Áp dụng mô hình Breeze ISCST3 để đánh giá mức độ ô nhiễm và đề xuất các giải pháp quản lý chất lượng không khí cho KCN Nhơn Trạch I

Áp dụng mô hình Breeze ISCST3 để đánh giá mức độ ô nhiễm và đề xuất các giải pháp quản lý chất lượng không khí cho KCN Nhơn Trạch I Áp dụng mô hình Breeze ISCST3 để đánh giá mức độ ô nhiễm và đề xuất các giải pháp quản lý chất lượng không khí cho KCN Nhơn Trạch I luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

Tháng năm dầu dãi nắng mưa Con đò tri thức thầy đưa bao người Qua sông gửi lại nụ cười Tình yêu xin tặng người Thầy kính yêu

Lời đầu tiên tôi xin gửi lời tri ân chân thành đếnThầy Lê Hoàng Nghiêm đã tận tình hướng dẫn, đã cung cấp rất nhiều tài liệu quý báu để tôi có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này.Tôi cũng chân thành cảm ơn đến:

Quý thầy cô lớp Cao học Quản Lý Môi Trường – Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TPHCM đã tận tình chỉ dạy và truyền đạt những kiến thức chuyên môn quý giá cho tôi trong suốt quá trình học tập Đồng thời, xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các anh chị và các bạn học cùng lớp cao học khóa 2009

Anh Danh – Phó phòng Quản Lý Môi Trường của Ban Quản Lý Các KCN Đồng Nai cùng các Anh Chị khác đã nhiệt tình giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thu thập, điều tra và khảo sát

Sau cùng tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, người thân cùng tất cả các anh chị và bạn bè đã động viên và ủng hộ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình thực hiện luận văn này

TPHCM, ngày tháng năm

Học Viên

Nguyễn Thị Ánh Loan

TÓM T ẮT

Trong luận văn này, mô hình lan truy ền chất ô nhiễm không khí thời đoạn ngắn phiên bản 3 (ISCST3 - Industrial Source Complex Short Term 3) được dùng để dự báo nồng độ sulfur dioxide (SO2), bụi lơ lửng (TSP), carbon monoxide (CO) và nitrogen oxides (NO2) trong phạm vi KCN Nhơn Trạch I cũng như khu vực lân cận

Đề tài nghiên cứu các nguồn thải trong phạm vi ảnh hưởng của lưới tính là 10km x 10km, với nguồn thải chủ yếu là các nguồn điểm như ống khói phát thải trong KCN Nhơn Trạch I 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 3 kịch bản : (1) các nguồn thải hiện hữu, (2) Dự báo khi KCN lắp đầy, (3) Giảm thiểu Kết quả của các

kịch bản này chỉ ra rằng, SO2 chính là chất ô nhiễm đáng quan tâm nhất Hầu hết các giá trị SO2 trung bình 1h và cả 24h đều vượt Quy chuẩn QCVN

05 :2009/BTNMT Các biểu đồ, các hình ảnh chạy mô hình cũng đư ợc trình bày đ ể

giải thích và đánh giá mức độ ô nhiễm của các nguồn thải trong KCN Nhơn Trạch I

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

Phần cuối cùng là từ kết quả đánh giá mức độ ô nhiễm của KCN Nhơn Trạch I đề

xuất các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm cho KCN Nhơn Trạch I

DANH M ỤC TỪ VIẾT TẮT

ISCST (Industrial Source Complex Short Term 3): Mô hình cho nguồn thải công nghiệp thời đoạn ngắn

ISCLT (Industrial Source Complex Short – term): Mô hình cho nguồn thải công nghiệp thời đoạn dài

GPS(Global Positioning System) : Hệ thống định vị toàn cầu

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

Công nghiệp số 2

USEPA(U.S Environmental protectionAgency): Cục bảo vệ môi trường Hoa Kỳ UTM (Universal Transverse Mercator) : Hệ quy chiếu toàn cầu

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

đại riêng lẻ

VEPA (Viet Nam Environmental : Tổ chức bảo vệ môi trường Việt

DANH M ỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Các bước phát triển và áp dụng các mô hình mô phỏng hệ thống

Bảng 3.1 Các doanh nghiệp trong KCN Nhơn Trạch I

Bảng 3.2 Ngành nghề hoạt động trong KCN Nhơn Trạch I

Bảng 3.3 Tình hình sử dụng nhiên liệu

Bảng 3.4 Một số dự án đang hoạt động trong KCN phát sinh khí thải

Bảng 3.5 Biện pháp khống chế ô nhiễm không khí của một số dự án

Bảng 4.1 Thống kê chế độ gió các tháng trong năm 2009

Bảng 4.2 Các nguồn phát sinh khí thải

Bảng 4.3 Hệ số phát thải đối với các loại nhiên liệu

Bảng 4.4 Kịch Bản 1- Kịch bản đánh giá hiện trạng áp dụng mô hình Breeze ICST3 cho tất cả các nguồn thải hiện hữu

Bảng 4.5 Kịch bản 2 – Kịch bản dự báo áp dụng mô hình Breeze ICST3 cho các nguồn thải trong KCN khi lắp đầy 100%

Bảng 4.6 Kịch bản 3 – Kịch bản giảm thiểu áp dụng mô hình Breeze ICST3 khi các nguồn thải trong KCN Xử lý khí thải đạt Quy chuẩn QCVN 19:2009/BTNMT

Bảng 4.7 Thuộc tính các điểm nhạy cảm trong khu vực

Bảng 4.8 Dữ liệu các nguồn thải điểm (Point Source)

Bảng 4.9 Dữ liệu các điểm nhạy cảm (Discrete Receptor)

Bảng 4.10 Nồng độ SO2 cực đại các tháng (Kịch bản 1)

Bảng 4.11 Nồng độ TSP cực đại các tháng (Kịch bản 1)

Bảng 4.12 Nồng độ CO cực đại các tháng (Kịch bản 1)

Bảng 4.13 Nồng độ NO2 cực đại các tháng (Kịch bản 1)

Bảng 4.14 Nồng độ cực đại tại các điểm nhạy cảm

Bảng 4.15 Kết quả đánh giá bản đồ vùng ô nhiễm SO2 (Kịch bản 1)

Bảng 4.16 Nồng độ SO2 cực đại các tháng (Kịch bản 2)

Bảng 4.17 Nồng độ TSP cực đại các tháng (Kịch bản 2)

Bảng 4.18 Kết quả đánh giá bản đồ phân bố ô nhiễm SO2 (Kịch bản 2)

Bảng 4.19 Nồng độ SO2 cực đại các tháng (Kịch bản 3)

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

Bảng 4.21 Các thông số thống kê sử dụng đánh giá mô hình

Bảng 4.22 Thống số thống kê UPA năm 2009

DANH M ỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Cấu trúc mô hình hóa

Hình 2.2 Ý tưởng thể hiện vai trò các mô hình môi trường trong quản lý môi trường Hình 2.3 Các bước thực hiện mô hình hóa

Hình 2.4 Các giai đoạn đầu tiên của sự phát thải ô nhiễm không khí

Hình 2.5 Nồng độ cực đại trong không khí theo thời gian và theo khoảng cách Hình 2.6 Sự thay đổi của vệt khói có mật độ nhỏ hơn của không khí

Hình 2.7 Một số hiệu ứng từ phát thải do nguồn cao

Hình 2.8 Ảnh 3-D của mô hình ISC mô phỏng địa hình trong thực tế

Hình 2.9 Tổng quan các loại mô hình khuếch tán ô nhiễm không khí

Hình 2.10 Cấu trúc tổng quan mô hình ISCST3 đối với nguồn điểm

Hình 2.11 Cấu trúc tổng quan mô hình ISCST3 đối với nguồn vùng

Hình 3.1 Khu công nghiệp Nhơn Trạch I

Hình 3.2 Hệ thống xử lý nước thải KCN Nhơn Trạch I

Hình 4.1 Quy trình xử lý dữ liệu khí tượng

Hình 4.14 Menu Add-Ins/Geoser Manager

Hình 4.15 Menu Map/Layer

Hình 4.16 Hộp thoại Set View

Hình 4.17 Các lớp dữ liệu được đưa vào mô hình

Hình 4.18 menu Tools/Table View

Hình 4.19 Mục Point Source

Hình 4.20 Mục Discrete Receptor

Hình 4.21 Nút Cartesian Grid Tool

Hình 4.22 Hộp thoại Grid

Hình 4.23 Hộp thoại Meteorology Options/Met File

Hình 4.24 Hộp thoại Meteorology Options/Data Period

Hình 4.25 Menu Options

Hình 4.26 Menu Analysis/Model Run

Hình 4.27 Nồng độ SO2 (1h) cực đại các tháng (Kịch bản 1)Hình 4.28 Nồng độ SO2 (24h) cực đại các tháng (Kịch bản 1)Hình 4.29 Nồng độ TSP (1h) cực đại các tháng (Kịch bản 1) Hình 4.30 Nồng độ TSP (24h) cực đại các tháng (Kịch bản 1)Hình 4.31 Nồng độ NO2 (1h) cực đại các tháng (Kịch bản 1) Hình 4.32 Nồng độ NO2 (24h) cực đại các tháng (Kịch bản 1)Hình 4.33 Nồng độ SO2 cực đại tháng 1

Hình 4.34 Nồng độ SO2 cực đại tháng 2

Hình 4.35 Nồng độ SO2 (1h) cực đại các tháng (Kịch bản 2) Hình 4.36 Nồng độ SO2 (24h) cực đại các tháng (Kịch bản 2) Hình 4.37 Nồng độ SO2 cực đại tháng 1

Hình 4.38 Nồng độ SO2 cực đại tháng 2

Hình 4.39 Nồng độ SO2 (1h) cực đại các tháng (Kịch bản 3) Hình 4.40 Nồng độ SO2 (24h) cực đại các tháng (Kịch bản 3)

1.1 TÍNH C ẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

1.2 M ỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

1.3 N ỘI DUNG

1.4 TÍNH M ỚI

1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.5.1 Phương pháp tổng quan tài liệu

1.5.2 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu

1.5.3 Phương pháp đo đạc, khảo sát, điều tra và thu thập số liệu 1.5.4 Phương pháp mô hình hóa

1.5.5 Phương pháp chạy mô hình

1.5.6 Phương pháp phân tích, dự báo và đánh giá

1.6 PH ẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

1.6.1 Ph ạm vi nghiên cứu

1.6.2 Đối tượng nghiên cứu

1.7 Ý NGH ĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

1.7.1 Ý ngh ĩa khoa học

1.7.2 Ý ngh ĩa thực tiễn

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 T ỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA

2.1.1 Khái ni ệm về mô hình hóa

2.1.2 Vai trò c ủa mô hình hóa môi trường

2.1.3 Các bước thiết lập và phát triển mô hình

2.2 MÔ HÌNH KH ẾCH TÁN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

2.2.1.S ự phát tán chất khí trong khí quyển

2.2.2 Các y ếu tố ảnh hưởng sự phát tán chất ô nhiễm không khí

2.2.2.1 Ảnh hưởng của tính nổi của khí lên sự phát tán của chúng 2.2.2.2 Ảnh hưởng chiều cao phát thải lên sự phát tán

2.3 MÔ HÌNH ISCST3

2.3.1 Gi ới thiệu ISCST3

2.3.1.1 Tình hình nghiên c ứu trên thế giới

2.3.1.2 Tình hình nghiên c ứu Việt Nam

2.3.2 Phân lo ại các mô hình khuếch tán ô nhiễm không khí

2.3.3 C ấu trúc tổng quan của mô hình ISCST3

2.3.3.1 Đối với nguồn điểm (Point source)

2.3.3.2 Đối với nguồn vùng ( Area Source):

2.3.4 Thông s ố mô hình

2.3.4.1 D ữ liệu nguồn thải

2.3.4.2 D ữ liệu khí tượng (Số liệu 1h)

3.2.3 Các doanh nghi ệp đầu tư và hoạt động

3.2.4 Các ngành ngh ề được đầu tư KCN Nhơn Trạch I

3.3 MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ TẠI KCN NHƠN TRẠCH I 3.3.1 Ngu ồn phát sinh

3.3.2 Các bi ện pháp quản lý hiện nay

CHƯƠNG 4

ÁP D ỤNG MÔ HÌNH ISCST3 CHO KCN NHƠN TRẠCH I 4.1 CÁC THÔNG S Ố ĐẦU VÀO CỦA MÔ HÌNH ISCST3

4.1.1 D ữ liệu khí tượng Đồng Nai

4.1.1.1 Các bước xử lý số liệu khí tượng

4.1.1.2 Th ống kê dữ liệu khí tượng 1/2009

4.1.2 D ữ liệu các nguồn thải trong KCN Nhơn Trạch I

4.1.3 Điểm nhạy cảm (Receptor Data) của khu vực nghiên cứu 4.2 MÔ T Ả QUY TRÌNH CHẠY MÔ HÌNH ISCST3

4.2.1 Nh ập bản đồ khu vực nghiên cứu

4.2.2 Nh ập dữ liệu nguồn thải điểm và điểm nhạy cảm

4.2.3 T ạo lưới tính toán

4.2.4 Đưa dữ liệu khí tượng vào mô hình

4.3.1.3 Đánh giá kết quả tính toán của mô hình

4.3.1.4 Đánh giá kết quả nồng độ tại các điểm nhạy cảm

4.3.2 K ịch bản 2

4.3.2.1 Mô t ả kịch bản

4.3.2.2 K ết quả tính toán mô hình

4.3.2.3 Đánh giá kết quả tính toán mô hình

4.3.2.4 Đánh giá bản đồ phân bố ô nhiễm

4.3.3 K ịch bản 3

4.3.3.1 Mô t ả kịch bản

4.3.3.2 K ết quả tính toán mô hình

4.3.2.3 Đánh giá kết quả tính toán mô hình

4.4 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ HÌNH

CHƯƠNG 5

ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ CHO KCN NHƠN TRẠCH I & II

5.1 HOÀN THI ỆN CƠ CẤU TỔ CHỨC HỆ THỐNG QUẢN LÝ MÔI

TRƯỜNG VÀ THỰC THI PHÁP LUẬT BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 5.2 QUY HO ẠCH KCN GẮN LIỀN VỚI QUY HOẠCH TỔNG THỂ

PHÁT TRI ỂN KINH TẾ - XÃ HỘI VA BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 5.3 BI ỆN PHÁP QUẢN LÝ CHUNG

5.3.1 Bi ện pháp khuyến khích, hỗ trợ và tư vấn

5.3.2 Nâng cao ý th ức, vai trò cộng đồng

5.4 BI ỆN PHÁP KỸ THUẬT KHỐNG CHẾ Ô NHỄM KHÔNG KHÍ

5.4.1 Bi ện pháp kỹ thuật khống chế ô nhiễm không khí

5.4.2 Bi ện pháp sử dụng thiết bị xử lý ô nhiễm không khí

5.4.3 Bi ện pháp quản lý và vận hành

5.4.4 S ử dụng cây xanh hạn chế ô nhiễm

CHƯƠNG 1

T ỔNG QUAN 1.2 TÍNH C ẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Theo báo cáo của Trung tâm quan trắc và kỹ thuật môi trường ( thuộc Sở Tài nguyên - môi trường Đồng Nai), kết quả quan trắc trong năm 2009 và những năm gần đây cho thấy tình hình kinh tế - xã hội phát triển đã kéo theo việc gia tăng các chất gây ô nhiễm làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng cuộc sống của người dân

Việc phát triển sản xuất công nghiệp với sự ra đời hàng loạt khu và cụm công nghiệp trên địa bàn tỉnh là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm không khí, nguồn nước trong vùng Các loại khí thải phát sinh từ hoạt động sản xuất

của các nhà máy đã tạo ra một lượng khói bụi cũng như các loại khí làm ô nhiễm môi trường là r ất lớn Một yếu tố góp phần không nhỏ ảnh hưởng đến môi trường không khí tại các khu công nghiệp là tốc độ xây dựng hạ tầng ngày càng gia tăng Điều đó đã làm giảm diện tích tự nhiên, thiếu lượng cây xanh và gia tăng diện tích bê tông hóa, làm cho môi trường tại những vùng này không đảm

bảo điều hòa không khí

Ta biết 5 đô thị lớn được cảnh báo là có nồng độ ô nhiễm không khí cao trong

đó có Bình Dương, TPHCM, Đồng Nai, Hải Phòng và Hà Nội Khảo sát gần đây

của Bộ Công Thương thì 40% ô nhiễm không khí là do hoạt động công nghiệp Đặc biệt là các khu công nghiệp, mức độ ô nhiễm ở các khu công nghiệp tăng cao là do những biện pháp xử lý khí thải còn khá đơn giản, nhiều doanh nghiệp không tự giác áp dụng các công nghệ vào xử lý khí thải hoặc cố ý xả thải không qua xử lý Hơn nữa, các khu công nghiệp chưa có công cụ để tính toán lượng khí

thải ô nhiễm, chưa thống nhất cách tính ô nhiễm từ nhiên liệu, loại hình công nghệ, trình độ công nghệ Công tác thanh tra, kiểm tra và xử lý hành vi vi phạm môi trường chỉ mới tập trung vào loại hình xử lý nước thải và chất thải nguy hại

của doanh nghiệp Còn khí thải chưa được quan tâm đúng mức Mức xử phạt đối

với hành vi xả khí thải vượt tiêu chuẩn cho phép còn thấp Cũng chưa có doanh nghiệp nào bị buộc tạm ngưng hoạt động vì hành vi vi phạm xả khí thải vượt tiêu chuẩn Do đó, nhiều doanh nghiệp vẫn xem nhẹ vấn đề này

Đồng Nai là một tỉnh nằm trong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam có tốc độ tăng trưởng kinh tế cao, cơ cấu kinh tế của tỉnh chuyển dịch theo hướng tăng dần

tỉ trọng công nghiệp và dịch vụ Trong những năm gần đây các khu công nghiệp

mọc lên rất nhiều và thu hút đầu từ nước ngoài đã tạo ra nhiều áp lực lớn về môi trường, đặt ra nhiều thách thức giữa yêu cầu bảo vệ môi trường và lợi ích tăng trưởng kinh tế Trong đó, KCN Nhơn Trạch I cũng là một trong những KCN có

khả năng gây ô nhiễm môi trường

“Ô nhiễm không khí là sát thủ thầm lặng” Nó không gây ra hậu quả tức thời mà

âm thầm tiêu diệt dần sức khỏe của cộng đồng, những tổn hại mà ô nhiễm không khí gây ra cho sức khỏe cộng đồng sẽ khôn lường Vì vậy vấn đề đặt ra và cần quan tâm ở đây là:

- Trong tình hình ô nhiễm môi trường tại các Khu công nghiệp, cụm công nghiệp hiện đang trong tình trạng báo động Vấn đề nan giải đặt ra là làm cách nào hạn chế đến mức thấp nhất sự ảnh hưởng đến môi trường xung quanh

- Trong điều kiện địa hình, khí tượng phức tạp và có nhiều nguồn phát thải tập trung thì việc phát thải diễn ra như thế nào? Nồng độ phân bố tại các vị trí sẽ như ra sao?

- Nếu có sự cố xảy ra (một lượng khí thải lớn phát thải ra môi trường) thì có

thể dự báo phạm vi ảnh hưởng không? Tại vị trí nào bị ảnh hưởng mạnh nhất

và mức nguy hại nhiều nhất?

- Các nguồn thải từ KCN Nhơn Trạch I ảnh hưởng như thế nào đến khu vực xung quanh? Mức độ ảnh hưởng diễn biến như thế nào?

- Dự báo mức độ ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng xung quanh KCN? Khu

vực nào sẽ bị ảnh hưởng nhiều nhất?

1.2 M ỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Nội dung của đề tài luận văn tốt nghiệp là: Xây dựng cơ sở dữ liệu phát thải ô nhiễm không khí và áp dụng công cụ mô hình để đánh giá mức độ ô nhiễm và đề

xuất các biện pháp quản lý chất lượng môi trường không khí KCN Nhơn Trạch

I Vì thế mục tiêu chính của đề tài là:

- Xây dựng cơ sở dữ liệu phát thải bao gồm: Xây dựng cơ sở dữ liệu khí tượng

và xây dựng cơ sở dữ liệu phát thải khí thải ô nhiễm

- Chạy mô hình ISC-ST3 cho KCN Nhơn Trạch I với 3 kịch bản như sau:

+ K ịch bản 1: kịch bản đánh giá hiện trạng, áp dụng công cụ mô hình Breeze ICST3 cho t ất cả các nguồn thải hiện hữu

+ K ịch bản 2: kịch bản dự báo, áp dụng mô hình Breeze ICST3 cho các ngu ồn thải trong KCN khi lấp đầy 100%

+ K ịch bản 3: Kịch bản giảm thiểu, áp dụng công cụ mô hình Breeze ICST3 khi các ngu ồn thải trong KCN xử lý khí thải đạt QCVN 05:2009/BTNMT

- Từ kết quả của chạy mô hình ta đưa ra các biện pháp quản lý chất lượng môi trường KCN Nhơn Trạch I

1.3 N ỘI DUNG

Nội dung chính mà đề tài tập trung giải quyết đó là:

- Xây dựng cơ sở dữ liệu khí tượng Thu thập các số liệu khí tượng tại khu vực

tỉnh Đồng Nai và chuẩn bị dữ liệu khí tượng đầu vào cho mô hình ISCST3

- Thu thập và xây dựng cơ sở dữ liệu phát thải chất ô nhiễm không khí của các Nhà máy trong KCN Nhơn Trạch I

- Áp dụng mô hình ISCST3 đánh giá m ức độ ô nhiễm do bụi, SO2, NOx, CO

do các nhà máy trong KCN Nhơn Trạch I gây ra

- Nghiên cứu các biện pháp giảm tải lượng ô nhiễm và đề xuất các giải pháp

quản lý nhằm đảm bảo chất lượng không khí trong KCN Nhơn Trạch I và khu vực xung quanh đạt quy chuẩn hiện hành

1.4 TÍNH M ỚI

- Tính m ới của mô hình

Mô hình ISCST3, thế hệ thứ 3 là mô hình do US EPA cải tiến và là mô hình khuếch tán được đề nghị, đã và đang s ử 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 nguồn thải và chế độ gió

Mô hình có thể tính toán nồng độ trung bình 1h, 2h, 4h, 6h, 8h, 12h, 24h, tháng, năm hoặc bất kỳ phân đoạn thời gian nào của các chất ô nhiễm không khí như bụi lơ lửng, SO2, NO2, CO…

- Tính m ới khí tượng

Mô hình Breeze ISCST3 là phiên bản mới với yeu cầu cơ sở dữ liệu khí tượng format 1h trong khi các mô hình khác đang áp d ụng hiện nay ở Việt Nam sử dụng chuỗi số liệu đầu vào là các giá trị quan trắc của các Đài khí tượng thủy văn là 4 obs

1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong đề tài như:

- Phương pháp tổng quan tài liệu

- Phương pháp thống kê và xử lý số liệu

- Phương pháp đo đạc, khảo sát, điều tra và thu thập số liệu

- Phương pháp mô hình hóa

- Phương pháp chạy mô hình

- Phương pháp phân tích, dự báo và đánh giá

1.5 1 Phương pháp tổng quan tài liệu

Phương pháp này sẽ kế thừa các thông tin đã có t ừ các tài liệu, kết quả điều tra hoặc các nghiên cứu liên quan trước đây để phân tích và tổng hợp các thông tin cần thiết phục vụ đề tài

1.5.2 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu

Phương pháp này giúp trình bày, x ử lý những số liệu sau khi đã thu th ập để khai thác có hiệu quả những số liệu thực tế đó, rút ra nhận xét kết luận khoa

học, khách quan đối với những vấn dề cần nghiên cứu, khảo sát

 Số liệu khí tượng

Đối với dữ liệu khí tượng (surface data va upper air data) dạng format theo ½h sẽ xử lý qua nhiều bước sử dụng các chương trình viết bằng ngôn ngữ lập trình compaq Visual Forttran để chuyển thành dạng format trung bình 1h tương ứng sử dụng trực tiếp cho mô hình

Sử dụng phần mềm Wrplot View để thống kê, biểu diễn các dữ liệu khí tượng thành các bản đồ có hình dạng “hoa gió” Một “hoa gió” bao gồm

sự biến thiên hướng thổi, thời gian thổi của gió bằng các hình quạt trên

bản đồ trục Bắc – Nam, Tây – Đông có thang đơn vị phần trăm (%) 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

1.5.3 Phương pháp đo đạc, khảo sát, điều tra và thu thập số liệu

Thu thập số liệu là một công đoạn hết sức quan trọng trong các quá trình nghiên cứu Dữ kiện đầu vào của mô hình mô tả các yếu tố môi trường và

nguồn phát thải vì vậy cần phải khảo sát, điều tra để thu thập các thông tin

cần thiết Các thông tin là một công cụ quan trong và thông tin toàn diện để

chạy mô hình ISCST và từ đó dự báo nồng độ các chất ô nhiễm tại mặt đất

Mô hình ISCST3 có thể được áp dụng cho nhiều loại nguồn công nghiệp: nguồn điểm (point source): ống khói, nguồn mặt (area source), nguồn đường (line source), nguồn vùng (area source), nguồn thể tích (volume source) Về

cơ bản, các thông số khí tượng là giống nhau cho mỗi trường hợp, nhưng đối

dữ liệu phát thải sẽ có một vài khác biệt phù hợp với đặc tính từng loại nguồn

Các dữ liệu đầu vào mô hình ISCST3 yêu cầu phải được phân loại theo 3 nhóm:

- D ữ liệu nguồn phát thải

Thông tin nguồn phát thải cần cho dữ kiện đầu vào mô hình bao gồm: Vị trí ống khói và các nguồn thải khác (tọa độ), đặc điểm vật lý ống khói (chiều cao, đường kính trong), vận tốc khói thải và nhiệt độ khói thải, hàm lượng các chất ô nhiễm giải phóng ra ngoài Cuối cùng là thời gian

đo trung bình (1 giờ, 24 giờ, hay 1 năm)

Một vài trường hợp có thể yêu cầu thêm các thông tin đầu vào khác nữa như cao độ nguồn điểm, các kích thước tường chắn (ví dụ chiều rộng trung bình và khoảng cách giữa các tường chắn, nếu có), kích thước phần

tử bụi phát tán với vận tốc lắng tương ứng và hệ số phản xạ mặt đất Ngoài ra, việc thu thập hoặc đo đạc giá trị các chất ô nhiễm không khí

thực tế tại KCN Nhơn Trạch I trong cùng thời gian nghiên cứu là cần thiết cho việc kiểm tra độ tin cậy của mô hình ISCST3

 Hiện, tại KCN Nhơn Trạch I có 63 doanh nghiệp đang hoạt động trong đó có 39 nguồn thải đáng quan tâm Các thông số về vị trí nguồn thải sẽ được đo đạc bằng máy định vị Đối với dữ liệu phát

thải, sẽ tiến hành thu thập từ các đơn vị liên quan và từ quá trình điều tra thực tế bằng phiếu thu thập thông tin (Phần Phụ lục)

trộn, độ ổn định của tầng kết theo Pasquill Lý tư ởng nhất là có được dữ

liệu về khí tượng trong 1 năm

- D ữ liệu điểm tiếp nhận

Nghĩa là thông số định dạng cho tất cả điểm tiếp nhận (ví dụ, khu vực có dân số cao hay nồng độ chất thải cực đại cho phép tại mặt đất) Thông thường, các điểm tiếp nhận được định vị bởi toạ độ và cao độ

1.5.4 Phương pháp mô hình hóa

Mô hình Breeze ISCST3 đư ợc 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 thể tích (volume source)

Các bước áp dụng mô hình Breeze ISCST3 bao gồm:

- Số hóa bản đồ KCN Nhơn Trạch I bằng phần mềm Mapinfo thành bản đồ

có thể tích hợp vào mô hình

- Xử lý số liệu khí tượng năm 2009 thành dạng format 1h

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

- Tích hợp bản đồ, cơ sở dữ liệu nguồn thải và dữ liệu khí tượng vào phần

mềm Breeze ISCST3

- Chạy mô hình trên cơ sở dữ liệu đầu vào, chạy mô hình cho các kịch bản khác nhau và hiển thị kết quả bằng bản đồ các đường đồng mức ô nhiễm

cũng như kết quả bằng số

- Dựa trên kết quả và bản đồ đánh giá mức độ ô nhiễm 4 thông số TSP,

NO2, SO2, CO cho KCN Nhơn Trạch I và khu vực lân cận Xác định vị trí

có nồng độ cao nhất cũng như so sánh với QCVN để đánh giá mức độ ô

nhiễm

- Kiểm định mô hình bằng cách so sánh với kết quả quan trắc thực tế Tìm

ra nguyên nhân dẫn đến sai số nếu có

1.5.5 Phương pháp chạy mô hình

Hiện nay, có nhiều mô hình toán học đã được phát triển để phục vụ cho nhu

cầu tính toán khuyếch tán ô nhiễm không khí Các mô hình này đã đư ợc 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 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 (plume rise), sự biến đổi hóa học các chất ô nhiễm, sự lắng đọng cũng như ảnh hưởng khí động của địa hình Các dữ liệu nhập vào mô hình bao gồm các số

liệu về nguồn thải thay đổi theo không gian và thời gian, các dữ liệu về khí tượng như tốc độ gió, chiều cao xáo trộn, hệ số khuếch tán,… đặc điểm địa hình của khu vực

Tất cả các mô hình khuyếch tán 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 Ba loại mô hình đầu tiên là mô hình toán học tập

hợp các thuật toán số và giải tích để mô tả tính chất vật lý và hóa học của bài toán

1.5.6 Phương pháp phân tích, dự báo và đánh giá

Dựa trên kết quả thu được từ mô hình phân tích, đánh giá hiện trạng ô nhiễm không khí tại khu công nghiệp Nhơn Trạch I trên cơ sở so sánh với Quy

Phạm vi trong KCN Nhơn Trạch I và khu vực xung quanh KCN

1.6.2 Đối tượng nghiên cứu

Các nhà máy có phát sinh khí thải thải trong KCN Nhơn Trạch I (Theo dữ

liệu thu thập được hiện nay KCN Nhơn Trạch I hiện có 63 Doanh nghiệp)

Các chất ô nhiễm cần quan tâm: Bụi,CO, SO2, NO2

1.7 Ý NGH ĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

1.7.1 Ý ngh ĩa khoa học

- Làm cơ sở ban đầu cho những nghiên cứu sâu hơn về thực trạng và giải pháp quản lý ô nhiễm không khí các KCN ở Nhơn Trạch

- Góp phần tạo cơ sở cho việc nghiên cứu thực trạng và giải pháp quản lý

ô nhiễm không khí tại các KCN trên địa bàn tỉnh Đồng Nai

1.7.2 Ý ngh ĩa thực tiễn

Quản lý chất lượng môi trường không khí là một vấn đề môi trường quan

trọng do tình hình không khí ô nhiễm tại các KCN ngày càng gia tăng với

tốc độ chóng mặt Đề tài thực hiện nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế về việc

quản lý chặt chẽ và xử lý triệt để các doanh nghiệp phát phải khí thải gây

ảnh hưởng đến chất lượng môi trường trong KCN và khu vực xung quanh

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 T ỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA

2.1.1 Khái ni ệm về mô hình hóa

Hiện nay không có lĩnh v ực nhận thức nào mà người ta không sử dụng đến

mô hình Theo nghĩa r ộng mô hình là cấu trúc được xây dựng trong tư duy

hoặc thực tiễn, cấu trúc này tái hiện lại thực tế ở dạng đơn giản hơn, công

thức hơn và trực quan hơn

Trong lịch sử phát triển con người đã t ừng sử dụng mô hình Mô hình là

những bức tranh đơn giản về thực tế và là công cụ để giải quyết nhiều vấn

đề Dĩ nhiên, mô hình sẽ không bao giờ chứa đựng tất cả các đặc tính của hệ

thống thực, bởi vì, chính nó không phải là hệ thống thực Nhưng điều quan

trọng là nó chứa đựng tất cả các đặc tính đặc trưng cần thiết trong phạm vi

của vấn đề cần giải quyết hay mô tả

Từ đó chuyên gia hàng đầu người Đan Mạch Jorgensen M.E cho rằng mô hình hóa môi trư ờng phải mang những đặc tính lưu ý đ ến khía cạnh quản lý hay vấn đề mang tính khoa học, đây chính là điều mà các nhà khoa học mong

muốn Môi trường là một hệ thống phức tạp Tuy nhiên, nhờ những nghiên

cứu mạnh mẽ trong nhiều thập kỷ qua nên ngày nay đã có thể thiết lập những

mô hình môi trư ờng mang tính thực tiễn cao Lĩnh v ực mô hình hóa môi trường đã phát triển nhanh chóng trong hai thập kỷ qua do những nhân tố sau :

- S ự phát triển công nghệ máy tính, cho phép chúng ta xử lý những phép tính toán r ất phức tạp

- Hi ểu biết chung về những vấn đề ô nhiễm, bao gồm việc loại trừ hoàn toàn ô nhi ễm là không khả thi, nhưng việc kiểm soát ô nhiễm thích hợp

v ới nguồn kinh tế giới hạn đòi hỏi sự cân nhắc đúng về những ảnh hưởng

c ủa ô nhiễm tác động lên hệ sinh thái

- Ki ến thức về môi trường của chúng ta và các vấn đề sinh thái đã gia tăng đáng kể Đặc biệt, chúng ta lĩnh h ội nhiều kiến thức hơn về mối quan hệ định lượng trong hệ sinh thái, thuộc tính sinh thái và các nhân tố môi trường

Hình 2.1 C ấu trúc mô hình hóa

2.1.2 Vai trò c ủa mô hình hóa môi trường

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

- Đạt được những hiểu biết tốt hơn về sự hình thành, tan rã và vận chuyển các ch ất ô nhiễm bằng cách xác định định lượng trên cơ sở các phản ứng, sự di chuyển và khuếch tán của chúng trong môi trường

- Xác định nồng độ tiếp xúc và đánh giá ảnh hưởng của các hóa chất đối

v ới con người và các sinh vật sống trong quá khứ, ở hiện tại và tương lai

- D ự đoán các điều kiện tương lai với các kịch bản về tải lượng phát thải (x ả thải) và kế hoạch hành động khác nhau

- Như là công cụ quản lý và nghiên cứu môi trường

Tầm quan trọng của việc sử dụng mô hình trong công tác quản lý môi

trường được minh họa trong Hình 2.1 Sự đô thị hóa và phát triển công nghệ đã tác động mạnh vào môi trường Năng lượng và các chất ô nhiễm được phát thải, xả thải vào môi trường sinh thái, và tại đây chúng gây nên

sự phát triển nhanh chóng của tảo hay vi khuẩn, phá hoại các loài khác

dẫn tới làm thay đổi cấu trúc sinh thái Một hệ sinh thái bất kỳ đều rất

phức tạp Với kiến thức môi trường sinh thái đầy đủ và hoàn chỉnh, có thể rút ra được những đặc trưng của hệ sinh thái liên quan đến các vấn đề ô nhiễm và qua nghiên cứu để hình thành nên nền tảng của mô hình môi trường

Hình 2.2 Ý t ưởng thể hiện vai trò các mô hình môi trường trong quản lý môi

trường 2.1.4 Các bước thiết lập và phát triển mô hình

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

- Nhận diện các cơ chế, nguyên lý cơ b ản và chi phối hệ thống nghiên cứu sau khi đã nghiên cứu kỹ các quá trình vật lý, hóa học và sinh học

- 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 đ ại số hay

phương trình vi phân đ ộc lập hoặc ở dạng phức tạp như phương trình vi phân

- Giải phương trình hay h ệ phương trình này bằng phương pháp giải tích

nếu có thể, nếu không thì giải bằng phương pháp số

- Kiểm tra lời giải của mô hình có thỏa mãn các dữ liệu đã cho trư ớc hay không, nếu không quá trình xây dựng mô hình quay trở lại bước 1 và lặp

đi lặp lại cho đến khi lời giải của mô hình có thể chấp nhận được

Hình 2.3 Các bước thực hiện mô hình hóa

B ảng 2.1 Các bước phát triển và áp dụng các mô hình mô phỏng hệ thống

STT

1 Hi ện trạng vấn đề và mục tiêu nghiên cứu

- Nhận biết tình hình hiện trạng của vấn đề nghiên cứu

- Nhận diện mục tiêu nghiên cứu

- Đồng nhất hóa các đối tượng nghiên cứu

2 Phân tích h ệ thống

- Cách ly hệ thống nghiên cứu ra khỏi môi trường của hệ thống

- Ước lượng và đánh giá các dự liệu hiện có

- Khái quát mô hình hóa cho vấn đề nghiên cứu

- Thiết lập mô hình toán học

3 T ổng hợp hệ thống

- Mô hình hóa, lập trình trên máy tính

- Kiểm tra sự kết hợp số hóa

- Hiệu chỉnh mô hình

- Kiểm tra độ nhạy cảm của mô hình

- Xác nhận tính hợp lệ và đúng đắn của mô hình bằng cách sử dụng các tập hợp dữ liệu khác nhau

4 Phân tích mô ph ỏng

- Đánh giá và giải thích kết quả mô hình

- Thẩm tra kỹ lại các bước phân tích và tổng hợp hệ thống

Người làm mô hình luôn quan tâm tới các thành phần tham gia vào mô hình Các phương trình và các tham số liên quan phải phản ánh đúng các thành

phần của mô hình (tất nhiên không thể đòi hỏi sự tuyệt đối mà chỉ có thể nói càng xấp xỉ đúng thực tế càng tốt) Người làm mô hình cũng c ần phải có nghiên cứu đôi chút về các phương trình mô t ả các thành phần trong mô hình Một số nguyên lý có thể ứng dụng trong xây dựng mô hình sẽ được trình bày ở dưới đây:

Nguyên lý bảo toàn thường được sử dụng trong quá trình mô hình hóa Các

mô hình hóa, sinh học phải tuân thủ nguyên lý bảo tồn khối lượng cũng như nguyên lý bảo toàn năng lượng và động lượng Chúng ta sẽ áp dụng trong nghiên cứu sinh thái hai nguyên lý sau đây:

- Các h ệ sinh thái bảo toàn vật chất

Nguyên lý bảo toàn vật chất có thể được thể hiện bằng công thức toán

học sau đây:

+ Các h ệ sinh thái bảo toàn vật chất

+ Các h ệ sinh thái bảo toàn năng lượng

Nguyên lý bảo toàn vật chất có thể được thể hiện bằng công thức toán

học sau đây:

Trong đó:

m là tổng khối lượng của hệ Thực tế ứng dụng khẳng định này đòi

hỏi hệ sinh thái phải xác định có chỉ ra biên của hệ

Thay m = V.c, trong đó c là nồng độ ta nhận được công thức

Trong đó:

V – là thể tích của hệ

Nếu sử dụng nguyên lý bảo tồn khối lượng cho các thành phần hóa

học, có thể biến đổi phương trình trên như sau:

Theo thời gian sẽ có sự bổ sung và quá trình biến đổi dẫn tới sự hao

hụt chất ban đầu

2.2 MÔ HÌNH KH ẾCH TÁN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

2.2.1.S ự phát tán chất khí trong khí quyển

Hình 2.4 Các giai đoạn đầu tiên của sự phát thải ô nhiễm không khí

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới kích thước và hình dạng đám mây phát thải

chất khí vào khí quyển Để minh họa những gì diễn ra với đám mây này trong quá trình lan tỏa trong khí quyển chúng ta sử dụng một số hình vẽ dưới đây Trên Hình 2.4 đưa ra bốn giai đoạn chuyển động của đám khí sau khi phát thải theo hướng gió Vào thời điểm ban đầu (thời điểm 0) xuất hiện

một đám mây tức thời, nồng độ của khí trong đám mây khí với 100% nồng

độ của khí, không khí xung quanh còn chưa b ị ô nhiễm Vào thời điểm 20 giây sau đó, đám mây (khí) tăng kích thước do sự dịch chuyển cùng với không khí, phần của đám mây có nồng độ trước đó là 100% bắt đầu bé dần

Nồng độ của khí thay đổi trong phạm vi từ 100% ở nhân tới 0 tại gần biên

của đám mây Vào thời điểm 40 giây, hạt nhân 100% khí trở nên nhỏ hơn, còn vào thời điểm 80 giây, hạt nhân 100% gần như không còn n ữa Bắt đầu

từ thời điểm này, điểm cực đại (nồng độ mặt đất cực đại) sẽ nhỏ hơn 100%

và sẽ tiếp tục giảm Phần dưới của hình vẽ chỉ ra dãy các sự kiện dưới dạng

một biểu đồ Trên Hình 2.4 chỉ tiết diện nồng độ chất khí trong đám mây theo thời gian Đám mây trở nên ngày một trải rộng, điểm cực đại của nồng

độ (điểm ở tâm của nó) càng ngày càng thấp xuống Tại một điểm nào đó, điểm cực đại của nồng độ trở nên nhỏ hơn mức độ nguy hiểm Để thể hiện trên hình vẽ sự phụ thuộc của nồng độ cực đại tại mặt đất ở tâm của đám mây theo thời gian hay khoảng cách, chúng ta sẽ nhận được đường cong được thể hiện trên Hình 2.4

Hình 2.5 N ồng độ cực đại trong không khí theo thời gian và theo khoảng cách

2.2.2 Các y ếu tố ảnh hưởng sự phát tán chất ô nhiễm không khí

2.2.2.1 Ảnh hưởng của tính nổi của khí lên sự phát tán của chúng

Các chất khí phát thải vào khí quyển có thể nặng hơn lẫn nhẹ hơn không khí Trong trường hợp nhẹ hơn không khí, chất khí, hay tạp chất có thể hòa trộn với không khí tạo thành trạng thái có mật độ gần với không khí

Nồng độ mặt đất thường là nhỏ hơn bởi vì đi ểm với nồng độ cực đại

dọc theo đường lan truyền của đám mây sẽ được nâng lên cao Tốc độ nâng như vậy của đám mây sẽ là hàm số của hiệu mật độ giữa khí và không khí và của vận tốc gió Gió mạnh có xu hướng giữ đám mây ở bề

mặt đất lâu hơn Trên Hình 2 7 ý tưởng này được minh họa với một số đám mây riêng biệt, nhưng trên thực tế cũng đúng với các vệt khói

HUTECH

Hình 2.6 S ự thay đổi của vệt khói có mật độ nhỏ hơn của không khí

Các chất khí nặng hơn không khí sẽ có xu hướng hạ thấp xuống mặt đất

và trong một số điều kiện có thể chạm xuống mặt đất hay quay ngược lại

so với hướng gió Tuy nhiên trong khi bị pha loãng bởi không khí, tại một

số thời điểm chúng bắt đầu có xu hướng thay đổi giống như chất khí có

mật độ gần với mật độ của không khí Như vậy, việc xem xét sự phát tán

của chất khí nặng quan trọng hơn đối với những giá trị nồng độ gần nguồn

2.2.2.2 Ảnh hưởng chiều cao phát thải lên sự phát tán

Đa số phát thải công nghiệp được thực hiện qua ống khói Mặc dù trong trường hợp này các nguyên lý phát tán ô nhiễm đều có thể áp dụng, tuy nhiên, nồng độ mặt đất có sự khác biệt so với trường hợp nguồn thải ở dưới mặt đất Trên Hình 2.7 giải thích các nguyên lý của sự khác nhau này Điều quan trọng nhất ở đây là điểm đạt được nồng độ cực đại sẽ nằm

tại đường trung tâm dọc theo vệt khói

Hình 2.7 M ột số hiệu ứng từ phát thải do nguồn cao

Nếu chất khí nhẹ hơn không khí thì sự xuất hiện của chất ô nhiễm gần

mặt đất sẽ phụ thuộc rất nhiều vào vận tốc gió Như được chỉ ra trên Hình 2.7, đám mây hay vệt khói có thể nâng lên rất nhanh, rất chậm hay có thể không nâng lên chút nào phụ thuộc vào vận tốc gió và vận tốc bản thân phát thải vào không khí

2.3 MÔ HÌNH ISCST3

2.3.1 Gi ới thiệu ISCST3

2.3.1.1 Tình hình nghiên c ứu trên thế giới

Cụm từ ISC viết tắt từ tiếng Anh: Industrial Source Complex có nghĩa là nguồn thải công nghiệp tổng hợp, ISCST viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Industrial Source Complex Short Term: tính cho thời gian ngắn hạn, ISCLT viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Industrial Source Complex Long Term: tính cho thời gian dài hạn Bản ISC3 ra đời dựa trên sự cải tiến ISC2 Chương trình nghiên cứu ISC được bắt đầu từ tháng 4/1981 và kết thúc vào tháng 3/1992 Đây là kết quả nghiên cứu được thực hiện bởi Cục

Bảo vệ môi trường Mỹ

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 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 gi ản 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 Vào năm 1997, Viện quốc tế về phân tích hệ thống ứng dụng (IIASA, Laxenbourg, Áo) đã công b ố 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

Ngày nay, do vấn đề môi trường đã trở thành vấn đề toàn cầu cho nên có

rất nhiều chương trình nghiên cứu môi trường được thực hiện trong đó có bài toán xây dựng mô hình ảnh hưởng của ô nhiễm không khí

Hình 2.8 - Ảnh 3-D của mô hình ISC mô phỏng địa hình trong thực tế

Sau đây là một số nghiên cứu để đánh giá khả năng ứng dụng cũng như

sự chính xác của mô hình ISC đã đư ợc các nhà khoa học trên Thế giới

tiến hành:

• Browers đã đánh giá sự chính xác của mô hình ISC trong trư ờng hợp

xảy ra quá trình lắng đọng do trọng lực của chất ô nhiễm Các phép

thử nghiệm được thực hiện tại nhà máy thép ARMCO ở Middletown,

OH Kết luận cho thấy những dự báo của mô hình ISC có tính đ ến sự

lắng đọng là rất phù hợp với các dữ liệu đo đạc thực tế

• Ramesh và Naperkoski đã đánh giá mô hình ISCST thông qua s ự thử nghiệm gần 1 trạm phát điện Họ nhận thấy những dự báo của mô hình ISCST có ý nghĩa tích c ực hơn việc giám sát chất lượng không khí thực tế khi đã theo dõi tại cùng một vị trí và thời gian đo

• Zannetti tiến hành mô phỏng sự phát tán khí SO2 từ khu công nghiệp Shuaiba (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

• 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 quả dự báo với kết quả đo đạc thực tế Thử nghiệm này

dựa trên 50 giá trị SO2 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 mà sân bay quốc tế Kuwait chỉ nằm cách khu công nghiệp trên 30 km theo hướng Tây - Bắc

• Cũng cùng một khu công nghiệp, Abdul-Wahab đánh giá khả năng

của mô hình ISCST qua việc so sánh kết quả dự báo nồng độ SO2 tại

mặt đất với các giá trị đo đạc tại trạm quan trắc chất lượng không khí trong KCN Cuộcnghiên 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 biệt Nồng độ tại biên cũng được đo để xác định phạm vi phát tán của SO2 bên ngoài khu vực nghiên cứu của mô hình

2.3.1.2 Tình hình nghiên c ứu Việt Nam

Mặc dù đi sau và còn nhiều khó khăn do điều kiện kinh tế và chiến tranh, các nhà khoa học Việt Nam đã s ớm tiếp cận với phương pháp mô hình hóa ô nhiễm không khí phục vụ cho công tác quản lý và nghiên cứu Đề tài cấp nhà nước 42A-04-01 đã tiến hành thu thập các dữ liệu cao không, các dữ liệu phát thải và kiểm tra mô hình Berliand cho một số vùng ở

miền Bắc Các kết quả tính toán theo mô hình được so sánh với số liệu đo đạc và cho kết quả tương đối tốt, chấp nhận được

Hiện nay, đã có một số phần mềm được ứng dụng để giải quyết bài toán ô nhiễm không khí: Phần mềm CAP 1.0, CAP 2.5, ENVIMAP 2.0, ECOMAP…

• Phần mềm CAP (Computation for Air Pollution)1.0 tính toán ô nhiễm không khí theo mô hình Gauss, phần mềm CAP 2.5 tính toán ô nhiễm không khí theo mô hình Berliand Đ ặc điểm nổi bật của 02 phần mềm này sự đơn giản trong sử dụng

• Phần mềm ENVIMAP (ENVironmental Information Managerment anh Air Pollution Estimation) là mềm ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) và cơ sở dữ liệu trợ giúp quản lý môi trường không khí và tích hợp mô hình ô nhiễm không khí do các ống khói (mô hình Berliand)

• Phần mềm ECOMAP (Mapping and computing for Air Pollution software for central Economic key region - Vẽ và tính toán ô nhiễm không khí cho các tỉnh thuộc vùng kinh tế trọng điểm Miền Trung) là

phần mềm - hệ thông tin - mô hình môi trường trợ giúp công tác quản

lý và tính toán ô nhiễm không khí cho nguồn vùng (Hanna - Gifford)

Ở Việt Nam, mô hình ISCST hầu như chỉ được sử dụng trong các báo cáo đánh giá tác động môi trường để dự báo khả năng phát tán ô nhiễm không khí khi Dự án đi vào hoạt động Đây là một công cụ mạnh trong lĩnh vực này nhưng chưa được khai thác hết tiềm năng

Cơ sở lý thuyết của mô hình ISCST3 là mô hình Gauss Phương trình

Gauss cơ bản dùng để tính nồng độ chất ô nhiễm dọc theo trục luồng khói Phương trình s ử dụng hệ số phân tán và dự báo nồng độ chất ô nhiễm quanh nguồn điểm hay nguồn vùng với dữ liệu nhập vào mô hình

là tốc độ phát thải và các dữ liệu về khí tượng

2.3.2 Phân lo ại các mô hình khuếch tán ô nhiễm không khí

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

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

Ngược lại với mô hình tiền định, mô hình thống kê được xây dựng căn cứ trên môi quan hệ thống kê và bán thực nghiệm giữa các dữ liệu và số liệu

thực 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 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

Hình 2.9 T ổng quan các loại mô hình khuếch tán ô nhiễm không khí

- Mô hình v ệt khói Gauss

Mô hình vệt khói Gauss là một trong số những mô hình đư ợc sử dụng

rộng rãi trên thế giới hiện nay Mô hình này đư ợc áp dụng cho các nguồn

thải điểm Cơ sở của mô hình này là biểu thức đối với phân bố chuẩn hay còn gọi là phân bố Gauss các chất ô nhiễm trong khí quyển Phương pháp tương tự như vậy đã đư ợc Cơ quan bảo vệ môi trường liên bang của Mỹ khuyến cáo cho các tính toán mang tính quy phạm Các mô hình dạng này thích hợp cả đối với những dự báo ngắn hạn lẫn dài hạn Các dự báo ngắn

hạn được thực hiện với sự trợ giúp của các mô hình tính toán vẽ bản đồ ô nhiễm của vùng đối với một giai đoạn tương ứng với các điều kiện tương đối ổn định Các mô hình này cũng có th ể được sử dụng cho các dự báo dài hạn nếu khoảng thời gian dự báo có thể được chia ra thành các

khoảng thời gian tựa dừng (gần với điều kiện dừng) của điều kiện khí tượng Phương pháp tiếp cận như vậy là cần thiết để đánh giá nồng độ trung bình năm cho một số lượng lớn các nguồn phân tán

Để thực hiện các dự báo dài hạn cần phải chia hoa gió ra thành các lớp:

Vận tốc gió được chia thành thành j lớp, hướng gió được chia thành k lớp,

các tham số liên quan tới độ ổn định của khí quyển gồm e loại, chiều cao

lớp nghịch nhiệt – m Nhiều khi còn lưu ý tới các tham số khác như nhiệt

độ, độ chiếu sáng, độ ẩm Từ các số liệu khí tượng được thu thập trong nhiều năm, có thể xây dựng hàm xác suất f(j,j,e,m,…) đặc trưng cho sự

xuất hiện vận tốc gió có vận tốc j, hướng gió k, …Chúng ta xem xét chi

tiết hơn về mô hình Gauss trong trường hợp dự báo ngắn hạn

Phương trình Gauss đư ợc suy ra từ phương trình tổng quát (4.2) khi các điều kiện sau đây được thực hiện:

a Nghi ệm không phụ thuộc vào thời gian (trạng thái dừng, nguồn thải

có các tham s ố phát thải không đổi theo thời gian);

b V ận tốc gió không thay đổi và như nhau trong toàn bộ lớp khuếch tán;

c H ệ số khuếch tán không phụ thuộc vào các tọa độ;

Công thức vệt khói Gauss đối với nguồn điểm liên tục:

• C(x, y, z, H) = Nồng độ tại điểm (x, y, z) (đơn vị/m 3

• Q = Tải lượng ô nhiễm của nguồn điểm liên tục (đơn vị/s)

)

• z = Độ cao của điểm tính toán so với mặt đất (m)

• x và y = Hướng gió và khoảng cách từ nguồn thải đến điểm tính toán theo phương ngang (m)

Những mô hình thời đoạn ngắn (short-term models) được sử dụng tính toán