Ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông ở thành phố hồ chí minh xác định hệ số phát thải chất ô nhiễm và mô hình hóa chất lượng không khí

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
---------------------------

HỒ MINH DŨNG

Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO HOẠT ĐỘNG
GIAO THÔNG Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH:
XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI CHẤT Ô NHIỄM
VÀ MÔ HÌNH HÓA CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2011


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
------------------------

HỒ MINH DŨNG

Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO HOẠT ĐỘNG
GIAO THÔNG Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH:
XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI CHẤT Ô NHIỄM
VÀ MÔ HÌNH HÓA CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ

Chuyên ngành: SỬ DỤNG VÀ BẢO VỆ TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG
Mã số: 62 85 15 01

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS.TS. ALAIN CLAPPIER
2. PGS.TS. ĐINH XUÂN THẮNG

TP HỒ CHÍ MINH - NĂM 2011


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
------------------------

HỒ MINH DŨNG

Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO HOẠT ĐỘNG
GIAO THÔNG Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH:
XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI CHẤT Ô NHIỄM
VÀ MÔ HÌNH HÓA CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ

Chuyên ngành: SỬ DỤNG VÀ BẢO VỆ TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG
Mã số: 62 85 15 01

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

PHẢN BIỆN ĐỘC LẬP:
1. GS.TSKH PHẠM NGỌC ĐĂNG
2. TS. NGUYỄN DUY BÌNH

TP HỒ CHÍ MINH - NĂM 2011

-i-


-i-

LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên là Hồ Minh Dũng – NCS, cán bộ nghiên cứu đang công tác tại Viện Môi
Trường và Tài Nguyên – ĐHQG Tp HCM, xin cam đoan như sau:
Luận án Tiến sĩ với đề tài “Ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông ở
Thành phố Hồ Chí Minh: Xác định hệ số phát thải chất ô nhiễm và mô hình hóa chất
lượng không khí” là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của
GS. TS. Alain Clappier và PGS. TS. Đinh Xuân Thắng.
Các số liệu khảo sát, tổng hợp, tài liệu tham khảo và kết quả nghiên cứu trình
bày trong luận án này là hoàn toàn trung thực.
Tôi xin cam đoan rằng, luận án này là công trình nghiên cứu độc lập của riêng
tôi. Nội dung của luận án không trùng lắp với các công trình khoa học khác đã được
thực hiện trước đây. Nếu có gì sai phạm tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước
pháp luật của nhà nước đã ban hành.
Trân trọng,
Tác giả

NCS. Hồ Minh Dũng

Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường


- ii -

LỜI CÁM ƠN

Để thực hiện và hoàn thành luận án này tác giả đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ các
cá nhân và đơn vị, tác giả xin gởi lời cám ơn đến:
GS. TS. Alain Clappier (EPFL, Thụy Sỹ) & PGS. TS. Đinh Xuân Thắng (IER)
hai hướng dẫn khoa học đã tận tình giúp đỡ trong thời gian thực hiện luận án.
TS. Oliver Furher và TS. Luis Carlos Belalcazar của EPFL, Thụy Sỹ - hỗ trợ và
giúp đỡ trực tiếp về mặt chuyên môn.
Ban Lãnh đạo Viện Môi Trường và Tài Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi
và hỗ trợ trang thiết bị phục vụ cho nghiên cứu.
Dự án ABC (Asia Brown Cloud) đã hỗ trợ kinh phí cho tác giả trong các đợt
thực tập tại EPFL và trong việc thực hiện thí nghiệm cho nghiên cứu này.
Sở Giao thông Công chánh Tp HCM, Chi Cục Bảo Vệ Môi trường Tp HCM cho
phép chúng tôi lắp đặt thiết bị và tiến hành thí nghiệm tại hiện trường.
Cuối cùng, cám ơn đến các Thầy, Cô ở Viện Môi Trường và Tài Nguyên và các
bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ và động viên để tác giả hoàn thành luận án này.
Tác giả

NCS. Hồ Minh Dũng

Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường


- iii -

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN ÁN
Trong những thập kỷ qua, ô nhiễm không khí từ hoạt động giao thông đã trở thành
một vấn đề môi trường lớn ở Việt Nam. Tình trạng này có xu hướng tập trung chủ
yếu ở các thành phố lớn như thành phố Hồ Chí Minh (Tp HCM) - nơi có nhiều
phương tiện giao thông hoạt động và kết quả là làm suy giảm chất lượng không khí.
Vì vậy, việc tính toán tải lượng các chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông
nhằm xây dựng bản đồ ô nhiễm cũng như phục vụ cho việc mô phỏng quá trình lan

truyền chất ô nhiễm trong không khí tại Tp HCM là rất cần thiết.
Tuy nhiên, một trong những hạn chế chính ở hầu hết các nghiên cứu đã thực hiện
trong nước đến nay là bộ dữ liệu về hệ số phát thải chất ô nhiễm do hoạt động giao
thông được sử dụng từ kết quả nghiên cứu của các nước bạn trong khu vực. Ngoài
ra, do hoạt động giao thông là một trong những nguồn chính phát sinh ô nhiễm
không khí tại Tp HCM. Vì vậy, các kết quả mô phỏng chất lượng không khí trong
các nghiên cứu trước đây ít nhiều bị hạn chế về độ chính xác.
Trong khuôn khổ của luận án này, tác giả đã nghiên cứu xây dựng hệ số phát thải
chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông tại Tp HCM. Đây là bộ dữ liệu hệ
số phát thải được xác định trong điều kiện thực tế hoạt động giao thông ở Tp HCM,
vì vậy các kết quả mô phỏng chất lượng không khí sẽ có độ chính xác cao hơn. Bên
cạnh đó, một số kịch bản nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí tại Tp HCM cũng đã
được đề xuất.
Lần đầu tiên tại Việt Nam cũng như Tp HCM, việc đo đạc và thực nghiệm tại hiện
trường đã được thực hiện nhằm tính toán, xây dựng hệ số phát thải chất ô nhiễm
không khí do hoạt động giao thông bằng phương pháp sử dụng mô hình tính ngược.
Quá trình nghiên cứu đã lựa chọn được phương pháp và chất đánh dấu phù hợp để
xây dựng hệ số phát thải của 15 hợp chất VOCs (C2 – C6), CO và NOx do hoạt động
giao thông tại Tp HCM. Trong đó, ba hợp chất VOCs có hệ số phát thải trung bình
cao nhất là n-hexane (59,7 ± 9,2 mg/km.xe), i-pentane (52,7 ± 7,4 mg/km.xe) và 3-

Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường


- iv -

methylpentane (36,1 ± 3,6 mg/km.xe). Hệ số phát thải trung bình của CO là 23,37 ±
6,61 g/km.xe và NOx là 0,20 ± 0,03 g/km.xe. Ngoài ra, hệ số phát thải của các chất ô
nhiễm trên từng nhóm phương tiện giao thông (xe gắn máy, xe tải trọng nhẹ & xe tải
trọng nặng) cũng được tính toán bằng phương pháp hồi qui tuyến tính đa biến.

Kết quả nghiên cứu đã xây dựng được bộ dữ liệu phát thải chất ô nhiễm không khí
từ nguồn giao thông và các nguồn khác (công nghiệp và sinh hoạt) tại Tp HCM. Bên
cạnh đó, các mô hình FVM và TAPOM đã được sử dụng để mô phỏng các điều kiện
khí tượng và chất lượng không khí tại Tp HCM. So sánh các kết quả mô phỏng khí
tượng và chất lượng không khí trong khoảng thời gian lựa chọn so với đo đạc thực tế
đều cho kết quả tốt.
Kết quả thống kê phát thải các chất ô nhiễm từ nguồn giao thông cho thấy tải lượng
phát thải chất ô nhiễm của xe gắn máy chiếm một lượng đáng kể so với tổng tải
lượng phát thải chất ô nhiễm từ nguồn này. Kết quả mô phỏng chất lượng không khí
cho kết quả tốt khi sử dụng dữ liệu thống kê phát thải tính toán từ hệ số phát thải xây
dựng được ở Tp HCM.
Thêm vào đó, 03 kịch bản đã được đề xuất nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí nói
chung, đặc biệt là ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông. Các kịch bản chỉ ra
rằng, nếu giảm số lượng các phương tiện giao thông cá nhân – xe gắn máy 50% và
tăng lượng phương tiện giao thông công cộng – xe buýt 10 lần, bên cạnh đó thay thế
loại xe buýt đang sử dụng hiện nay (loại 55 – 85 chỗ) thành loại có kích thước nhỏ
hơn (loại 30 – 40 chỗ) để phù hợp với kích thước đường, thì chất lượng không khí sẽ
có phần cải thiện hơn đồng thời góp phần giảm thiểu ùn tắc giao thông vào các giờ
cao điểm như hiện nay.

Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường


-v-

ABSTRACT
During the last decades, the number of vehicles and the traffic activity has
significantly increased in Vietnam so that the air pollution has become a major
environmental problem for the country. This situation tends to focus mainly in big
cities like Ho Chi Minh City (HCMC) and lead to an increasing deterioration of the

air quality. Therefore, it is necessary to estimate emission of air pollutants from
traffic activities to develop the air pollution map as well as for simulating the air
pollutants distribution in the atmosphere in HCMC.
However, one of the major limitations of the air quality model in a city like HCMC
is due to the uncertainty on the emissions of air pollutants, especially those emitted
by road traffic because it is the main sources of air pollution in dense urban areas.
In this thesis, the author has studied and estimated the air pollutants emission factors
from road traffic in HCMC. These emission factors are determined in real conditions
of road traffic using measurements done in the street of HCMC. Besides, air quality
has been simulated using models and some air pollution reduction scenarios have
been proposed for HCMC.
For the first time in Vietnam as well as HCMC, measurements and experiments have
been implemented to estimate air pollutants emission factors form road traffic by
inverse modeling method. The result of this study is the selection of a suitable
method and tracer for estimating emission factors of 15 volatile organic compounds
(VOCs) from C2-C6, CO and NOx from road traffic in HCMC. Three VOCs
compounds with high average emission factors are hexane (59.7 ± 9.2 mg/km.veh.),
iso-pentane (52.7 ± 7.4 mg/km.veh.) and 3-methylpentane (36.1 ± 3.6 mg/km.veh.)
and the average emission factor of CO and NOx are 23.37 ± 6.61 g/km.veh. and 0.20
± 0.03g/km.veh, respectively. The emission factors of air pollutants for motorcycles,
light-duty vehicles and heavy-duty vehicles are calculated by using the multi linear
regression method.
Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường


- vi -

The emission factors have been used to calculate an emission inventory for the
traffic and then it has been supplemented to take into account all the other sources of
pollutants (industry and domestic) in HCMC. Besides, an air quality model

(TAPOM) and a meteorological model (FVM) model have been used to simulate the
air pollution in HCMC. The simulations have been validated comparising model
results with the measurement.
Emission inventory results from road traffic show that emission from motorcycles
account for a significant amount of total emissions. Simulation results of air quality
give better results when using emission inventory with air pollutants road traffic
emission factors were estimated in the real conditions of HCMC.
In addition, three scenarios have been proposed to reduce air pollution in general
and especially air pollution generated by road traffic. The scenarios show that, a
reduction of 50% of the number of motorcycles (private vehicles) and a 10 times
increase of the number of buses (public transport), besides replacing the big size
buses (type of 55-85 seats) by smaller buses (type 30-40 seats) which suitable with
the size of the roads, air quality will improve and reduce traffic jam in rush-hours.

Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường


- vii -

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i
LỜI CÁM ƠN............................................................................................................. ii
TÓM TẮT.................................................................................................................. iii
ABSTRACT................................................................................................................ v
MỤC LỤC................................................................................................................. vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT......................................................................... xii
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................... xv
DANH MỤC CÁC HÌNH ...................................................................................... xvii
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
1. ĐẶT VẤN ĐỀ ...................................................................................................... 1

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ................................................................................. 2
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ...................................................... 2
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................. 3
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................ 3
6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN.............................. 5
7. TÍNH MỚI CỦA LUẬN ÁN ............................................................................... 6
8. CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN .............................................................................. 7
CHƯƠNG 1 ................................................................................................................ 8
TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU ........................................................................ 8
1.1. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ Ở CÁC ĐÔ THỊ ....................................................... 8
1.1.1. Ô nhiễm không khí ở các đô thị lớn trên thế giới ................................... 8
1.1.1.1. Đặc điểm của quá trình đô thị hóa.............................................. 8
1.1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm không khí ở các đô thị ................................ 9
1.1.2. Ô nhiễm không khí tại các thành phố lớn ở Việt Nam.......................... 11
1.1.2.1. Các nguồn ô nhiễm chính đối với không khí đô thị ở Việt Nam11
Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường


- viii -

1.1.1.2. Đặc điểm hoạt động giao thông đô thị ở Việt Nam................ 12
1.1.1.3. Ô nhiễm không khí ở các đô thị lớn của Việt Nam.................. 15
1.1.3. Đặc điểm hoạt động giao thông tại Tp HCM ....................................... 18
1.1.4. Hiện trạng ô nhiễm không khí ở Tp HCM ............................................ 22
1.1.4.1. Giới thiệu hệ thống quan trắc chất lượng không khí................ 22
1.1.4.2. Diễn biến chất lượng không khí ven đường ............................. 23
1.2. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI ........ 27
1.2.1. Nghiên cứu trên thế giới ....................................................................... 27
1.2.1.1. Phương pháp đo đạc trong PTN ................................................ 28
1.2.1.2. Phương pháp đo đạc trực tiếp trên đường ................................. 33

1.2.2. Nghiên cứu trong nước ......................................................................... 40
1.3. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ 43
1.3.1. Nghiên cứu trên thế giới ...................................................................... 43
1.3.2. Nghiên cứu trong nước ........................................................................ 44
1.4. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU GIẢM THIỂU Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ ..... 48
1.4.1. Nghiên cứu trê thế giới ........................................................................ 48
1.4.2. Nghiên cứu trong nước ......................................................................... 49
CHƯƠNG 2 .............................................................................................................. 52
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................. 52
2.1. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI CHẤT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ.................. 52
2.1.1. Lựa chọn phương pháp nghiên cứu ...................................................... 53
2.1.2. Cơ sở lý thuyết xác định hệ số phát thải ............................................... 53
2.1.3. Thiết lập mô hình thực hiện thí nghiệm ................................................ 56
2.1.3.1. Thiết lập mô hình thí nghiệm ..................................................... 56
2.1.3.2. Lựa chọn chất đánh dấu và tính toán tải lượng phát thải ........... 56
2.14. Quá trình thí nghiệm.............................................................................. 58
Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường


- ix -

2.1.4.1. Vị trí lựa chọn............................................................................. 58
2.1.4.2. Đo đạc và thí nghiệm.................................................................. 59
2.2. THỐNG KÊ PHÁT THẢI CHẤT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ ............................ 64
2.2.1. Các dữ liệu thống kê phát thải ............................................................. 65
2.2.2. Phương pháp và dữ liệu đầu vào ......................................................... 65
2.2.2.1. Nguồn giao thông ....................................................................... 65
2.2.2.2. Nguồn công nghiệp..................................................................... 67
2.2.2.3. Nguồn sinh hoạt.......................................................................... 69
2.2.3. Phân bố tải lượng ô nhiễm theo không gian và thời gian .................... 70

2.2.3.1. Phân bố tải lượng theo không gian............................................. 70
2.2.3.2. Phân bố tải lượng theo thời gian................................................. 70
2.3. MÔ HÌNH HÓA KHÍ TƯỢNG VÀ CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ ................. 71
2.3.1. Đặc điểm địa hình khu vực nghiên cứu ................................................ 71
2.3.2. Đặc điểm khí tượng khu vực nghiên cứu .............................................. 72
2.3.2.1. Nhiệt độ ...................................................................................... 72
2.3.2.2. Tốc độ gió và hướng gió............................................................. 73
2.3.3. Cơ sở lý thuyết các mô hình sử dụng .................................................... 74
2.3.3.1. Lựa chọn mô hình phục vụ cho nghiên cứu ............................... 75
2.3.3.2. Lựa chọn khoảng thời gian mô phỏng........................................ 76
2.3.3.3. Mô hình FVM............................................................................. 77
2.3.3.4. Mô hình TAPOM ....................................................................... 80
2.3.4. Các thiết lập trong mô hình ................................................................. 82
2.3.4.1. Các miền tính và độ phân giải .................................................... 82
2.3.4.2. Điều kiện biên và điều kiện ban đầu .......................................... 83
2.3.4.3. Số liệu địa hình và sử dụng đất .................................................. 83
2.3.5. Phương pháp đánh giá ......................................................................... 83
Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường


-x-

2.4. KỊCH BẢN GIẢM THIỂU Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ ...................................... 86
2.4.1. Cơ sở khoa học đề xuất các kịch bản.................................................... 86
2.4.2. Nội dung các kịch bản giảm thiểu ô nhiễm........................................... 87
2.4.2.1. Kịch bản dựa trên việc thay đổi số lượng các loại phương tiện . 87
2.4.2.2. Kịch bản dựa trên phương án thay đổi nhiên liệu sử dụng......... 90
CHƯƠNG 3 .............................................................................................................. 96
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................................ 96
3.1. TÍNH TOÁN HỆ SỐ PHÁT THẢI CHẤT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ ............. 96

3.1.1. Kết quả đo đạc, thực nghiệm ................................................................ 96
3.1.1.1. Phương tiện giao thông............................................................... 97
3.1.1.2. Các thông số khí tượng............................................................... 98
3.1.1.3. Nồng độ các chất ô nhiễm ........................................................ 100
3.1.1.4. Nồng độ chất đánh dấu ............................................................. 100
3.1.1.5. Diễn biến nồng độ chất ô nhiễm và dữ liệu giao thông ........... 103
3.1.2. Xác định nguồn phát sinh các chất ô nhiễm ....................................... 106
3.1.3. Tính toán hệ số phát thải .................................................................... 108
3.1.3.1. Hệ số phát thải trung bình các loại phương tiện giao thông..... 108
3.1.3.2. Hệ số phát thải cho từng loại phương tiện giao thông ............. 113
3.2. THỐNG KÊ PHÁT THẢI CHẤT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ .......................... 117
3.2.1. Các kết quả thống kê tải lượng ........................................................... 117
3.2.2. Đánh giá thống kê phát thải trong trường hợp cụ thể........................ 117
3.2.2.1. Mô tả mô hình .......................................................................... 118
3.2.2.2. So sánh các kết quả từ mô phỏng và đo đạc thực tế................. 118
3.2.3. Phân bố tải lượng ô nhiễm theo nguồn và vùng ................................. 120
3.2.3.1. Phân bố tải lượng ô nhiễm theo vùng....................................... 120
3.2.3.2. Phân bố tải lượng ô nhiễm theo nguồn..................................... 122

Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường


- xi -

3.2.4. Giới hạn của phương pháp và thảo luận ............................................ 123
3.3. MÔ PHỎNG KHÍ TƯỢNG VÀ CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ .................... 125
3.3.1. Mô phỏng khí tượng............................................................................ 125
3.3.1.1. Các điều kiện biên và điều kiện ban đầu .................................. 125
3.3.1.2. Mô phỏng trên qui mô vùng ..................................................... 126
3.3.2. So sánh kết quả mô phỏng và đo đạc thực tế...................................... 127

3.3.2.1. Khí tượng tại lớp bề mặt........................................................... 127
3.3.2.2. Khí tượng theo độ cao .............................................................. 131
3.3.3. Mô phỏng chất lượng không khí và các kết quả ................................. 131
3.3.3.1. Chất ô nhiễm sơ cấp ................................................................. 132
3.3.3.2. Chất ô nhiễm thứ cấp - Ozone.................................................. 135
3.3.4. Thảo luận kết quả................................................................................ 138
3.4. CÁC KỊCH BẢN GIẢM THIỂU Ô NHIỄM .................................................. 140
3.4.1. Kết quả mô phỏng chất lượng không khí ............................................ 140
3.4.1.1. Nồng độ các chất ô nhiễm sơ cấp ............................................. 141
3.4.1.2. Nồng độ các chất ô nhiễm thứ cấp ........................................... 145
3.4.1.3. Thảo luận kết quả ..................................................................... 148
3.4.2. Các biện pháp hổ trợ .......................................................................... 148
3.4.2.1. Biện pháp kiểm soát khí thải .................................................... 148
3.4.2.2. Biện pháp tuyên truyền............................................................. 150
3.4.2.3. Biện pháp qui hoạch ................................................................. 150
KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ.................................................................................. 153
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................. 157

Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường


- xii -

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BC

Trạm quan trắc khí tự động Bình Chánh

CALINE 3&4

California Line Source Dispersion Model
Mô hình phát thải từ nguồn đường của California

D2

Trạm quan trắc khí tự động UBND Quận 2

ĐHQG

Đại Học Quốc Gia

DIV

Diesel vehicles - Xe sử dụng dầu diesel

DO

Trạm quan trắc khí tự động DOSTE

ECE

Economic Commission of Europe - Ủy Ban Kinh Tế Châu Âu

EF

Emission Factors - Hệ số phát thải

FVM

Finite Volume Model

GAV

Gasoline vehicles - Xe sử dụng xăng

GIS

Geographic Information System - Hệ thống thông tin địa lý

GNI

Gross National Income - Tổng thu nhập quốc dân

GTCC

Giao thông Công chánh

GTVTĐT

Giao thông vận tải đô thị

HB

Trạm quan trắc khí tự động Hồng Bàng

HDVs

Heavy Duty Vehicles - Xe tải trọng nặng

HEPA

Hochiminh City Environmental Protection Agency
Chi cục Bảo vệ Môi trường Thành phố Hồ Chí Minh

KCX/KCN

Khu chế xuất/Khu công nghiệp

KHCN&MT

Khoa học Công nghệ & Môi trường

LDVs

Light Duty Vehicles - Xe tải trọng nhẹ

LEL

Lower Explosive Limit - Giới hạn gây nổ dưới

Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường


- xiii -

MC

Motorcycles - Xe gắn máy

NCKH

Nghiên cứu khoa học

NMVOC

Non Methane Volatile Organic Compounds
Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi không Methane

OSHA

Occupational Safety and Health Administration
Cơ quan sức khỏe và an toàn lao động

OSPM

Operational Street Pollution Model
Mô hình ô nhiễm từ hoạt động giao thông

PTN

Phòng Thí Nghiệm

QCVN

Quy Chuẩn Việt Nam

RACM

Regional Atmospheric Chemistry Mechanism

TAPOM

Transport and Air Pollution Model

TCCP

Tiêu Chuẩn Cho Phép

TCVN

Tiêu Chuẩn Việt Nam

TDSI

Transport Development & Strategy Institute
Viện chiến lược và phát triển giao thông

TN

Trạm quan trắc khí tự động Thống Nhất

TN&MT

Tài Nguyên và Môi Trường

Tp HCM

Thành phố Hồ Chí Minh

USGS

U.S. Geological Survey - Cơ quan khảo sát địa chất của Mỹ

VOCS

Volatile Organic Compounds - Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi

WB

World Bank - Ngân hàng Thế giới

WHO

World Health Organization - Tổ chức Y tế thế giới

WTO

World Trade Organization - Tổ chức thương mại thế giới

Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường


- xiv -

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Nồng độ các chất ô nhiễm tại các thành phố lớn trên thế giới ................... 9
Bảng 1.2. Thải lượng (tấn/năm) các chất ô nhiễm từ các nguồn thải ở Việt Nam, năm
2005 ........................................................................................................................... 12
Bảng 1.3. Danh sách các trạm quan trắc không khí ở Tp HCM ................................ 22
Bảng 1.4. Hệ số phát thải của xe gắn máy theo phương pháp đo đạc trong PTN ..... 31

Bảng 1.5. Hệ số phát thải của bụi hạt – phương pháp đo đạc trong PTN ................. 31
Bảng 1.6. So sánh hệ số phát thải của các loại xe gắn máy (theo qui trình ECE) .... 32
Bảng 1.7. Hệ số phát thải chất ô nhiễm (g/km.xe) trong các nghiên cứu ở đường hầm
................................................................................................................. 36
Bảng 1.8. Hệ số phát thải của bụi hạt – nghiên cứu trong đường hầm ..................... 37
Bảng 1.9. Hệ số phát thải chất ô nhiễm (g/km.xe) sử dụng mô hình tính ngược ...... 39
Bảng 1.10. Hệ số phát thải trung bình chất ô nhiễm (g/km.xe) sử dụng mô hình
tính ngược................................................................................................ 39
Bảng 1.11. Hệ số phát thải của bụi hạt - sử dụng mô hình tính ngược...................... 40
Bảng 1.12. Hệ số phát thải chất ô nhiễm của các loại xe gắn máy (g/km.xe) theo
CMDC của Tp Hà Nội ............................................................................ 41
Bảng 1.13. Hệ số phát thải chất ô nhiễm của các loại xe gắn máy (g/km.xe) theo chu
trình lái xe thực tế của Tp Hà Nội (HMDC) ........................................... 42
Bảng 1.14. Hệ số phát thải chất ô nhiễm của các loại xe ô tô (g/km.xe) theo CMDC
của Tp Hà Nội ........................................................................................ 42
Bảng 1.15. So sánh nghiên cứu của Luis Carlos Belalcazar (2009) và tác giả ........ 46
Bảng 1.16. So sánh nghiên cứu của Hồ Quốc Bằng (2010) và tác giả ..................... 47
Bảng 2.1. So sánh các phương pháp xác định hệ số phát thải ................................... 53

Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường


- xv -

Bảng 2.2. Một số phương pháp tính toán phát thải từ nguồn công nghiệp ............. 69
Bảng 2.3. Các thông số thống kê được sử dụng và công thức tính toán ................. 85
Bảng 3.1. Thống kê số lượng các loại phương tiện giao thông trên đường 3/2 ........ 97
Bảng 3.2. Nồng độ các chất ô nhiễm tại đường 3/2, Tp HCM ................................ 101
Bảng 3.3. Kết quả PCA của 17 hợp chất VOCs và các chất khí ô nhiễm khác....... 107
Bảng 3.4. Hệ số phát thải trung bình của các hợp chất VOCs (mg/km.xe)............. 110

Bảng 3.5. So sánh hệ số phát thải trung bình của NOx (g/km.xe) ........................ 112
Bảng 3.6. So sánh hệ số phát thải trung bình các hợp chất hữu cơ VOCs (mg/km.xe)
.................................................................................................................................. 113
Bảng 3.7. Hệ số phát thải chất ô nhiễm trên các loại phương tiện giao thông ...... 114
Bảng 3.8. So sánh hệ số phát thải (mg/km.xe) một số hợp chất VOCs ................. 115
Bảng 3.9. So sánh hệ số phát thải của NOx trên các loại phương tiện giao thông . 116
Bảng 3.10. Tải lượng các chất ô nhiễm không khí từ các nguồn ở Tp HCM ........ 117
Bảng 3.11. Bảng tổng hợp thống kê sai số giữa kết quả mô phỏng (MH) và đo đạc
thực tế (ĐĐ) từ kết quả mô hình FVM ................................................ 130
Bảng 3.12. Bảng tổng hợp thống kê sai số giữa kết quả mô phỏng (MH) và đo đạc
thực tế (ĐĐ) đối với CO, NOx và SO2 .................................................. 136
Bảng 3.13. Bảng thống kê sai số giữa kết quả mô phỏng và đo đạc đối với Ozon . 139
Bảng 3.14. Tải lượng chất ô nhiễm không khí do giao thông theo các kịch bản ... 140

Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường


- xvi -

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Biểu đồ biểu diễn số lượng ô tô và xe máy đang lưu hành ở Việt Nam ... 14
Hình 1.2. Diễn biến chất lượng không khí tại Tp Nà Nội (2003-2008) .................. 15
Hình 1.3. Diễn biến chất lượng không khí tại Tp HCM (2004-2009) ..................... 16
Hình 1.4. Diễn biến chất lượng không khí tại Tp Cần Thơ (2004-2009) ................ 17
Hình 1.5. Diễn biến chất lượng không khí tại Tp Đà Nẵng (2004-2009) ................ 18
Hình 1.6. Biểu đồ số lượng các phương tiện giao thông ở Tp HCM ....................... 19
Hình 1.7. Diễn biến nồng độ CO trung bình tháng qua các năm 2005-2007 .......... 23
Hình 1.8. Diễn biến nồng độ PM10 trung bình tháng qua các năm 2005-2007 ...... 24
Hình 1.9. Diễn biến nồng độ Ozon trung bình tháng qua các năm 2005-2007 ....... 24
Hình 1.10. Diễn biến nồng độ CO trung bình tháng qua các năm 2005-2009 ........ 25

Hình 1.11. Diễn biến nồng độ Bụi trung bình tháng qua các năm 2005-2009 ........ 26
Hình 1.12. Diễn biến nồng độ NO2 trung bình tháng qua các năm 2005-2009 ....... 26
Hình 1.13. Sơ đồ qui trình lấy mẫu khí thải của xe gắn máy ................................... 29
Hình 1.14. Qui trình thí nghiệm chuẩn cho chu trình vận hành xe theo ECE ......... 30
Hình 1.15. Mô hình nghiên cứu thực nghiệm trong đường hầm ở Đài Loan .......... 34
Hình 2.1. Sơ đồ qui trình nội dung nghiên cứu xây dựng hệ số phát thải chất ô
nhiễm không khí do hoạt động giao thông tại Tp HCM ......................... 52
Hình 2.2. (1): Các yếu tố chính liên quan trong mô hình tính ngược
(2): Xác định tải lượng ô nhiễm bằng mô hình tính ngược ..................... 55
Hình 2.3. Mô hình thực hiện thí nghiệm tại hiện trường ......................................... 56
Hình 2.4. Vị trí đo đạc (hình trái: vị trí của điểm đo trên bản đồ Tp HCM;
Hình phải : vị trí của điểm đo trên đường 3/2) .......................................... 59
Hình 2.5. Các thiết bị đo đạc liên tục bụi PM2.5, NOx và VOCs .............................. 59

Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường


- xvii -

Hình 2.6. Kết quả khảo sát tốc độ dòng tại các lỗ nhỏ phát thải ............................ 61
Hình 2.7. Hệ thống phát thải propane tại hiện trường ............................................ 62
Hình 2.8. Thiết bị đo đạc liên tục các thông số khí tượng ...................................... 63
Hình 2.9. Thiết bị ghi hình hoạt động giao thông ................................................... 64
Hình 2.10. Tỷ lệ các loại phương tiện giao thông tại Tp HCM ............................... 67
Hình 2.11. Hệ số phân bố trung bình giờ các loại phương tiện giao thông trong ngày
tại Tp HCM ............................................................................................ 67
Hình 2.12. Vị trí khu vực nghiên cứu phục vụ mô hình hóa .................................. 71
Hình 2.13. Sơ đồ qui trình mô phỏng khí tượng & chất lượng không khí .............. 75
Hình 2.14. Biểu đồ diễn biến nồng độ các chất ô nhiễm trong ngày 19/01/2006 ..... 77
Hình 2.15. Dạng ô lưới đặc trưng thường được sử dụng trong mô hình Tapom .... 81

Hình 2.16. Các miền tính được sử dụng để mô phỏng khí tượng ........................... 82
Hình 2.17. Miền tính D5 được sử dụng để mô phỏng khí tượng và chất lượng
không khí .................................................................................................. 84
Hình 3.1. Sơ đồ qui trình các bước tính toán hệ số phát thải từ thực nghiệm ......... 96
Hình 3.2. Diễn biến số lượng các phương tiện giao thông từ 10h – 22h ................ 98
Hình 3.3. Hoa gió tháng 01 (A), 02 (B) & 03 (C) năm 2007 tại vị trí thực nghiệm.. 99
Hình 3.4. Nồng độ của propane đo được trong ngày có và không có phát thải .... 103
Hình 3.5. Diễn biến số lượng phương tiện giao thông, nồng độ các chất ô nhiễm
không khí (trung bình 30 phút), 10h – 22h ............................................ 105
Hình 3.6. So sánh kết quả từ mô hình và đo đạc của CO tại trạm HB các ngày
19-20/01/2006 ........................................................................................ 119
Hình 3.7. So sánh kết quả từ mô hình và đo đạc của NOx tại trạm BC các ngày
19-20/01/2006 ........................................................................................ 119
Hình 3.8. So sánh kết quả từ mô hình và đo đạc của O3 tại trạm HB các ngày
19-20/01/2006 ........................................................................................ 120
Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường


- xviii -

Hình 3.9. Bản đồ phân bố kích thước đường theo từng ô lưới ở Tp HCM ........... 121
Hình 3.10. Phân bố tải lượng ô nhiễm không khí từ các nguồn ở Tp HCM ......... 122
Hình 3.11. Tỷ lệ đóng góp ô nhiễm từ các loại phương tiện giao thông ở Tp HCM
.................................................................................................................................. 123
Hình 3.12. Kết quả mô phỏng trường gió tại lớp mặt đất trong miền tính D2, tại các
thời điểm 7h (1), 12h (2), 17h (3) và 23h (4) ngày 19/01/2006 ............. 125
Hình 3.13. Kết quả mô phỏng trường gió tại lớp mặt đất trong miền tính D4, tại
các thời điểm 7h (1), 12h (2), 17h (3) và 23h (4) ngày 19/01/2006 ...... 127
Hình 3.14. Kết quả mô phỏng trường gió tại lớp mặt đất trong miền tính D5, tại
các thời điểm 7h (1), 12h (2), 17h (3) và 23h (4) ngày 19/01/2006 ..... 128

Hình 3.15. So sánh (hình trái)/tương quan (hình phải) tốc độ gió từ mô phỏng và đo
đạc thực tế trong các ngày 19 - 20/01/2006 ........................................... 129
Hình 3.16. So sánh (hình trái)/tương quan (hình phải) hướng gió từ mô phỏng và đo
đạc thực tế trong các ngày 19 -20/01/2006 ............................................ 129
Hình 3.17. So sánh (hình trái)/tương quan (hình phải) nhiệt độ từ mô phỏng và đo
đạc thực tế trong các ngày 19-20/01/2006 ........................................... 129
Hình 3.18. So sánh hướng gió, tốc độ gió và nhiệt độ theo độ cao từ mô phỏng và
đo đạc thực tế tại trạm Tân Sơn Nhất, lúc 7h00 ngày 19/01/2006 ...... 132
Hình 3.19. Bản đồ phân bố nồng độ CO lúc 8h (1) & 20h (2) ngày 19/01/2006 . 132
Hình 3.20. Bản đồ phân bố nồng độ NOx lúc 8h (1) & 20h (2) ngày 19/01/2006 133
Hình 3.21. Bản đồ phân bố nồng độ SO2 lúc 8h (1) & 20h (2) ngày 19/01/2006 . 133
Hình 3.22. So sánh nồng độ CO từ mô phỏng và đo đạc tại trạm HB (hình trái) & do
(hình phải) các ngày 19 - 20/01/2006 .................................................... 134
Hình 3.23. Tương quan nồng độ CO từ mô phỏng và đo đạc tại trạm HB (hình trái)
& do (hình phải) các ngày 19 - 20/01/2006 ........................................... 134

Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường


- xix -

Hình 3.24. So sánh (hình trái)/tương quan (hình phải) nồng độ NOx từ mô phỏng và
đo đạc tại trạm BC các ngày 19 - 20/01/2006 ........................................ 135
Hình 3.25. So sánh (hình trái)/tương quan (hình phải) nồng độ SO2 từ mô phỏng và
đo đạc tại trạm TN các ngày 19 - 20/01/2006 ........................................ 135
Hình 3.26. Bản đồ phân bố nồng độ Ozon trong miền tính có kích thước 35km x
35km lúc 10h (1), 12h (2), 14h (3) & 16h (4) ngày 19/01/2006 ............ 137
Hình 3.27. So sánh (hình trái)/tương quan (hình phải) nồng độ Ozon từ mô phỏng và
đo đạc tại trạm HB các ngày 19 - 20/01/2006 ........................................ 138
Hình 3.28. So sánh (hình trái)/tương quan (hình phải) nồng độ Ozon từ mô phỏng và

đo đạc tại trạm DO các ngày 19 - 20/01/2006 ....................................... 138
Hình 3.29. Bản đồ phân bố nồng độ CO (1,2), NOx (3,4) và SO2 (5,6) trong miền
tính 35 km x 35 km lúc 8h ngày 19&20/01/2006 theo kịch bản 1 ......... 142
Hình 3.30. Bản đồ phân bố nồng độ CO (1,2), NOx (3,4) và SO2 (5,6) trong miền
tính 35 km x 35 km lúc 8h ngày 19&20/01/2006 theo kịch bản 2 ......... 143
Hình 3.31. Bản đồ phân bố nồng độ CO (1,2), NOx (3,4) và SO2 (5,6) trong miền
tính 35 km x 35 km lúc 8h ngày 19&20/01/2006 theo kịch bản 3 ......... 144
Hình 3.32. Nồng độ CO từ mô phỏng và 03 kịch bản tại trạm HB, ngày 19 &
20/01/2006

............................................................................................. 145

Hình 3.33. nồng độ NOx từ mô phỏng và 03 kịch bản tại trạm BC, ngày 19 &
20/01/2006

............................................................................................. 145

Hình 3.34. Bản đồ phân bố nồng độ ozon trong miền tính 35 km x 35 km lúc 12h
ngày 19&20/01/2006 theo kịch bản 1 (1,2), 2 (3,4) và 3 (5,6) .............. 146
Hình 3.35. Nồng độ ozon từ mô phỏng và 03 kịch bản tại trạm DO, ngày
19 – 20/01/2006

..................................................................................... 147

Hình 3.36. Nồng độ Ozon từ mô phỏng và 03 kịch bản tại trạm HB, ngày
19–20/01/2006.......................................................................................... 147

Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường

-1-

MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ô nhiễm môi trường không khí là một trong những vấn đề đang được quan tâm hiện
nay trên toàn cầu, đặc biệt ở các nước đang phát triển. Cùng với các nguồn thải từ
hoạt động công nghiệp, từ các quá trình đốt nhiên liệu phục vụ cho sinh hoạt, các
phương tiện giao thông đã đóng góp một phần không nhỏ làm gia tăng mức độ ô
nhiễm môi trường không khí. Nồng độ các chất ô nhiễm thường vượt tiêu chuẩn cho
phép của nhà nước đã ban hành. Đây là một xu hướng tất yếu ở các nước đang phát
triển mà Việt Nam không nằm ngoài quy luật đó.
Cùng với sự phát triển kinh tế và xã hội, các phương tiện giao thông vận tải cũng
không ngừng gia tăng. Một khối lượng rất lớn các chất ô nhiễm chính sinh ra từ hoạt
động của các phương tiện giao thông và từ các nguồn khác như sinh hoạt, công
nghiệp,... đã gây ảnh hưởng trực tiếp, gián tiếp hoặc tồn lưu trong môi trường, gây
tác động không nhỏ đến môi trường.
Ô nhiễm không khí từ hoạt động giao thông đã trở thành một vấn đề môi trường lớn
ở Việt Nam. Tình trạng này có xu hướng tập trung chủ yếu vào các thành phố lớn nơi có nhiều phương tiện giao thông hoạt động và kết quả là làm suy giảm chất
lượng không khí.
Thành phố Hồ Chí Minh (Tp HCM) là một trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa,
khoa học kỹ thuật, giao thông và du lịch của cả nước. Dân số thành phố tính đến nay
(năm 2009) là trên 7 triệu người, dân số thực tế của thành phố trong những năm gần
đây vẫn tăng hàng năm khoảng 110.000 người, chưa kể số dân nhập cư không hợp
pháp và khách vãng lai, gây áp lực lớn đối với môi trường thành phố nói chung và
hoạt động giao thông nói riêng. Lượng xe cơ giới – nguồn gây ô nhiễm chủ yếu từ
hoạt động giao thông ở Tp HCM tăng lên nhanh chóng trong các năm qua.
Số lượng các phương tiện giao thông tại Tp HCM ngày càng tăng đã làm gia tăng tải
lượng ô nhiễm cũng như nồng độ các chất ô nhiễm trong không khí do nguồn này
Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường

-2-

sinh ra. Vì vậy, việc tính toán tải lượng các chất ô nhiễm không khí do hoạt động
giao thông nhằm xây dựng bản đồ ô nhiễm cũng như phục vụ mô phỏng quá trình
lan truyền chất ô nhiễm trong không khí tại Tp HCM là rất cần thiết. Tuy nhiên, một
trong những hạn chế chính ở hầu hết các nghiên cứu đã thực hiện trong nước đến
nay là bộ dữ liệu về hệ số phát thải chất ô nhiễm do hoạt động giao thông được sử
dụng từ kết quả nghiên cứu của Trung Quốc hoặc các nước bạn trong khu vực.
Ngoài ra, do hoạt động giao thông là một trong những nguồn chính phát sinh ô
nhiễm không khí tại Tp HCM. Vì vậy các kết quả mô phỏng chất lượng không khí
trong các nghiên cứu trước đây ít nhiều bị hạn chế về độ chính xác. Do đó, việc
nghiên cứu nhằm xác định hệ số phát thải phục vụ tính toán tải lượng ô nhiễm các
chất ô nhiễm trong không khí do hoạt động giao thông tại Tp HCM là đáp ứng cho
nhu cầu cấp thiết hiện nay.
Trong khuôn khổ của luận án này, tác giả đã nghiên cứu xây dựng hệ số phát thải
chất ô nhiễm do hoạt động giao thông tại Tp HCM. Đây là bộ dữ liệu hệ số phát thải
được xác định trong điều kiện thực tế hoạt động giao thông ở Tp HCM, vì vậy các
kết quả mô phỏng chất lượng không khí sẽ có độ chính xác cao hơn.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Trên cơ sở xây dựng bộ dữ liệu hệ số phát thải chất ô nhiễm không khí do hoạt động
giao thông trong điều kiện thực tế tại Tp HCM, luận án sẽ sử dụng để tính toán tải
lượng, mô phỏng chất lượng không khí và đề xuất các kịch bản nhằm giảm thiểu ô
nhiễm không khí ở Tp HCM.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
− Đối tượng nghiên cứu là các thông số ô nhiễm không khí chính (phát sinh chủ
yếu từ hoạt động giao thông) trong lớp biên khí quyển ở Tp HCM bao gồm các
chất ô nhiễm sơ cấp (SO2, NOx, CO và VOCs) và chất ô nhiễm thứ cấp (O3).
− Phạm vi nghiên cứu: nội thành Tp HCM, khu vực có kích thước 35 km x 35 km.

Luận án Tiến sĩ, Chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường