SỬ DỤNG MÔ HÌNH ISC3 TÍNH TOÁN CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ CÀ NÁ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA KHÍ TƯỢNG - THUỶ VĂN - HẢI DƯƠNG HỌC
NGÀNH KHÍ TƯỢNG
TIỂU LUẬN MÔN Ô NHIỄM KHÍ QUYỂN
NÂNG CAO
SỬ DỤNG MÔ HÌNH ISC3 TÍNH TOÁN CHẤT LƯỢNG
KHÔNG KHÍ CHO KHU VỰC
CÀ NÁ-NINH THUẬN
Giảng viên:
PGS.TS Hoàng Xuân Cơ
Học viên:
Nguyễn Thị Lan
Hà Nội-2011
2
MỤC LỤC
I. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN-MÔI TRƯỜNG KHU VỰC NGHIÊN CỨU 4
1.1 Điều kiện tự nhiên 4
1.1.1 Điều kiện địa hình- địa chất 4
1.1.2 Điều kiện khí tượng - thuỷ văn 5
1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 6
II. TỔNG QUAN MÔ HÌNH ISC3 8
2.1 Cơ sở lý thuyết của mô hình ISC3 8
2.1.1 Một số đặc điểm của mô hình ISC3 9
2.1.2. Các yêu cầu về số liệu vào của mô hình 10
2.2 Mô tả kỹ thuật mô hình khuếch tán ISC3 11
2.2.1 Phương trình luồng khói Gauss cơ bản 11
2.2.2 Phân bố vận tốc gió theo phương thẳng đứng 12
2.2.3 Độ nâng của luồng khói 12
2.2.4 Đại lượng phân rã 13
2.2.5 Đại lượng theo phương thẳng đứng 14
2.1.6 Lắng đọng khô 15

III. ÁP DỤNG MÔ HÌNH ISC3 ĐỂ TÍNH TOÁN CHẤT LƯỢNG
KHÔNG KHÍ KHU VỰC CÀ NÁ-NINH THUẬN 18
3.1 Nguồn số liệu sử dụng trong tính toán 18
3.1.1 Số liệu khí tượng 18
3.1.2 Số liệu nguồn thải 19
3.2 Kết quả tính toán 20
3.2.1 Đối với khí NOx 20
3.2.2 Đối với khí SO2 23
3.2.4 Đối với khí TSP 26
KẾT LUẬN 29
TÀI LIỆU THAM KHẢO 30
3
I. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN-MÔI TRƯỜNG KHU VỰC NGHIÊN CỨU
1.1 Điều kiện tự nhiên
1.1.1 Điều kiện địa hình- địa chất
Khu vực Cà Ná theo kiểu địa hình kết hợp giữa đồng bằng ven biển và địa
bồn thung lũng trước núi. Phía Đông và Đông Bắc giáp núi, phía Nam và Đông
Nam giáp biển. Khu vực dự án tương đối bằng phẳng. Khu vực có bãi biển dài với
đặc điểm nổi bật là có những bãi đá, bãi cát bên cạnh những vách núi, hang động.
Nước biển ở đây trong xanh và có độ mặn khá cao.
Cao độ trung bình so với mực nước biển từ 10-15 m. Do vị trí nằm sát biển
và đường quốc lộ 1A nên giao thông trong khu vực dự án khá thuận lợi.

Hình 1.1 Bản đồ khu vực Cà Ná
Địa tầng và trầm tích biển khu vực dự án có chiều dày từ 8-15 m, bao
gồm lớp cát thô, cát sỏi, cát đá vôi và cát có kết dính vôi. Lớp cát có kết dính vôi
có kích thước hạt trung bình và có độ mài mòn tốt, do vậy đã tạo cho khu vực này
một địa tầng ổn định. Sức nén của đất vào khoảng 0,5-1,0 kg /cm2. Hoạt động địa
chấn ở khu vực dự án ở mức 5, mức trung bình theo đo đạc của Viện Nghiên cứu
Vật lý toàn cầu.

4
1.1.2 Điều kiện khí tượng - thuỷ văn
Điều kiện khí tượng
Khu vực Cà Ná nằm trong vùng có khí hậu khô hạn nhất nước. Những đặc
điểm cơ bản nhất là ít mưa, nắng gió nhiều, bốc hơi mạnh, lượng mưa trung bình
nhiều năm từ 600-800 mm, bốc hơi từ 1700-1800 mm. Khí hậu trong năm được
chia làm hai mùa rõ rệt, mùa mưa từ tháng 8 đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12
đến tháng 7 năm sau.
Khái quát đặc điểm khí hậu chung của khu vực :
• Mũi Cà Ná có rất nhiều nắng. Tổng số giờ nắng trung bình năm từ
2800-2900 h, trung bình 8,6h/ngày. Và đây cũng là khu vực khô hạn nhất của
huyện Ninh Phước. Nhiệt độ trung bình hàng năm từ 27,1 - 39,9
0
C. Theo kết
quả đo đạc, nhiệt độ thấp nhất và cao nhất của khu vực trong vòng 20 năm gần
đây là 14,4
0
C và 41
0
C.
• Lượng mưa đạt tối thiểu 427 mm vào mùa khô và tối đa 1180 mm vào
mùa mưa. Lượng mưa trung bình hàng năm là 685 mm. Số ngày mưa trung
bình trong năm là 45 ngày.
• Độ ẩm trung bình khoảng 71%. Độ ẩm thấp nhất vào tháng 1 và 2, độ
ẩm cao nhất kéo dài từ tháng 9 cho đến tháng 11. Chênh lệch độ ẩm lớn nhất
giữa các tháng có thể lên đến 12-16%
• Hướng gió chính ở Cà Ná là hướng Đông Bắc-Tây Nam. Gió mùa
Đông Bắc bắt đầu từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau, trong khi gió mùa Tây
Nam lại bắt đầu từ tháng 5 cho đến tháng 9. Tốc độ gió trung bình khoảng 7
m/s, lớn nhất là 24 m/s Trong đó những đợt gió mạnh nhất chủ yếu vào mùa

khô, từ tháng 12 đến tháng 7 năm sau.
• Mùa giông bão kéo dài từ tháng 4 cho đến hết tháng 12. Đôi khi giông
bão cũng có thể đến sớm hơn và kết thúc muộn hơn. Đặc biệt những cơn bão
lớn thường bắt đầu từ tháng 10 cho đến tháng 12 và theo tính toán cứ 4 năm lại
có thể sảy ra bão nhiệt đới (typhoon). Tuy nhiên khu vực Cà Ná được bảo vệ
bởi đê kè và bến tàu ở phía Đông Nam nên những ảnh hưởng của bão nhiệt đới
được dự đoán là không đáng kể. Tổng thời gian biển động trung bình là 2 tháng
trong suốt cả năm.
Điều kiện thủy văn
• Nước mặt: Trên địa bàn huyện có hai con sông chính bắt nguồn từ những dãy
núi cao chảy về hướng Đông đổ ra sông Cái Phan Rang, bao gồm : Sông Lu có
5
chiều dài 45 km, diện tích lưu vực 380 km
2
, lưu lượng bình quân hàng năm là
2,19 m
3
và Sông Lanh Ra

có chiều dài 36 km, diện tích lưu vực 295 km
2
, lưu
lượng trung bình hàng năm là 1,35m
3
/s. Ngoài ra để phục vụ cho mục đích cấp
nước tưới tiêu cho đất nông nghiệp và trồng trọt còn có hồ chứa nước Tân
Giang và nguồn nước của hệ thống kênh chính Nam thuộc hệ thống thủy nông
Nha Trinh-Lâm Cấm. Ảnh hưởng trực tiếp đến khu vực dự án có suối Quán Thẻ
2 bắt đầu từ xã Phước Minh và kết thúc ở mũi Cà Ná.
• Nước ngầm: Tồn tại dưới dạng khe nứt và lỗ hổng. Kết quả thăm dò cho thấy

nguồn nước ngầm là rất nhỏ. Hơn nữa mực nước ngầm lại thay đổi theo mùa,
cao vào mùa mưa và thấp vào mùa khô, độ sâu trung bình là 20 m. Khả năng
khai thác tối đa chỉ đạt 0,2-0,5 lít/giây/m
2
. Tuy nhiên, hầu hết các tầng nước
ngầm trong vùng dự án đã bị nước mặt xâm nhập, chỉ có một số ít khu vực có
nước ngọt, chỉ khai thác để phục vụ sinh hoạt là chủ yếu. Tình hình nhiễm mặn
các tầng nước ngầm theo bảng phân tích Borehole.
• Thủy triều: Theo số liệu đo đạc, biên độ dao động thủy triều lớn nhất vào tháng
11 năm 1995 là 120-140 cm. Triều lên theo hướng Đông Nam và xuống theo
hướng Tây Bắc với tốc độ trung bình 0,2 m/s. Trong những năm gần đây, mức
triều lên lớn nhất là 0,92 m, xuống thấp nhất là -0,25 m và trung bình là 0,38 m.
• Lũ lụt: Vùng dự án không chịu tác động của lũ lụt
1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội
Cà Ná là một trong những địa bàn sinh sống của người Việt cổ và là nơi gìn
giữ được nhiều di sản quý báu của nền văn hoá Chămpa, bao gồm chữ viết, dân ca
và nghệ thuật múa, trang phục và nghề dệt thổ cẩm, nghệ thuật kiến trúc và điêu
khắc. Đây là khu vực có nhiều người Chăm sinh sống. Theo tài liệu điều tra dân số
1/4/1999, Ninh Thuận có 57,1 nghìn người Chăm, chiếm trên 11,3% dân số toàn
tỉnh và chiếm 43,0% tổng số người Chăm của cả nước.
Tỉnh có hơn 20 làng người Chăm, trong đó có những làng vẫn duy trì các tập
quán của chế độ mẫu hệ. Cà Ná có gần như còn nguyên vẹn hệ thống tháp Chàm
xây dựng trong nhiều thế kỷ trước, tiêu biểu là cụm tháp Hoà Lai xây dựng thế kỷ
thứ 9, cụm tháp Poklong Garai xây dựng thế kỷ 13 và cụm tháp Pôrômê xây dựng
thế kỷ 17.
Về kinh tế, khu vực Cà Ná có vùng lãnh hải rộng, là một trong những ngư
trường quan trọng của Việt Nam với 500 loài hải sản, cho phép khai thác mỗi năm
5-6 vạn tấn. Đây là địa phương sản xuất muối lớn trong cả nước, ngoài ra với diện
tích rừng lớn, lâm nghiệp cũng được coi là thế mạnh nhưng khai thác chưa hiệu
6

quả. Phát huy lợi thế về thủy sản, trong những năm qua tỉnh đã tập trung đầu tư hạ
tầng, xây dựng các cảng cá và hình thành các trung tâm nghề cá của tỉnh nên đã thu
hút nhiều tàu thuyền trong và ngoài tỉnh để mua bán hải sản, cung ứng dịch vụ hậu
cần phục vụ đánh bắt hải sản. Với lợi thế đó, Bộ Thủy sản đã có chủ trương đầu tư
mở rộng cảng cá Cà Ná trở thành Trung tâm nghề cá của khu vực Miền Trung.
Về du lịch, Ninh Thuận nằm ở ngã 3 của vùng trọng điểm du lịch cả nước
Đà Lạt -Phan Rang -Nha Trang, được xác định là một trong những trọng điểm
trong chiến lược phát triển du lịch của cả nước từ nay đến năm 2020 được Thủ
tướng Chính phủ phê duyệt Trong đó Cà Ná là một trong những bãi biển thu hút
được nhiều du khách.
Cà Ná được thiên nhiên ban tặng cho một vị trí rất đẹp, gần với tuyến đường
sắt xuyên Việt và con đường thiên lý Bắc Nam. Làng du lịch Cà Ná nằm sát bờ
biển, cách thị xã Phan Rang 32km, cách thành phố Phan Thiết 114km. Nơi đây
được coi là một trong những bãi biển đẹp nhất ở Việt Nam, hàng năm thu hút rất
nhiều khách du lịch trong và ngoài nước với rất nhiều khu nghỉ dưỡng tiện nghi.
Không chỉ thế, Cà Ná còn có núi, có rừng, có biển, và cả một nền văn hóa Chăm
độc đáo. Ở đây có nhiều đồng bào người Chăm sinh sống, mọi phong tục tập quán
vẫn còn được bảo tồn nguyên vẹn. Vẻ đẹp thiên nhiên kết hợp với nét đẹp văn hoá
đã tạo nên một thiên đường du lịch, thu hút nhiều du khách.
Hình 1.2: Bãi biển Cà Ná – Ninh Thuận
Bãi tắm Cà Ná được mệnh danh là "nàng công chúa ngủ quên" bởi bãi biển
này còn nguyên dấu tích hoang sơ, khí hậu nắng ấm quanh năm. Bãi biển Cà Ná có
độ mặn cao hơn các vùng khác từ 3 - 4 độ.
Như vậy có thể thấy, Cà Ná là khu vực có tiềm năng phát triển kinh tế mạnh
mẽ, là một trong những khu vực kinh tế trọng điểm của tỉnh Ninh Thuận.
7
II. TỔNG QUAN MÔ HÌNH ISC3
2.1 Cơ sở lý thuyết của mô hình ISC3
Hiện trạng chất lượng không khí cần phải có những nghiên cứu chi tiết và
tích cực để đưa ra một bức tranh toàn cảnh về chất lượng môi trường không khí

của khu vực nghiên cứu để phục vụ cho việc đánh giá chất lượng môi trường
không khí.
Mô hình hoá lan truyền khí là một kỹ thuật dùng tính toán nồng độ các chất
ô nhiễm tại các điểm thu nhận nằm theo hướng gió do hậu quả của sự phát thải từ
các nguồn ô nhiễm nằm ở vị trí đầu hướng gió.
Mô hình được sử dụng trong nghiên cứu này là mô hình “Mô hình lan
truyền các nguồn thải công nghiệp phức tạp” (ISC3 - Industrial Source complex
Dispersion Models). Mô hình ISC3 được cục Bảo vệ Môi trường của Mỹ xây
dựng dùng trong tính toán cho các chương trình tuân thủ chất lượng không khí, để
dự báo kết quả của các chiến lược giảm thiểu ô nhiễm trước khi các chiến lược ấy
đem ra thực thi và được dùng để mô phỏng những ảnh hưởng của việc phát triển
thêm các khu công nghiệp trong vùng và ảnh hưởng của các sự cố môi trường do
rò rỉ các khí độc hại. Mô hình này đã và đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới
để phát triển các chiến lược giảm thiểu ô nhiễm và xác định nồng độ chất lượng
không khí của các vùng khác nhau.
Mô hình ISC3 là một mô hình xác định quỹ đạo biến đổi của các luồng khí
chồng chéo, nó thống kê sự biến đổi theo không gian và thời gian của quá trình lan
truyền, khuyếch tán, chuyển đổi hoá học, lắng đọng khô tại bệ mặt, và sự lắng
đọng ướt do mưa. Mô hình mô phỏng các chất ô nhiễm khác nhau thoát ra từ các
nguồn thải và vận chuyển hàng đến các điểm tiếp nhận. Đầu vào của mô hình là
các số liệu khí tượng và các nguồn thải của các sơ sở công nghiệp và thải do giao
thông cơ giới. Đầu ra của mô hình là nồng độ các chất ô nhiễm cũng như các thông
lượng đến mặt đất do lắng động khô và lắng động ướt.
Mô hình ISC3 bao gồm 2 chương trình con khác: MIXING HEIGHT và
PCRAMMET nhằm cung cấp số liệu khí tượng đầu vào theo yêu cầu và định dạng
của mô hình.
8
• MIXING HEIGHT là chương trình xử lý số liệu cao không và số liệu mặt
đất để tính độ cao xáo trộn, cung cấp số liệu đầu vào cho chương trình
PCRAMMET.

• PCRAMMET là một chương trình xử lý số liệu khí tượng, nó kết hợp số
liệu khí tượng theo giờ của trạm mặt đất và độ cao xáo trộn hai lần trong ngày, tính
toán độ cao xáo trộn cho từng giờ. PCRAMMET cũng kế hợp chặt chẽ các thông
số đặc trưng bề mặt (độ dài Monin-Obukhov, độ nhám bề mặt, albedo, bức xạ,
thông lượng nhiệt…) phục vụ mô phỏng các quá trình lắng đọng.
2.1.1 Một số đặc điểm của mô hình ISC3
• Số liệu khí tượng mặt đất, số liệu thám không, và số liệu mưa giờ.
• Cấu trúc lớp biên được tham số hoá trong các dạng của các biến vi khí hậu.
• Năm chất ô nhiễm: SO
2
, NO
2
, CO, PM10, bụi lơ lửng tổng số (TSP).
• Biến đổi theo không gian và thời gian của lắng đọng khô theo mô hình sức
cản.
• Biến đổi theo không gian và thời gian của lắng đọng ướt.
• Hàm luồng khói hữu ích.
• Tính toán nồng độ, lắng đọng khô và lắng đọng ướt.
Sự lắng đọng khô của các chất ô nhiễm được xử lý trong ISC3 bằng mô
hình sức cản. Thông lượng chất ô nhiễm được coi là tỷ lệ nghịch với tổng các sức
cản đến sự vận chuyển của các chất ô nhiễm trên bề mặt cơ sở, và điều kiện khí
quyển.
Lượng mưa cũng có thể ảnh hưởng rất lớn đến sự di chuyển của các chất ô
nhiễm trong suốt quá trình mưa. Mô hình ISC3 bao gồm cả công thức tính lắng
đọng ướt. Lắng dọng ướt phụ thuộc cả vào dạng và mật độ mưa, và tính chất của
chất ô nhiễm.
ISC3 sử dụng một phương pháp duy nhất để đánh giá và kết hợp các thành
phần của các luồng khói riêng biệt vào một quá trình tổng hợp. Mô hình sử dụng
một dạng kết hợp của hàm lấy mẫu để loại bỏ các luồng khói không đủ hoặc trùng
nhau. Mô hình này cho phép mô phỏng chính xác các dòng liên tục bằng một số

luồng ít hơn.
9
2.1.2. Các yêu cầu về số liệu vào của mô hình
Số liệu đầu vào cần thiết cho mô hình và quá trình tiền xử lý của nó có thể
chia làm 4 dạng:
• Các tham số điều khiển: khích thước miềm tính, bước lưới theo không gian
và thời gian,…
• Các số liệu khí tượng: Các số liệu khí tượng đầu vào cần thiết trong mô hình
ISC3 là số liệu khí tượng thám không và số liệu khí tượng mặt đất:
Số liệu khí tượng thám không hai lần trong ngày tại 00 giờ GMT và 12 giờ
GMT, bao gồm: áp suất, độ cao, nhiệt độ, hướng gió, tốc độ gió….
Số liệu khí tượng mặt đất bao gồm: độ che phủ của mây, độ cao chân mây,
dạng mưa, tốc độ gió, hướng gió, áp suất mặt đất, nhiệt độ, độ ẩm tương đối…
• Các số liệu về mặt đệm: số liệu hiện trạng sử dụng đất và số liệu địa hình.
• Số liệu về nguồn thải: Mô hình ISC3 tính toán sự phát thải điểm và phát thải
diện.
Đối với phát thải điểm cần có các thông tin sau đây:
 Vị trí nguồn (tạo độ x, y)
 Chiều cao ống khói (m)
 Đường kính ống khói (m)
 Vận tốc khí thoát khỏi ống khói (m/s)
 Nhiệt độ khí của ống khói (T0K)
 Lưu lượng khí thải của mỗi chất ô nhiễm (g/s)
Đối với nguồn phát thải diện, mục đích chủ yếu là tính toán cho một lượng
lớn các điểm và vô điểm trong một hoặc nhiều vùng với một chiều cao và toạ độ
luồng khói được mã hoá bởi người sử dụng. Mỗi một vùng cần các thông tin sau:
 Vị trí (tạo độ x, y)
 Chiều cao (m)
 Kích thước của nguồn thải (chiều dài x chiều rộng)
 Lưu lượng khí thải của mỗi chất ô nhiễm (g/s)

10
2.2 Mô tả kỹ thuật mô hình khuếch tán ISC3
2.2.1 Phương trình luồng khói Gauss cơ bản
ISC3 là một mô hình quỹ đạo biến đổi các luồng khói Gaussian chồng chéo
được thiết kế để thống kê các biến đổi theo không gian và thời gian của các quá
trình, lan truyền, khuếch tán và lắng đọng tại các vùng khác nhau. Một dòng liên tục
sẽ được xác định như là một chuỗi các luồng khói trước và sau nó. Mỗi luồng khói
là một chủ thể của sự lắng đọng ướt, lắng đọng khô, biến đổi hóa học theo không
gian và thời gian.
Nồng độ các chất ô nhiễm tại bề mặt đối với nguồn phát thải điểm được tính
theo công thức sau:
C
p
=
2
exp[-0.5( ) ]
2
P
s y z y
Q KVD y
U
π σ σ σ
(2.1)
Nồng độ các chất ô nhiễm tại bề mặt đối với nguồn phát thải diện được tính
theo công thức sau:
C
a
=
2
exp -0.5

2
a
s y z y
x y
Q K VD y
dy dx
U
π σ σ σ
 
 
 
 ÷
 
 ÷
 ÷
 ÷
 
 
 
 
∫ ∫
(2.2)
Trong đó:
C
p
, C
a
= Nồng độ các chất ô nhiễm tại bề mặt (mg/m
3
)

Q
a
, Q
p
= Lưu lượng thải của chất ô nhiễm (g/s)
K = Hệ số tỷ lệ biến đổi các nồng độ tính toán về các đơn vị yêu cầu
(Giá trị mặc định cho K=1 x 106 đối với lưu lượng thải Q(g/s) và
nồng độ ô nhiễm được tính toán C(mg/m
3
)
V = Đại lượng theo phương thẳng đứng (Xem mục 2.2.5)
D = Đại lượng phân rã (Xem mục 2.2.4)
U
s
= Tốc độ gió trung bình tại độ cao phát thải (m/s) (Xem mục 2.2.2)
,
y z
σ σ
= Hệ số khuếch tán theo phương ngang và theo phương thẳng đứng
Hệ số khuếch tán
,
y z
σ σ
phụ thuộc vào khoảng cách của điểm tính toán so
với chân ống khói và có dạng như sau:
y
σ
= 465.11628(x)tan(TH) (2.3)
TH = 0.017453293[c-dln(x)] (2.4)
11

z
σ
= ax
b
(2.5)
Trong đó:
x = là khoảng cách theo hướng gió thổi (km),
a, b, c, d, = là các hệ số được tính toán dựa trên độ ổn định của khí quyển.
2.2.2 Phân bố vận tốc gió theo phương thẳng đứng
Quy luật phân bố tốc độ gió được hiệu chỉnh từ tốc độ gió quan trắc, U
q
, từ
quan hệ độ cao quan trắc z
q,
tới ống khói hoặc độ cao phát thải h
s
.
U
s
= U
q
p
s
q
h
z
 
 ÷
 ÷
 

(2.6)
Trong đó:
P = Hệ số mũ. Giá trị của P được cung cấp như là một hàm số của độ ổn
định khí quyển và lớp tốc độ gió và được mặc định theo bảng 1 dưới đây.
Bảng 1. Bảng giá trị của P theo độ ổn định của khí quyển
Độ ổn định
P (trong vùng nông
thôn)
P (trong vùng đô thị)
A 0.07 0.15
B 0.07 0.15
C 0.1 0.20
D 0.15 0.25
E 0.35 0.30
F 0.55 0.30
2.2.3 Độ nâng của luồng khói
Độ nâng cao, ∆h, của mỗi một luồng khói được tính theo phương trình Briggs
(1975). Trong trường hợp điều kiện không ổn định hoặc trung gian khi tâm luồng
khói không vượt quá đỉnh của lớp biên, ∆h có thể tính theo phương trình sau:
u
/
X

F
1.6 =h
m
2/3
F
1/3
∆

(2.7)
( )
( )
( )
( )





≤
s
/
m
55 > F
F
34.49 3.5
s
/
m
55 F
F
14 3.5
=
X
342/5
3
4
5/8
F

(2.8)
trong đó:
12
F = thông lượng ban đầu của luồng khói do sai khác mật độ (m
4
/s
3
)
X
F
= khoảng cách tới lúc nâng cao cuối cùng (m)
u
m
= tốc độ gió tại lớp biên (lớp biên dưới (m/s)
Nhiệt độ không khí tại trạm khí tượng mặt đất gần nguồn thải được dùng để
tính toán độ nâng cao do sai khác mật độ.
Nếu một luồng khói đi vào vào lớp ổn định phía trên lớp biên, phương trình
xâm nhập một phần của Briggs (1975) được dùng để tính độ nâng cao thứ hai. Độ
nâng cao sẽ lấy giá trị nhỏ nhất trong hai độ nâng cao đã được xác định.
( )
[ ]





∆
S
u
F/ 18.75 +

z
1.8
u
/
X

F
1.6
minimum =h
m
3
b
1/3
m
2/3
F
1/3
(2.9)
trong đó:
z
b
= khoảng cách từ đỉnh ống khói, h
s
, tới đỉnh của lớp biên, z
i
, và
S = thông số ổn định (g/T)(M2/Mz).
Hệ số triết giảm nhiệt độ trong tầng đối lưu được giả thiết bằng
0.02 E K/m, giá trị này là phù hợp với trị số do EPA kiến nghị cho cấp ổn định E.
Suy ra giá trị của S là 6.93 x 10

-4
s
-1
.
Trong trường hợp ổn định, ∆h được xác định theo phương trình sau:
( )





≥
∆
m/s 1.37 <u
S
/
F
5.0
m/s 1.37 u
uS
/
F
2.6
=h
3/8
1/4
1/3
1/3
(2.10)
Trong điều kiện ổn định, hệ số triết giảm nhiệt độ hữu ích sẽ nhận giá trị là

0.02E K/m và 0.035E K/m cho cấp ổn định E và F. Và giá trị của S tương ứng sẽ là
6.93 x 10
-4
s
-1
and 1.21 x 10
-3
s
-1
.
2.2.4 Đại lượng phân rã
Số hạng phân rã trong phương trình (11) là một phương pháp đơn giản tính
toán của các chất ô nhiễm di chuyển trong quá trình vật lý hoặc quá trình hóa học.
D = exp
s
x
u
 
−Ψ
 ÷
 

Ψ
> 0 (2.11)
D = 1
Ψ
= 0
Trong đó:
13
Ψ

= hệ số phân rã,
x = khoảng cách theo hướng gió (m).
2.2.5 Đại lượng theo phương thẳng đứng
Số hạng độ cao tính tới các ảnh hưởng của độ cao nguồn nâng, điểm tiếp
nhận, độ nâng nguồn khói, giới hạn xáo trộn theo chiều thẳng đứng, và lắng đọng
trọng lực và lắng đọng khô của các hạt (đường kính hạt lớn hơn 0.1
µ
m).
a. Số hạng độ cao không tính đến lắng đọng khô
Những ảnh hưởng tới nồng độ xung quanh của lắng đọng do trọng lực và
lắng đọng khô có thể được bỏ qua cho các chất ô nhiễm và các hạt nhỏ (dưới 0.1
µ
m). Số hạng độ cao không tính đến ảnh hưởng của lắng đọng khô được xác định
như sau:
2 2
2 2 2 2
3
1 1 4
1
exp 0.5 exp 0.5
exp 0.5 exp 0.5 exp 0.5 exp 0.5
r e r e
z z
i
z z z z
z h z h
V
H
H H H
σ σ

σ σ σ σ
∞
−
   
   
− +
   
= − + −
 ÷  ÷
   
   
   
       
+ − + − + − + −
       
       
∑
(2.12)
Trong đó:
H
1
= z
r
– (2iz
I
– h
e
)
H
2

= z
r
+ (2iz
I
– h
e
)
H
3
= z
r
– (2iz
I
+h
e
)
H
4
= z
r
+ (2iz
I
– h
e
)
z
r
= độ cao điểm tiếp nhận bên trên mặt đất, và
z
i

= độ cao xáo trộn.
b. Số hạng độ cao
Bụi lắng đọng tại bề mặt qua sự kết hợp của hai quá trình khuếch tán rối và
lắng đọng do trọng lực. Khi gần mặt đất, chúng có thể di chuyển từ khí quyển và
lắng đọng lên bề mặt. Khi luồng khói vận chuyển theo hướng gió, quá trình lắng
đọng làm giảm nồng độ các hạt trong luồng khói, bởi vậy chúng làm biến đổi sự
phân bố các hạt còn lại theo chiều thẳng đứng. Hơn nữa, các hạt có kích thước lớn
cũng sẽ di chuyển đều đặn khi gần bề mặt hơn tại một tỷ lệ đáp ứng được vận tốc
lắng đọng trọng trường (v
g
). Hai yếu tố trên làm cho độ cao của tâm ống khói
14
giảm, và phân bố nồng độ theo chiều thẳng đứng không còn Gaussian. Số hạng độ
cao trong trường hợp này được xác định như sau:
V
ed
(x,z,h
ed
) = v(x,z,h
ed
)×F
Q
(x)×P(x,z) (2.13)
F
Q
(x) = exp
0
( , , ) ( , )
x
d d ed d

v V x z h P x z dx
 
−
 
 
∫
(2.14)
P(x,z) = P(x,z
d
)[1 + (v
d
– v
g
) R(z,z
d
) (2.15)
Trong đó:
h
ed
= h
e
- h
v
= h
e
-
g
s
x
v

u
h
v
= là hiệu chỉnh độ cao luồng khói do lắng đọng trọng trọng lực.
F
Q
(x) = hệ số của vật chất duy trì trong luồng khói tại khoảng cách x,
P(x,z) = profile hệ số tương quan
P(x,z
d
) = sức cản khí quyển lên vận chuyển theo chiều thẳng đứng (Gifford,
1976).
2.1.6 Lắng đọng khô
Hệ số lắng đọng chất ô nhiễm trên bề mặt phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: các
thuộc tính của chất ô nhiễm, bề mặt đất, và điều kiện khí quyển. Sự biến đổi của bề
mặt đất và điều kiện khí quyển có ảnh hưởng đến biến thiên của hệ số lắng đọng
khô. Mô hình ISC3 tính các biến đổi theo thời gian và không gian của hệ số lắng
đọng bằng cách sử dụng mô hình sức cản. Vận tốc lắng đọng, được định nghĩa là tỷ
số của thông lượng của chất ô nhiễm theo chiều thẳng đứng tại các độ cao qui chiếu
và nồng độ tại độ cao đó, nó được tính bằng nghịch đảo của tổng các sức cản tới sự
chuyển động của các chất ô nhiễm qua khí quyển tới mặt đất.
F
d
= C
d
×V
d
(2.16)
V
d

=
1
g
a d a d g
v
r r r r v
+
+ +
(2.17)
Trong đó:
F
d
= thông lượng lắng đọng tại độ cao z
d
,
V
d
= vận tốc lắng đọng (cm/s) được xác đinh theo Slinn 1980; Pleim 1984)
r
a
= sức cản khí động lực (s/cm),
r
d
= sức cản lớp lắng đọng (s/cm), và
15
v
g
= vận tốc lắng đọng trọng lực.
Sức cản khí động lực, r
a

, được xác định theo Byun và Dennis (1995):
Trường hợp khí quyển ổn định (L>0):
r
a =
* 0
1
ln( ) 4.7
d
z z
ku z L
 
+
 
 

(2.18)
Trường hợp khí quyển bất ổn định:
r
a
=
( )
0
*
0
( 1 16( / 1)( 1 16( / 1)
1
ln
1 16( / 1) 1 16( / 1)
z L z L
ku

z L z L
 
+ − + +
 
 
+ + + −
 
(2.19)
Trong đó:
u
*
= tốc độ ma sát mặt đất (cm/s),
k = hằng số von karman (0.4),
z = độ cao bên trên mặt đất (m),
L = độ dài Monin – Obukhov lenght (m), và
z
0
= độ nhám mặt đất (m).
Sức cản lớp lắng đọng, r
d
, được xác định theo Pleim (1984) và Slinn’s (1982):
r
d
=
2 /3 3/
*
1
( 10 )
St
c

S u
− −
+
(2.20)
Trong đó:
S
c
= số Schmidt (S
c
=u/D
B
) (không thứ nguyên)
u = tính nhớt của không khí (0.15 cm
2
/s)
D
B
= khuếch tán Brownin (cm
2
/s của chất ô nhiễm trong không khí)
S
t
= số Stockes (S
t
= (v
g
/g)(u
2
/u)) (không thứ nguyên)
g = gia tốc trọng trường (m/s)

Tốc độ lắng đọng trọng lực, v
g
, được xác định như sau:
v
g
=
2
AIR 2
( )
18
p
CF
gd c
S
ρ ρ
µ
−
(2.21)
Trong đó:
ρ = mật độ hạt (g/cm
3
),
16
ρ
AIR
= mật độ không khí (1.2×10
-3
/cm
3
),

d
p
= Đường kính hạt (mm),
µ
= tính nhớt tuyệt đối của không khí (absolute viscosity of air)
(1.81×10
-4
g/cm/s),
C
2
= hệ số biến đổi đơn vị không khí (1×10
-8
cm
2
/mm
2
), và
S
CF
= hệ số tương quan trượt (slip correction factor) được xác định
như sau:
S
CF
=
3 2
( / )
2 1 2
4
2 ( )
1

10
p
a d x
p
x a a e
d
−
−
+
+
(2.22)
X
2,
a
1,
a
2,
a
3
là các hệ số với các giá trị lần lượt là 6.5×10
-6
, 1.257, 0.4, và
0.55×10
-4

[5].
17
III. ÁP DỤNG MÔ HÌNH ISC3 ĐỂ TÍNH TOÁN CHẤT LƯỢNG KHÔNG
KHÍ KHU VỰC CÀ NÁ-NINH THUẬN
3.1 Nguồn số liệu sử dụng trong tính toán

Số liệu dùng tính toán trong mô hình ISC3 bao gồm số liệu khí tượng mặt
đất và số liệu thám không, số liệu phát thải từ các ống khói của nhà máy.
Số liệu khí tượng năm 2006 được dùng trong tính toán. Số liệu có thể coi là
đủ dài để tiêu biểu cho hầu hết các điều kiện khí tượng có thể xảy ra ở khu vực Cà
Ná.
3.1.1 Số liệu khí tượng
Số liệu khí tượng năm 2007 được dùng trong tính toán. Số liệu có thể coi là
đủ dài để tiêu biểu cho hầu hết các điều kiện khí tượng có thể xảy ra ở khu vực thị
xã Lai Châu.
a. Số liệu khí tượng mặt đất
Trạm khí tượng mặt đất được lựa chọn phải có tính đại diện cho khu vực
Bình Thuận. Số liệu khí tượng được lựa chọn tại trạm Phan Rang.
Các yếu tố khí tượng dùng trong tính toán bao gồm số liệu giờ trong năm
2006 của các yếu tố sau đây: Tốc độ gió, hướng gió, nhiệt độ không khi, áp suất
không khí, độ ẩm tương đối, mây che phủ, độ cao chân mây.
18

Hình 3.1. Hoa gió tại trạm Phan Rang năm 2006
b. Số liệu thám không
Số liệu thám không năm 2006 tại trạm thám không Hồ Chí Minh bao gồm
phân bố theo chiều cao (đến độ cao 500 mb) của các yếu tố sau: Nhiệt độ, áp suất
không khí, tốc độ gió, hướng gió
3.1.2 Số liệu nguồn thải
Nguồn số liệu phát thải đầu vào của mô hình chủ yếu là nguồn phát thải từ
các ống khói dựa trên quy trình công nghệ của nhà máy.
19
3.2 Kết quả tính toán
Dựa vào quy trình công nghệ của nhà máy, một số chất độc hại như: SO
2
,

NOx, TSP được tính toán bằng mô hình ISC cho khu vực Cà Ná như sau:
3.2.1 Đối với khí NOx
Kết quả tính toán sự phân bố nồng độ NOx nồng độ bình quân 1-giờ lớn
nhất được trình bày trong (Hình 3.2). Nồng độ bình quân 1-giờ lớn nhất được định
nghĩa là giá trị lớn nhất của nồng độ bình quân 1-giờ trong suốt thời đoạn tính
toán. Cần chú ý rằng thời đoạn tính toán là 1 năm, đủ dài để có thể bao gồm hầu
hết các điều kiện khí tượng bất lợi có thể xảy ra trong khu vực Cà Ná. Như vậy
nồng độ bình quân 1-giờ lớn nhất trong thời đoạn tính toán cũng gần đồng nghĩa
với nồng độ bình quân 1-giờ lớn nhất có thể xảy ra trong khu vực dự án tính theo
lượng phát thải từ nhà máy.

Hình 3.2. Phân bố nồng độ NOx bình quân 1 - giờ lớn nhất (μg/m
3
)
Hình 3.2 cho thấy, nồng độ bình quân lớn nhất của NOx trong trường hợp
bất lợi nhất xảy ra ở khu vực Cà Ná là tương đối nhỏ. Đạt giá trị lớn nhất khoảng
10μg/m
3
, nhỏ hơn (TCVN 5937:2005-200μg/m
3
) khoảng 20 lần.
20

Hình 3.3. Phân bố nồng độ NOx bình quân 24h– trong ngày mùa đông
(μg/m
3
)
Vào mùa đông, tốc độ gió đo được tại Phan Rang khá lớn trung bình khoảng
5m/s, với hai hướng gió chính: gió mùa Đông Bắc (21%), gió mùa Đông (8%).
Dưới ảnh hưởng của địa hình (2 dãy núi), gió trong khu vực sẽ bị biến đổi mạnh cả

về tốc độ và hướng nên các đường đồng mức dịch chuyển hẳn về phía Nam, nồng
độ NOx lớn nhất khoảng 5μg/m
3
(Hình 3.3), nhỏ hơn khoảng 20 lần so với TCVN
5937:1995 - 100 μg/m
3
.
21

Hình 3.4. Phân bố nồng độ NOx bình quân 24h– trong ngày mùa hè (μg/m
3
)
Vào mùa hè, hướng gió chủ đạo đo được tại trạm Phan Rang là hướng Tây
Nam (khoảng 14%), tốc độ trung bình khoảng 4,5m/s. Điều kiện địa hình ở khu
vực Cà Ná (chủ yếu là dãy núi phía Đông) tác động rất lớn lên hướng, tốc độ của
gió cũng như xu hướng lan truyền các chất ô nhiễm. Hình 3.4 cho thấy rõ các
đường đồng mức nồng độ NOx dịch chuyển về phía Đông Tây, đạt giá trị lớn nhất
khoảng 1,5 nhỏ hơn khoảng 67 lần so với TCVN 5937:1995 - 100 μg/m
3
.
22
3.2.2 Đối với khí SO
2

Hình 3.5. Phân bố nồng độ SO
2
bình quân 1 - giờ lớn nhất (μg/m
3
)
Hình 3.5 cho thấy, nồng độ bình quân lớn nhất của SO

2
(trường hợp bất lợi
nhất xảy ra) ở khu vực Cà Ná là khá nhỏ. Đạt giá trị lớn nhất khoảng 11μg/m
3
, nhỏ
hơn (TCVN 5937:2005-350μg/m
3
) khoảng 32 lần.
23

Hình 3.6. Phân bố nồng độ SO
2
bình quân 24h– trong ngày mùa đông
(μg/m
3
)
Hình 3.6 cho thấy, do ảnh hưởng của gió Đông và Đông Bắc nên lượng khí
thải từ nhà máy có xu hướng dịch chuyển về phía Nam. Nồng độ SO
2
toàn khu vực
Cà Ná đều thấp hơn tiêu chuẩn cho phép, đạt giá trị lớn nhất khoảng 6 μg/m
3
, nhỏ
hơn TCVN (5937:2005-125) 21 lần.
24

Hình 3.7. Phân bố nồng độ SO
2
bình quân 24h– trong ngày mùa đông
(μg/m

3
)
Vào các ngày mùa hè, dưới ảnh hưởng mạnh của hướng gió chính Tây Nam
và sườn núi đón gió nên lượng khí thải từ nhà máy có xu hướng dịch chuyển về
phía Đông Tây với phạm vi ảnh hưởng nhỏ, nồng độ khá nhỏ (đạt giá trị lớn nhất
chỉ khoảng 1,6 μg/m
3
, nhỏ hơn khoảng 62 lần so với TCVN 5937:1995 – 100).
25