Ứng dụng phần mềm ENVIMAP trong việc giám sát ô nhiễm môi trường không khí do hoạt động của nhà máy Phôi Thép Việt – Ý, KCN Nam Cầu Kiền, xã Hoàng Động, huyện Thủy Nguyên, TP Hải Phòng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN
KHOA MÔI TRƯỜNG





TRẦN THỊ THU NGA



Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ENVIMAP TRONG GIÁM SÁT
Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ DO HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY
PHÔI THÉP VIỆT Ý, HUYỆN THỦY NGUYÊN,
TP HẢI PHÒNG


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC




Hệ đào tạo : Chính Quy
Chuyên ngành : Khoa học môi trường
Khoa : Môi trường
Lớp : K42A- KHMT
Giảng viên hướng dẫn : Ths. Nguyễn Ngọc Anh
Khóa học : 2010 – 2014
Giáo viên hư

Thái Nguyên, 2014

2


2
LỜI CẢM ƠN

Nghiên cứu khoa học là quá trình học tập để cho mỗi sinh viên tìm tòi, khám
phá và vận dụng những kiến thức, lý luận đã được học trên nhà trường vào thực tiễn.
Giúp cho sinh viên có cơ hội để phát triển tư duy và trí sáng tạo. Được sự nhất trí của
Ban giám hiệu Nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Môi trường, Trường Đại học Nông
Lâm Thái Nguyên và thầy giáo hướng dẫn đề tài Khoa học Th.S Nguyễn Ngọc Anh,
em tiến hành thực hiện đề tài: “ Ứng dụng phần mềm ENVIMAP trong việc giám sát
ô nhiễm môi trường không khí do hoạt động của nhà máy Phôi Thép Việt – Ý ,
KCN Nam Cầu Kiền, xã Hoàng Động, huyện Thủy Nguyên, TP Hải Phòng”.
Thời gian nghiên cứu tuy không dài nhưng đem lại cho em những kiến thức bổ
ích và những kinh nghiệm quý báu, đến nay em đã hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa
học của mình.
Nhân dịp này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Th.S Nguyễn Ngọc Anh
đã luôn tận tình chỉ bảo và cung cấp cho em rất nhiều kiền thức trong quá trình làm đề tài
cùng toàn thể các thầy giáo, cô giáo trong khoa Môi trường, trường Đại học Nông Lâm
Thái Nguyên.
Em xin chân thành cảm ơn thầy cô cùng các bạn bè và những người thân trong
gia đình đã động viên khuyến khích và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập cũng
như hoàn thành báo cáo đề tài khoa học.

Do thời gian có hạn, năng lực còn hạn chế lại bước đầu mới làm quen với
phương pháp mới chắc chắn báo cáo không tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận
được ý kiến đóng góp của các thầy, cô giáo cùng toàn thể các bạn sinh viên để bài báo
cáo này được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Thái Nguyên, ngày… tháng…năm 2014
Sinh viên

Trần Thị Thu Nga
3


3
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ENVIMAP ENVironmental Information Management and Air Polllution
estimation – Phần mềm quản lý và đánh giá ô nhiễm không khí.
KCN Khu công nghiệp.
CSDL Cơ sở dữ liệu.
GIS Geographic Information System – Hệ thống thông tin địa lý.
EPA Environmental Protection Agency- Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ.
HTTTMT Hệ thống thông tin môi trường.
EPC Trung tâm Bảo vệ Môi trường.
QCVN Quy chuẩn Việt Nam.
BTNMT Bộ Tài Nguyên và Môi trường
BYT Bộ Y tế.
CSSX Cơ sở sản xuất.
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam.
4

4
MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Error! Bookmark not defined.

LỜI CẢM ƠN
1

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3

MỤC LỤC 4

PHẦN 1 1

MỞ ĐẦU 1

1.1.Tính cấp thiết của đề tài 1
1.2.Mục tiêu, yêu cầu, ý nghĩa của đề tài. 2
1.2.1. Mục tiêu của đề tài 2
1.2.2.Yêu cầu của đề tài 3
1.2.3.Ý nghĩa của đề tài 3
PHẦN 2 4

TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1. Hệ thống thông tin môi trường 4
2.2. Hệ thống thông tin địa lý GIS và vai trò của nó trong công tác quản lý môi trường không khí .6
2.2.1. Định nghĩa GIS 7
2.2.2. Tiếp cận hệ thống thông tin địa lý 8

2.2.3. Các lĩnh vực ứng dụng của GIS 8
2.3. Mô hình lan truyền chất ô nhiễm được tích hợp trong ENVIMAP 9
2.3.1. Sự phân bố chất ô nhiễm và phương trình toán học cơ bản 9
2.3.1.1 Điều kiện ban đầu 11
2.3.1.2 Điều kiện biên 12
2.3.2. Công thức Berliand trong trường hợp chất khí và bụi nặng 13
2.4 Phương pháp tính toán nồng độ trung bình trong phạm vi giới hạn thời gian dài ngày do nhiều
nguồn thải gây ra. 15
2.4.1 Nguyên tắc chung 15
2.4.2. Công thức xác định nồng độ trung bình theo tần suất gió 16
2.5. Tổng quan về phần mềm ENVIMAP 17
PHẦN 3 19

ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

3.1. Đối tượng nghiên cứu 19
3.2. Nội dung nghiên cứu 19
3.2.1. Điều tra cơ bản về nhà máy Phôi Thép Việt - Ý 19
5


5
3.2.1.1. Vị trí địa lý 19
3.2.1.2. Tính chất và quy mô hoạt động 19
3.2.1.3. Điều kiện tự nhiên khu vực nhà máy và xung quanh 19
3.2.2.Hiện trạng môi trường khu vực nhà máy và xung quanh. 19
3.2.2.1. Môi trường không khí 19
3.2.2.2. Môi trường nước 19
3.2.2.3. Tiếng ồn 19
3.2.2.4. Hệ sinh thái 19

3.2.3. Các nguồn gây tác động môi trường và các biện pháp xử lý các tác động môi trường tiêu
cực đang áp dụng 19
3.2.3.1. Nước thải 19
3.2.3.2. Khí thải 19
3.2.3.3. Chất thải rắn và chất thải nguy hại 19
3.2.3.4. Tiếng ồn, rung động 19
3.2.4. Ứng dụng công cụ tin học ENVIMAP quản lý chất lượng không khí tại nhà mày Phôi Thép
Việt – Ý 19
3.2.4.1. Cấu trúc phần mềm ENVIMAP- VY 19
3.2.4.2. Chạy mô hình phát tán chất ô nhiễm 19
3.2.4.3. Đánh giá chất lượng không khí tại ống khói nhà máy 19
3.2.4.4. Đánh giá chất lượng không khí xung quanh khu vực sản xuất 19
3.3. Phương pháp nghiên cứu 19
PHẦN 4 21

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 21

4.1.Điều tra cơ bản về nhà máy Phôi Thép Việt – Ý 21
4.1.1. Vị trí địa lý 21
4.1.2. Tính chất và quy mô hoạt động 21
4.1.3. Điều kiện tự nhiên khu vực nhà máy và xung quanh 22
4.1.3.1. Nhiệt độ không khí 22
4.1.3.2. Độ ẩm không khí 23
4.1.3.3. Chế độ bức xạ 23
4.1.3.4. Chế độ gió 24
4.1.3.5. Bão và nước dâng do bão 24
4.1.3.6. Chế độ mưa 25
4.1.3.7. Tầm nhìn xa và xương mù 26
4.1.3.8. Độ bền vững khí quyển 26
4.1.3.9. Chế độ thủy văn khu vực nhà máy và xung quanh 27

4.2. Hiện trạng môi trường khu vực nhà máy và xung quanh 28
6


6
4.2.1. Môi trường không khí 28
4.2.2. Môi trường nước 28
4.2.3. Tiếng ồn 28
4.2.4.Hệ sinh thái 29
4.3. Các nguồn gây tác động môi trường và biện pháp xử lý các tác động môi trường tiêu cực đang
áp dụng 30
4.3.1.Nước thải 30
4.3.2. Khí thải 31
4.3.3. Chất thải rắn và chất thải nguy hại 32
4.3.4. Tiếng ồn, rung động 33
4.4. Ứng dụng công cụ tin học ENVIMAP quản lý chất lượng không khí tại nhà máy Phôi
Thép Việt Ý 33
4.4.1.Cấu trúc phần mềm ENVIMAP 33
4.4.3. Đánh giá chất lượng không khí tại ống khói nhà máy 44
4.4.4. Đánh giá chất lượng không khí xung quanh khu vực sản xuất: 46
4.4.4.1. Chất lượng không khí tại khu vực bãi chứa phế liệu(K1): 46
4.4.4.2. Chất lượng không khí tại khu vực nấu luyện(K2): 48
4.4.4.3. Chất lượng không khí tại khu vực ngoài tường rào, về phía Tây Bắc nhà máy(K3) 50
4.4.4.4.Chất lượng không khí tại khu vực đúc(K4) 52
4.4.4.5.Chất lượng không khí ngoài tường rào về phía Đông Nam nhà máy(K5) 53
4.4.4.6.Chất lượng không khí ngoài cổng phụ ra vào của nhà máy(K6) 55
PHẦN 5 58

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

5.1. Kết luận 58
5.2. Kiến nghị 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

PHỤ LỤC 61



7


7

DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG

Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống thông tin môi trường ở Mỹ. 4

Hình 2.2 .Vai trò và vị trí của môn học Hệ thống thông tin môi trường trong các môn
học môi trường khác 6

Hình 2.4 : Mô hình Berliand được tích hợp trong ENVIMAP 18

Hình 4.1 : Vị trí của công ty trên google earth. 21

Bảng 4.1: Nhiệt độ không khí của khu vực nghiên cứu tại trạm Hòn Dấu 22
Bảng 4.2. Độ ẩm tương đối trung bình tháng tại Hải Phòng 23
Bảng 4.3. Lượng bức xạ khu vực Hải Phòng một số năm gần đây 23
Bảng 4.4: Tốc độ gió tại trạm Hòn Dấu 24
Bảng 4.5: Lượng mưa (mm), độ ẩm tương đối (%) và tần suất hạn hán, úng ngập. 25
Bảng 4.6. Tổng số ngày có sương mù trong tháng và năm 26

Bảng 4.7. Số ngày có tầm nhìn xa tại trạm Hòn Dấu 26
Bảng 4.8. Phân loại độ bền vững khí quyển (Pasquill, 1961) 27
Bảng 4.9: Các đặc trưng cơ bản một số sông chính ở Hải Phòng 27
Bảng 4.10: Danh sách chất thải nguy hại 32
Hình 4.2: Module quản lý CSDL trong ENVIMAP_VY 34

Bảng 4.11 : Thông tin liên quan đến ống khói. 35
Bảng 4.12 : Cấu trúc dữ liệu các điểm kiểm soát chất lượng không khí. 36
Bảng 4.13 : Cấu trúc dữ liệu của mẫu chất lượng không khí. 36
Bảng 4.14: Bảng cấu trúc dữ liệu thông tin về khí tượng. 36
Bảng 4.15: Cấu trúc dữ liệu đặc trưng khí thải tại các nguồn điểm 37
Hình 4.4 : Thông tin về cơ sở sản xuất của nhà máy Thép Việt Ý trong ENVIMAP. 38

Hình 4.5: Thông tin về ống khói của nhà máy trong ENVIMAP 38

Hình 4.7: Thông tin về các chất và các thông số đo trong ENVIMAP_VY. 40

Hình 4.8: Cửa sổ chạy mô hình Berliand. 41

Hình 4.9: Nhập thông số cho lưới tính. 41

Hình 4.10: Mô hình mô phỏng sự phát tán ô nhiễm không khí. 42

Hình 4.11: Chức năng thống kê trong ENVIMAP-VY 42

Hình 4.12: Chọn nguồn thống kê 43

Hình 4.13: Chọn thông số thống kê. 43

Hình 4.14: Lựa chọn tiêu chí thống kê. 44

8


8
Hình 4.15: Kết quả thống kê. 44

Hình 4.16: Đồ thị nồng độ bụi tổng tại ống khói so với TCVN. 45

Hình 4.17: Đồ thị nồng độ CO tại ống khói so với TCVN. 45

Hình 4.18: Đồ thị nồng độ SO
2
tại ống khói nhà máy so với TCVN. 45

Hình 4.19: Đồ thị nồng độ NO
2
tại ống khói so với TCVN. 46

Hình4.20: Đồ thị nồng độ bụi tổng tại K1 so với TCVN. 46

Hình 4.21 : Đồ thị nồng độ CO tại K1 so với TCVN 47

Hình 4.22: Đồ thị nồng độ SO
2
tại K1 so với TCVN. 47

Hình 4.23: Đồ thị nồng độ NO
2
tại K1 so với TCVN. 47

Hình 4.24: Đồ thị nồng độ bụi tổng tại K2 so với TCVN. 48

Hình 4.25: Nồng độ CO tại K2 so với TCVN. 48

Hình 4.26: Nồng độ SO
2
tại K2 so với TCVN. 49

Hình 4.27: Đồ thị nồng độ NO
2
tại K2 so với TCVN. 49

Hình 4.28: Đồ thị nồng độ bụi tổng tại K3 so với TCVN. 50

Hình 4.29 : Đồ thị nồng độ CO tại K3 so với TCVN 50

Hình 4.30 : Đồ thị nồng độ SO
2
tại K3 so với TCVN. 51

Hình 4.31: Đồ thị nồng độ NO
2
tại K3 so với TCVN. 51

Hình 4.32: Đồ thị nồng độ bụi tổng tại K4 so với TCVN. 52

Hình 4.33: Đồ thị nồng độ CO tại K4 so với TCVN 52

Hình 4.35: Đồ thị nồng độ NO

2
tại K4 so với TCVN. 53

Hình 4.37 : Đồ thị nồng độ CO tại K5 so với TCVN 54

Hình 4.39: Đồ thị nồng độ NO
2
tại K5 so với TCVN. 55

Hình 4.40: Đồ thị nồng độ bụi tổng tại K6 so với TCVN. 56

Hình 4.41: Đồ thị nồng độ CO tại K6 so với TCVN 56

Hình 4.43: Đồ thị nồng độ NO
2
tại K6 so với TCVN. 57


1


PHẦN 1
MỞ ĐẦU
1.1.Tính cấp thiết của đề tài
Sự bền vững của một nền kinh tế được xác định bởi khả năng đảm bảo sự
tăng trưởng chất lượng cuộc sống đối với từng người dân. Trong kỷ nguyên hậu
giai đoạn công nghiệp hiện nay, sự tăng trưởng kinh tế kèm theo sự gia tăng ô
nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu gây nhiều ảnh hưởng không nhỏ đến sức
khỏe con người và vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường được toàn thế giới
quan tâm không chỉ riêng Việt Nam. Vấn đề đặt ra cho các nhà quản lý là đảm

bảo sự phát triển bền vững , tăng trưởng về kinh tế đi đôi với bảo vệ môi trường
nhằm nâng cao chất lượng cuộc sống, cho con người được hưởng những gì tốt
đẹp nhất.
Hải Phòng là một trong những trung tâm kinh tế phát triển của nước ta,
cùng với nhiều ngành công nghiệp, cơ khí, hóa chất…bên cạnh sự tăng trưởng
về kinh tế là vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên phức tạp. Gồm nhiều
khu công nghiệp và các nhà máy xí nghiệp hoạt động đã gây ra ô nhiễm môi
trường mà nhất là ô nhiễm môi trường không khí .Vì vậy để giải quyết những
vấn đề môi trường đó và mục tiêu hướng đến sự phát triển bền vững trong tương
lai, thì các cấp lãnh đạo, các nhà quản lý có thể ứng dụng những công cụ quản lý
và giám sát môi trường đã được nghiên cứu và thực hiện trong cả nước. Đây
cũng là mụcđích muốn hướng đến của đề tài.
Hiện nay giám sát chất lượng không khí ngày càng được quan tâm nhưng
công nghệ đánh giá nhanh chóng ảnh hưởng của nhà máy, xí nghiệp lên chất
lượng không khí xung quanh vẫn còn hạn chế.
Các số liệu môi trường liên quan tới các nhà máy, xí nghiệp tuy đã có
nhưng hiện tại vẫn chưa được quản lý bằng các phần mềm GIS. Cách quản lý
như vậy gây nhiều khó khăn cho việc tìm kiếm, trao đổi thông tin cũng như đưa
ra một bức tranh tổng hợp trên cơ sở tích hợp nhiều loại số liệu.
2


Để từng bước hội nhập theo xu hướng hiện nay, Hải Phòng cần phải
xây dựng cơ sở hạ tầng về thông tin đáp ứng được các chuẩn quốc tế và khu
vực, trong đó ứng dụng công nghệ thông tin là một trong những điều kiện
không thể thiếu.
Từ những lý do trên, được sự nhất trí của Ban giám hiệu Nhà trường, Ban
chủ nhiệm Khoa Môi Trường,Trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên, dưới sự
hướng dẫn của thầy giáo Th.S Nguyễn Ngọc Anh , em tiến hành nghiên cứu đề
tài: “ Ứng dụng phần mềm ENVIMAP trong việc giám sát ô nhiễm môi

trường không khí do hoạt động của nhà máy Phôi Thép Việt – Ý , KCN Nam
Cầu Kiền, xã Hoàng Động, huyện Thủy Nguyên, tp Hải Phòng”.
1.2.Mục tiêu, yêu cầu, ý nghĩa của đề tài.
1.2.1. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu lâu dài
Xây dựng hệ thống thông tin môi trường trợ giúp quản lý tổng hợp và
thống nhất môi trường khu vực nhà máy Phôi Thép Việt – Ý một cách khoa học
và bằng công nghệ tiên tiến.
Xây dựng CSDL môi trường phục vụ cho công tác quản lý nhà nước về
môi trường không khí tại khu vực nhà máy Phôi Thép Việt – Ý, phục vụ cho
mục tiêu phát triển bền vững cũng như hỗ trợ các cấp lãnh đạo thông qua
quyết định.
Mục tiêu trước mắt:
- Tin học quá trình nhập, xuất dữ liệu môi trường liên quan tới chất lượng
môi trường không khí khu vực nhà máy Phôi Thép Việt – Ý.
- Ứng dụng mô hình toán kết hợp với cơ sở dữ liệu môi trường và GIS
đánh giá nhanh chóng ảnh hưởng của các nguồn thải điểm lên chất lượng môi
trường không khí xung quanh khu vực nhà máy Phôi Thép Việt – Ý.
3


1.2.2.Yêu cầu của đề tài
- Thu thập dữ liệu nền từ các cơ quan quản lý ( dữ liệu về tình hình phát
triển kinh tế xã hội và dữ liệu môi trường nhà máy Phôi Thép Việt – Ý ).
- Đánh giá và phân tích chất lượng môi trường không khí khu vực nhà
máy Phôi Thép Việt – Ý và môi trường xung quanh.
- Xây dựng cơ sở dữ liệu của nhà máy Phôi Thép Việt – Ý trên GIS.
1.2.3.Ý nghĩa của đề tài
- Đề xuất được một công cụ tin học được ứng dụng để quản lý môi trường
ở nhà máy thép thuận tiện và hiệu quả hơn.

- Sự tự động hóa cao bằng cách đưa dữ liệu gắn với GIS và các công cụ
phân tích chung dưới một hệ thống duy nhất.















4


PHẦN 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Hệ thống thông tin môi trường
Hệ thống thông tin môi trường đầu tiên trên thế giới được ra đời tại Mỹ
vào những năm 80 của thế kỷ trước. Vào thời điểm đó nhiệm vụ chính của hệ
thống thông tin môi trường này là thu thập thông tin môi trường, chuẩn hóa các
dạng dữ liệu khác nhau. Cơ quan kết nối các mạng này chính là Cục bảo vệ môi
trường Mỹ ( EPA – Environmental Protection Agency). Mức độ dưới EPA một
bậc chính là các trung tâm nghiên cứu quốc gia

Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống thông tin môi trường ở Mỹ.
Hệ thống thông tin môi trường (HTTTMT) được định nghĩa như một hệ
thống dựa trên máy tính để lưu trữ, quản lý và phân tích các thông tin môi
Các quy luật về
môi trường
Hỗ trợ thông tin
qua quyết định
Thông tin trên
Internet
Phân tích thông tin
Hệ thống thông tin địa lý
Mô hình

Hệ thống thông tin môi
trường quản lý rủi ro
Các chỉ số môi trường


Nước Không khí Chất thải


Thuốc trừ sâu và các chất độc hại khác

L
ưu tr
ữ

d
ữ

li
ệ
u

5


trường và các dữ liệu liên quan. HTTTMT chứa đựng các thông tin về mô tả mặt
đất ( ví dụ các dòng chảy,đường giao thông, đất, thông tin về sử dụng đất, lớp
thực vật, các đứt gãy địa tầng…) khu vực dưới đất ( ví dụ: các hoạt động khoan
đào hố, đào giếng, khai thác gỗ…) thông tin lưu trữ về quan trắc môi trường ( ví
dụ : dữ liệu về các mẫu môi trường, luồng khí ô nhiễm, ranh giới ô nhiễm…), dữ
liệu về điều kiện khí tượng thủy văn ( ví dụ : lượng mưa, lượng bốc hơi, nhiệt

độ, bức xạ, tốc độ gió), các hồ sơ và các mô tả về các dự án có liên quan ( ví dụ :
bản trình bày các tác động môi trường, bản đồ…).
Thành phần cốt lõi của HTTTMT là một cơ sở dữ liệu không gian
được cấu trúc chặt chẽ và dễ truy xuất, trong đó chứa đựng các thông tin
phân bố không gian cùng với các thông tin thuộc tính liên quan của nó. Mục
đích của HTTTMT là nhằm cung cấp các thông tin môi trường cần thiết cho
các nhà quản lý dự án môi trường hay các nhà nghiên cứu, các đơn vị và cơ
quan pháp chế.
Mục tiêu chính của HTTTMT là giúp cho việc đánh giá tổng hợp cũng
như lựa chọn các kịch bản phát triển khác nhau. HTTTMT cho phép giải quyết
tốt những nhiệm vụ sau đây:
- Chuẩn bị thông tin thích hợp về hiện trạng môi trường, dự báo kịch bản
phát triển các hoạt động kinh tế của con người, khuyến cáo lựa chọn phương án
phát triển bền vững trong vùng ( hỗ trợ thông qua quyết định).
- Mô hình hóa các quá trình diễn ra trong môi trường có lưu ý tới các mức
độ tải trọng khác nhau lên môi trường do các hoạt động kinh tế của con người.
- Đánh giá rủi ro cho các xí nghiệp đang tồn tại hay sẽ được xây dựng với
mục tiêu quản lý các rủi ro có thể xảy ra.
- Lưu trữ thông tin thay đổi theo thời gian liên quan tới số liệu quan trắc từ
các phương tiện kỹ thuật khác nhau về các tham số môi trường.
- Chuẩn bị bản đồ điện tử thể hiện tình trạng môi trường.
- Xây dựng các báo cáo môi trường khác nhau phục vụ cho mục tiêu phát
triển bền vững.
6


- Giúp cho việc luận cứ mạng lưới quan trắc môi trường tối ưu.
- Giúp trao đổi thông tin giữa các Hệ thống thông tin môi trường khác nhau.
- Cung cấp thông tin cho các tổ chức, cá nhân có nhu cầu về thông tin
môi trường.

Để xây dựng HTTTMT cần thiết phải trang bị kiến thức từ các ngành
khoa học môi trường khác. Mối quan hệ đó được thể hiện trên hình 2

















Hình 2.2 .Vai trò và vị trí của môn học Hệ thống thông tin môi trường trong
các môn học môi trường khác
2.2. Hệ thống thông tin địa lý GIS và vai trò của nó trong công tác quản lý
môi trường không khí
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một ngành khoa học được xây dựng và
phát triển trên nền tảng của khoa học máy tính, khoa học bản đồ, khoa học địa lý
nhằm nghiên cứu xây dựng mô hình, cấu trúc dữ liệu và cơ sở dữ liệu không

Hệ thống thông tin môi trường
Liệt kê phát thải,
x
ả

th
ả
i

Mô hình lan
truyền Ô nhiễm
Quan trắc nồng
độ ô nhiễm
Văn bản pháp
lý
Các công nghệ mới
liên quan tới tài
nguyên và môi
trư

ờ
ng

Kỹ thuật
môi trường
Nghiên cứu ảnh hưởng các hoạt
động kinh tế - xã hội lên môi
trường
Đánh giá tác
động môi trường
7


gian của đối tượng không gian đảm bảo cập nhật, lưu trữ, truy xuất,hiển thị,
phân tích và xử lý dữ liệu không gian trên máy tính số.
Hệ thống thông tin địa lý có thể được tổ chức theo các mô hình:
- Mô hình 3 thành phần: Phần cứng, phần mềm, con người.
- Mô hình 4 thành phần: Thiết bị kỹ thuật ( Phần cứng , phần mềm).
thông tin, tổ chức, con người.
- Mô hình 5 thành phần: Phần cứng, phần mềm, dữ liệu, quy trình,
con người.
- Mô hình 6 thành phần: Phần cứng, phần mềm, dữ liệu, quy trình, tổ
chức, con người.
Hệ thống thông tin địa lý 3 thành phần phần cứng , phần mềm và con
người thích hợp cho công tác học tập, nghiên cứu giải những bài toán cụ thể về
một lĩnh vực nào đó như đánh giá tác động môi trường,quy hoạch vùng cụ thể
tại một thời điểm nhất định.
2.2.1. Định nghĩa GIS
Thuật ngữ GIS được sử dụng rất thường xuyên trong nhiều lĩnh vực khác
nhau như địa lý, kỹ thuật tin học, các hệ thống tích hợp sử dụng trong các ứng

dụng môi trường, tài nguyên, trong khoa học về xử lý dữ liệu không gian,…
Lĩnh vực GIS được đặc trưng bởi sự đa dạng trong ứng dụng và các khái
niệm của GIS được phát triển trên nền của rất nhiều lĩnh vực.
Sự đa dạng của các lĩnh vực sử dụng, các phương pháp và khái niệm
khác nhau được áp dụng trong GIS, dẫn đến có rất nhiều định nghĩa khác
nhau về GIS:
- Tập hợp đa dạng các công cụ dùng để thu thập , lưu trữ, truy cập, phân
tích và thể hiện dữ liệu không gian.
- Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu trên máy tính dùng thu thập lưu trữ, truy
cập, phân tích và thể hiện dữ liệu không gian.
8


- Hệ thống ủng hộ lập quyết định có chức năng tích hợp dữ liệu không
gian vào giải quyết các vấn đề thực tiễn.
Từ các định nghĩa trên, ta có thể đưa ra định nghĩa tổng quát sau đây:
“ GIS là hệ thống các công cụ nền máy tính dùng để thu thập , lưu trữ,
truy cập và biến đổi, phân tích và thể hiện dữ liệu liên quan đến vị trí trên bề
mặt Trái Đất và tích hợp các thông tin này vào quá trình lập quyết định.”
2.2.2. Tiếp cận hệ thống thông tin địa lý
Hiện nay có nhiều hướng để tiếp cận hệ thống thông tin địa lý, sử dụng
công nghệ thông tinđịa lý như một công nghệ phục vụ nghiên cứu chuyên
ngành, các nhà khoa học trong những chuyên ngành như: địa chất, bản đồ, lâm
nghiệp, nông nghiệp, thủy lợi, môi trường… thường sử dụng mô hình hệ thống 3
thành phần:
-Phần cứng: Máy tính PC, thiết bị nhập dữ liệu không gian thông dụng
Digitizer hoặc scanner, thiết bị điện tử như màn hình hoặc máy in màu,…
-Phần mềm: GIS được cài đặt trên máy PC thích hợp cho việc xử lý
những bài toán cụ thể của chuyên ngành trên nền tảng cơ sở dữ liệu nhỏ ( dữ liệu
có dung lượng nhỏ).

-Con người: Ở đây là chuyên gia của chuyên ngành đang sử dụng công
nghệ thông tin địa lý như là một công cụ.
- Cách tiếp cận này có ưu điểm trong nghiên cứu khoa học và đào tạo ngắn
hạn cho các chuyên gia của những chuyên ngành khác không chuyên thông tin địa
lý, hoặc trong công tác nghiên cứu khoa học của những chuyên ngành khác sử
dụng công nghệ thông tin địa lý như một công nghệ để giải những bài toán cụ thể.
2.2.3. Các lĩnh vực ứng dụng của GIS
Hiện nay, tại nhiều nước trên thế giới, công nghệ thông tin địa lý đang
được các chính phủ quan tâm. Vì nó là công cụ trợ giúp quyết định hữu hiệu
nhất để quản lý nhà nước trong nhiều lĩnh vực như : quản lý tài nguyên và môi
trường, quản lý đất đai, quy hoạch quản lý đô thị,…
9


 Các lĩnh vực ứng dụng hệ thống thông tin địa lý gồm:
• Quy hoạch vùng, quy hoạch đất đai.
• Lập chính sách, quy hoạch, quản lý thành phố.
• Giải quyết vấn đề trong trường hợp khẩn cấp.
• Quản lý thuế.
• Khoa học môi trường.
• Giám sát hiểm họa môi trường.
• Mô hình xả lũ.
• Quản lý lưu vực, vùng ngập, vùng đất ướt, rừng tầng ngập nước.
• Đánh giá tác động môi trường.
• Thông tin về các nhà máy, thiết bị độc hại.
• Mô hình nước ngầm.
• Định vị các công trình ngầm.
• Thiết kế tuyến giao thông.
• Bảo quản cơ sở hạ tầng.
• Phân vùng trường học.

• Tuyến xe buýt.
• Dự báo giá đất.
• Phân tích dân số.

2.3. Mô hình lan truyền chất ô nhiễm được tích hợp trong ENVIMAP
2.3.1. Sự phân bố chất ô nhiễm và phương trình toán học cơ bản
Để mô tả quá trình lan truyền và khuếch tán chất ô nhiễm không khí theo
không gian và thời gian bằng phương trình toán học thì người ta xem xét trị số
trung bình nồng độ chất ô nhiễm.
Dưới tác dụng của gió tự nhiên các luồng khí, bụi phụt lên từ miệng ống
khói sẽ bị uốn cong theo chiều gió thổi. Chất ô nhiễm dần dần bị khuếch tán ra
tạo thành vệt khói . Kết quả khảo sát cho thấy các chất khí thải và bụi lơ lửng lan
truyền chủ yếu theo vệt khói trong phạm vi góc cung hẹp chỉ 10º - 20º. Một số
hạt bụi nặng sẽ tách khỏi vệt khói và rơi xuống mặt đất ở gần ống khói. Nếu coi
góc mở của vệt khói không đổi theo khoảng cách thì diện tích do vệt khói gây ô
nhiễm sẽ tăng tỷ lệ với bình phương khoảng cách.
10


Trong trường hợp tổng quát trị số trung bình của nồng độ chất ô nhiễm
trong không khí phân bố theo thời gian và không gian được mô tả theo phương
trình lan truyền, khuếch tán rối và biến đổi hóa học như sau:
t
C
∂
∂
+ V
x
x
C

∂
∂
+ V
y
y
C
∂
∂
+ V
z
z
C
∂
∂
=
x
∂
∂
( K
x
)
x
C
∂
∂
+
y∂
∂
( K
y

y
C
∂
∂
) +
z
∂
∂
( K
z
z
C
∂
∂
) +
CC
β
α
−
(2.1)
Trong đó :
C – nồng độ trung bình của chất ô nhiễm ( mg/m
3
);
x, y, z – các thành phần tọa độ theo 3 trục Ox, Oy, Oz;
t – thời gian;
K
x
, K
y

, K
z
– các thành phần của hệ số khuếch tán rối theo 3 trục Ox, Oy, Oz;
V
x
, V
y
, V
z
– các thành phần của tốc độ trung bình theo 3 trục Ox, Oy, Oz .
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 chất khác do quá
trình phản ứng hóa học xảy ra trên đường lan truyền.
Phương trình (2.1) rất phức tạp ( mặc dù vậy nó chỉ mô phỏng sự lan
truyền chất ô nhiễm ). Trên thực tế để giải được phương trình này người ta phải
tiến hành đơn giản hóa trên cơ sở thừa nhận một số điều kiện xấp xỉ bằng cách
đưa ra giả thiết phù hợp với điều kiện cụ thể. Những giả thiết này phải xuất phát
từ các lập luận sau đây:
Công suất của nguồn điểm phát thải là liên tục và coi là quá trình dừng,
nghĩa là:
t
C
∂
∂
= 0
(2.2)
Nếu hướng trục Ox trùng với hướng gió thì thành phần vận tốc gió chiếu
lên trục Oy sẽ bằng 0

V
x
=
V
= u
0
=
⇒
Vy

(2.3)
11


Trên thực tế thành phần khuếch tán rối theo chiều gió nhỏ hơn rất nhiều
so với thành phần khuếch tán rối theo phương vuông góc với chiều gió, khi đó:

x
∂
∂
(
K
x
x
C
∂
∂
)
≈ 0 (2.4)

Tốc độ thẳng đứng thường nhỏ so với tốc độ gió nên có thể bỏ qua, trục z
thường lấy chiều dương hướng lên trên, do đó đối với bụi nặng thì thành phần
V
z
ở phương trình (3.1) sẽ bằng tốc độ rơi của hạt ( dấu âm) , còn đối với chất ô
nhiễm khí và bụi nhẹ thì V
z
=0.
Nếu bỏ qua hiện tượng chuyển “ pha” của chất ô nhiễm cũng như không
xét đến chất ô nhiễm được bổ sung trong quá trình khuếch tán thì α=β=0.
Như vậy ta có thể sử dụng phương trình mô tả sự phân tán các chất ô
nhiễm từ nguồn điểm sau đây vào mục đích tính toán sự nhiễm bẩn không khí:
V
x
x
C
∂
∂
+ V
z
z
C
∂
∂
=
z
∂
∂
k

z
z
C
∂
∂
+ k
y
2
2
y
C
∂
∂
(2.5)
2.3.1.1 Điều kiện ban đầu
Điều kiện ban đầu của bài toán lan truyền các chất ô nhiễm trong môi
trường không khí được thiết lập trên cơ sở định luật bảo toàn vật chất.
Nếu nguồn có độ cao H đặt ở gốc tọa độ,hướng trục Ox theo chiều gió với
vận tốc trung bình là u thì tại thời điểm t= t0 hay ( t= 0), điều kiện ban đầu có
dạng:








=
=

=
=
Hz
y
x
t
0
0
0
)().( HzyMCu
−
=
δ
δ
(2.6)
Trong đó :
H- là độ cao hữu dụng;
H= h +
∆
h. Với h- độ cao vật lý của nguồn điểm (ống khói) m);
∆
h –
Độ nâng ban đầu của luồng khí thải ( vệt khói) (m);
12


C – Nồng độ trung bình của chất ô nhiễm (mg/ m
3
);
M – Công suất nguồn thải;

δ
(y),
δ
(z-H) – là các hàm Dirac.
Nếu như nguồn thải không phải là ống khói mà thải ra ở mặt đất thì một
số tác giả cho rằng, tại thời điểm t= 0 chất phát thải chưa hoạt động, khi đó giả
sử nguồn đặt ở gốc tọa độ thì:






=
=
=
0
0
0
z
y
x
0
=
⇒
C
(2.7)
2.3.1.2 Điều kiện biên
Trong lớp không khí khảo sát thường giới hạn bởi mặt đất, còn độ cao
thường là vô hạn hoặc hữu hạn tùy theo sư phân lớp của khí quyển. Thông

thường điều kiện biên được thiết lập cho 2 trường hợp phù hợp với điều kiện
thực tế của quá trình khuếch tán rối. Trong trường hợp này cần xét hai điều
kiện sau:
a) Điều kiện xa vô cùng
Điều kiện này xuất phát từ cơ chế vật lý : nồng độ chất ô nhiễm giảm
dần khi ra xa vô tận:






∞→
+∞→
+∞→
y
z
x
thì
0
→
C
( 2.8)
b) Điều kiện bề mặt trải dưới

Nếu bề mặt trải dưới có chứa nước (sông, hồ, ao, biển …) thì khả
năng hấp thụ chất ô nhiễm của nước rất lớn nên nồng độ chất ô nhiễm tại mặt
trải dưới được xem như bằng không.
C= 0 khi z = 0 (2.9)
13

Nếu bề mặt trải dưới là khô thì điều kiện phản xạ của mặt trải dưới là rất
lớn, do đó các dòng chất thải đến mặt trải dưới bị phản xạ hoàn toàn vào khí
quyển. Do đó thông lượng rối thẳng đứng tại bề mặt trải dưới phải 0, nghĩa là:

z
C
k
z
∂
∂
= 0 khi z= 0 (2.10)
Giả thiết rằng V
x
và K
z
được cho dưới dạng hàm lũy thừa:

x
V
=
1
u
n
z
z









1
;
z
k
=
1
k
m
z
z








1
;
ukk
y 0
=
(2.11)
Trong đó:

u
1
, k
1
– là vận tốc gió và hệ số rối đo đạc và chỉnh lý tại độ cao z
1
= 1m;
n và m là các tham số không thứ nguyên được chỉnh lý tính toán từ số liệu
đo đạc trong tầng không khí sát đất ở các khu công nghiệp ở các khu công
nghiệp ( thường thì người ta lấy xấp xỉ m ≈ 1, n ≈ 0,15 , z
1
≈1m, k
0
được xác
định trên cơ sở giải bài toán ngược khuếch tán rối ( kết quả nhận được cho thấy
k
0
bằng 0,1 – 1m phụ thuộc vào mức ổn định của tầng kết).
2.3.2. Công thức Berliand trong trường hợp chất khí và bụi nặng
Để áp dụng vào thực tế tính toán ô nhiễm không khí, Berliand đã giới hạn
xem xét công thức giải tích nhân được với z nhỏ (sát mặt đất).
( )
( ) ( ) ( )
mn
m
mn
n
mn
nm
mnmn

nm
mn
nm
uxk
mn
n
mnxk
xk
y
Hz
xnmk
zu
Mz
zyxC
−+
−
−+
+
−+
+
−+−+
−
−+
+







−+
+
Γ−+






−+
−+
−
=
2
1
1
2
1
1
2
0
0
2
)22
2
1
11
2
1
2

2
1
22
4
)2(
exp
),,(
π

Đối với nồng độ tại mặt đất, Berliand đã đưa ra công thức:
( )








−
+
−
+
=
+
xk
y
xkn
Hu
xkkn

M
yxC
n
0
2
1
2
1
1
2/3
01
4
1
exp
)1(2
)0,,(
π
(2.12)
14


Đặc trưng nổi bật của sự phân bố nồng độ dưới mặt đất C theo trục x (
nghĩa là với y= 0) là nó đạt được giá trị cực đại C
m
tại khoảng cách x
m
tính từ
nguồn. Các đại lượng C
m
và x

m
được tìm từ điều kiện

0=
∂
∂
=
∂
∂
y
C
x
C

Công thức tính nồng độ cực đại theo Berliand:

(
)
( )
10
1
)15,1
1
2
1116,0
uk
k
Hu
Mn
C

n
m
+
+
=
(2.13)

( )
2
1
1
1
1
3
2
nk
Hu
x
n
m
+
=
+

Trong các công thức này:
u
k
k
y
o

=
;
hhH
∆
+
=
;








∆
+=∆
2
10
10
0
3,3
5,2
5,1
Tu
TgR
u
R
h
ω

;
T – Nhiệt độ không khí đo bằng Kelvin;
u
10
– vận tốc gió tại độ cao 10m;
0
ω
- Vận tốc khí thoát ra khỏi miệng ống ( m/s);
R – bán kính miệng ống khói ( m); g: gia tốc trọng trường;
∆T=
TT
b
−
- (hiệu nhiệt độ của tạp chất khí thoát ra khỏi miệng ống và
nhiệt độ không khí xung quanh, T
b
và T tính bằng Kelvin = 273+ tºC).
Trong trường hợp chất thải là tạp chất nặng có cỡ hạt đồng nhất, Berliand
đã nhận được công thức tính nồng độ từ một nguồn điểm có độ cao H được xác
định bằng công thức.
( )
( ) ( ) ( )
( )
xk
y
xkn
Hu
xkxkn
uMH
yxC

nn








−
+
−×
+Γ+
=
+
++
+
0
2
1
2
1
1
1
10
21
1
1
4
1

exp
112
)0,,(
ωω
ωω
πω
(2.14)

Trong đó:
15



( )
nk
w
+
=
1
1
ω

Giá trị cực đại của C
m
và khoảng cách từ đó tới nguồn x
m
được tìm cũng
giống như đối với tạp chất nhẹ.

063,0=

m
C
(
)
( )
(
)
( )
ω
ω
ω
ω
e
uk
k
Hu
Mn
n
+Γ
++
+
+
1
5,11063,0
5,1
10
1
15,1
1
2

, (2.15)
Và
( ) ( )
1
2
1
1
5,11 kn
Hu
x
n
m
ω
++
=
+

Trong đó :
2.2
10.3,1
pp
rw
ρ
−
=
- là tốc độ rơi của các hạt có dạng hình cầu ( với p
p
:
là mật độ các hạt bụi, r
p

là bán kính của chúng). Trong công thức trên w được
xác định bằng cm/s, còn p
p
và r
p
được cho bằng g/cm
3
và µm tương ứng.
2.4 Phương pháp tính toán nồng độ trung bình trong phạm vi giới hạn thời
gian dài ngày do nhiều nguồn thải gây ra.
2.4.1 Nguyên tắc chung
Khi tính toán dự báo mức ô nhiễm tại một địa điểm nào đó do các nguồn
thải khác nhau gây ra, ngoài việc xác định nồng độ ô nhiễm tức thời, ta còn cần
phải biết và dự báo được sự phân bố nồng độ trung bình ngày đêm, trung bình
tháng hoặc trung bình năm của chất ô nhiễm tại địa điểm xem xét.
Quy tắc chung để xác định nồng độ trung bình năm là theo tài liệu của tác
giả Trần Ngọc Chấn [6], có thể biểu diễn bằng biểu thức sau.



= Σ Σ Σ Σ
Tất cả các 8 hướng Các cấp Các cấp ổn
nguồn thải gió vận tốc gió định của
khí quyển
Nồng độ TB
năm của chất ô
nhiễm tại điểm
tính toán
16

Trong đó:
P – tần suất xuất hiện của các sự kiện ( thông số) như: vận tốc gió, hướng
gió và cấp ổn định của khí quyển;
C – nồng độ tức thời của chất ô nhiễm tại điểm xem xét do một nguồn
nhất định trong điều kiện thời tiết nhất định ( vận tốc gió, hướng gió, độ ổn
định) gây ra.
Nồng độ tức thời C chính là nồng độ tính toán được theo các phương pháp
khác nhau đã giới thiệu ở các đề mục trước đây.
Để thực hiện quy tắc tính toán theo biểu thức tổng quát ở trên đòi hỏi phải
có đầy đủ rất nhiều thông số đầu vào và khối lượng tính toán sẽ rất lớn.
Trường hợp tính toán nồng độ trung bình cho thời gian ngắn, như trung
bình ngày đêm chẳng hạn, ta có thể đơn giản hóa vấn đề bằng cách giả thiết rằng
trong từng mùa nhất định, hè hoặc đông, cấp ổn định của khí quyển có thể thay
đổi trong ngày đêm xung quanh một cấp trung bình nào đó và ta chỉ tính toán
đối với cấp ổn định trung bình ấy.
Ngoài ra, các cấp vận tốc gió có thể được thay đổi bằng trị số vận tốc gió
trung bình u
TB(a)
trên một hướng anào đó cùng với tần suất xuất hiện của gió P
(a)

còn có tần suất lặng gió P
lặng
. Đó là tỷ lệ thời gian không có gió trên bất kỳ
hướng nào, nói cách khác là u=0. Trường hợp này khác với các trường hợp
không có gió trên một hướng a
i
xem xét, tức là nồng độ tức thời trên hướng đó
không bằng không mà có giá trị nhất định nào đó tùy thuộc vào nhiều yếu tố

khác nhau, trong đó có bán kính từ điểm đang xét đến chân nguồn thải.
2.4.2. Công thức xác định nồng độ trung bình theo tần suất gió
Từ những lâp luận đã nêu ra trên đây, ta chỉ có thể viết biểu thức xác định
nồng độ trung bình ngày đêm của chất ô nhiễm trên mặt đất tại một vị trí tính
toán nào đó do một nguồn thải thứ i gây ra như sau.

PC
iyx
=
)(,
lặng
C
lặng(i
)
+
)(ia
m
n
a
Ck
∑
(2.16)

17


Thay giá trị của hệ số trung bình ka bằng giá trị tần suất gió theo các
hướng ta thu được.

C

x,y(i
)
=P
lặng
C
lặng(i)
+ (1-P
lặng
)
)(
1
ia
m
a
a
CP
∑
=
(2.17)

Nồng độ tổng cộng trung bình tại điểm có tọa độ x, y do n nguồn thải
gây ra sẽ là

C
x,y(tổng
)
=
∑
=
n

i
P
1
[
lặng
C
lặng(i)
+ (1-P
lặng
)
)(
1
ia
m
a
a
CP
∑
=
] (2.18)
Trong các công thức trên:
-
C
x,y(i)
- nồng độ trung bình tại vị trí có tọa độ x,y do nguồn thải thứ I
gây ra;
-
C
x,y( tổng)
– nồng độ tổng cộng trung bình do n nguồn thải gây ra tại

điểm tính toán;
-
C
lặng(i)
– nồng độ tức thời do nguồn thải thứ I gây ra tại điểm tính toán
khi lặng gió ( u=0);
-
C
a(i)
– nồng độ tức thời do nguồn thải thứ I gây ra tại điểm tính toán
khi có gió thổi theo hướng a ứng với vận tốc gió trung bình trên hướng
gió và độ ổn định trung bình của khí quyển trong suốt khoảng thời gian
tính toán trị số trung bình ( ngày đêm, tháng hoặc năm).
Trị số C
a(i)
=0 khi điểm tính toán nằm phía đầu gió hoặc cách xa trục
của hướng gió a đang xem xét.
2.5. Tổng quan về phần mềm ENVIMAP
Phần mềm ENVIMAP phiên bản 1.0 ( ENVironmental Information
Management and Air Pollution estimation) ra đời năm 2003 dựa trên cơ sở
nâng cấp và chỉnh sửa phần mềm CAP 2.5. Dựa vào nhu cầu công tác nghiên
cứu và giảng dạy, sau hai năm vận hành đến tháng 11/2005 phần mềm
ENVIMAP 1.0 được nâng cấp thành phiên bản mới 2.0 và tháng 10/2006
phần mềm này được nâng cấp thành phiên bản 3.0.
 ENVIMAP hướng tới những mục tiêu sau đây:
-Quản lý các nguồn thải cố định ( cụ thể là các ống khói).