Ứng dụng caline4 mô phỏng sự lan truyền thông số CO trong không khí

Nguyễn Trần Minh Triết-1210349

Báo cáo chuyên đề thực tập 1

Chương 1: MỞ ĐẦU
I.1. Đặt vấn đề:

Ngày nay, ô nhiễm môi trường là một vấn nạn của nhân loại. Cả thế giới đang sát
cánh cùng nhau cứu sống hành tinh của mình. Với sự nỗ lực của các quốc gia các tổ chức
quốc tế, chúng ta đã thu được những kết quả nhất định trong việc kiểm soát ô nhiễm môi
truờng trên thể giới, tuy nhiên những kết quả đạt được là rất nhỏ nhoi chúng ta đang phải
đứng trước một thời kì môi trường đang bị suy thoái nghiêm trọng do nhiều nguyên nhân.
Nhưng nguyên nhân chủ yếu là bắt nguồn từ con người. Việt Nam chúng ta đang trên
đường công nghiệp hoá, hiện đại hóa đất nước, tốc độ đô thị hoá và mức độ tập trung dân
số tại các đô thị tăng nhanh. Dân số tăng nhanh tất nhiên các nhu cầu phục vụ con người
cũng tăng theo. Một nhu cầu rất quan trong đối với con người đó là giao thông vận tải,
đây đang là một vấn đề rất được quan tâm ở nước ta.
Thành phố Đà Lạt là một thành phố du lịch và hoạt động giao thông, sản xuất công
nghiệp chưa phát triển mạnh như một số đô thị lớn nên môi trường không khí tại đây vẫn
chưa bị ô nhiễm nghiêm trọng. Tuy nhiên, giống như nhiều đô thị khác môi trường không
khí tại Đà Lạt cũng đã có các dấu hiệu và nguy cơ bị ô nhiễm do hoạt động giao thông
tăng nhanh, trong đó ô nhiễm bụi là nghiêm trọng nhất. Cũng như các đô thị khác lưu
lượng giao thông tại Đà Lạt chỉ tập trung lớn ở các tuyến đường trung tâm thành phố như
Xô Viết Nghệ Tĩnh, Ba Tháng Hai, Lê Đại Hành... hoặc các tuyến đường có trường học
như Bùi Thị Xuân, Nhà Chung,Trần Phú... vào các giờ cao điểm 6h20, 11h50, 16h30 đến
18h. Còn các tuyến đường nhỏ, lẻ khác lưu lượng giao thông thường trung bình hoặc
thấp. Mặt khác, do đặc điểm địa hình, tình hình phát triển kinh tế cũng như chức năng của
thành phố và mức sống của người dân chưa cao mà loại hình phương tiện giao thông chủ
yếu là xe máy, tỷ lệ xe ô tô chạy xăng, chạy dầu vẫn thấp hơn nhiều so với các thành phố
lớn trong cả nước.
Nhằm bước đầu đánh giá ảnh hưởng của hoạt động giao thông đến chất lượng không

khí xung quanh, nhóm thực hiện đề tài: “Mô hình hóa ô nhiễm không khí từ hoạt động
giao thông”. Để thực hiện đề tài, nhóm đã ứng dụng mô hình CALINE4, phần mềm tính
phát tán ô nhiễm khí CO do hoạt động giao thông. Kết quả hướng tới mục đích ước tính
phát thải chất CO và ảnh hưởng của phát thải CO từ hoạt động giao thông đến chất lượng
không khí xung quanh và đưa ra các giải pháp nhằm khắc phục nó.
I.2. Mục tiêu nghiên cứu:
- Tìm hiểu mô hình CALINE4.
- Ứng dụng mô hình CALINE4 mô phỏng quá trình phát tán khí CO phát thải từ các
phương tiện giao thông trên một tuyến đường tại thành phố Đà Lạt.
- Đánh giá hiện trạng ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông và đề xuất biện
pháp quản lý.
I.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là khí ô nhiễm từ hoạt động giao thông vận tải
trên một tuyến đường trong phạm vi thành phố Đà Lạt.
- Phạm vi: đường Xô Viết Nghệ Tĩnh, phường 8, thành phố Đà Lạt.


Nguyễn Trần Minh Triết-1210349

Báo cáo chuyên đề thực tập 1

I.4. Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp thu thập số liệu: thu thập số liệu về khí tượng và các số liệu đầu vào
cho mô hình CALINE4.
- Phương pháp đánh giá nhanh: tính toán hệ số phát thải khí CO trung bình của các
phương tiện giao thông.
- Phương pháp mô hình hóa: Ứng dụng mô hình CALINE4 đánh giá ô nhiễm không
khí từ hoạt động giao thông trên một tuyến đường tại thành phố Đà Lạt.
- Phương pháp đánh giá kết quả: so sánh với QCVN 05:2013/BTNMT về chất lượng
môi trường không khí xung quanh để đưa ra kết luận mức độ ô nhiễm tại tuyến đường

quan trắc.
Chương II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
II.1. Tổng quan về đường Xô Viết Nghệ Tĩnh:
Đường Xô Viết Nghệ Tĩnh là một trong những tuyến đường gần trường học, nối liền
với khu du lịch Langbiang ở thị trấn Lạc Dương... nên có lưu lượng xe tham gia giao
thông tương đối lớn đặc biệt là vào các giờ cao điểm.

Hình 1: Mô tả tuyến đường Xô Viết Nghệ Tĩnh.
Đường Xô Viết Nghệ Tĩnh với chiều dài khoảng 5.8 km và rộng 12m. Đường có đầy
đủ các tiêu chuẩn để quan trắc và tính toán thông số đầu vào cho mô hình CALINE4 như
sau:
+ Hướng đường vuông góc với hướng gió (hướng đông).
+ Lưu lượng giao thông trung bình (2000 – 4000 xe/giờ).
+ Các phương tiện lưu thông trên đường đa dạng (xe máy, ô tô, xe tải, xe buýt…).
+ Ô nhiễm không khí trên tuyến đường chịu ảnh hưởng chính từ hoạt động giao
thông (ít bị tạp nhiễm từ các nguồn gây ô nhiễm khác)..


Nguyễn Trần Minh Triết-1210349

Báo cáo chuyên đề thực tập 1

Đường hở.
Độ rộng là 12m suy ra giá trị Mixing zone With = 12m + 3x2m =18m
II.2. Tổng quan về chương trình quan trắc:
Thu thập số liệu về khí tượng: hướng gió, nhiệt độ,….
Từ các số liệu về khí tượng đã thu thập được, tiến hành xác định tuyến đường và vị trí
quan trắc, sau đó xác định thời gian và phân công nhiệm vụ đếm xe.
Tiến hành quan trắc lưu lượng giao thông trong 1 giờ:
+ Chia phương tiện giao thông thành 3 loại chính: xe máy, xe chạy xăng, xe chạy

dầu.
+ Phân công đếm tay để xác định lưu lượng giao thông: 2 người đếm xe máy ở 2 làn
đường khác nhau, 1 người đếm xe chạy xăng, 1 người đếm xe chạy dầu.
+ Ghi lại các kết quả đã đếm được và thống kê số lượng theo loại xe.
II.3. Tổng quan phần mềm CALINE4:
II.3.1. Giới thiệu về phần mềm CALINE4:
Mô hình phát tán nguồn đường California (California Line Source Dispersion Model
– CALINE) là một trong những công cụ để định lượng các tác động từ các phát thải do
hoạt động giao thông tạo ra. Mô hình này được thiết kế nhằm dự đoán nồng độ CO dọc
các đường giao thông dựa vào các thông số khí tượng và thông số về giao thông. Mô hình
phát tán và vận chuyển CALINE4 được lập trình dựa vào sự biến đổi của dạng phát tán
vệt khói Gauss đối với nguồn điểm kết hợp với ảnh hưởng của sự xáo trộn nhiệt do các
phát thải ở nhiệt độ cao của xe cộ.
CALINE4 là phiên bản gần đây nhất của mô hình chất lượng không khí nguồn
đường, mô hình này được phát triển bởi Trung tâm Vận tải California (California
Department of Transportation). Mục đích của mô hình là để đánh giá tác động của các
hoạt động giao thông đối với chất lượng không khí và giúp các nhà lập kế hoạch bảo vệ
sức khoẻ cộng đồng, tránh các tác động có hại do tiếp xúc quá mức với CO. Mô hình
CALINE4 được sử dụng rộng rãi để tính toán nồng độ chất ô nhiễm gần các đường giao
thông.
II.3.2. Đặc điểm mô hình CALINE4:
- CALINE4 được thiết kế thành các cửa sổ giao diện đồ họa, giúp người sử dụng dễ dàng
nhập số liệu và tạo điều kiện giúp đỡ trực tiếp từ mô hình.
- Mô hình được thiết kế dựa trên thuật toán vệt khói của Gauss và khái niệm “vùng xáo
trộn”
- CALINE4 có thể tính được nồng độ chất ô nhiễm ở khoảng cách tối đa là 500m tính từ
đường giao thông.
- CALINE4 có thể ứng dụng được cho cả các đường hẽm, các bãi đỗ xe.
- CALINE4 có thể áp dụng được đối với các chất khí trơ, các chất ô nhiễm dạng hạt, các
chất ô nhiễm thứ cấp (NO 2) và cho phép áp dụng cho cả hỗn hợp các chất phản ứng (NO,

NO2, O3). Kết quả có thể là trung bình 1giờ hay trung bình 8 giờ.
+
+


Nguyễn Trần Minh Triết-1210349

Báo cáo chuyên đề thực tập 1

Chương III: PHƯƠNG PHÁP NGIÊN CỨU
III.1 Phương pháp tính toán hệ số phát thải khí CO trung bình của các phương
tiện giao thông:
Tổng lưu lượng xe có được từ chương trình quan trắc là:
Trong đó: N là “Tổng lưu lượng xe lưu thông trên tuyến đường trong thời gian quan
trắc”.
N1 : Lưu lượng xe máy lưu thông trên tuyến đường trong thời gian quan trắc.
N2 : Lưu lượng xe chạy xăng lưu thông trên tuyến đường trong thời gian quan trắc.
N3 : Lưu lượng xe chạy dầu lưu thông trên tuyến đường trong thời gian quan trắc.
Hệ số phát thải được tính bằng công thức:
Trong đó:
E : hệ số phát thải CO trung bình
E1: hệ số phát thải CO của xe máy
E2 : hệ số phát thải CO của xe chạy xăng
E3: hệ số phát thải CO của xe chạy dầu
Với E1 = 5.868 (g/km.xe); E2 = 5.745 (g/km.xe); E3 = 11.887 (g/km.xe)
III.2. Công thức quy đổi đơn vị từ ppm sang mg/m3:
Thực hiện tính toán quy đổi đơn vị từ ppm sang mg/m3 theo công thức:

III.3 Xây dựng dữ liệu đầu vào cho mô hình:
III.3.1 Dữ liệu địa hình:

Đối với dữ liệu địa hình, đề tài cần những dạng dữ liệu sau:
+ Vị trí tuyến đường quan trắc: dùng Google Map định vị trí cho tuyến đường.
+ Hệ tọa độ các điểm tiếp nhận được xây dựng theo hệ tọa độ Cartesian. Trong đó,
có 3 vị trí tiếp nhận là vị trí cách điểm quan trắc 2m, 5m và 10m dọc theo hướng
gió.
III.3.2 Dữ liệu khí tượng:
Độ ổn định khí quyển: xác định theo phương pháp Pasquill– Gifford dựa vào 5 mức
tốc độ gió bề mặt, ba mức bức xạ mặt trời tới ban ngày và hai mức che phủ mây ban đêm.
Góc lệch của hướng gió: hướng Đông (E) – 900
III.4. Ứng dụng phần mềm CALINE4 đánh giá ô nhiễm không khí từ hoạt động giao
thông trên tuyến đường Xô Viết Nghệ Tĩnh:
III.4.1. Thẻ Job Parameter (Thông số kịch bản): (Hình 1, phụ lục)


Báo cáo chuyên đề thực tập 1

Nguyễn Trần Minh Triết-1210349

Tiến hành nhập tên thư mục lưu dữ liệu ở mục Job Filename. Sau đó chọn các tùy
chỉnh: khí ô nhiễm “Carbon monoxide”, hệ số nhám khí động “Central Business District”,
chế độ chạy “Standard”, đơn vị “meters”, độ cao so với mực nước biển “1500”.
III.4.2. Thẻ Run Conditions (Điều kiện khí tượng): (Hình 2, phụ lục)
Nhập tất cả dữ liệu khí tượng đã thu được: độ lệch chuẩn hướng gió: mặc định 20 0;
chiều cao xáo trộn: mặc định 1000 m; nồng độ ô nhiễm nền: mặc định 1.8 ppm.
III.4.3. Thẻ Link Geometry (Thông số địa lý của các đoạn): (Hình 3, phụ lục)
Nhập tọa độ điểm đầu và điểm cuối của tuyến đường quan trắc.
III.4.4. Thẻ Link Activity (Thông số hoạt động của các đoạn đường): (Hình 4, phụ
lục)
Nhập các dữ liệu về lưu lượng xe và hện số phát thải khí CO trung bình của các
phương tiện giao thông trên tuyền đường Xô Viết Nghệ Tĩnh.

III.4.5. Thẻ Receptor Posittion (Vị trí của điểm cần tính toán): (Hình 5, phụ lục)
Nhập tọa đổ điểm quan trắc và các điểm tiếp nhận kèm theo giá trị độ cao.
Sau khi nhập toàn bộ dữ liệu đầu vào quay trở lại thẻ Job Parameters và click vào ô
“Run Caline4” để chạy mô hình. Kết quả chạy mô hình sẽ được hiển thị ở thẻ
Result.
CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
IV.1. Kết quả của chương trình quan trắc:
+ Thời gian: từ 16h30 đến 17h30 ngày 26/10/2015.
+ Địa điểm: Trước cửa hàng bánh mì 24h, Xô Viết Nghệ Tĩnh, tp Đà Lạt
- Các thông số khí tượng và lưu lượng xe tham gia giao thông của tuyến đường:
Bảng 1: Kết quả thu thập số liệu và quan trắc
Kết quả thu thập số liệu
Hướng gió
Vận tốc gió
Góc lệch của hướng gió
Độ lệch chuẩn hướng gió
Chiều cao xáo trộn
Nhiệt độ không khí
Áp suất không khí
Nồng độ CO nền (ppm)
Độ ổn định khí quyển

Đông
1.7 m/s
900
200
1000m
250C
0.85 atm
1.8

4

Kết quả đếm xe
Loại xe
Xe máy
Xe chạy bằng xăng
Xe chạy bằng dầu
Tổng lưu lượng xe

Số lượng xe
2810
67
128
3005

Bảng 2: Xác định vị trí:
Vị trí

Điểm đầu
tuyến đường

Điểm cuối
tuyến đường

Điểm quan
trắc

Điểm cách
điểm quan
trắc 2m

Điểm cách
điểm quan
trắc 5m

Điểm cách
điểm quan
trắc 10m


Báo cáo chuyên đề thực tập 1

Nguyễn Trần Minh Triết-1210349

Tọa
độ

X

108427684

108427684

108427684

108427673

108427656

108427628

Y

11969756

11969962

11969911

11969905

11969900

11969891

Z

0

0

2.0

2.0

2.0

2.0

Kết quả tính toán hệ số phát thải khí CO trung bình (E): với kết quả quan trắc lưu lượng

xe như bản trên và tình toán hệ số phát thải theo phương pháp như đã trình bày ở phần
III.1 ta tính được E = 9.85 (g/mile.xe).
IV.2. Kết quả chạy mô hình:
Phần mềm CALINE4 được hiển thị kết quả ở thẻ Result: (Hình 6, phụ lục)
- Theo công thức quy đổi từ đơn vị ppm sang mg/m3 (mục III.2), ta có nồng độ CO:
Bảng 3: Kết quả nồng độ CO.
Vị trí

Điểm quan trắc

Điểm cách 2m

Điểm cách 5m

Điểm cách 10m

Nồng độ (ppm)

2.2

2.2

2.2

1.9

Nồng độ CCO
(mg/m3)

2.266

2.266

2.266

1.957

- So sánh với QCVN 05:2013/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng môi
trường không khí xung quanh quy định nồng độ CO cho phép tồn tại trong khí quyển
trong 1 giờ là 30000 µg/m3 = 30 mg/m3. Mà nồng độ CO trong không khí tại đường Xô
Viết Nghệ Tĩnh trong 1 giờ chỉ đạt mức 2.266 mg/m3 thấp hơn nhiều so với quy chuẩn
cho phép.
- Ta có nồng độ ô nhiễm nền là 1.8ppm. Từ đó tính được lượng và phần trăm CO do hoạt
động giao thông đóng góp vào môi trường không khí xung quanh như sau:
Bảng 4: Giá trị % CO đóng góp vào môi trường.
Vị trí
Nồng độ CO do giao
thông đóng góp CO
(ppm)
Phần trăm đóng góp
CO vào môi trường
không khí

Điểm quan trắc

Điểm cách 2m

Điểm cách 5m

Điểm cách 10m

2.2-1.8 = 0.4

2.2-1.8 = 0.4

2.2-1.8 = 0.4

1.9-1.8 = 0.1

IV.3. Giải pháp quản lý ô nhiễm:
CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
V.1. Kết luận:
Từ các kết quả đã đạt được trong quá trình thực hiện mô hình ta rút ra các kết luận sau:
- Lượng xe lưu thông ở thành phố Đà Lạt chủ yếu là xe máy (chiếm trên 93.5%).
- Nồng độ khí CO trong môi trường không khí xung quanh lần lượt dao động từ
1.957 đến 2.266 mg/m3. Kết quả này cho thấy nồng độ khí CO thấp hơn QCVN
05:2013/BTNMT – 1 giờ (30mg/m3). Nồng độ lớn nhất là tại điểm quan trắc sau đó giảm


Nguyễn Trần Minh Triết-1210349

Báo cáo chuyên đề thực tập 1

dần tới các vị trí cách điểm quan trắc 2m, 5m, và 10m dọc theo hướng gió. Như vậy nồng
dộ CO chưa đáng báo động.
V.2. Kiến nghị:
- Quy hoạch các trường đại học, cao đẳng gần nhau để giảm số lượng xe máy, thành phố
ta cũng tương đối nhỏ nên vận động người dân tích cực sử dụng xe đạp, tăng số lượng các
phương tiện giao thông công cộng để đưa đón người dân.
- Do hạn chế về thời gian nên chỉ quan trắc được một khung giờ nhất định trong một

ngày, nên kết quả có thể chưa chính xác. Cần tiến hành quan trắc them nhiều khung giờ
trong một tuần để có bức tranh tổng quát hơn về phát thải các chất thải ô nhiễm từ hoạt
động giao thông.