia Hà Nội Nhà xuất bản ĐHQG HN

(4) Phạm Ngọc Hồ (2000) Sử dụng phương pháp mô hình hóa định lượng vào việc tính toán và dự báo chất lượng không khí cho nguồn đường giao thông, Kỷ yếu Hội nghị Khoa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội, NXB ĐHQG HN

(5) Phạm Ngọc Hồ (1998) Phương pháp cải tiến các mô hình tính toán và dự báo sự lan truyền chất ô nhiễm môi trường không khí trong điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa ở Việt Nam, Kỷ yếu hội nghị về mô hình hóa môi trường, trường ĐHKHTN, ĐHQG Hà Nội

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Hiện nay, để đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường không khí tại một vùng trên thế giới cũng như ở Việt Nam thường sử dụng hai phương pháp sau:

- Phương pháp thực nghiệm: đo đạc khảo sát tại nhiều điểm trên hiện trường của một vùng, bằng phương pháp thống kê, đánh giá hiện trạng ô nhiễm không khí vùng đó;

- Phương pháp thống kê nửa thực nghiệm: dùng các mô hình toán học nhằm mô tả quá trình khuếch tán của tạp chất cũng như tính toán với sự trợ giúp của máy vi tính để tính toán nồng độ tạp chất Chọn một số điểm đo đạc, khảo sát để kiểm tra

độ tin cậy của mô hình, sau đó áp dụng mô hình để đánh giá cho các vùng khác có điều kiện tương tự

Để thực hiện đề tài, phương pháp thống kê nửa thực nghiệm được lựa chọn làm phương pháp nghiên cứu chính cùng với các phương pháp hỗ trợ khác

Hình 3.1: Sơ đồ phương pháp luận nghiên cứu

Mô tả tóm tắt:

Bước đầu tiên của việc thực hiện đề tài là việc thu thập các số liệu cần thiết, đó là các số liệu sử dụng cho đầu vào của mô hình (dữ liệu về nguồn phát thải, điều kiện khí tượng, qui hoạch sử dụng đất) Sau khi thu thập số liệu, tiến hành thống kê và xử lý số liệu và chạy mô hình CALPUFF để mô phỏng nồng độ của các thông số ô nhiễm Từ kết quả mô hình, tiến hành đánh giá và xác định mức độ ô nhiễm không khí của khu vực ô nhiễm nặng, từ đó đề xuất các biện pháp quản lý môi trường không khí thích hợp cho TP.HCM

Thu thập các dữ liệu

Xử lý số liệu về địa hình Xử lý số liệu phát thải Xử lý số liệu khí tượng

Chạy mô hình CALPUFF cho các chất

3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG

3.2.1 Phương pháp thu thập số liệu

Số liệu nguồn phát thải ô nhiễm không khí: thông tin cần cho dữ kiện đầu vào của

mô hình bao gồm: nguồn thải, vị trí (tọa độ), vận tốc, hàm lượng các chất ô nhiễm từ nguồn đường giao thông…Thu thập các số liệu này từ Chi cục bảo vệ Môi trường TP.HCM, Sở Tài nguyên và Môi trường TP.HCM

Số liệu về qui hoạch sử dụng đất: thu thập từ Sở Tài nguyên và Môi trường TP.HCM

Số liệu về khí tượng: các dữ liệu khí tượng dạng format theo từng giờ bao gồm hướng gió, vận tốc gió, nhiệt độ không khí, chiều cao xáo trộn, độ ổn định…được thu thập từ Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia

3.2.2 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu

Đối với dữ liệu nguồn thải: Sau khi thu thập đầy đủ các số liệu cần, tiến hành thống kê và xử lý số liệu bằng excel, tính toán các thông số cần thiết và tích hợp vào mô hình

Đối với dữ liệu khí tượng: dạng format theo ½ giờ sẽ được xử lý qua nhiều bước

sử dụng các chương trình viết bằng ngôn ngữ lập trình Compaq Visual Fortran để chuyển thành dạng format trung bình 1 giờ tương ứng sử dụng trực tiếp cho mô hình

3.2.3 Phương pháp mô hình hóa

Mô hình CALPUFF được áp dụng cho nhiều loại nguồn: nguồn điểm, nguồn mặt, nguồn đường và nguồn khối tích

Tích hợp bản đồ, cơ sở dữ liệu nguồn thải và dữ liệu khí tượng vào phần mềm CALPUFF Tiến hành chạy mô hình trên cơ sở dữ liệu đầu vào, hiển thị kết quả bằng bản

đồ khuếch tán ô nhiễm không khí

3.2.4 Phương pháp phân tích, so sánh, đánh giá

Dựa trên kết quả và bản đồ đánh giá mức độ ô nhiễm bụi, SO2, NOx, CO trong phạm vi TP.HCM, xác định vị trí chịu ảnh hưởng nặng nhất trong từng trường hợp

Kiểm định mô hình, đánh giá kết quả mô phỏng bằng cách so sánh với kết quả quan trắc thực tế Tìm nguyên nhân dẫn đến sự sai lệch nếu có

CHƯƠNG 4

ÁP DỤNG MÔ HÌNH CALPUFF

4.1 CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO MÔ HÌNH (INPUT DATA)

4.1.1 Dữ liệu khí tượng TP.HCM (Meteologory Data)

Để có được file khí tượng mặc định chạy phần mềm CALPUFF cần thu thập hai loại dữ liệu là “Surface Data” và “Upper Air Data” từ trung tâm dữ liệu khí tượng quốc gia Hoa Kỳ (NCDC – National Climatic Data Center) “Surface Data” là các số liệu ½ giờ được quan trắc và ghi nhận tại trạm Tân Sơn Hòa TP.HCM, mã trạm theo quy ước quốc tế là 48900 “Upper Air Data” là các số liệu được quan trắc 2 lần trong 1 ngày vào lúc 0 GMT (7:00 LST) và 12 GMT (19:00 LST) tại trạm Tân Sơn Hòa TP.HCM

Quy trình xử lý số liệu khí tượng tương đối phức tạp và trải qua nhiều bước, file số liệu khí tượng cuối cùng sử dụng trực tiếp cho mô hình là tệp số liệu khí tượng 1h để chạy mô hình CALPUFF có dạng data.met như sau:

Hình 4.1: File số liệu khí tượng chạy mô hình CALPUFF

4.1.2 Dữ liệu nguồn thải

Căn cứ trên các số liệu tổng hợp được từ các nguồn thải từ 232 đường giao thông trong Thành phố, chọn ra 20 đường trọng điểm có tải lượng phát thải cao nhất làm dữ liệu đầu vào của mô hình:

Bảng 4.1: Bảng dữ liệu các nguồn đường

STT KÝ HIỆU TÊN ĐƯỜNG CHIỀU DÀI (m) NOx (g/ngày) PM10 (g/ngày) CO (g/ngày)