Áp dụng công cụ mô hình để dự báo và quản lý chất lượng không khí cho khu công nghiệp hiệp phước

- Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ cho việc tính toán bằng phần mềm; - Ứng dụng mô hình ISCST3 để tính toán, mô phỏng chất lượng không khí tại khu vực nghiên cứu; - Tìm hiểu xu hướng phát

-o0o -

TRƯƠNG THỊ THÙY TRANG

QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ CHO KHU

CÔNG NGHIỆP HIỆP PHƯỚC

Chuyên ngành: Quản lý môi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP Hồ Chí Minh, tháng 12/2008

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Lê Hoàng Nghiêm

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC

SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …… tháng …… năm ……

Tp HCM, ngày tháng năm 2008

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

1 TÊN ĐỀ TÀI: Áp dụng công cụ mô hình để dự báo và quản lý chất lượng không

khí cho khu công nghiệp Hiệp Phước

2 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN

- Tìm hiểu tổng quan tình hình hoạt động công nghiệp tại KCN Hiệp Phước;

- Đánh giá hiện trạng môi trường không khí tại thời điểm thực hiện đề tàitrong phạm vi nghiên cứu;

- Tình hình quan trắc và giám sát chất lượng không khí tại KCN và khu dân cư lân cận;

- Xây dựng cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài

- Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ cho việc tính toán bằng phần mềm;

- Ứng dụng mô hình ISCST3 để tính toán, mô phỏng chất lượng không khí tại khu vực nghiên cứu;

- Tìm hiểu xu hướng phát triển của KCN, đề xuất các kịch bản căn cứ trên hướng phát triển thực tế của KCN, các sự cố rủi ro có thể xảy ra Ứng dụng mô hình với các thông số giả thiết nhằm phục vụ cho việc ra quyết định quản lý;

- Nghiên cứu các kịch bản giảm tải ô nhiễm và đề xuất các giải pháp quản lý nhằm đảm bảo chất lượng không khí trong KCN và khu vực xung quanh đạt tiêu chuẩn

3 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ………

4 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:………

5 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỜNG DẪN: TS LÊ HOÀNG NGHIÊM

LỜI CÁM ƠN

Trước tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến toàn bộ các thầy cô khoa Môi trường

- Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giảng dạy, trang bị kiến thức cần thiết và tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và hoàn thành khóa luận

Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đến thầy Lê Hoàng Nghiêm, thầy đã vô cùng tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, bổ sung kiến thức, động viên kịp thời và đóng góp những ý kiến quý báu cho em trong suốt thời gian làm luận văn

Xin chân thành cám ơn các cán bộ của phòng quản lý môi trường thuộc Công ty

Cổ phần đầu tư Hiệp Phước đã cung cấp các dữ liệu cần thiết, hỗ trợ mọi mặt trong việc đo đạc khảo sát và tạo điều kiện tiếp cận các doanh nghiệp một cách dễ dàng nhất Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè và cơ quan công tác đã quan tâm và luôn bên cạnh chia sẻ những khó khăn và động viên giúp đỡ em hoàn thành luận văn này

Tp HCM, ngày tháng năm 2008

Học viên

Trương Thị Thùy Trang

TÓM TẮT

Trong luận văn này, mô hình không khí cho nguồn thải công nghiệp thời đoạn

công nghiệp Hiệp Phước cũng như khu vực lân cận 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 điểm như các ống khói phát thải trong khu công nghiệp Hiệp Phước Mục đích chính của đề tài là nghiên cứu, đánh giá và dự báo kết quả phân bố nồng độ các chất ô nhiễm của mô hình ISCST3 trong năm kịch bản: (1) các nguồn thải hiện hữu; (2) Nhà máy điện Hiệp Phước; (3) Dự báo khi khu công nghiệp lấp đầy; (4) thay đổi nhiên liệu

SO2 chính là chất ô nhiễm đáng quan tâm nhất Hầu hết các giá trị SO2 trung bình 1h đều vượt quá tiêu chuẩn chất lượng không khí của Việt Nam, tuy nhiên các chất ô nhiễm còn lại đều nằm trong giới hạn cho phép và nồng độ cao nhất được đạt được gần nguồn phát thải

Kết quả mô phỏng của mô hình được thống kê và so sánh với giá trị đo đạc thực

tế tại trạm quan trắc khí tượng Nhà Bè Các phân tích, đánh giá được thực hiện nhằm

so sánh giá trị mô hình và giá trị quan trắc Thông số được sử dụng để đánh giá là độ chính xác dự đoán giá trị cực đại riêng lẻ (UPA) Nhìn chung, mô hình cho kết quả tương đối gần với các giá trị thực đo

ABSTRACT

In this study, the Industrial Source Complex Short-Term Version 3 (ISCST3)

around Hiep Phuoc Industrial Park We used emission inventories with a resolution of

10 km x 10 km, which includes the major point sources located in Hiep Phuoc Industrial Park The central purpose of the study was to examine the performance of the ISCST3 model in predicting pollutants concentrations under five scenarios: (1) existing point sources; (2) Hiep Phuoc electric power plant; (3) predicting point sources; (4) fuel change and (5) reduce 75% SO2 The results of these five scenarios

concentrations were found to be over than the Viet Nam air quality standard, and

found to occur relatively close to the source of emission

Performance of the ISCST3 model was statically evaluated by comparing the simulation results and the measurement data at the Nha Be air quality monitoring stations Statistical analysis has been carried out to assist in the comparison of model

simulation is the unpaired peak prediction accuracy (UPA) Estimations were in good agreement SO2 observed data

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ASEAN (Association of South East Asia

ISCST (Industrial Source Complex

ISCLT (Industrial Source Complex

TNMT : Tài nguyên môi trường

USEPA (U.S Environmental Protection

UPA (Unpaired Peak Prediction Accuracy) : Độ chính xác dự đoán giá trị cực đại

riêng lẻ VEPA (VietNam Environmental

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.17 Các nguồn thải phát sinh trong thời gian tới 97

Bảng 4.20 Nồng độ TSP cực đại các tháng (kịch bản 3) 99

Bảng 4.27 Nồng độ TSP cực đại các tháng (kịch bản giảm thiểu) 109Bảng 4.28 Các thông số thống kê được sử dụng để đánh giá mô hình chất lượng

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.5 Sơ đồ minh họa ảnh hưởng của vận tốc gió đến nồng độ chất ô nhiễm do nguồn phát thải liên tục và hằng số gây ra 27

Hình 2.7 Các trường hợp biến thiên nhiệt độ không khí theo chiều cao trên mặt đất 31

Hình 3.3 Diễn biến nồng độ SO2 tại các vị trí quan trắc năm 2006 và

Hình 3.4 Diễn biến nồng độ NO2 tại các vị trí quan trắc năm 2006 và

Hình 4.1 Website của Trung tâm dữ liệu khí tượng quốc gia Hoa Kỳ (National Climatic Data Center) 55

Hình 4.49 Đồ thị biểu diễn nồng độ SO2 cực đại tại các điểm nhạy cảm (kịch

bản 2)

94

Hình 4.53 Đồ thị biểu diễn nồng độ SO2 cực đại tại các điểm nhạy cảm (kịch

bản 3)

103

1.6 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 8 1.7 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 8 1.8 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9

1.8.2 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu 11

1.8.4 Phương pháp ứng dụng kỹ thuật tin học 14

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.2 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH MÔI TRƯỜNG 16

2.3.1 Những khái niệm cơ bản 17

quyển 2.3.4 Công thức xác định sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo luật

2.4.4 Hệ tọa độ 40

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN, HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG KCN HIỆP PHƯỚC

3.1 TỔNG QUAN VỀ KCN HIỆP PHƯỚC 41 3.1.1 Vị trí và khả năng phát triển 41 3.1.2 Cơ sở hạ tầng 42 3.1.3 Các ngành nghề công nghiệp 43 3.2 MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ TẠI KCN HIỆP PHƯỚC 44 3.2.1 Hiện trạng môi trường không khí qua các năm 44

3.2.3 Các biện pháp quản lý hiện nay cũa KCN Hiệp Phước 49

CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG MÔ HÌNH ISCST3 CHHO KCN HIỆP PHƯỚC

4.3 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN MÔ HÌNH THEO CÁC KỊCH BẢN 73 4.3.1 Kịch bản 1: Tổng hợp tất cả nguồn thải hiệu hữu 74 4.3.2 Kịch bản 2: Nhà máy điện Hiệp Phước 92 4.3.3 Kịch bản 3: Dự báo khi KCN lấp đầy 97 4.3.4 Các kịch bản giảm thiểu 106

5.1.1 Quy hoạch hợp lý nhằm kiểm soát ô nhiễm 115

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

6.1 KẾT LUẬN 121

Phụ lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 TÊN ĐỀ TÀI

“Áp dụng công cụ mô hình để dự báo và quản lý chất lượng không khí cho khu công nghiệp Hiệp Phước ”

1.2 TÍNH CẤP THIẾT

Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của sản xuất hàng hoá và quá trình đô thị hóa trên toàn thế giới Quá trình phát triển kinh tế xã hội một mặt không ngừng cải thiện chất lượng sống của con người, một mặt tạo ra một loạt các vấn đề suy thoái môi trường trên toàn cầu, đặc biệt là ở những nước đang phát triển Vì vậy việc giữ gìn và bảo vệ môi trường đã trở nên vấn đề bức xúc Trong đó, vấn đề bảo vệ môi trường không khí chiếm một vị trí đặc biệt

Hội đồng các nước ASEAN đã chỉ ra rằng nguyên nhân gây ô nhiễm bầu khí quyển tại các vùng thành thị ở các nước trong khu vực là do sự gia tăng đột ngột của nhu cầu sử dụng nguyên nhiên liệu cùng với sự phát triển số lượng phương tiện giao thông (ASEAN, 2006) Giống với các thành phố lớn khác trong khu vực Châu Á, TP HCM hiện đang đối mặt với các vấn đề môi trường nghiêm trọng Tổ chức bảo vệ môi trường Việt Nam (VEPA) đã cảnh báo về các vấn nạn môi trường đáng quan tâm, đặc biệt là tại TP HCM vốn được xem là thành phố lớn nhất Việt Nam (VEPA, 2005)

TP HCM hiện có 11 khu công nghiệp và 03 khu chế xuất, tốc độ tăng trưởng giá trị sản xuất công nghiệp trung bình hàng năm đạt khoảng 15% Các KCN hoạt động tạo ra một khối lượng sản phẩm công nghiệp chiếm tỷ trọng cao trong toàn bộ sản phẩm của nền kinh tế quốc dân Tuy nhiên, sản xuât công nghiệp đã gây nên nhiều ảnh hưởng xấu đến môi trường trong đó có môi trường không khí Ô nhiễm không khí do khí thải công nghiệp gây ra chủ yếu là bụi, SO2, NOx, CO nồng độ bụi có xu hướng tăng theo thời gian và hầu hết đều vượt quá giới hạn cho phép nhiều lần Cá biệt, ở một số nơi có nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng, nồng độ bụi trong không khí vượt tiêu chuẩn cho phép đến hàng chục lần Việc xả khí thải vượt tiêu chuẩn cho phép của các nhà máy gây ô nhiễm nội vi khu vực và ảnh hưởng tới sức khỏe của cộng đồng dân

cư xung quanh ngày càng gia tăng Nếu không có biện pháp thích đáng thì môi trường nói chung và môi trường không khí nói riêng xung quanh các khu công nghiệp tập trung sẽ đứng trước nguy cơ bị xấu đi trầm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ của người dân Ô nhiễm không khí do hoạt động công nghiệp vẫn đang và sẽ là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nhất

Một trong những KCN hiện đang có nhiều nhóm ngành ô nhiễm chưa được kiểm soát tốt là KCN Hiệp Phước Nằm dọc theo bờ sông Soài Rạp (cách biển Đông khoảng

35 km) và theo chủ trương của UBND TP.Hồ Chí Minh, KCN Hiệp Phước là nơi tiếp nhận một số doanh nghiệp sản xuất ô nhiễm di dời từ nội thành như: thuộc da, xi mạ, dệt nhuộm, giấy,… Đa số các doanh nghiệp này có quy mô vừa và nhỏ, công nghệ sản xuất lạc hậu, phát sinh ô nhiễm cao đặc biệt là có nhiều doanh nghiệp sử dụng nhiên liệu đốt mà không có biện pháp kiểm soát nên tiềm năng gây tổn thất cho bầu khí quyển là khá cao

Trong công tác bảo vệ môi trường, việc kiểm tra ảnh hưởng của các nguồn thải chất ô nhiễm cao như ống khói lò hơi, ống thải bụi…là một công việc rất quan trọng

và thường xuyên Nội dung công việc là từ các thông số của ống thải như: Chiều cao, đường kính, nhiệt độ khí thải, vận tốc khí thải, nồng độ chất ô nhiễm trong khí thải,…và từ số lượng, khoảng cách các nguồn thải người ta phải tính phân bố nồng độ chất ô nhiễm dưới hướng gió và so sánh với các tiêu chuẩn chất lượng không khí để có thể đánh giá nguồn thải hay nhóm nguồn thải có hay không gây ô nhiễm cho môi trường không khí xung quanh và nếu có thì các giải pháp quản lý hay kỹ thuật nào nên

áp dụng để hạn chế mức độ ô nhiễm bầu khí quyển

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 nghiên cứu Trong nhiều thập kỷ qua, vai trò của các mô hình ngày càng được biết đến rộng rãi đặc biệt mô hình lan truyền các chất trong không khí

ở nhiều cấp độ khác nhau được phát triển nhằm hỗ trợ cho việc nghiên cứu, dự báo và kiểm soát ô nhiễm Các mô hình nghiên cứu chất lượng không khí thực sự là một công

cụ hữu ích và hiệu quả, đã được áp dụng thành công tại nhiều thành phố và khu vực ô nhiễm trên thế giới (Sokhi et al., 2006; Venegas and Mazzeo, 2006) Do vậy, việc lựa chọn một mô hình phát tán ô nhiễm không khí phù hợp, có độ tin cậy cao để dự báo và đánh giá chất lượng không khí tại KCN Hiệp Phước nói riêng và các KCN tại TP HCM nói chung vào tại thời điểm này là cần thiết

Trước yêu cầu đó, đề tài “Áp dụng công cụ mô hình để dự báo và quản lý chất

lượng không khí cho khu công nghiệp Hiệp Phước” được thực hiện và mô hình

Breeze ISCST3 được lựa chọn để nghiên cứu và áp dụng đạt được mục tiêu của đề tài

1.3 TÍNH MỚI

Tính mới của mô hình: Mô hình ISCST, thế hệ 3 là mô hình do US EPA cải tiến

và là mô hình khuếch tán được đề nghị, đã và đang sử dụng tại hầu hết các Tổ chức kiểm soát ô nhiễm không khí tại các bang của Hoa Kỳ (gọi tắt là SAPRAs) nhằm dự đoán nồng độ ô nhiễm không khí dưới tác dụng của các nguồn thải và của gió Mô

hình có thể tính toán nồng độ trung bình 1h, 2h, 4h, 6h, 8h, 12h, 24h, tháng, năm cho bất cứ phân đoạn thời gian nào của các chất ô nhiễm không khí như bụi lơ lửng, SO2,

NO2, CO, …

Tính mới về số liệu khí tượng: Mô hình Breeze ISCST3 là phiên bản mới với yêu cầu cơ sở dữ liệu khí tượng format 1h trong khi các mô hình khác đang áp dụng hiện nay ở Việt Nam sử dụng chuỗi số liệu đầu vào là các giá trị quan trắc của các Đài Khí tượng Thuỷ văn là 4 obs (ghi nhận vào lúc 1h, 7h, 13h và 19h)

Tính mới về áp dụng các kỹ thuật tin học: Để có thể áp dụng được mô hình, cần

sự hỗ trợ của một loạt các kỹ thuật tin học như lập trình bằng ngôn ngữ fortran xử lý

và chuẩn bị tập số liệu khí tượng trung bình 1h, phần mềm Wrplot View thống kê và đánh giá chế độ gió nhằm kết hợp đánh giá kết quả mô hình là một nét mới

Tính mới về lựa chọn đối tượng nghiên cứu: Ở Việt Nam, mô hình ISC đã được

sử dụng nhưng chỉ thường áp dụng để đánh giá tác động môi trường cho các dự án là các nguồn riêng lẻ Việc lựa chọn KCN Hiệp Phước làm đối tượng nghiên cứu sẽ là nghiên cứu đầu tiên áp dụng cho một nhóm nguồn Cho đến nay vẫn chưa có đề tài nào

sử dụng mô hình dự báo và đánh giá ô nhiễm không khí cho KCN này

1.4 TỒNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

Nhiều mô hình toán học đã được phát triển để mô phỏng sự khuếch tán của chất ô nhiễm từ một nguồn hay nhiều nguồn phát thải đã biết để ước lượng nồng độ chất ô nhiễm tại vị trí tiếp nhận Các mô hình này đã 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 giảm thiểu ảnh hưởng có hại của các dự án mới, quản lý chất lượng không khí ngắn hạn và kiểm soát sự cố môi trường

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên Thế giới

Vào năm 1997, Viện quốc tế về phân tích hệ thống ứng dụng (IIASA, Laxenbourg, Áo) đã công bố danh sách danh mục các công trình nghiên cứu trong 25 năm (1955-1997) gồm 50.000 công trình liên quan tới lý thuyết hệ thống và mô hình hóa môi trường

Theo tài liệu của WMO, UNEP hiện nay trên thế giới có khoảng 20 mô hình chia thành 3 hướng chính sau đây:

- Hướng 1: Mô hình thống kê kinh nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết Gauss.Các

nhà khoa học có công phát triển hướng mô hình này là Taylor, Sutton,

Tunner và hiện nay đang được các nhà khoa học trên thế giới hoàn thiện thêm

- Hướng 2: Mô hình thống kê thuỷ động lực học sử dụng lý thuyết khuếch tán

rối trong điều kiện khí quyển có phân tầng nhiệt, mô hình này được Berliand hoàn thiện và áp dụng thành công ở Nga (nên còn được gọi là mô hình Berliand)

- Hướng 3: Mô hình số trị phải giải một hệ từ 7-9 phương trình nhiệt động lực

học, cân bằng ẩm và cân bằng tạp chất Hướng nghiên cứu này đã và đang được nghiên cứu và áp dụng thử nghiệm Hiện nay, các mô hình này đã thu được nhiều kết quả khả quan và được sử dụng rộng rãi

Mô hình lan truyền chất ô nhiễm không khí từ hệ thống các nguồn công nghiệp (Industrial Source Complex - ISC) được phát triển đầu tiên bởi Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (USEPA) từ những năm 1970 để đáp ứng nhu cầu sử dụng trên toàn thế giới Nó dùng để dự báo nồng độ ô nhiễm không khí từ nhiều loại nguồn công nghiệp khác nhau Mô hình này đơn giản và thường được sử dụng để đánh giá mức độ ảnh hưởng của chất ô nhiễm lên chất lượng không khí trong khu vực đang xét đến Nó được thiết kế để nghiên cứu và ứng dụng cho nhiều dạng nguồn như nguồn điểm (ống khói), nguồn vùng và nguồn thể tích với sự biến thiên về lưu lượng trong điều kiện địa hình bằng phẳng hoặc phức tạp

Hình 1.1 - Giao diện của mô hình Breeze ISCST3

Sau đây là một số nghiên cứu và các bài báo khoa học đánh giá khả năng ứng cũng như tính chính xác của mô hình

dự báo của mô hình ISC có tính đến sự lắng đọng là rất phù hợp với các dữ liệu

đo đạc thực tế (Browers, J.F.; Anderson, A.J ; Hargraves, W.R, 1982 Test of the

Industrial Source Complex (ISC) at the Armco Middletown, Ohio Steel Mill; EPA

Report No EPA-450/4-82-006; U.S Environ

(2) Ramesh và Naperkoski đã đánh giá mô hình ISCST thông qua sự thử nghiệm gần 1 trạm phát điện Họ nhận thấy những dự báo của mô hình ISCST có ý nghĩa tích cực hơn việc giám sát chất lượng không khí thực tế khi đã theo dõi tại cùng một vị trí và thời gian đo (Ramesh, V.G; Naperkoski, G.J An Operational, 1984

Evaluation of Industrial Source Complex Model; Presented at Fourth Joint

Conference on Applications of Air Pollution Meteorology, American Meteorological Society, Boston, M.A)

(3) Zannetti tiến hành

(SIA) ở Kuwait Mô hình ISC và một mô hình phát tán Gauss khác được lựa chọn

để mô phỏng, dự báo nồng độ khí SO2 tại mặt đất từ tất cả các ống khói phát thải trong khu công nghiệp Các mô hình được đánh giá thông qua sự so sánh giữa kết quả mô hình với nồng độ quan sát trong thực tế Động tác trên nhằm đánh giá các kết quả dự báo SO2 với kết quả đo đạc tại các vị trí giám sát trong vùng lân cận

khu công nghiệp (Zanetti, 1983 Air Pollution Monitoring System for the

Residental Area around Shuaiba Industrial Area; Study submitted to

Environmental Protection Council: Kuwait)

(4) Al-Sudaiwari cũng đánh giá độ tin cậy của mô hình ISCST qua việc thực hiện mô hình trên tại chính khu công nghiệp Shuaiba thông qua sự so sánh kết

cao nhất đo được trong mỗi giờ Kết quả cho thấy giá trị của phép tính trên mô hình nhỏ hơn giá trị thực tế Sự không đồng nhất này được khẳng định là do ảnh hưởng bởi các yếu tố khí tượng khi sân bay quốc tế Kuwait chỉ nằm cách khu công nghiệp trên 30 km theo hướng Tây - Bắc (Al-Sudairawi, M ; Mackay, K

1988 Evaluating the Performance of the Industrial Source - Complex Tern

Model; Environ Soft)

(5) Cũng cùng một khu công nghiệp, Abdul-Wahab đánh giá khả năng của mô

trị đo đạc tại trạm quan trắc chất lượng không khí trong KCN Cuộc nghiên cứu này được tiến hành trong vòng 1 năm Việc đánh giá tiến hành hàng bằng cách so sánh nồng độ dự báo và nồng độ đo đạc thực tế Mô hình tính toán rất chính xác trong 7 tháng (1, 6, 8, 9, 10, 11, 12) và ngược lại trong 5 tháng kia (2, 3, 4, 5, 7)

Giá trị dự báo thấp hơn trong các tháng 2, 3, 4, 5 và cao hơn trong tháng 7 Kết quả dự báo tháng 7 cao là do việc gia tăng phát thải SO2 trong suốt tháng Tương

tự, trong các tháng 2, 3, 4, 5, hoạt động phát thải SO2 giảm nên kết quả có sự khác

ngoài khu vực nghiên cứu của mô hình Thực tế cho thấy, nồng độ SO2 đạt giá trị cực đại tại gần nguồn thải (Abdul-Wahab, S.A ; Bouhamra, W.; Ettouney, H.;

Sowerby, B.; Crotenden, B.D, 1999 Prediction of Air Pollution around Heavily

strial Source Complex Short-Term Model umber of Source; IChemE Enviro Protect Bull)

lựa chọn yếu tố này lúc chạy chương trình Trong nghiên cứu này, mô hình

ết qu

aste Manage Assoc

1.4.2 hình nghiên cứu ở Việt Nam

phục

so sá

số ng

1 Đề tài khoa học - Xây dựng hệ số ổn định khí

ết lập bản đồ ô nhiễm môi trường không khí cho TP.HCM, Đề tài khoa học, TT KHTN & CNQG - Viện Cơ học ứng dụng

Industrialised Areas: Use of the Indu

with Emissions from a large N

(6) Abdul-Wahab đánh giá mô hình Breeze ISCST3 trong trường hợp có tính đến yếu tố địa hình Địa hình quanh các nguồn phát thải đôi khí ảnh hưởng đến sự phát tán, điển hình là đối với cột khói, hướng gió và độ xáo trộn mô hình BREEZE ISCST3 gồm các thuật toán đơn giản để tính toán ảnh hưởng do địa hình Mô hình có khả năng phân tích nồng độ trong bất cứ loại địa hình nào nếu

Al-Fahal ở Oman trong 2 kịch bản: (1) Địa hình coi như bằng phẳng; (2) Có tính đến địa hình Kết quả cho thấy, cả 2 trường hợp đều có kết quả có sự sai lệch với k

ả đo đạc thực tế, tuy nhiên trường hợp (2) gần với kết quả đo đạc hơn và nồng

độ cực đại được xác định tại gần nguồn phát thải (Sabah A Abdul-Wahab, 2004

Evaluation of the Industrial Source Complex Short-Term Model: Dispersion over Terrain; Technical Paper, ISSN 1047-3289 J.Air & W

54:396-408)

Tình

Mặc dù đi sau và còn nhiều khó khăn do điều kiện kinh tế và chiến tranh, các nhà học Việt Nam

vụ cho công tác quản lý và nghiên cứu Các kết quả tính toán theo mô hình được

nh với số liệu đo đạc và cho kết quả tương đối tốt chấp nhận được Sau đây là một hiên cứu và các ứng dụng cũng đã được các nhà khoa học tại Việt Nam tiến hành:

(1) Hoàng Xuân Cơ, Nghiêm Trung Dũng, 2006 Báo cáo phần 2 của chương trình cải tiến chất lượng không khí Việt Nam - Áp dụng mô hình BREEZE ISCST3 đánh giá ảnh hưởng của ô nhiễm không khí từ làng gốm sứ Bát Tràng; (2) Nguyễn Đình Tuấn, 200

quyển sử dụng trong mô hình tính toán phát tán ô nhiễm không khí từ nguồn cố định, Viện Môi trường và Tài nguyên - Đại học Quốc gia

(3) Bùi Tá Long, 2000 Tự động hóa thi

(4) Phạm Ngọc Đăng, 2000 Đề tài khoa học - Đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường không khí do công nghiệp gây ra và kiến nghị một số biện pháp cải thiện môi trường;

(5) Phạm Ngọc Hồ, 2000 Sử dụng phương pháp mô hình hoá định lượng vào

10), Kỷ yếu Hội nghị Khoa học, Trường Đại học pháp cải tiến các mô hình tính toán và dự báo

Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai

(6) Dự án ầu tư xây dựng Trạm phát sinh khí than nguội 2 đoạn thay thế dầu DO

1.5

Áp dụng công cụ mô hình để đánh giá, dự báo và đề xuất các biện pháp quản lý

việc tính toán và dự báo chất lượng không khí cho nguồn đường giao thông (phục

(7) Lê Văn Nãi, 1993 Luận án PTS khoa học kỹ thuật - Nghiên cứu ứng dụng

mô hình khuếch tán

ống khói công nghiệp gây ra

Ở Việt Nam, mô hình ISCST hầu như chỉ được sử

c động môi trường để dự báo khả năng phát tán ô nhiễm không khí, ví dụ trong

ố ĐTM sau:

(1) Dự án tiêu thoát nước và

(2) Dự án xây dựng Nhà máy Bibica công suất 2500 tấn/năm KCN Mỹ Phước 1, huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dương

cho lò nung và lò sấy, huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dương

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

ượng không

1.6

ong phạm vi KCN Hiệp Phước và khu vực lân cận Xây dựng vùng tính toán 10km x 10km từ kết quả từ quá trình thử nghiệm mô hình để tìm r

p Phước Diễn biến chất lượng không khí qua

iễm khí thải của các

-

việc tính toán bằng phần mềm;

Phước Xác định được mối quan hệ của các thông số ô nhiễm với nồng độ

ng không khí do hoạt động công nghiệp tại KCN Hiệp Phước Xác định hiệu quả và độ tin cậy

PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Không gian: Đề tài giới hạn tr

a phạm vi ảnh hưởng

Th i gian: Năm 2007, số liệu khí tượng trung bình 1h

dung: Mô hình Breeze ISCST3 (Industrial source complex short-term

sion 3)

tượng:

- Các nguồn phát thải chất ô nhiễm không khí: Ống khói của các nhà máy có phát sinh bụi, khí thải trong khu công nghiệp Hiệp Phước

Các thông số: Bụi lơ lửng, SO2,

I DUNG NGHIÊN CỨU

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 tại KCN Hiệ

các năm gần đây, hiện trạng môi trường không khí tại thời điểm thực hiện đề tài và tình hình quản lý ô nhiễm không khí của KCN Hiện trạng sản xuất và

sử dụng nhiên liệu, phương pháp và hệ thống xử lý ô nh

doanh nghiệp trong KCN Tìm hiểu xu hướng phát triển của KCN, các doanh nghiệp sắp đi vào hoạt động, phân tích các khả năng có thể xảy ra;

Xây dựng cơ sở dữ liệu: Bản đồ KCN, đặc tính và các thông số của nguồn thải điểm, đặc tính các điểm nhạy cảm, tệp dữ liệu khí tượng phục vụ cho

- Đề xuất các kịch bản căn cứ trên hướng phát triển thực tế của KCN, các sự cố rủi ro có thể xảy ra Ứng dụng mô hình với các thông số giả thiết và đánh giá kết quả nhằm phục vụ cho việc ra quyết định quản lý;

Nghiên cứu các kịch bản giảm tải phát thải, giải quyết tối ưu bài toán ô nhiễm, đề xuất các giải pháp quản lý

-

dựa trên kết quả dự báo các kịch bản

ư

cứu chín

1.8.1 Ph áp điều tra, khảo sát thực địa

h Breeze ISCST3 yêu cầu phải phân loại thành 3 nhóm:

- Dữ liệu nguồn phát thải (nguồn điểm): Thông tin nguồn phát thải cần cho dữ kiện đầu vào mô hình bao gồm: Vị trí (tọa độ), đặc điểm vật lý (chiều cao, cao độ, đường kính), vận tốc khói thải, nhiệt độ khói thải, hàm lượng các chất

1.8 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;

Ph ơng pháp thống kê nửa thực nghiệm được lựa chọn làm phương pháp nghiên

h cùng với các phương pháp hỗ trợ khác để thực hiện mục tiêu đề tài, cụ thể:

ương ph

Thu thập số liệu là một khâu hết sức quan trọng của quá trình nghiên cứu Các dữ liệu đầu vào mô hìn

tại mặt đất) Thông thường, các điểm tiếp nhận được định vị bởi tọa độ và cao độ

Để thu thập các thông tin về nguồn thải, các bước trong quy trình sau đã được đề uất và thực hiện

nghiệp đang hoạt động, ngành nghề hoạt động, các doanh nghiệp có khả năng

Tình hình bảo vệ môi trường từ báo cáo đánh giá tác động môi trường, các báo cáo giám sát môi trường và các tài liên quan khác được cung cấp bởi Phòng môi trường Công ty CP đầu tư Hiệp Phước;

Hình 1.2 - Quy trình thu thập số liệu

- Thu thập các tài liệu về điều kiện tự nhiên, xã hội khu vực, số lượng doanhgây ô nhiễm không khí

Chia DN theo lô

Lên kế hoạch, thời gian khảo sát cho từng DN

Kế ợ

việc a

t h p với kế hoạch làm

củ phòng môi trường

Sử dụng Phiếu điều tra

Đo tọa độ nguồn thải

- Khảo sát, đo đạc tọa độ các nguồn thải, các vị trí nhạy cảm bằng thiết bị định

vị GPS Thu thập các thông tin về phát thải cần thiết bằng phiếu điều tra; Ghi nhận bằng hình ảnh về hiện trạng phát thải của các nhà máy trong KCN Hiệp Phước;

-

Dữ

liệu khí t

1.8.2 Ph

Excel Dựa trên cơ sở tài liệu đánh giá nhanh của các thông số cần thiết và tích hợp vào mô hình

g bình

1 giờ tương ứng sử dụng trực tiếp cho mô hình;

ió” bao gồm sự biến thiên hướng thổi, thời gian thổi của gió bằng hình các cánh quạt trên bản đồ trục Bắc - Nam, Đông - Tây có thang đơn vị là phần trăm (%), kèm theo thang phân chia theo màu sắc chỉ thị tốc độ gió cho khu vực trong khoảng thời gian xác định Đây là cơ sở để đánh giá mức độ ảnh hưởng của gió lên

sự phân bố nồng độ các chất ô nhiễm là kết quả của mô hình

1.8.3 Phương pháp mô hình hóa

Mô hình Breeze ISCST3 được áp dụng cho nhiều loại nguồn công nghiệp: Nguồn điểm (point source) như ống khói, nguồn mặt (area source), nguồn đường (line source)

và nguồn khối tích (volume source) Breeze ISCST3 với hệ giao tiếp đồ họa bề mặt Bree ISC thường được dùng để mô hình hóa nồng độ chất ô nhiễm không khí Đối với c c nguồn thải điểm, mô hình Breeze ISCST3 được đề xuất để nghiên cứu trong phạm vi đề tài này bởi khả năng đáp ứng các mục tiêu đề ra với nhiều ưu điểm

ơ đồ phương pháp nghiên cứu như hình 1.3 là một phát thảo thường được dùng

liệu khí tượng được mua trực tuyến và tải về từ trang web của Trung tâm dữ ượng quốc gia (National Climatic Data Center)

ương pháp thống kê và xử lý số liệu

với dữ liệu nguồn thải: Sau khi thu thập đầy đủ các số liệu c

hành thống kê và xử lý số liệu bằng

Tổ chức y tế thế giới WHO, tính toán

Đối với dữ liệu khí tượng:

- Số liệu khí tượng (surface data va upper air data) dạng format theo 1/2 giờ năm 2007 sẽ xử lý qua nhiều bước sử dụng các chương trình viết bằng ngôn ngữ lập trình Compaq Visual Fortran để chuyển thành dạng format trun

thành các bản đồ có hình dạng “hoa gió” Một “hoa g

ze

á

S

nh giá kh

Hình 1.3 - Sơ đồ phương pháp nghiên cứu mô hình Breeze ISCST3

Đánh giá chính xác mô ình

sự h

NO

YES

NO ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH

ĐÁNH G

Các KCN của TP HCM

Đánh giá hiện trạng MT, tình hình SX của các KCN

Thu thập dữ lỉệu khí tượng tại

khu c nghiên cứu (theo giờ) vự

Dữ lỉệu khí

tượng đầu vào

h e

So sánh k ết quả mô hình với giá trị đo đ ạc t hực tế

Điều kiện ban đầu Dữ liệu phát thải đầu vào

Dữ liệu CLKK (Bụi,SO 2 ,NO x ,CO

Dữ liệu phát thải của KCN

Phạm vi khu vực nghiên cứu

Dự báo nồng độ CÔNKK trong nhiều kịch bản phát thải

Phân bố nồng độ CÔNKK theo không gian và thời gian (GIS)

CLKK (GIS)

CVN vế

CLKK

Đánh giá tác hại tiềm tàng của

ÔNKK

Đề xuất các giải pháp quản lý giảm

ng củaCÔNKK thiểu ảnh hưở

Các bước áp dụng mô hình Breeze ISCST3 bao gồm:

Số hóa bản đồ KCN Hiệp Phước bằng p

trong KCN Hiệp Phước và khu vực lân cận Xác định vị trí chịu ảnh hưởng ô nhiễm 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

Các bước cơ bản tính toán kết quả m phỏng của mô hình Breeze ISCST3 được trình bày trong hình 1.4

hình sẽ tính toán nồng độ tại mỗi

(**): Tùy theo lựa chọn của người sử dụng, mô hình sẽ thống kê từ 1, 2… đến 6 giá trị cao nhất tại mỗi mắc lưới trong thời gian chạy mô hình

thể tích hợp vào mô hình;

Xử lý số liệu khí tượng năm 2007 thành dạng format 1 giờ;

- Thống kê số liệu nguồn thải, tính toán các thông số cần thiết;

- Tích hợp bản đ

-

ô

Các thông số đầu vào

Tính giá trị tại mỗi mắc lưới tính (*) Lựa chọn giá trị cao nhất

Hình 1.4 - Sơ đồ phương pháp nghiên cứu mô hình Breeze ISCST3

(*): Dựa vào công thức tính toán nồng độ chất ô nhiễm tại mặt đất dưới hướng gió (Công thức Gauss cho nguồn điểm) mô

(***): Các đường đồng mức sẽ được vẽ dựa trên các số liệu tính toán ở bước 2,

về cấp độ, màu sắc sẽ do người sử dụng lựa chọn Căn cứ trên bản đồ nồng độ

có thể đánh giá được phạm vi lan truyền, hướng lan truyền, mức độ ảnh hưởng của chất ô nhiễm lên các vị trí nhạy cảm

(****): ISC list file sẽ bao gồm tất cả các thông tin để chạy mô hình (nguồn thải, điểm nhạy cảm, lưới tính, thông số lựa chọn ), kết quả tại mỗi mắc lưới ín

t h từng giờ của các ngày, bảng tổng hợp nồng độ cực đại tại các mắc lưới,

ng tổng hợp kết quả nồng độ cực đại tại các điểm nhạy cảm và nồng độ cực

i trong suốt thời gian chạy mô hình

ương pháp ứng dụng kỹ thuật tin học

cạnh hệ thống thông tin địa lý (GIS) đóng vai trò nền tích hợp, giúp tổ chức không gian sao cho chương trình hiển thị bản đồ, các thuộc tính gắn với bản dụng thành công mô hình Breeze ISCST3, để xử lý các số liệu thô thành dạng dụng trực tiếp cho mô hình cần sự hỗ trợ của nhiều kỹ thuật và phần mềm hác như: Compaq Visual Fortran, Wrplot View Trong đó:

- GIS được sử dụng để xây dựng bản đồ ô nhiễm để quản trị cơ sở dữ liệu gắn với vị trí địa lý Việc sử dụng phần mềm Mapinf

phỏng khu vực nghiên cứu, sử dụng ảnh vệ tinh thông qua việc chụp ảnh vệ tinh từ trang web www.earth.google.com, kết hợp với bản vẽ AutoCad chi tiết vị trí các nhà máy trong KCN đã được số hóa Từ đó, sử dụng Mapinfo để

xử lý tạo thành bản đồ số gồm các lớp: Lớp quận huyện, lớp KCN Hiệp Phước, lớp phân chia lô trong KCN và lớp sông Bản đồ số hóa được tích hợp vào mô hình bằng công cụ Geoset Manager với hệ tọa độ khu vực là UTM Zone 48 Northern Hemisphere - WGS84 Sau đó, thông tin về tọa độ nguồn thải cũng như vị trí các điểm nhạy cảm được tích hợp vào mô hình, từ đó trên bản đồ sẽ thể hiện chính xác vị trí của các điểm nghiên cứu;

thành các file th

- WRPLOT View

ngôn ngữ lập trì

ực thi dạng format 1 giờ;

xử lý file khí tượng thành các các bản đồ dạng hoa gió

của gió (hướng thổi, tốc độ) theo ngày, tháng, mùa

nhằm thống kê các đặc tính

ngữ mô hình cũng được định nghĩa theo nhiều cách khác nhau

- Theo “The Ameracan Heritage Dictionary of the English Language, New

York: Houghton Miffin 1969”: “Mô hình là một đối tượng nhỏ, thường được

xây dựng theo tỷ lệ, nó mô tả một vài đối tượng thực tế trong tự nhiên”;

- Theo Stehr: “Mô hình là công cụ giúp dự báo cũng như tính toán trước hậu

quả có thể thực thi trong các dự án kinh tế và phát triển xã hội Dự báo này

thiên nhiên, quy luật phát triển xã hội và sự ảnh hưởng lẫn nhau trong mối

ình hóa được trình bày trong hình 2.1

đề hóa h

vẫn c g

rất khó đạt được nên tính chính xác của mô hình phụ thuộc nhiều vào kiến

- Đặc tính của công cụ tính toán: Có nhiều loại phương trình khác nhau dẫn

TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH

y nay, hầu hết các ngành khoa học đều sử dụng mô hình “model” Với n

gh ên cứu mô hình được hiểu là các mô hình số phức tạp chạy trên máy tính,

t số ngành khoa học khác mô hình được hiểu như một dạng mẫu tương tự

hình là một khái niệm cơ bản của khoa học và đóng vai trò đặc biệt quan

ng khoa học môi trường

ựng trên những tri thức về đặc trưng của các ququan hệ tương hỗ này”

Các bước của quá trình mô h

Xây dựng phương trình

Tính toán

Phân tích kết quả thu được

Hình 2.1 - Các bước của quá trình mô hình hóa

hình đóng một vai tr

ọc, sinh học, năng lượng và môi trường Tuy nhiên, việc mô phỏng quá trình

òn ặp một số hạn chế như:

Việc thu thập được đầy đủ các dữ

thức cơ sở của người mô phỏng;

đến các phương pháp giải quyết vấn đề khác nhau Những phương trình này

bao gồm một vài phương trình đại số phi tuyến và tập hợp các phương trình

oặc mô hình có thể sai sót từ việc đơn giản hóa, sự cắt đi nhiều thành phần

ự nhiên - xã hội Vấn đề ô nhiễm

ng lên môi trường do

n thiết phải phát triển lý thuyết hệ thống và

mô hình hóa, coi đây là công cụ chính để nghiên cứu môi trường vì những ưu điểm:

ong tri thức và đưa ra các ưu tiên trong nghiên cứu;

Quá trình lặp, mô hình và phép đo bổ sung cho nhau;

những thí nghiệm trực tiếp với sinh quyển của trái đất là không thể Do vậy xây dựng

2.2 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH MÔI TRƯỜNG

Mô hình hóa môi trường là một phần của mô hình hóa t

môi trường đặt ra đòi hỏi các quốc gia phải giải quyết các nhiệm vụ sau:

- Xây dựng các phương pháp đánh giá sự bền vững của các hệ sinh thái;

Nghiê

- Hoàn thành các phương pháp đánh giá định lượng tác độ

các hoạt động kinh tế - xã hội

Để giải quyết các nhiệm vụ trên, cầ

- Các thông tin ghi có thể được phân tích;

- Việc phân tích thông tin có thể khám phá các tính chất không thể phát hiện khi khảo sát;

- Phát hiện những thiếu xót tr

- Mô hình có thể tối ưu các phép đo ngoài hiện trường;

-

- Kiểm tra các giả thiết khoa học

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

ình là phương tiện quan trọng để nhận thông tin về tình trạng của sinh quyển khi chịu những tác động của con người.”

Mô hình hóa môi trường là xây dựng các mô hình toán học nhằm đánh giá sự

hiệ , tồn tại và chuyển động của các chất ô nhiễm trong nguồn nước, khí quyển

Mô hình toán học là một mô hình biểu diễn toán học của những mặt chủ yếu của

ên bản theo một nhiệm vụ nào đó, trong một phạm vi giới hạn, với một độ vừa đủ và trong dạng thích hợp cho sử dụng

Hi n nay, có nhiều loại mô hình toán học được sử dụng rộng rã

ự môi trường từ các hệ sinh thái, nước, không khí và đất, bao gồ

- Mô hình toán sinh thái: Mô hình nghiên cứu sự biế

sự dẫn tới các trạng thái bền vững;

- Mô hình chất lượng nước mặt: Mô hình hóa sự thay đổi của BOD và oxy hòa tan trong dòng sông và hồ chứa; sự phú dưỡng hóa, sự phân bố các chất độc hại và kim loại nặng trong nguồn nước mặt;

- Mô hình khuếch tán các chất ô nhiễm trong nước ngầm;

- Mô hình khuếch tán ô nhiễm không khí theo phân bố chuẩn Gaussian;

- Mô hình hóa ô nhiễm không khí theo phương pháp Beriland

2.3 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN Ô NHI

Có nhiều mô hình toán học đ

không khí Các mô hình này đã được sử dụng rộng rãi trong việc thiết

thải, lựa chọn vị trí xây dựng nhà máy và đánh giá tác động môi trường

g khí ngắn hạn và kiểm soát sự cố môi trường Các yếu tố được mô hình hóa là yển chất ô nhiễm của gió, khuếch tán do xáo trộn rối, độ nâng cao vệt khói ise), sự biến đổi hóa học các chất ô nhiễm, sự lắng đọng cũng như ảnh hưởng của địa hình Cơ sở dữ liệu đầ

ề hí tượng như tốc độ gió, chiều cao xáo trộn, hệ số khuếch tán và đặc điểm của khu vực

hững khái niệm cơ b

Cá 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 (area 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

-

p

óa học (Chemical transformation): Có nhiều phản ứng hóa học xảy

ốt quá trình lan truyền chất ô nhiễm trong không khí Kết quả của các phản ứng hóa học này là nhiều chất ô nhiễm thứ cấp (secondary pollutant)

ình tiền định, 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

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 tạchất trong khí quyển trong trường hợp có gió (>1 m/s) chủ yếu bởi quá trình tải, nhưng sự di chuyển của tạp chất trong trường hợp lặng gió thường là do

- Lắng đọng ướt (Wet deposition): Là một trong những cơ chế làm s

quyển hiệu quả nhất Tuy nhiên, trong khi khí quyển được làm sạch thì đất có thể bị axit hóa và điều này có thể gây hại đối với một số khu vực nhạy cảm

Lắng đọng khô (Dry deposition): Là qu

truyền chất ô nhiễm Cơ chế gây ra quá trình lắng đông khô là do lực trọng trường, cây cối, quá trình hút hoặc phản ứng của bề mặt trái đất

Phân loại

cả các mô hình ô nhiễm không khí có thể chia thà

s tiếp cận để giải quyết bài toán phát tán ô nhiễm Chúng bao gồm: Mô hình

c (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

- Ngược lại với mô h

nghiệm có sẵn Ví dụ, mô hình thống kê được sử dụng để dự đoán nồng độ chất ô nhiễm trong một vài giờ tới ở một vùng này đó được căn cứ vào các hàm thống kê của các số liệu có sẵn và quan hệ giữa các số liệu này và xu hướng diễn biến nồng độ trong thời gian trước đây

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

ai loại thông dụng của mô hình số Tuy nhiên, trong trường hợp trạng thái ổn định, thì

ử dụng phương pháp giải tích giải quyết bài toán phát tán được chấp nhận Phương háp này được biết đến như là mô hình khuếch tán Gauss Phương trình khuếch tán auss có thể nhận được từ cả hai mô hình Euler và Largrang và là lời giải đặc biệt của

tóm tắt các loại mô hình khuếch tán ô nhiễm không khí

Hình 2.2 - Tổng quan các loại mô hình khuếch tán ô nhiễm không khí

Sự khác nhau cơ bản của hai loại mô hình Euler và Largrang này được minh họa trong hình 2.3 Trong đó 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 2.3 - Hệ quy chiếu của mô hình Euler và mô hình Largrang

2.3.3 nh cơ bản để tính nồng độ chất ô nhiễm trong khí quyển

ô tả quá trình khuyếch tán chất ô nhiễm

hì mức độ ô nhiễm không khí thường đượ

m phân bố trong không gian và biến đổi theo thời gian

ố theo thời gian và không gian được mô tả từ phương trình chuyển tải vật

zz

zyy

xx

zt

CwβCαC

Cku

t

+

−+

kx, ky, kz -Các thành phần của hệ số khuyếch tán rối theo các trục Ox, Oy

Oz

Ck

Ck

Cw

Cv

∂+

g đó:

C - Nồng độ chất ô nhiễm trong không khí

x, y, z - Các thành phần toạ độ theo 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

hất khác do những

phỏng sự lan truyền ô nhiễm Trên thực tế để giải phương trình này người ta phải tiến hành

- Nếu hướng gió trùng với trục Ox thì thành phần tốc độ gió chiếu lên trụ

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

0 (trong trường hợp bụi nặng thì lúc đó ta sẽ cho Ws ≠0);

như không xét đến chất ô nhiễm được bổ sung trong quá trình khuyếch tá

α = β = 0

Như vậy sau các giả thiết và chấp nhận 1 số điều kiện gần đúng thì phương trình

ưới dạng phương trình (2.1):

α - Hệ số tính đến sự liên kết của chất ô nhiễm với các phần tử khác của

môi trường không khí

β - Hệ số tính đến sự biến đổi chất ô nhiễm thành các c

quá trình phản ứng hoá học xảy ra trên đường lan truyền

k

Ck

Cu

2 y

z

Cky

Ckx

Cut

C

∂

∂+

∂

∂

thì phương trình (2.3) được viết là:

2

2 z 2

2 y

z

Cky

Ckt

C

∂

∂+

Ta thấy phương trình (2.4) là dạng phương trình truyền nhiệt 2 chiều Tùy theo

điều kiện ban đầu và điều kiện biên mà ta có các nghiệm giải tích khác nhau

chiều có dạng sau: m n hiệm giải tích phương trình (2.4), đầu tiên xét bài toán truyền nhiệt 1

0 t ,

2 2

XT ' = 2 ''

const λ

T a

T X

X " + 2 =

0 T λ a

T ' + 2 2 =

x iλ 1

1 C e

x iλ 2

e C

e λ A t

Nếu các đạo hàm của phương trình (2.5) có thể tính được bằng cách vi phân thành phần dưới dấu tích phân của (2.10) thì có nghĩa phương trình (2.10) sẽ thoả mãn

Ngoài ra ta còn phải thoả mãn điều kiện ban đầu t = 0 Khi đó ta có:

∫ ∫ ( ( ) ) ( )Xét tích phân:

x iλ t λ

2 2

2

etπa2

1dλ

e2π

1I

−

−

− +

1t

x,

ζ x 2

2 2

1t

ζ,x,

Hàm số này thoả mãn phương trình truyền nhiệt theo các biến (x,t) và có thể iểm tra trực tiếp bằng cách lấy đạo hàm:

k

( ) (4a t)

ζxeζx.π2

2

( )a t 4( ( )a t ) (4a t)2

2

2 ⎥⎤ − −

− +

ζ x a t a 2

a - π 2

1

2 2

2

2 2

e.kπt2tx,

Đây là nghiệm của bài toán lan truyền ô nhiễm một chiều với nguồn thải Q Cùng với điều kiện biên x→∞ th

i với bài toán hai chiều ta có phương trình tương tự:

ỏi chân nguồn thảĐố

−

2 x

2

k

y k

x 4t 1

2 y x

e k k πt 4

Q t

y, x,

i với bài toán 3 chiều ta có:

Đố