Luận văn thạc sĩ Khoa học môi trường, Môi trường không khí, Chuỗi số liệu quan trắc tự động, Đánh giá môi trường

Chính vì vậy, trong luận văn: “Đánh giá chất lượng môi trường không khí bằng chỉ tiêu tổng hợp dựa trên chuỗi số liệu quan trắc tự động tại thành phố Hà Nội và Đà Nẵng”, tác giả sử dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-*** -

Nguyễn Thúy Hường

ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ BẰNG CHỈ TIÊU TỔNG HỢP DỰA TRÊN CHUỖI SỐ LIỆU QUAN TRẮC TỰ ĐỘNG TẠI THÀNH PHỐ HÀ NỘI

VÀ ĐÀ NẴNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội, 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới NGƯT GS TS Phạm Ngọc Hồ, thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Tác giả xin chân thành cảm ơn lãnh đạo và cán bộ quản lý tại Trung tâm Quan trắc Môi trường, Tổng cục Môi trường đã cung cấp số liệu phục vụ cho việc thực hiện nghiên cứu này

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn lãnh đạo và cán bộ Trung tâm Nghiên cứu Quan trắc và Mô hình hóa Môi trường, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong Khoa Môi trường, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã truyền đạt kiến thức, chia sẻ kinh nghiệm quý báu với tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn

Cuối cùng, tác giả xin được bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân và bạn bè đã luôn quan tâm, chia sẻ và động viên tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Tác giả

Nguyễn Thúy Hường

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH iv

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan tài liệu liên quan đến trạm quan trắc chất lượng không khí tự động cố định 4

1.1.1 Hiện trạng mạng lưới quan trắc chất lượng không khí tự động cố định quốc gia 4

1.1.2 Giới thiệu chung về trạm quan trắc CLKK tự động tại Nguyễn Văn Cừ (Hà Nội) và Lê Duẩn (Đà Nẵng) 6

1.1.3 Một số đánh giá trước đó dựa trên số liệu quan trắc CLKK tự động tại 2 trạm Nguyễn Văn Cừ và trạm Lê Duẩn 8

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu và ứng dụng chỉ số đánh giá chất lượng môi trường không khí trong và ngoài nước bởi các cơ quan chính phủ cũng như các nhà khoa học 10

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 Đối tượng nghiên cứu 22

2.2 Phạm vi nghiên cứu 22

2.3 Phương pháp nghiên cứu 22

2.3.1 Xử lý số liệu 22

2.3.2 Phương pháp chỉ số chất lượng/ô nhiễm môi trường không khí 24

2.3.3 Trình bày kết quả nghiên cứu 34

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 35

3.1 Chất lượng môi trường không khí đánh giá theo phương pháp AQI của tác giả Nghiêm Trung Dũng so sánh với RAPI của tác giả Phạm Ngọc Hồ cho 2 trạm (trường hợp 1) 35

3.2 Chất lượng môi trường không khí đánh giá theo phương pháp AQI của Tổng cục so sánh với RAPI của tác giả Phạm Ngọc Hồ cho 2 trạm (trường hợp 2) 45

3.3 Nhận xét chung 55

3.4 Thảo luận 57

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

PHỤ LỤC 66

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Bản đồ phân bố các trạm quan trắc không khí cố định và tự động do Bộ Tài nguyên và Môi trường quản lý 5 Hình 2 Bản đồ 2 trạm quan trắc không khí cố định, tự động được khảo sát 6 Hình 3 Tần suất chất lượng môi trường theo tháng tại trạm Nguyễn Văn Cừ đánh giá theo AQI-NTD và RAPI 41 Hình 4 Tần suất chất lượng môi trường theo tháng tại trạm Lê Duẩn đánh giá theo AQI-NTD và RAPI 42 Hình 5 Tần suất chất lượng môi trường theo năm tại 2 trạm đánh giá theo AQI-NTD

và RAPI 43 Hình 6 Tần suất chất lượng môi trường tại trạm Nguyễn Văn Cừ đánh giá theo AQI-

TC và RAPI 51 Hình 7 Tần suất chất lượng môi trường tại trạm Lê Duẩn đánh giá theo AQI-TC và RAPI 52 Hình 8 Tần suất chất lượng môi trường theo năm tại 2 trạm đánh giá theo AQI-TC và RAPI 53

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Bảng tổng kết một số chỉ số chất lượng không khí tổng hợp có tính đến

sự tham gia của các thông số ô nhiễm 14

Bảng 2 Bảng thống kê dữ liệu đầu vào cho cả 3 phương pháp 23

Bảng 3 Bảng phân cấp chỉ số chất lượng môi trường theo chỉ số AQI 25

Bảng 4 Các điểm giới hạn của AQI tương ứng với QCVN 05/BTNMT 26

Bảng 5 Hình thức thể hiện và ý nghĩ sức khỏe của AQI 27

Bảng 6 Ví dụ minh họa cách tính trọng số Wi (TCj) của 8 chất khảo sát có trong QCVN 05:2013/BTNMT 30

Bảng 7 Bảng phân cấp chất lượng môi trường dựa trên RAPI/RAPI* 32

Bảng 8 Bảng trọng số cho từng thông số ứng với trường hợp 1 33

Bảng 9 Bảng trọng số cho từng thông số ứng với trường hợp 2 33

Bảng 10 Thang phân cấp của AQI – NTD và RAPI 35

Bảng 11 Tần suất CLMT không khí trạm Nguyễn Văn Cừ trong trường hợp 1: So sánh giữa phương pháp của tác giả Nghiêm Trung Dũng và tác giả Phạm Ngọc Hồ năm 2011 36

Bảng 12 Tần suất CLMT không khí trạm Nguyễn Văn Cừ trong trường hợp 1: So sánh giữa phương pháp của tác giả Nghiêm Trung Dũng và tác giả Phạm Ngọc Hồ năm 2012 38

Bảng 13 Tần suất CLMT không khí trạm Lê Duẩn trong trường hợp 1: So sánh giữa phương pháp của tác giả Nghiêm Trung Dũng và tác giả Phạm Ngọc Hồ năm 2011 39

Bảng 14 Tần suất CLMT không khí trạm Lê Duẩn trong trường hợp 1: So sánh giữa phương pháp của tác giả Nghiêm Trung Dũng và tác giả Phạm Ngọc Hồ năm 2012 40

So sánh giữa phương pháp của Tổng cục và GS tác giả Phạm Ngọc Hồ năm

2012 48Bảng 18 Tần suất CLMT không khí trạm Lê Duẩn trong trường hợp 2: So sánh giữa phương pháp của Tổng cục và GS TS Phạm Ngọc Hồ năm 2011 49Bảng 19 Tần suất CLMT không khí trạm Lê Duẩn trong trường hợp 2: So sánh giữa phương pháp của Tổng cục và GS TS Phạm Ngọc Hồ năm 2012 50

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

AQI Air Quality Index

AQI-NTD Chỉ số Chất lượng không khí do tác giả Nguyễn Trung

Dũng đề xuất AQI-TC Chỉ số Chất lượng không khí quy định bởi Tổng cục Môi

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

RAPI Relative Air Pollution Index

REQI Relative Environmental Quality Index

TAPI Total Air Pollution Index

TCMT Tổng cục Môi trường

TEQI Total Environmental Quality Index

WHO World Health Organization

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Tổ chức Y tế thế giới (WHO) ước tính rằng ô nhiễm không khí là nguyên nhân của hơn ba triệu trường hợp tử vong sớm hàng năm trên toàn thế giới [36]

SO2, các hạt bụi có thể xâm nhập vào bộ phận hô hấp của con người NO2, CO

là các chất ô nhiễm chính phát sinh chủ yếu từ các phương tiện giao thông vận tải chạy bằng động cơ diesel Các chất ô nhiễm này cùng với chất ô nhiễm thứ cấp là O3, gây ra tác động không nhỏ tới sức khỏe, tài sản, và môi trường sống của con người Ô nhiễm không khí cũng đang nhận được sự quan tâm chú ý của Chính phủ Việt Nam trong những năm gần đây Thủ tướng Chính phủ Việt Nam

đã có quyết định số 16/2007/QĐ-TTg ngày 29 tháng 01 năm 2007 về việc phê duyệt "Quy hoạch tổng thể mạng lưới quan trắc tài nguyên và môi trường quốc gia đến năm 2020" trong đó có quy hoạch mạng lưới quan trắc tự động chất lượng môi trường không khí toàn quốc [7] Tuy nhiên, điều này cũng có nghĩa

là một lượng lớn thông tin, dữ liệu về môi trường không khí sẽ được bổ sung, cập nhật mỗi giờ, mỗi ngày, và mỗi năm, buộc chúng ta phải tiếp nhận và hiểu

nó Việc có được hệ thống quan trắc chất lượng môi trường không khí đáp ứng yêu cầu thật sự không dễ Sử dụng, tổng hợp, phân tích chuỗi số liệu quan trắc này làm cơ sở cho việc đánh giá chất lượng môi trường không khí toàn diện, có tính thuyết phục lại càng không đơn giản

Về khía cạnh môi trường, công chúng hay các nhà chức trách đều muốn

có câu trả lời cho câu hỏi liên quan đến chất lượng môi trường không khí xung quanh, ―tốt hơn hay xấu đi?‖ hoặc ―nó có ô nhiễm hay không và nếu ô nhiễm thì

ở mức độ nào?‖ Họ mong muốn câu trả lời ngắn gọn, đơn giản và dễ nắm bắt Mặt khác, các nhà khoa học hay các chuyên gia trong lĩnh vực này lại có thể thấy đây là câu hỏi không đơn giản chút nào, nó đòi hỏi có sự phân tích của hàng trăm phép đo nồng độ các chất ô nhiễm khác nhau, đôi khi phức tạp do thiếu dữ liệu, dữ liệu không đồng nhất hoặc tồn tại sự mơ hồ, không chắc chắn trong kết quả Thật không may, những người đặt câu hỏi thường không hài lòng

với câu trả lời tương đương một quyển sổ dày hàng trăm trang với một loạt các

số liệu thô theo thời gian, hay các phân tích thống kê về các chất ô nhiễm tại các địa điểm khác nhau Chỉ số chất lượng không khí (CLKK) tổng hợp là một công

cụ hữu hiệu giúp tìm ra câu trả lời súc tích

Ở Việt Nam, trong mấy năm gần đây (từ 2010 đến nay) mới bắt đầu tiếp cận ứng dụng chỉ số chất lượng/ ô nhiễm không khí để đánh giá tổng hợp CLKK Tháng 7 năm 2011, Tổng cục Môi trường ban hành QĐ 878/QĐ – TCMT về việc hướng dẫn tính toán chỉ số chất lượng môi trường không khí [9] Năm 2012, tác giả Nghiêm Trung Dũng và cộng sự cũng có bài báo nghiên cứu

về chỉ số chất lượng không khí AQI (theo phương pháp của Mỹ) công bố trên tạp chí Khí tượng Thủy văn số 613, tháng 1 năm 2012 [4] Tác giả Phạm Ngọc

Hồ đã thiết lập chỉ số ô nhiễm không khí tương đối (Relative Air Pollution Index) – RAPI được phát triển từ chỉ số ô nhiễm không khí tổng cộng (TAPI)

để đánh giá tổng hợp mức độ ô nhiễm không khí [1, 5, 6, 20, 31]

Bất kỳ một phương pháp đánh giá chất lượng môi trường nào đều có ưu, nhược điểm của nó Theo thời gian, chỉ số chất lượng môi trường tổng hợp ngày càng hoàn thiện hơn cả về hình thức lẫn phương pháp thiết lập thì vai trò của nó cũng được mở rộng Chính vì vậy, trong luận văn: “Đánh giá chất lượng môi trường không khí bằng chỉ tiêu tổng hợp dựa trên chuỗi số liệu quan trắc tự động tại thành phố Hà Nội và Đà Nẵng”, tác giả sử dụng đồng thời 3 chỉ số: 2

chỉ số AQI và RAPI để đánh giá chất lượng môi trường không khí xung quanh khu vực trạm quan trắc tự động tại Thành phố Hà Nội và Thành phố Đà Nẵng

và xem xét mức độ phù hợp của kết quả thu được so với số liệu thực tế, đồng thời xây dựng biểu đồ tần suất chất lượng môi trường không khí ngày theo các tháng trong năm tại 2 thành phố khảo sát

2 Mục tiêu đề tài

- Áp dụng chỉ số AQI - TC (Chỉ số AQI do Tổng cục Môi trường ban hành); AQI - NTD (Chỉ số AQI được thiết lập theo hàm tuyến tính phân đoạn

của Mỹ do tác giả Nghiêm Trung Dũng và cộng sự công bố) và RAPI (chỉ số do tác giả Phạm Ngọc Hồ đề xuất) để đánh giá chất lượng/ mức độ ô nhiễm môi trường không khí tại hai thành phố Hà Nội và Đà Nẵng So sánh, nhận xét và giải thích các kết quả của các phương pháp

- Đánh giá xu thế diễn biến mức độ ô nhiễm không khí ngày (thông qua tần suất f) theo các tháng trong năm làm cơ sở cho việc đưa ra khuyến cáo sử dụng các chỉ số trong việc cảnh báo tổng hợp mức độ ô nhiễm không khí tại các

đô thị ở nước ta

Mạng lưới quan trắc CLKK nền, nền vùng Quốc gia, trạm sinh thái do Trung tâm Mạng lưới Khí tượng Thủy văn và Môi trường/Trung tâm KTTV Quốc gia (Bộ TN&MT) xây dựng, lắp đặt và vận hành Các trạm quan trắc được kết nối với trung tâm quản lý, điều hành tại Trung tâm Mạng lưới Khí tượng và Môi trường đặt tại 62, Nguyễn Chí Thanh, Hà Nội (Khí tượng Láng, Đống Đa,

Hà Nội) [10]

Trong khuôn khổ Dự án ―Tăng cường thiết bị tự động quan trắc môi trường không khí và nước‖ theo Quyết định số 1698/QĐ-BTNMT ngày 29 tháng 10 năm 2007 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường và Quyết định

số 1073/QĐ-BTNMT ngày 11 tháng 6 năm 2009 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên

và Môi trường, 07 trạm quan trắc môi trường không khí tự động đã được đầu tư, xây dựng nhằm tăng cường công tác giám sát ô nhiễm và quản lý môi trường quốc gia [3]

Tổng kết vị trí và các thông số đo của các trạm do Bộ Tài nguyên và Môi

trường quản lý được trình bày trong phần phụ lục 1

Hình 1 Bản đồ phân bố các trạm quan trắc không khí cố định và tự động

do Bộ Tài nguyên và Môi trường quản lý

Như vậy, có thể thấy khối lượng số liệu quan trắc hàng giờ và hàng năm tương đối lớn, nhu cầu tổng hợp số liệu và tính toán để đơn giản hóa kết quả quan trắc rất cao Trong phạm vi luận văn, tác giả giới hạn phạm vi nghiên cứu lại chỉ còn 2 trạm là Nguyễn Văn Cừ (Hà Nội) và Lê Duẩn (Đà Nẵng) do Tổng cục Môi trường thiết kế, lắp đặt và vận hành Đồng thời đánh giá sơ lược tình hình số liệu của 2 trạm Đây là các trạm lắp đặt khá sớm trong khuôn khổ dự án

―Tăng cường thiết bị tự động quan trắc môi trường không khí và nước‖ Tổng quan về 2 trạm được trình bày trong phần tiếp theo

Hình 2 Bản đồ 2 trạm quan trắc không khí cố định, tự động được khảo sát

Trạm Nguyễn Văn Cừ [12]

VIỆT NAM

Quần đảo Hoàng Sa (Việt Nam)

Quần đảo Trường Sa (Việt Nam)

và Đông Bắc của thành phố Hà Nội

Tọa độ của trạm: Kinh độ: 21o2’56,3‖; Vĩ độ: 105o52’58,8‖

Thời gian quan trắc

Trạm Nguyễn Văn Cừ là trạm không khí tự động liên tục, bắt đầu hoạt động từ 01tháng 6 năm 2009 Tần suất quan trắc của trạm Nguyễn Văn Cừ là 5 phút/lần Hệ thống máy tính lưu trữ số liệu cũng có thể xuất ra các giá trị trung bình 1 giờ Kết quả quan trắc được sử dụng chính là số liệu trung bình 1 giờ Từ

đó tính ra các trung bình số học 24 giờ, trung bình tháng là trung bình số học các giá trị trung bình 24 giờ của từng ngày trong tháng

Trạm Lê Duẩn (Đà Nẵng) [12]

Trạm quan trắc môi trường không khí tự động, cố định tại số 41, Lê Duẩn, Hải Châu, Đà Nẵng thuộc Trung tâm Quan trắc Môi trường Tổng cục Môi trường Trạm Lê Duẩn hoàn thành lắp đặt vào tháng 7 năm 2010 Từ đó đến nay, trạm đã cung cấp chuỗi số liệu liên tục và ổn định về chất lượng môi

trường không khí tại khu vực đặt trạm Tuy nhiên trong khoảng tháng 7 năm

2011 đến khoảng tháng 11 năm 2011 số liệu trạm Lê Duẩn bị mất do sét đánh nên không có dữ liệu

Địa điểm lắp đặt

Trạm được lắp đặt tại ngã tư cách đường giao thông Lê Duẩn 20m và đường Phan Chu Trinh 35m và nằm trong khuôn viên toà nhà 8 tầng của Đại

học Đà Nẵng Bên cạnh trạm có 2 cây tán cao hơn đường ống lấy mẫu của trạm Đây là trục đường có mật độ giao thông lớn, là tuyến đường trung tâm của Đà Nẵng

Tọa độ của trạm: Kinh độ: 16o04’6‖; Vĩ độ: 108o13’12‖

Thời gian quan trắc

Trạm Lê Duẩn là trạm không khí tự động liên tục, bắt đầu hoạt động từ 01/7/2010 Tần suất quan trắc của trạm Lê Duẩn là 5 phút/lần Hệ thống máy tính lưu trữ số liệu cũng có thể xuất ra các giá trị trung bình 1giờ Kết quả quan trắc được sử dụng chính là số liệu trung bình 1 giờ Từ đó tính ra các trung bình

số học 24 giờ, trung bình tháng là trung bình số học các giá trị trung bình 24 giờ của từng ngày trong tháng

Hai trạm Nguyễn Văn Cừ (Hà Nội) và Lê Duẩn (Đà Nẵng) đều được đặt gần các trục đường có mật độ giao thông lớn

1.1.3 Một số đánh giá trước đó dựa trên số liệu quan trắc CLKK tự động tại 2 trạm Nguyễn Văn Cừ và trạm Lê Duẩn

a) Bụi

Số liệu đo tại trạm quan trắc Nguyễn Văn Cừ từ 2010-2013 cho thấy tỷ lệ

ô nhiễm bụi này có sự dao động theo quy luật và ô nhiễm thường tập trung vào các tháng có nhiệt độ thấp hoặc không khí khô làm cản trở sự phát tán của các chất ô nhiễm ở tầng mặt Đây là trường hợp đo được ở Hà Nội, khu vực có đặc trưng khí hậu cận nhiệt đới ẩm với mùa hè nóng, mưa nhiều (tháng 5-9) và mùa đông lạnh, ít mưa (tháng 11-3) Số liệu đo ở trạm quan trắc không khí Lê Duẩn, Thành phố Đà Nẵng, cho thấy sự ổn định về nồng độ các loại bụi PM1, PM2,5,

PM10 giữa mùa khô và mùa mưa [2]

b) Khí NO, NO 2 , NO x

Mức độ biến động nồng độ các khí NOx cũng có sự phân hóa rõ ràng theo

ba miền với đặc trưng miền Bắc (trạm Nguyễn Văn Cừ) mức ô nhiễm đạt cực

d) SO 2 , CO

Số liệu đo liên tục từ trạm Nguyễn Văn Cừ (Hà Nội) cho thấy CO thường

có giá trị cực đại tương ứng với hai khung giờ cao điểm giao thông buổi sáng

và chiều [2]

Kết quả quan trắc cho thấy nồng độ SO2 trung bình 24h trong môi trường không khí tại Đà Nẵng trong 2 năm (2011 và 2012) đều thấp và nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN 05:2009/BTNMT với quy chuẩn nồng độ SO2 là 125 µg/m3 trong 24h [12]

e) Đánh giá CLKK bằng chỉ số AQI của Tổng cục Môi trường

Chỉ số chất lượng không khí AQI vẫn duy trì ở mức tương đối cao, điển hình như ở Hà Nội số ngày có AQI ở mức kém (AQI = 101 ÷ 200) giai đoạn từ

2010 - 2013 chiếm tới 40 - 60% tổng số ngày quan trắc trong năm và có những ngày chất lượng không khí suy giảm đến ngưỡng xấu (AQI = 201 ÷ 300) và nguy hại (AQI>300)

Nhìn chung, nồng độ bụi cao vẫn là vấn đề đáng lo ngại nhất, đặc biệt là đối với môi trường không khí tại các đô thị Tại các điểm quan trắc cạnh đường giao thông, số ngày có giá trị AQI không đảm bảo ngưỡng khuyến cáo an toàn

với sức khỏe cộng đồng do nồng độ bụi PM10 vượt ngưỡng QCVN 05:2013/BTNMT vẫn chiếm tỷ lệ lớn Bên cạnh đó, nồng độ NOx trong không khí cao vượt mức cho phép QCVN cũng góp phần đáng kể trong những ngày giá trị AQI vượt ngưỡng 100

Một điều đáng lưu ý là dựa trên số liệu quan trắc liên tục tự động từ một

số trạm ven đường có thể thấy nồng độ khí O3 ở Việt Nam đang có xu hướng tăng đáng kể và rõ rệt từ năm 2013 Các thông số khác như CO, SO2,…vẫn duy trì ở ngưỡng cho phép của QCVN 05:2013/BTNMT Riêng mức độ ô nhiễm khí

SO2 có xu hướng giảm so với thời gian trước đây

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu và ứng dụng chỉ số đánh giá chất lượng môi trường không khí trong và ngoài nước bởi các cơ quan chính phủ cũng như các nhà khoa học

Trên thế giới [9, 11, 13-19, 22-24, 26-33]

Có rất nhiều chỉ số khác nhau và thậm chí khác nhau ngay cả trong những nước có cùng quy định pháp luật hay quy định về môi trường, hoặc những khu vực/ thành phố trong cùng một nước cũng sử dụng các chỉ số khác nhau Trong đó, một số khác biệt có thể giải thích do sự khác nhau về đặc điểm chất lượng không khí Và một số điểm khác biệt khác thì do các tiếp cận khác nhau [19, 32]

Thông thường có 3 trường hợp tính chỉ số phụ [11]:

Trường hợp 1: Chỉ số của từng chất ô nhiễm được tính riêng rẽ dựa trên tuyến tính hóa đường cong phân đoạn theo các giá trị dưới và trên của nồng độ chất ô nhiễm do Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ đề xuất Mỹ, Hồng Kông, Thái Lan, Ấn Độ, Hàn Quốc là các nước theo cách tiếp cận này Chỉ số đơn lẻ (chỉ số phụ) của chất ô nhiễm p như sau:

Lo Lo p

Lo Hi

Lo Hi

BPBP

II





 (1.1) Trong đó:

Ip: Chỉ số chất lượng đơn lẻ của chất ô nhiễm p

Cp: Nồng độ của chất ô nhiễm p từ số liệu quan trắc được

BPHi: Giá trị trên của Cp, có được từ tra bảng

BPLo: Giá trị dưới của Cp, có được từ tra bảng

IHi: Chỉ số AQI ứng với nồng độ BPHi, có được từ tra bảng

ILo: Chỉ số AQI ứng với nồng độ BPLo, có được từ tra bảng

Bảng các ngưỡng trên và dưới của thang phân loại trình bày trong phần phụ lục 2

Theo nhận định của Tổng cục Môi trường Việt Nam thì phương pháp này

có ưu điểm và nhược điểm sau

Ưu điểm: Do bảng các chỉ số trên và chỉ số dưới dùng để tính toán AQI

được xác định dựa vào Tiêu chuẩn môi trường không khí Quốc gia và các nghiên cứu về ảnh hưởng của sức khỏe do ô nhiễm môi trường không khí nên các mức AQI ứng với từng loại tác động đến sức khỏe phù hợp với thực tế nhất

Nhược điểm: Công thức tính toán khá phức tạp và việc xây dựng các

bảng chỉ số trên và chỉ số dưới khó khăn

Trường hợp 2: Chỉ số để đánh giá tổng hợp CLKK cuối cùng được đưa ra dựa trên bảng đối chiếu với 10 giá trị chỉ số thuộc 4 cấp độ đánh giá Phương pháp này được Anh và Canada sử dụng Bảng đối chiếu được thể hiện trong phụ lục 3

Theo nhận định của Tổng cục Môi trường Việt Nam thì phương pháp này

có ưu điểm và nhược điểm sau:

Ưu điểm: Đơn giản, dễ xác định

Nhược điểm: Chỉ phân hạng được các mức AQI mà không thể so sánh hai

giá trị AQI ở cùng một hạng

Trường hợp 3: Chỉ số được tính đơn giản dựa trên sự so sánh giữa nồng

độ của từng chất với tiêu chuẩn hay quy chuẩn môi trường của quốc gia được thể hiện bởi công thức dưới đây:

Theo nhận định của Tổng cục Môi trường Việt Nam thì phương pháp này

có ưu điểm và nhược điểm sau:

Ưu điểm: Công thức tính toán đơn giản, chỉ cần sử dụng Tiêu chuẩn

không khí quốc gia là có thể xác định được giá trị AQI

Nhược điểm: Các khoảng phân hạng giá trị AQI ứng với các ảnh hưởng

khác nhau đến sức khỏe không được phù hợp như trường hợp 1

Hiện nay có hai xu hướng tính giá trị chỉ số tổng hợp cuối cùng cho ngày: tính chỉ số bằng cách lấy giá trị lớn nhất (maximum) của các chỉ số phụ hoặc tính chỉ số dựa trên việc tính tổng cộng (additive)

Hướng đầu tiên được áp dụng nhiều nhất trên thế giới Theo nhận định của Cơ quan Bảo vệ Tài nguyên Môi trường Bang Georgia, Hoa Kỳ thì trường hợp lấy max các chỉ số phụ có những nhược điểm sau: Mặc dù AQI được áp dụng cho toàn đất nước nhưng không thể sử dụng duy nhất phương pháp này để đánh giá mức độ ảnh hưởng đến sức khỏe của từng thành phố khác nhau – một loạt các nhân tố khác ảnh hưởng đến giá trị AQI cần được xem xét Ví dụ, số người thực tế bị phơi nhiễm ô nhiễm không khí, kiểu hình giao thông, thành phần công nghiệp, và các điểm quan trắc đại diện cũng cần tính đến sự phát triển hệ thống đánh giá chính xác tại các khu vực đô thị Hơn nữa, AQI không tính cụ thể tới sự ảnh hưởng của chất ô nhiễm tới động vật, thực vật, và các vật liệu nhất định như bề mặt các tòa nhà, tượng đài Tuy nhiên, có mối tương quan giữa giá trị AQI và gia tăng ảnh hưởng tới toàn bộ môi trường, và các cơ quan quản lý địa phương cần chỉ ra tác động của việc tăng giá trị AQI tới nông nghiệp hay tài sản của khu vực Cuối cùng, giá trị AQI không tính tới các tác động xấu có thể xảy ra liên quan tới sự kết hợp của các chất ô nhiễm Khi các nghiên cứu sâu hơn trong tương lai được thực hiện, các giá trị để tính toán chỉ

số AQI thay đổi để phù hợp với những ảnh hưởng này [35]

Bên cạnh những chỉ số hiện đƣợc các cơ quan chính phủ sử dụng, cũng

có nhiều nghiên cứu ứng dụng của các nhà khoa học khác về chỉ số CLKK tổng hợp Thông tin về các chỉ số chất lƣợng không khí tổng hợp có tính đến đóng góp của các chất ô nhiễm đƣợc trình bày trong bảng 1

số

Mục đích sử dụng

―che khuất‖ Kyrkilis và

1 p

p)AQI(

AQIp là chỉ số phụ tương ứng với chất ô nhiễm p

p n p p

p

x ( D

x là nồng độ của chất ô nhiễm p tại điểm n

CO, NO2, O3, SO2 CÓ Đánh giá lợi ích

của giảm thiểu ô nhiễm không khí đến sức khỏe con người

số

Mục đích sử dụng

(2007) [14] ap tương ứng với giá trị gia tăng nguy cơ

Cp giá trị nồng độ xung quanh trung bình trong một khoảng thời gian

sự ô nhiễm không khí tới sức khỏe (rủi ro tử vong)

Murena

(2004) [26]

p s

- Cp là nồng độ ngày của chất ô nhiễm p

- BPp,c là giá trị nồng độ ngưỡng dưới ứng với thang phân loại c (xây dựng dựa trên chỉ dẫn EC và hướng dẫn của WHO) cho chất ô nhiễm p

-PIbc là giá trị dưới của PI tương ứng với giá trị chỉ

số phụ ô nhiễm cao nhất trong thang phân loại c cho chất ô nhiễm p

- Wps trọng số khu vực tương ứng với trạm quan trắc ―s‖ trên tổng số trạm quan trắc chất ô nhiễm p được quan trắc

số

Mục đích sử dụng

]]

I, ,I,[M ax[IEntropy

Ave

][IAveAve

][IAve]

I, ,I,[I

M ax

5 2 1 daily

5 2 1 daily

annual

5

1 j

j daily annual

5

1 j

j daily 5

2 1

- Max [I1,I2, ,I5]I1;…; Ij đại diện cho PM10, O3,

SO2, CO, và NO2 là hàm max cho các chỉ số phụ

j daily annual

5

1 j

j daily

] [I Ave Ave

] [I Ave

giá trị trung bình nền của 5

chất ô nhiễm

]]

I , , I , [M ax[I Entropy

]]

I , , I , [M ax[I Entropy

Ave

5 2 1 daily

5 2 1 daily

annual

giá trị chỉ số entropy trung bình số học

CO, NO2, O3, PM10,

SO2

CÓ Đƣa ra kết quả

đánh giá khách quan cho khoảng thời gian dài

số

Mục đích sử dụng

Ta

- TLượng nhiệt chênh lệch trong ngày

- Id-1 Chỉ số ô nhiễm không khí của ngày trước đó (lấy bằng giá trị cao nhất của nồng độ các chất theo giờ) chia cho ngưỡng tra theo bảng (phân cấp dựa trên tiêu chuẩn giờ)

- V tốc độ gió trung bình ngày

- a,b,c,d hệ số tương ứng cho từng thành phố

CO, NO2, O3, dữ liệu thời tiết

KHÔNG Đánh giá và phân

hạng chất lượng không khí ở các thành phố lớn, bao gồm yếu tố khí tượng

i i i

GE/)GEAE(

GC/)GCAC(n

số

Mục đích sử dụng

- AEi là phát thải khí của chất ô nhiễm trên đầu người hoặc trên năm tại một thành phố lớn

- GEi là phát thải trên đầu người hoặc trên năm của một chất ô nhiễm được khuyến nghị bởi một tổ chức quốc tế

Chelani và

nnk

(2002) [15]

b p p p=1

- a, b là hệ số được xác định bằng nồng độ chất ô nhiễm cao nhất và thấp nhất

Tùy thuộc vào từng trường hợp

KHÔNG Đánh giá tình

trạng chất lượng không khí tại các thành phố lớn ở

i n

1 i i

E

)EP(NAQI

tố, trong điều kiện tương đối

số

Mục đích sử dụng

1 p

ps

prW

Tại Việt Nam

1) Phương pháp của Tổng cục Môi trường Việt Nam ban hành vào đầu tháng 7 năm 2011 Chỉ số phụ của các thông số được tính bằng nồng độ chất ô nhiễm chia cho tiêu chuẩn môi trường tương ứng của chất đó Chỉ số có giá trị cao nhất trong các chỉ số 1 giờ và 24 giờ là chỉ số ngày tương ứng của thông số khảo sát Chỉ số ngày cuối cùng được lấy bằng giá trị lớn nhất trong số các chỉ

số phụ ngày của từng thông số khảo sát [9] Ưu điểm của phương pháp là tính

toán dễ dàng có sự liên kết với tiêu chuẩn môi trường Vai trò của các thông số được coi là như nhau chưa tính đến trọng số của từng thông số so với tổng các thông số khảo sát; chưa tính đến sự đóng góp của các chất ô nhiễm; thang đánh giá phân cấp chất lượng môi trường là tự quy định và cố định; một vài giá trị quy định trong cách tính chỉ số chưa hợp lý, ví dụ lấy quy chuẩn môi trường của bụi TSP trung bình giờ thay cho quy chuẩn môi trường của PM10 trung bình giờ

2) Năm 2003 nhân dịp tổ chức SEA Game tại Việt Nam, ở Thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội đã xây dựng các chỉ số chất lượng không khí và lập các bảng Panel điện tử về chỉ số chất lượng không khí để thông tin cho cộng đồng biết hiện trạng chất lượng không khí, lần đầu tiên đưa chỉ số AQI áp dụng vào thực tế ở Việt Nam Công thức tính AQI đơn lẻ theo giờ và theo ngày đơn giản

là chia nồng độ quan trắc cho tiêu chuẩn môi trường cho phép của chất đó [34]

3) Phương pháp AQIo do nhóm tác giả Phạm Ngọc Đăng, Bùi Tá Long

và Nguyễn Thị Thanh Trâm đề xuất phương pháp tính chỉ số chất lượng không khí tổng hợp bằng cách lấy giá trị trung bình của các chỉ số phụ làm chỉ số cuối cùng hoặc có thêm trọng số tự cho điểm Sau này phương pháp này cải tiến, tính bằng trị số max(AQI) cộng với trị số trung bình cộng của các AQI còn lại chia đôi, để đánh giá chất lượng không khí tổng hợp đối với Việt Nam [34]

4) Phương pháp đánh giá theo chỉ số AQI (Mỹ) được tác giả Nghiêm Trung Dũng và cộng sự điều chỉnh các ngưỡng trên, ngưỡng dưới của thang phân cấp Thang phân cấp gồm 6 thang giống với thang của Mỹ Chỉ số cuối cùng là giá trị cao nhất của các chỉ số phụ [4]

5) Đánh giá chất lượng môi trường không khí theo chỉ số ô nhiễm không khí tương đối (RAPI), chỉ số này được tác giả Phạm Ngọc Hồ đề xuất trên cơ sở phát triển từ chỉ số chất lượng môi trường tổng cộng TEQI của chính tác giả để đánh giá chất lượng môi trường thành phần (không khí, nước & đất) TEQI đã

được công bố trên các tạp chí, Hội thảo quốc tế và trong nước [20, 21] Điểm khác của RAPI so với các chỉ số khác là thang phân cấp CLKK thay đổi phụ thuộc tổng số n thông số khảo sát Ngoài ra, trọng số của từng thông số được tính dựa trên mối tương quan đồng thời giữa các tiêu chuẩn của từng thông số

và các loại tiêu chuẩn (trung bình 1h, 8h & 24h đối với RAPId (ngày)) và giữa các thông số Đối với số liệu quan trắc định kỳ, chỉ số RAPI có cách tính riêng

Trong phạm vi luận văn, tác giả sẽ sử dụng 3 phương pháp bao gồm: phương pháp AQI của Tổng cục hiện đã ban hành hướng dẫn tính toán; chỉ số AQI của tác giả Nghiêm Trung Dũng, về bản chất giống với phương pháp của

Mỹ chỉ thay đổi giá trị ngưỡng (tham khảo tài liệu chỉ dẫn EU, WHO và QCVN); và chỉ số RAPI của tác giả Phạm Ngọc Hồ đã cải tiến Vì dữ liệu đầu vào (các chỉ số phụ) trong phương pháp AQI của Tổng cục, của tác giả Nghiêm Trung Dũng và của tác giả Phạm Ngọc Hồ là khác nhau, nên không thể tiến hành so sánh đồng thời cả 3 phương pháp Do vậy, tác giả luận văn sẽ chia ra làm 2 trường hợp, tính toán và so sánh kết quả giữa các cặp phương pháp:

Trường hợp 1: chỉ số AQI của tác giả Nghiêm Trung Dũng (ký hiệu là NTD) với RAPI của tác giả Phạm Ngọc Hồ

AQI-Trường hợp 2: chỉ số AQI của Tổng cục Môi trường (ký hiệu là AQI-TC) với RAPI của tác giả Phạm Ngọc Hồ

Thời gian: số liệu tổng hợp từ tháng 1 năm 2011 đến tháng 12 năm 2012

2.3 Phương pháp nghiên cứu

Bảng phụ lục 4 (1) minh họa số liệu gốc trong 1 ngày của 2 trạm

Theo mục đích của luận văn, những ngày có đủ 5 thông số: O3, NOx,

PM10, SO2, CO với giá trị tin cậy được lựa chọn trong nghiên cứu Dữ liệu đầu vào, cụ thể là số ngày được đưa vào tính toán ở 2 phương pháp là như nhau Với những ngày có số giờ không đảm bảo 2/3 trên tổng số các giá trị khảo sát liên tục 24h sẽ bị loại bỏ

Số liệu sau khi xử lý thô cho thấy chất lượng dữ liệu ở trạm Nguyễn Văn

Cừ tốt hơn trạm Lê Duẩn Tuy nhiên, chất lượng dữ liệu ở cả 2 trạm đều suy giảm nhẹ Bảng thống kê dữ liệu sau khi loại bỏ số liệu thô trình bày trong phần Phụ lục 4 (2)

Với dữ liệu trung bình 8h (trường hợp CO, O3) được tính trung bình cho 3 khoảng trong 1 ngày: từ 1:00 đến 8:00; 9:00 đến 16:00; và 17:00 đến 24:00 Với

dữ liệu trung bình 24h , sẽ được tính bằng giá trị trung bình của 24 giá trị trung bình giờ trong 1 ngày

Bảng thống kê dữ liệu đầu vào được trình bày dưới đây

Bảng 2 Bảng thống kê dữ liệu đầu vào cho cả 3 phương pháp

(ngày) thì các giá trị sử dụng để tính toán đồng thời thuộc TC 1h, 24h;

- Với trường hợp so sánh giữa 2 phương pháp AQI của tác giả Nghiêm Trung Dũng và RAPI (ngày) thì các giá trị sử dụng để tính toán đồng thời thuộc TC 1h,

8h, 24h

2.3.2 Phương pháp chỉ số chất lượng/ô nhiễm môi trường không khí

1 Phương pháp chỉ số chất lượng môi trường không khí của Tổng cục Môi trường theo QCVN 05:2009/BTNMT

Công thức tính giá trị AQI ngày

Giá trị AQId được tính theo công thức sau:

AQId=max(AQIXd) (2.1)Trong đó

AQId là giá trị AQI ngày Riêng giá trị ngày của O3 thì tính

)AQImax

AQIXd=max(AQIX24h,AQIXh) (2.2) Trong đó không tính AQIO

TSAQI

X

X 24h

X   (2.3)

TSX: giá trị quan trắc trung bình 24 giờ của thông số X

QCX: giá trị quy chuẩn trung bình 24 giờ của thông số X

AQIX24h: giá trị AQI tính bằng giá trị trung bình 24 giờ của thông số X (được làm tròn thành số nguyên)

- AQIXh là giá trị AQI theo giờ của từng thông số được tính toán theo công thức sau đây:

100QC

TSAQI

X

X h

X   (2.4)

TSX: Giá trị quan trắc trung bình 1 giờ của thông số X

QCX: Giá trị quy chuẩn trung bình 1 giờ của thông số X

Đối với thông số PM10: do không có quy chuẩn trung bình 1 giờ, vì vậy lấy quy chuẩn của TSP trung bình 1 giờ thay thế cho PM10

Thang đánh giá của chỉ số chất lượng môi trường theo AQI

Thang phân cấp đánh giá của chỉ số chất lượng AQI như sau :

Bảng 3 Bảng phân cấp chỉ số chất lượng môi trường theo chỉ số AQI

Khoảng giá

trị AQI

Chất lượng môi trường không khí Ảnh hưởng tới sức khỏe Màu

0 - 50 Tốt Không ảnh hưởng đến sức khỏe Xanh

51 - 100 Trung bình Nhóm nhạy cảm nên hạn chế thời

101 - 200 Kém Nhóm nhạy cảm cần hạn chế thời

gian ở bên ngoài

Da cam

201 - 300 Xấu Nhóm nhạy cảm tránh ra ngoài

Những người khác hạn chế ở bên ngoài

Đỏ

Trên 300 Nguy hại Mọi người nên ở trong nhà Nâu

2 Phương pháp chỉ số chất lượng môi trường không khí của tác giả Nghiêm Trung Dũng ứng với QCVN 05:2009/BTNMT

Tính toán chỉ số AQI

AQI ngày được tính theo công thức sau:

)max(IAQId  p (2.5)

Lo Hi

Lo Hi

BPBP

II





 (2.6) Trong đó:

Ip: Chỉ số chất lượng môi trường môi trường không khí của chất ô nhiễm p (AQI thành phần của từng chất ô nhiễm)

Cp: Nồng độ của chất ô nhiễm p, số liệu quan trắc được

BPHi: Chỉ số trên của Cp, có được từ tra bảng 3

BPLo: Chỉ số dưới của Cp, có được từ tra bảng 3

IHi: Chỉ số AQI ứng với nồng độ BPHi, có được từ tra bảng 3

ILo: Chỉ số AQI ứng với nồng độ BPLo, có được từ tra bảng 3

Bảng 4 Các điểm giới hạn của AQI tương ứng với QCVN 05/BTNMT

Các điểm giới hạn trên và dưới (BP Hi và BP Lo )

TB 24 h

CO (mg/m 3 )

TB 8 h

SO 2 (µg/m 3 )

TB 24 h

NO 2 (µg/m 3 ), Max của

Thang phân cấp chất lượng môi trường và ý nghĩa của mỗi thang được trình bày trong bảng dưới:

Bảng 5 Hình thức thể hiện và ý nghĩ sức khỏe của AQI

Giá trị AQI Màu sắc thể hiện Ý nghĩa sức khỏe

101 - 150 Da cam Có hại cho nhóm nhạy cảm

201 - 300 Đỏ tía Rất có hại cho sức khỏe

3 Phương pháp chỉ số ô nhiễm môi trường không khí tương đối RAPI của tác giả Phạm Ngọc Hồ

Giá trị chỉ số RAPI được tính toán theo công thức sau:

i i

m1 là nhóm các thông số có qi 1

Phương pháp tính trọng số W i cho thông số i

Thông thường có 2 phương pháp tính trọng số hoặc cho điểm theo tiêu chí của chuyên gia hoặc lý thuyết và chúng đều phải thỏa mãn điều kiện trọng

số tạm thờiWi'và trọng số cuối cùng Wi là những đại lượng vô thứ nguyên, nghĩa là '

i

W và Wi là những hệ số không có đơn vị

Phương pháp cho điểm theo tiêu chí của chuyên gia hoặc phương pháp Delphi thực hiện tính toán trọng số theo 3 bước [29]:

- Cho điểm trung bình của từng chất

- Chuẩn hóa điểm trung bình để tính trọng số tạm thời '

' i i

)(TCCj

)(TCC)

(TCC

)(TCCj

1)(TCW

j

* i

j

1

j

* i

j

* i

j

1

j

* i j

' i





(2.13)

với i – thứ tự chất khảo sát i; j – Tiêu chuẩn môi trường j (trung bình 1h, TB 8h,

TB 24h, TB năm) theo quy định của mỗi quốc gia

Trọng số cuối cùng Wi biểu thị mối tương quan (mức ảnh hưởng) của từng chất i với tổng các chất khảo sát n, xác định bằng công thức:





 n

1 i

j ' i

j ' i j

i

)(TCW

)(TCW)

j

i(TC ) 1W

TB j=8 giờ

TB j=24 giờ

TB j=năm

Ghi chú: Công thức tính trọng số nêu trên có dạng tổng quát, trong đánh giá mức độ ô nhiễm ngày thì trọng số được

tính đồng thời với các loại tiêu chuẩn (trung bình 1h, trung bình 8h, trung bình 24h) Tủy từng trường hợp, cách tính trọng số có thể thay đổi theo số thông số khảo sát cụ thể được lựa chọn

Thiết lập thang đánh giá chất lượng môi trường không khí

Từ công thức (2.7) có thể thấy ngưỡng đánh giá phụ thuộc vào tỷ số m/n

Vì vậy, ngưỡng đánh giá theo thang 100 được xác định bởi công thức sau:

1) Ngưỡng cận trên và ngưỡng cận dưới trong thang đánh giá

- Ngưỡng cận trên của thang = 100, tương ứng với m = 0 (tức là k = n chất có nồng độ lớn hơn TCCP – ngưỡng ô nhiễm nghiêm trọng (nguy hại));

- Ngưỡng cận dưới = 0, tương ứng với m = n (nghĩa là tất cả các chất đều có nồng độ nhỏ hơn hoặc bằng TCCP, k=0 – ngưỡng không ô nhiễm)

2) Ngưỡng ô nhiễm rất nặng, khi m = 1, có nghĩa là k = n-1 chất có nồng độ lớn hơn TCCP:

n

1-n100)n

1(1100

Tm      (2.16) 3) Ngưỡng ô nhiễm nặng

Vì là đánh giá tổng hợp và n phải là số nguyên dương, nên n ≥ 2, m = 0,

1, 2, , n, do đó:

- Nếu n là số chẵn, m = trung vị của n:

502n

n1100T