Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hoá môi trường vào đánh giá tác động môi trường pot

Ứng dụng phương pháp GIS và mơ hình hố mơi trường vào đánh giá tác động mơi trường
1
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIS VÀ MÔ
HÌNH HOÁ MÔI TRƯỜNG VÀO ĐÁNH GIÁ
TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG
(CỤ THÊ ỨNG DỤNG CHO DỰ ÁN NHÀ MÁY SẢN XUẤT ẮC QUY TẠI KHU CÔNG
NGHIỆP NHƠN TRẠCH 2, XÃ HIỆP PHƯỚC, HUYỆN NHƠN TRẠCH, TỈNH ĐỒNG NAI)
Trần Thị Thanh
1
– Lê Thị Thanh Thảo
1
Khoa Cơng nghệ Sinh học và Mơi trường, Trường Đại Học Lạc Hồng
Email:
,

Tóm tắt: Trong bài báo cáo này chúng tơi trình bày việc áp dụng phương pháp GIS
(
Geographic Information System) và mơ hình hóa mơi trường vào đánh giá tác động mơi
trường. Cụ thể chúng tơi ứng dụng mơ hình Gauss trong trường hợp vận tốc gió trung bình và
mơ hình Berliand trong trường hợp vận tốc gió nguy hiểm. Từ kết quả chạy mơ hình chúng tơi
sử dụng phần mềm Arcview để xây dựng bản đồ phân vùng ảnh hưởng của việc phát tán hơi
chì từ dự án sản xuất ắc quy tới mơi trường xung quanh.
Abstract. In this paper, we present the application of GIS (
Geographic Information
System)
method and modelling environment to environmental impact assessment. Specifically
we apply Gaussian model for the average wind speed and Berliand model where wind speed
dangerous. From the results of the models we use ArcView software to build maps of the
affected partition disperse steam lead from battery manufacturing project to the surrounding
environment.
Keywords: GIS, modelling environment, Gauss model, Berliand model.

1. GIỚI THIỆU
Sự phát triển mạnh mẽ của khoa
học kỹ thuật ngày nay dẫn tới sự phát triển
nhanh chóng của sản xuất hàng hóa và q
trình đơ thị hóa trên thế giới. Q trình
phát triển kinh tế xã hội một mặt khơng
ngừng cải thiện chất lượng cuộc sống của
con người, mặt khác nó tạo ra các vấn đề
về suy thối mơi trường tồn cầu, đặc biệt
ở các nước đang phát triển.
Vì v
ậy, việc bảo vệ mơi trường
đang trở thành một vấn đề bức thiết của
tồn xã hội. Trong đó, vấn đề bảo vệ
khơng khí chiếm một vị trí quan trọng.
Hiện nay để đánh giá mức độ ơ
nhiễm khơng khí gây ra tại một vùng trên
thế giới cũng như ở Việt Nam thường sử
dụng hai phương pháp sau đây:
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 ơ nhiễm khơng khí
vùng đó.
Phương pháp thống kê nửa thực
nghiệm: Dùng các mơ hình tốn học nhằm
mơ tả q trình khuyếch tán tạp chất thơng
qua các phần mềm mơ hình hóa.
Việc ứng dụng mơ hình hóa mơi

trường để đánh giá, dự báo mơi trường cho
phép chúng ta dự báo được các diễn biến
có thể xảy ra của mơi tr
ường tại những thời
điểm khác nhau cũng như ở những điều
kiện khác nhau. Từ đó cho phép chúng ta
lựa chọn các phương án thích hợp để đưa
mơi trường vào trạng thái tối ưu.
Cho đến nay thì hệ thống thơng tin
địa lý (GIS) là hệ thống hỗ trợ tốt nhất cho
việc xây dựng mơ hình do khả năng tích
Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hoá môi trường vào đánh giá tác động môi trường
2
hợp dữ liệu và biểu diễn được dữ liệu
không gian. Ngoài ra GIS còn có khả năng
dự báo các sự cố môi trường, xác định và
phân vùng ô nhiễm…
Vì vậy mà việc ứng dụng phương
pháp mô hình hóa và phương pháp GIS
vào dự báo, đánh giá và quản lý môi
trường chắc chắn sẽ đưa ra được một sản
phẩm mang tính chính xác hơn, linh hoạt
và sinh động hơn. Tuy nhiên, cho đến nay
ở nước ta việc sử dụng hai phương pháp
này trong
đánh giá tác động môi trường
còn rất hạn chế.
Các công đoạn sản xuất của nhà
máy sản xuất ắc quy thải ra một lượng hơi
chì rất lớn, nó gây ảnh hưởng tới sức khỏe

của người dân, người lao động trong và
xung quanh khu vực dự án nếu không được
quản lý tốt và xử lý thích hợp. Vì vậy trong
bài báo cáo khoa học này chúng tôi ứng
dụng phương pháp mô hình hóa và phương
pháp GIS vào tính toán, đánh giá lượng hơ
i
chì phát thải vào môi trường xung quanh.
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
M« h×nh Gauss tÝnh to¸n lan truyÒn «
nhiÔm kh«ng khÝ
Mô hình vệt khói Gauss là một
trong số những mô hình được sử dụng rộng
rãi trên thế giới hiện nay.Mô hình này
được áp dụng cho các nguồn thải điểm. Cơ
sở mô hình này là biểu thức đối với phân
bố Gauss các chất ô nhiễm trong khí
quyển.
Mô hình Gauss:
xz y z
CC C C
uw K K
x
zy y z z
∂∂∂∂∂∂
∂
∂∂ ∂ ∂ ∂
⎛⎞
⎛⎞
−= +

⎜⎟
⎜⎟
⎝⎠
⎝⎠

(1.1)
Trong đó :
C,
x
u ,
y
u
,
z
u là các giá trị trung
bình của nồng độ và vận tốc gió theo các
phương.
K
i
: hệ số khuếch tán rối tương ứng
các trục toạ độ
x
, y, z.
Thường thì trong các phương trình
khuếch tán các chất khí người ta đưa kí
hiệu sau về các trục toạ độ : trục x hướng
theo hướng gió, y là hướng vuông góc với
x và ở mặt đất, z là trục hướng lên trên.
Vận tốc gió trung bình được biểu diễn qua
x

u ,
y
u ,
z
u .

z
w là vận tốc rơi của chất ô nhiễm
theo phương z.
Phương trình Gauss được suy ra từ phương
trình (1.1) khi thoả mãn các điều kiện sau:
- Nghiệm không phụ thuộc vào thời
gian (trạng thái dừng, nguồn thải có các
tham số phát thải không thay đổi theo thời
gian).
- Vận tốc gió không thay đổi và như
nhau trong toàn bộ lớp khuếch tán.
- Hệ số khuếch tán không phụ thuộc
vào các toạ độ.
-
Sự khuếch tán theo hướng x nhỏ
hơn so với vận tốc lan truyền trung bình
theo hướng này
22
22
(, ,) exp
222
yz y z
Qyz
Cxyz

u
πσσ σ σ
⎡⎤
⎛⎞
=−+
⎢⎥
⎜⎟
⎜⎟
⎢⎥
⎝⎠
⎣⎦

(1.2)
Công thức (1.2) là công thức cơ sở
của mô hình lan truyền chất theo định luật
phân phối chuẩn Gauss bởi vì nó bao gồm
hai hàm số phân bố Gauss dưới đây nhân
với nhau:
2
0.5 2
1
() exp
(2 ) 2
yy
y
fy
π
σσ
⎧⎫
⎪⎪

=−
⎨⎬
⎪⎪
⎩⎭
(1.3)
Trong công thức (1.2), nguồn thải
được giả thiết nằm tại mặt đất trùng với
gốc toạ độ. Trong trường hợp nguồn thải
nằm cách mặt đất độ cao H khi đó công
thức tính nồng độ sẽ là:
22 2 2
22 2 2
() ()
( , , ) exp exp exp
222222
yz y z yz y z
Q y zH Q y zH
Cxyz
uu
πσσ σ σ πσσ σ σ
⎡⎤
⎛⎞ ⎛⎞
⎛
⎞
−−
=−+=−−
⎢⎥
⎜⎟ ⎜⎟
⎜
⎟

⎜⎟ ⎜⎟
⎢⎥
⎝
⎠
⎝⎠ ⎝⎠
⎣⎦
(1.4)
Đây chính là công thức vệt khói Gauss cơ
bản.
Trong đó:
C: nồng độ chất ô nhiễm , kg/m
3
.
Q: tải lượng chất ô nhiễm, kg/s.
ng dng phng phỏp GIS v mụ hỡnh hoỏ mụi trng vo ỏnh giỏ tỏc ng mụi trng
3
y

v
z

l cỏc h s khuch tỏn
theo phng ngang v phng thng ng,
cú th nguyờn l di (do K
y
v K
z
cú
th nguyờn m
2

/s).
2.
yz
Q
u


: nng cht ụ nhim trờn trc
chớnh theo chiu giú.

















2
y
y
2

1
exp

: lan truyn bờn theo
phng ngang, i xng qua trc chớnh.

+
+


















2
z
2
z
Hz
2
1
exp
Hz

2
1
exp

:
lan truyn bờn theo phng ng, i xng
qua trc chớnh.
Mô hình Berliand tính toán lan
truyền ô nhiễm không khí trong
trờng hợp lặng gió ( v= 0)
Phng trỡnh lan truyn cht ụ
nhim trong trng hp lng giú c
Berliand v Kurebin (1969) a ra phng
trỡnh sau trong h to trc.
0)()(
1
=+




+

HzrM
z
C
k
zr
C
Rk
rR
zr

(1.5)
Vi cỏc iu kin biờn sau:
-
Khi z =0:
z
C
k
z


.
= 0 v khi R
2
+ z
2


: C

0

-
S phõn b nng ụ nhim trờn
b mt nm ngang cú tớnh i xng qua
tõm ngun, cho nờn R = 0

r
C


= 0
Trong cụng thc (1.5)
R bỏn kớnh k t chõn ngun n
im tớnh toỏn
k
r

R.
2

vi
2

=
u.
2
0

;

0

- sai
phng chun ca hng giú trung bỡnh
trong khong thi gian tớnh toỏn. Cú th
ly

2k
1

k
r
k
1
.z v u u
1
.z
n
vi (n = 0,2)
Trong iu kin i lu mnh (siờu
on nhit) cú ly k
1
= 0,15m/s
Berliand v Kurebin ó gii
phng trỡnh (1.5) vi nghim cú dng.

11
(,)
3/2 3/2
(1 )/2 1 ) 2 (1 )/2 1 ) 2

1
()
2(1)
()()
nn
Rz
nn nn
MaHzR
C
kn
aH z R aH z R

++
++ ++
++
=
+


+ ++


(1.6)
Trong ú:
2
1
2
1
2
)1(

.4
)1.( n
k
nk +
=
+
=



xỏc nh nng trờn mt t,
ta cho z = 0 v phng trỡnh (1.6) tr thnh
[]
2
)1(
1
.)1(.2 RHnk
M
C
n
R
++
=
+

,
g/m
3
(1.7)
Nng cc i trờn mt t s

xy ra ngay ti chõn ng khúi, tc khi R =
0 v do ú:
)1(22
1
max
.)1(.2
n
Hnk
M
C
+
+
=

, g/m
3
(1.8)
Hay
)1(23
1
3
max
32
)1(
n
Hk
nM
C
+
+

=

, g/m
3
(1.9)
Phần mềm Arcview
Khỏi nim Arcview
Phn mm Arcview
đ
GIS l phn
mm ng dng cụng ngh h thng thụng
tin a lý ca Vin nghiờn cu h thng
mụi trng (ESRI). Arcview cú kh nng:
- To v chnh sa d liu tớch hp (d
liu khụng gian tớch hp vi d liu thuc
tớnh).
- Truy vn d liu thuc tớnh t nhiu
ngun v bng nhiu cỏch khỏc nhau.
- Hin th, truy vn v phõn tớch d liu
khụng gian.
- To b
n chuyờn v to ra cỏc
bn in cú cht lng trỡnh by cao.
Ngoi phn mm chớnh, ESRI cũn
to lp thờm cỏc phm m rng thờm: 3D
Analysis (phõn tớch 3 chiu), Spatial
Analysis (phõn tớch khụng gian ), Network
Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hoá môi trường vào đánh giá tác động môi trường
4
Analysis (phân tích mạng)… nhằm mục

đích cung cấp thêm các chức năng phân
tích phục vụ cho nghiên cứu chuyên
ngành.
Các chức năng chính của phần
mềm Arcview

Vì là một thành phần trong hệ
thống thông tin địa lý nên phần mềm
ArcView cũng thực hiện được những chức
năng cơ bản của hệ thống thông tin địa lý
như: lưu trữ, truy vấn, phân tích, hiển thị
và xuất dữ liệu địa lý. Cụ thể được thể hiện
như sau:
- Tạo dữ liệu trong Arcview từ các
phần mềm khác như Mapinfo, ARC/INFO,
Microstation, AutoCAD, MS Access Data,
DBASE file, Excel file.
- Nội suy, phân tích không gian.
- T
ạo ra những bản đồ thông minh
được kết nối nhanh (hotlink) với nhiều
nguồn dữ liệu khác nhau như: biểu đồ,
bảng thuộc tính, ảnh và các file khác.
- Phát triển những công cụ của
Arcview bằng ngôn ngữ lập trình Avenue.
3. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Chúng tôi đã tiến hành đánh giá
theo 6 khu vực bị ảnh hưởng của hơi chì
gồm: khu vực trát bản; khu vực lò nung, lò
luyện kim; khu vực đúc bản; khu vực cắt

thẻ, tách bản cực; khu vực lắp bản cực, hàn
xếp điện cực và khu vực sạc điện.

Kết quả này được tính toán trong
trường hợp ô nhiễm nhất.
-
Việc áp dụng mô hình Gauss cho ta
nồng độ tại những khoảng cách X (m) nhất
định, kết quả của mô hình được biểu thị
trên 12 đồ thị tại 6 khu vực tương ứng với
2 hướng gió chủ đạo (hướng Nam và
hướng Tây Nam).
-
Kết quả của mô hình Berliand được
biểu thị qua 6 đồ thị tại 6 khu vực.
-
Từ các kết quả của mô hình, chúng
tôi đã ứng dụng GIS (cụ thể là phần mềm
Arcview ) xây dựng được 18 bản đồ từ nội
suy và 18 bản đồ chồng lớp từ kết quả nội
suy với lớp bản đồ khu công nghiệp Nhơn
Trạch 2, từ đó giúp ta thấy được các công
ty bị ảnh hưởng bởi sự phát tán chì từ dự
án.
Dưới đây chúng tôi trình bày cụ
thể hai kết quả từ việc ứng dụng mô hình
Gauss tương ứng với hai hướng gió chủ
đạo và một kết quả từ việc ứng dụng mô
hình Berliand kết hợp với phần mềm
Arcview.

KÕt qu¶ ch¹y m« h×nh Gauss
vμ kÕt hîp víi Arcview
 Tại khu vực trát bản với
hướng gió chủ đạo là hướng
Nam
Nồng độ cực đại: 0.000761 (mg/m
3
);
x
max
= 200(m) và độ nâng luồng khói H:
16.91(m).
Đồ thị phân bố theo hướng gió Nam
(hướng chủ đạo):

Từ kết quả mô hình, chúng tôi kết
hợp phần mềm arcview vào phân vùng ảnh
hưởng từ hơi chì tới môi trường ta có được
bản đồ nội suy sau:

Chú thích: (*): khu vực trát bản
Kết quả từ việc phân vùng ảnh
hưởng cho ta thấy:
Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hoá môi trường vào đánh giá tác động môi trường
5
Vùng ô nhiễm nhất có nồng độ từ
64,94.10
-5
– 75,76.10
-5

mg/m
3
trong
khoảng bán kính: 200 – 220m
Dựa trên bản đồ nội suy, kết hợp
với phương pháp chồng lớp ta có bản đồ:

Chú thích: (*): khu vực trát bản
Dựa trên bản đồ nội suy, kết hợp
với phương pháp chồng lớp ta có bản đồ:
Công ty Cổ phần An Lạc và Công ty CP
cấu kiện bê tông Nhơn Trạch 2 bị ảnh
hưởng nhiều nhất.
Ngoài phạm vi 1900m không bị
ảnh hưởng
 Tại khu vực đúc bản trát bản
với hướng gió chủ đạo là
hướng Tây Nam
Nồng độ cực đại: 0,000953 (mg/m
3
); x
max
=
216(m) và độ nâng luồng khói H:20,91(m).
Đồ thị phân bố theo hướng gió:

Từ kết quả nô hình, chúng tôi kết hợp phần
mềm arcview vào phân vùng ảnh hưởng từ
hơi chì tới môi trường ta có được bản đồ
nội suy sau:

Chú thích: (*): Khu vực đúc bản
Kết quả từ việc phân vùng ảnh
hưởng cho ta thấy:
Vùng ô nhiễm nhất có nồng độ từ
80,01.10
-5
– 93,34.10
-5
mg/m
3
trong
khoảng bán kính:
Dựa trên bản đồ nội suy, kết hợp
với phương pháp chồng lớp ta có bản đồ:

Chú thích: (*): Khu vực đúc bản
Dựa vào bản đồ chồng lớp ta thấy:
Công ty CP cấu kiện Bê tông Nhơn Trạch
2 bị ảnh hưởng nhiều nhất.
KÕt qu¶ ch¹y m« h×nh
Berliand vμ kÕt hîp víi Arcview
 Tại khu vực lò nung – lò luyện
kim
Kết quả chạy mô hình:
Nồng độ cực đại: 0,60218 (mg/m
3
); x
max
=

0 (m) và độ nâng luồng khói H: 64,32 (m).
Đồ thị phân bố trong trường hợp lặng gió:
Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hoá môi trường vào đánh giá tác động môi trường
6

Từ kết quả mô hình, chúng tôi kết
hợp phần mềm arcview vào phân vùng ảnh
hưởng từ hơi chì tới môi trường ta có được
bản đồ nội suy sau:

Chú thích: (*): khu vực lò nung, lò luyện
kim
Vùng ô nhiễm nhất có nồng độ từ
5356,496.10
-4
– 6019,105.10
-4
mg/m
3
trong khoảng bán kính 10m:
Dựa trên bản đồ nội suy, kết hợp với
phương pháp chồng lớp ta có bản đồ

Chú thích: (*): khu vực lò nung, lò luyện
kim
Từ kết quả bản đồ ta có:
Lượng hơi chì khuếch tán ảnh
hưởng nhiều nhất đến Công ty Center
Power Tech.
Ngoài phạm vi bán kính 100m

không bị ảnh hưởng.
4. KẾT LUẬN
Trong đề tài này, chúng tôi đã tính toán
được nồng độ hơi chì lan truyền trong
không khí theo bán kính dựa trên mô hình
Gauss áp dụng đối với vận tốc gió trung
bình và mô hình Berliand đối với vận tốc
gió nguy hiểm.
Từ kết quả chạy mô hình chúng tôi sử
dụng phần mềm Arcview để phân vùng
ảnh hưởng từ hơi chì đến môi trường xung
quanh.
Kết quả này có thể giúp cho cơ quan
quản lý môi trường và chính quyền các cấp
xem xét việc đầu tư của d
ự án và đề ra
được các biện pháp quản lý thích hợp cho
nhà máy khi đi vào hoạt động.
Về phía Công ty, dựa vào kết quả
này Công ty có thể đưa ra biện pháp quản
lý và có giải pháp hợp lý nhằm giảm thiểu
ảnh hưởng tới sức khỏe của người lao động
cũng như giảm thiểu các sự cố môi trường.


Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hoá môi trường vào đánh giá tác động môi trường
7

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Bùi Tá Long, TSKH, “Mô hình hóa môi trường”, NXB Đại học Quốc Gia TP.
HCM, 2008.
• [2].Cáp Trương Quốc Hiếu, ThS, “Bài giảng môn học đánh giá rủi ro và tác động
môi trường”.
[3] Đinh Xuân Thắng, PGS.TS, “Giáo trình ô nhiễm không khí”, NXB Đại học Quốc
Gia TP. HCM , 2007.
[4] Phùng Chí Sỹ, PGS.TS, “Đánh giá rủi ro môi trường”, Viện kỹ thuật nhiệt đới và
bảo vệ môi trường.
/>
[5] Trần Ngọc Chấn, GS.TS, “Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 1”, NXB
Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2000.
[6] Trần Vĩnh Phước (chủ biên), PGS.TS “GIS đại cương phần thực hành”, NXB
Đại học Quốc Gia TP. HCM, 2000.
[7] Trần Trọng Đức, TS, “GIS phân tích không gian”, Đại học Bách Khoa TP.HCM.
[8] Andrew G. Clarke, “Industrial Air Pollution Monitoring”, Chapman & Hall,
Environmental Management Series 8, London.
[9] Cheremisinoff, Nicholas P,“ Handbook of Air Pollution and Control”,Elsevier
Publishers, 2002,USA.
[10] Zahari Zlatev, “Computer Treatment of Large Air Pollution Models”, Kluwer
Academic Publishers, Environmental Science and Technology Library.
Biên Hoà, ngày 14 tháng 12 năm 2009

CỐ VẤN KHOA HỌC SINH VIÊN THỰC HIỆN
(Chữ ký) (Chữ ký)




ThS. Trần Hậu Vương Trần Thị Thanh

ThS. Cáp Trương Quốc Hiếu Lê Thị Thanh Thảo