Xây dựng mạng lưới quan trắc bụi PM10 tỉnh Vĩnh Phúc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Đình Phúc

XÂY DỰNG MẠNG LƯỚI QUAN TRẮC BỤI PM10
TỈNH VĨNH PHÚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - Năm 2012


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Đình Phúc

XÂY DỰNG MẠNG LƯỚI QUAN TRẮC BỤI PM10
TỈNH VĨNH PHÚC

Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 608502

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Vũ Văn Mạnh

Hà Nội - Năm 2012


LỜI CẢM ƠN

Qua luận văn này, em xin được bày tỏ lòng cảm ơn tới các thầy cô giáo
khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia
Hà Nội đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo, giúp đỡ em trong thời gian học vừa
qua, giúp chúng em trưởng thành hơn trong cuộc sống.
Em xin tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS. Vũ Văn Mạnh, người đã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ và đóng góp những ý kiến quý báu cho em trong suốt quá
trình thực hiện luận văn này.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã giúp đỡ động
viên và chia sẻ khó khăn cùng em trong quá trình học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 12 tháng 12 năm 2012
Học viên

Nguyễn Đình Phúc


MỤC LỤC


Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

AIE

Sai số nội suy trung bình

BTNMT

Bộ Tài nguyên Môi trường

BVMT

Bảo vệ môi trường

ESCAP

Ủy ban Kinh tế xã hội châu Á - Thái Bình Dương

GD&ĐT

Giáo dục và đào tạo

KH&CN

Khoa hoc và công nghệ

KHCN&MT

Khoa học công nghệ và môi trường

LĐLĐ

Liên đoàn lao động

MT

Môi trường

NN&PTNT

Nông nghiệp và phát triển nông thôn

QLMT

Quản lý môi trường

QTMT

Quan trắc môi trường

UBND

Ủy ban nhân dân

UNEP

Chương trình môi trường Liêp hợp quốc

WHO

Tổ chức y tế thế giới

5


Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 1. Danh sách các trạm QTMT không khí tự động, cố định trên toàn
quốc
13
Bảng 2. tỷ lệ % của bụi PM10 theo kích thước
15
Bảng 3. tỷ lệ % cao lanh lắng đọng trong đường hô hấp
15
Bảng 4. tốc độ hút bụi của điện thế 3.000V
16
Bảng 5. Nguồn gốc và thành phần bụi tự nhiên
17
Bảng 6. Nguồn gốc và thành phần của bụi PM10 nhân tạo
17
Bảng 7. lượng mưa trung bình các tháng tỉnh Vĩnh Phúc
22
Bảng 8. phát triển dân số tỉnh Vĩnh Phúc giai đoạn 2005 - 2010
26

6

Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

Bảng 9. các thông số sử dụng trong quá trình tính toán
49
Bảng 10. Kết quả các trạm quan trắc bị loại bỏ và giá trị AIE tương ứng
50

7


Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình1. Cơ cấu tổ chức mạng lưới quan trắc môi trường quốc gia

12

Hình 2. bản đồ hành chính tỉnh Vĩnh Phúc

19

Hình 3. sơ đồ thí nghiệm chiếc cầu đôi của Deneubourg

33

Hình 4. sơ đồ vị trí các điểm quan trắc bụi PM10 trong đề tài

38

Hình 5. biểu đồ phân bố nồng độ bụi PM10 (mg/m3) tại các điểm quan trắc
sơ bộ
39

Hình 6. bản đồ phân bố nồng độ bụi PM10 trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc

41

Hình 7. Sơ đồ đường đi của kiến

44

Hình 8. Tóm tắt sơ đồ thuật toán

48

Hình 9. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa sai số nội suy trung bình AIE
với số lượng các điểm quan trắc bị loại bỏ
55

8


Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

Hình 10. Sơ đồ biểu diễn kết quả đường đi tối ưu của đàn kiến với chỉ số
AIE thấp nhất
56
Hình 11. Sơ đồ mạng lưới phân bố 16 điểm quan trắc tối ưu nhất trong
mạng lưới quan trắc mới
57
Hình 12. so sánh kết quả nội suy từ mạng lưới 60 điểm quan trắc sơ bộ
ban đầu với mạng lưới quan trắc tối ưu mới
58
Hình 13. Contour kết quả nội suy từ mạng lưới 60 điểm quan trắc sơ bộ ban đầu với
mạng lưới quan trắc tối ưu mới
59

9


Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

LỜI MỞ ĐẦU
Sự phát triển của kinh tế và quá trình đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ trong
những năm qua ở Việt Nam đã tạo tiền đề thúc đẩy quá trình chuyển đổi cơ cấu
kinh tế của các khu vực từ thuần nông sang kinh tế công nghiệp, thương mại - dịch
vụ và nông nghiệp. Tuy nhiên, đi cùng với sự phát triển kinh tế là những áp lực về
tình trạng ô nhiễm môi trường gia tăng, diễn biến phức tạp và là một trong những
nguyên nhân dẫn đến suy giảm chất lượng cuộc sống của cộng đồng trong những
năm gần đây. Sự suy giảm chất lượng các thành phần môi trường một cách đáng

báo động trong đó có chất lượng môi trường không khí cùng với những yếu kém và
hạn chế trong hoạt động quan trắc hiện nay đã đặt ra những yêu cầu ngày càng cao
hơn đối với công tác quan trắc môi trường. Trước thực tế đó, một trong những yêu
cầu quan trọng hàng đầu hiện nay là bổ sung và thiết lập lại mạng lưới các điểm
quan trắc một cách hợp lý để đạt được hiệu quả quan trắc tối ưu.
Là một tỉnh nằm trên đỉnh của tam giác châu thổ sông Hồng thuộc đồng bằng
Bắc Bộ, Vĩnh Phúc là một trong những địa phương có tốc độ phát triển kinh tế
nhanh nhất của Việt Nam. Từ một tỉnh thuần nông, Vĩnh Phúc đã có những bước
tiến thần kỳ vươn lên đứng thứ nhất miền Bắc, thứ ba cả nước về giá trị sản xuất
công nghiệp, phát triển rộng rãi hệ thống các khu và cụm công nghiệp . Sự thay đổi
nhanh chóng đó đã làm thay đổi tích cực giá trị kinh tế của vùng, tuy nhiên nó cũng
kéo theo nhiều hệ lụy về mặt xã hội và môi trường; trong đó, có một thực tế quan
trọng và rất đáng lưu tâm là sự suy giảm chất lượng môi trường không khí đang ở
mức báo động.
Theo thống kê và khảo sát sơ bộ, môi trường đô thị và khu công nghiệp trong
vùng có tốc độ ô nhiễm ngày một cao, đặc biệt là ô nhiễm bụi. Nguyên nhân là do
các khu vực xây dựng chưa có biện pháp giảm bụi, chưa áp dụng chặt chẽ các quy
định trong xây dựng; chất lượng các phương tiện giao thông kém, chưa có cơ chế
kiểm soát dẫn đến gây bụi và tiếng ồn ngày càng nhiều; các khu công nghiệp chưa

10


Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

có hệ thống xử lý khí thải, bụi thải triệt để, cơ sở hạ tầng yếu kém, số lượng các cơ
sở sản xuất tăng nhanh, việc chấp hành các văn bản pháp quy về bảo vệ môi trường
của các đơn vị sản xuất chưa cao...

Môi trường nông thôn đặc biệt, các làng nghề ngày càng phát triển, gây ô
nhiễm ngày càng rộng cũng như sự gia tăng hàm lượng các chất ô nhiễm thải vào
môi trường không khí.
Mặt khác, mạng lưới các trạm quan trắc hiện nay ở Việt Nam nói chung và
Vĩnh Phúc nói riêng thường chỉ được xây dựng theo kinh nghiệm, tại khu vực dân
cư phân bố đông hay địa hình... Vì vậy, mạng lưới phân bố cũ này chưa có tính hệ
thống và khoa học. Việc quan trắc chủ yếu chỉ dừng lại ở việc đo đạc một số thông
số khí tượng và môi trường; số lượng trạm quan trắc không đủ khả năng phản ánh
hiện trạng ô nhiễm của vùng (đặc biệt là ô nhiễm bụi). Nói chung, hệ thống các
trạm quan trắc môi trường hiện tại của vùng vừa thiếu lại phân bố chưa hợp lý, chưa
đáp ứng được những thay đổi về yêu cầu của hoạt động quan trắc trong giai đoạn
hiên nay.
Trước những yêu cầu cấp thiết đó, chúng tôi đã thực hiện đề tài nghiên cứu:
"Xây dựng mạng lưới quan trắc bụi PM10 tỉnh Vĩnh Phúc".

11


Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

Chương 1 - TỔNG QUAN
1.1. Hoạt động quan trắc môi trường
1.1.1. Một số khái niệm về quan trắc môi trường
Theo luật bảo vệ môi trường 2005, quan trắc môi trường là quá trình theo
dõi có hệ thống về môi trường, các yếu tố tác động đến môi trường nhằm cung cấp
thông tin phục vụ đánh giá hiện trạng, diễn biến chất lượng môi trường và các tác
động xấu đối với môi trường[11].
Ngoài ra, còn có nhiều khái niệm về quan trắc môi trường, chẳng hạn, theo

ESCAP (Ủy ban Kinh tế xã hội châu Á - Thái Bình Dương),1994 thì quan trắc môi
trường chỉ một quy trình lặp đi lặp lại các hoạt động quan sát và đo lường một hay
nhiều thông số chất lượng môi trường, để có thể quan sát được những thay đổi diễn
ra trong một khoảng thời gian.
Các mục tiêu cụ thể của quan trắc môi trường gồm:
- Cung cấp các đánh giá về diễn biến chất lượng môi trường trên quy mô
quốc gia, phục vụ việc xây dựng báo cáo hiện trạng môi trường.
- Cung cấp các đánh giá về diễn biến chất lượng môi trường của từng vùng
trọng điểm được quan trắc để phục vụ các yêu cầu tức thời của các cấp quản lý nhà
nước về bảo vệ môi trường.
- Cảnh báo kịp thời các diễn biến bất thường hay các nguy cơ ô nhiễm, suy
thoái môi trường.
- Xây dựng cơ sở dữ liệu về chất lượng môi trường phục vụ việc lưu trữ,
cung cấp và trao đổi thông tin trong phạm vi quốc gia và quốc tế[7].
Các nội dung của quan trắc môi trường:

12


Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

Nhiệm vụ hàng đầu của quan trắc môi trường là đáp ứng nhu cầu thông tin
trong quản lý môi trường, do đó có thể xem QTMT là một quá trình bao gồm các
nội dung sau đây:
- Quan trắc môi trường sử dụng các biện pháp khoa học, công nghệ, kỹ thuật
và quản lý tổ chức nhằm thu thập thông tin: mức độ, hiện tràng, xu thế biến động
chất lượng môi trường.
- Quan trắc môi trường phải được thực hiện bằng một quá trình đo lường, ghi

nhận thường xuyên và đồng bộ chất lượng môi trường và các liên quan đến chất
lượng môi trường (UNEP).
1.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển quan trắc môi trường
1.1.2.1. Hoạt động quan trắc môi trường trên thế giới

Ngay khi thành lập (1972), UNEP đã khởi xướng hệ thống quan sát trái
đất (Earthwatch). Từ năm 1973, một nhánh của Earthwatch cùng với tổ chức Y
tế thế giới (WHO), tổ chức khí tượng thế giới (WMO) đã thiết lập hệ thống giám sát
môi trường toàn cầu GEMS (Global Environmental Monitoring System). GEMS có
mục tiêu thu thập các thông tin môi trường nền của thế giới và khu vực bao gồm các
thông tin về môi trường nước, không khí và thực phẩm.
Cũng trực thuộc GEMS còn có GEMS/Air (chương trình quan trắc và đánh
giá ô nhiêm không khí đô thị) do WHO điều hành trực tiếp. Tính từ 1973 - 1997,
GEMS/Air Network gồm 270 điểm ở 86 thành phố thuộc 45 quốc gia. Mạng lưới
trạm này được phân bố trên các thành phố lớn trên toàn thế giới với nhiệm vụ thu
thập và đánh giá chất lượng không khí tại khu vực đô thị. Các trạm quan trắc được
vận hành bởi chính quyền thành phố hay quốc gia ở các nước công nghiệp và đang
phát triển. Các số liệu thu thập được đưa vào ngân hàng dữ liệu tại Cục Môi trường
Mỹ (US.EPA) tại bang Carolina. Các số liệu sau khi được xử lý được in định kỳ
(WHO/UNEP / 1984-1988) [10].

13


Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

Đến năm 1996, WHO phát triển hệ thống thông tin quản lý không khí (Air
Management Information System, AMIS) kế tục GEMS/Air.

Từ 1989, chương trình theo dõi khí quyển toàn cầu GAW (thuộc tổ chức khí
tượng thế giới WMO) đã nghiên cứu phát triển mạng lưới quan trắc các tác nhân
ảnh hưởng tới chất lượng không khí và khí quyển toàn cầu. Tiền thân của GAW bắt
đầu từ cuối những năm 1960 khi mạng lưới quan trắc ô nhiễm không khí nền
(Background Air Pollution Monitoring Network - BAPMoN) được thành lập bởi
WMO. Đến năm 1989, BAPMoN hợp nhất với hệ thống quan trắc ozon toàn cầu
(Global Ozone Observing System) thành chương trình theo dõi khí quyển toàn cầu
(Global Atmosphere Watch - GAW).
Mục tiêu của GAW là quan trắc sự biến đổi dài hạn thành phần khí quyển ở
quy mô toàn cầu và khu vực nhằm đánh giá sự đóng góp vào biến đổi khí hậu và
các vấn đề môi trường. Các mục tiêu cụ thể bao gồm: (1) phối hợp và đánh giá các
đo đạc hóa học khí quyển và các thông số vật lý liên quan đến sự biến đổi khí hậu
(các khí nhà kính, ozone và các aerosol); (2) đánh giá ảnh hưởng của hóa học khí
quyển lên môi trường, bao gồm sự ô nhiễm đô thị và ô nhiễm xuyên biên giới (chất
lượng không khí, mưa acid, suy giảm tầng ozone bình lưu và gia tăng bức xạ UV).
Mạng lưới trạm của GAW bao gồm: (1) 22 trạm toàn cầu đặt tại những nơi
có nồng độ nền các chất ô nhiễm thấp, đại diện cho các khu vực địa lý rộng lớn,
thường sử dụng cho mục đích nghiên cứu sự thay đổi khí hậu và suy giảm tầng
ozone; (2) khoảng 400 trạm khu vực, thường đo đạc liên quan đến các vấn đề mang
tính khu vực như: mưa acid, vận chuyển các chất khí và aerosol lượng vết, bức xạ
UV cục bộ; (3) và các trạm cộng tác hay liên kết.
Ngoài các tổ chức trên, còn có các định chế quốc tế khác về quan trắc môi
trường như: IGBP (International Geosphere-Biosphere Programme) - chương trình
Địa-Sinh quyển quốc tế; hay IPCC (Intergovernmental Panel on Climate change) Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu.

14


Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

Tại các quốc gia phát triển, cùng với Mỹ, CHLB Đức chịu những hậu quả
nghiêm trọng về môi trường do kinh tế phát triển. Tuy nhiên, chính điều đó đã tạo
nên 2 nước có nhiều thành tựu trong các lĩnh vực nghiên cứu và triển khai công tác
bảo vệ môi trường. Việc sử dụng công nghệ tiên tiến để giảm thiểu chất thải đã
được hai quốc gia trên tiến hành từ nhiều năm nay, trong đó có rất nhiều các mạng
lưới quan trắc môi trường với số liệu thu thập từ hàng chục năm nay.
Tại Đông Nam Á, Thái Lan là quốc gia có hệ thống quan trắc môi trường
phát triển mạnh và sớm nhất. Hiện nay, cơ quan quản lý môi trường Quốc gia Thái
Lan điều hành hoạt động các trạm quan trắc và phân tích môi trường cấp Trung
ương. Hiện tại, Bangkok có 8 trạm quan trắc chất lượng không khí cố định, tự động,
Samuttprakarn có 4 trạm, 2 trạm di động quan trắc tại nhiều thành phố khác và vùng
bờ biển phía Đông. Các thông số quan trắc tự động liên tục bao gồm: SO2, NO2,
HC, O3. Các mẫu khí được lấy theo thời gian 3 ngày một lần để phân tích trong
phòng thí nghiệm các thông số: Chì (Pb) và bụi PM10 [12].
Hiện tại, việc đánh giá chất lượng môi trường không khí đã có nhiều bước
tiến đáng kể, công tác quan trắc đã được cải thiện nhiều hơn với các ứng dụng khoa
học công nghệ mới và cả công nghệ thông tin. Nhiều mạng lưới các trạm tự động đã
được nhiều nước công nghiệp phát triển ứng dụng để tăng sự chính xác và sự liên
tục theo không gian và thời gian. Các thiết bị hiện đại và tự động toàn bộ trong thu
mẫu, phân tích và kể cả truyền số liệu về trung tâm nghiên cứu. Mặc dù vậy, chi phí
cho các hệ thống này khá lớn và cũng chỉ mới áp dụng ở diện hạn chế nhất định về
không gian hoặc theo nhu cầu cụ thể, trực tiếp của cơ quan quản lý cấp trên. Các tổ
chức về bảo vệ môi trường cũng khuyến các việc sử dụng này cần có sự phối hợp
quốc gia, khu vực và toàn cầu để đảm bảo tính kinh tế và khoa học.
1.1.2.1. Hoạt động quan trắc môi trường ở Việt Nam
Tại Việt Nam, hoạt đông quan trắc môi trường được bắt đầu từ khá sớm,
ngay từ năm 1902, toàn quyền Đông Dương đã cho thành lập Đài quan sát Từ
trường và Khí tượng Phủ Liễn (Hải Phòng); khởi đầu xây dựng mạng lưới khí tượng

15


Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

thủy văn. Đến năm 1939, đã có 54 trạm khí tượng và 56 trạm thủy văn được xây
dựng.
Đến năm 1985, ra nghị quyết 246/HĐBT ngày 20/09/1985 của Hội đồng Bộ
trưởng về việc đẩy mạnh công tác điều tra cơ bản, sử dụng hợp lý tài nguyên thiên
nhiên, bảo vệ môi trường.
Năm 1994, sau khi luật BVMT được ban hành, Việt Nam bắt đầu hình thành
hệ thống mạng lưới quan trắc môi trường Quốc gia, phục vụ các báo cáo hiện trạng
môi trường.
Ngày 29/01/2007, Thủ tướng chính phủ ra Quyết định số 16/2007/QĐ-TTG
của Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt “Quy hoạch tổng thể mạng lưới quan
trắc tài nguyên và môi trường quốc gia đến năm 2020”. Theo đó, mục tiêu tổng quát
của hoạt động quan trắc đến năm 2020 là xây dựng mạng lưới quan trắc tài nguyên
và môi trường quốc gia bảo đảm thống nhất trên phạm vi cả nước, đồng bộ, tiên tiến
và từng bước hiện đại, đáp ứng nhu cầu thu thập và cung cấp thông tin, số liệu điều
tra cơ bản về môi trường, tài nguyên nước, khí tượng thủy văn, phục vụ có hiệu quả
cho công tác xử lý, khắc phục ô nhiễm môi trường, dự báo, cảnh báo, phòng, tránh,
giảm nhẹ thiệt hại do thiên tai gây ra, phát triển mạnh và bền vững kinh tế - xã hội
của đất nước.
1.2. Mạng lưới quan trắc môi trường
1.2.1. Khái niệm và tầm quan trọng của mạng lưới quan trắc môi trường
Mạng lưới quan trắc môi trường là một hệ thống các điểm quan trắc được
thiết lập dựa vào mối liên kết các loại số liệu đo đạc về mặt thống kê và không gian

phân bố, đảm bảo khả năng phản ánh chính xác hiện trạng môi trường cho toàn bộ
khu vực nghiên cứu.
Các yêu cầu trong thiết kế mạng lưới quan trắc môi trường bao gồm:

16


Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

- Thiết kế mạng lưới QTMT phải được một nhóm chuyên gia có kiến thức đa
ngành thực hiện. Thiết kế mạng lưới cần xác định thông số nào phải quan trắc, quan
trắc ở địa điểm nào và với tần suất là bao nhiêu. Trong thiết kế mạng lưới cũng cần
đề cập đến việc sử dụng các phươn pháp lấy mẫu, các phương pháp phân tích trong
phòng thí nghiệm và các phương pháp xử lý số liệu.
- Cần đặc biệt quan tâm tới việc ứng dụng thống kê trong thiết kế mạng lưới.
Việc sử dụng thống kê học có thể làm giảm tối thiểu các địa điểm thông qua mối
tương quan giữa các trạm. Thống kê học cũng là cơ sở để chọn lựa giữa hai phương
án: nhiều địa điểm với tần suất thấp hoặc ít địa điểm với tần suất cao.
- Một vấn đề quan trọng trong thiết kế mạng lưới QTMT là xác định tính
hiệu quả của thông tin nhận được từ mạng lưới. Cần có sự hiểu biết chi tiết về chi
phí và hiệu quả của mạng lưới đã thiết kế.
- Thiết kế mạng lưới phải được tài liệu hóa bằng một văn bản. Văn bản này
phải được chuyển tới những người phụ trách và quản lý chiến lược quan trắc quốc
gia. Từ văn bản này, họ sẽ rút ra kết luận là mạng lưới quan trắc có nằm trong chiến
lược và mục tiêu quan trắc hay không.
Quản lý môi trường là công việc cần thiết trong quản lý môi trường ở tất cá
các quy mô: từ địa phương đến toàn cầu. Thông thường, mạng lưới QTMT không
khí sẽ giám sát chất lượng của một loạt các chỉ tiêu, với độ chính xác cao, theo các

tiêu chuẩn và quy định của từng địa phương, quốc gia; với phương pháp truyền
thống là lấy mẫu xác định các chỉ tiêu quan trắc tại các điểm quan trắc theo quy
định; tuy nhiên việc này bị ràng buộc bởi vấn đề kinh tế và những quy định của
từng địa phương. Vì vậy, điểm quan trọng nhất khi thiết kế mạng lưới phân bố các
điểm quan trắc là đảm bảo sự tối ưu về mặt kinh tế (số lượng trạm quan trắc) cũng
như đảm bảo tính đại diện cao của số liệu quan trắc. Chính vì vậy, bài toán xác định
số lượng và vị trí phân bố các điểm quan trắc tối ưu là mục tiêu hàng đầu trong kế
hoạch thiết lập hệ thống mạng lưới quan trắc môi trường.

17


Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

1.2.2. Các nghiên cứu về thiết lập mạng lưới quan trắc môi trường
a) Các nghiên cứu trên thế giới
Cùng với sự phát triển kinh tế và các vấn đề môi trường, việc xây dựng mạng
lưới quan trắc chất lượng môi trường đã trở thành yêu cầu cấp thiết đối với tất cả
các quốc gia. Những nghiên cứu về vấn đề này không chỉ là mối quan tâm của các
nước phát triển mà ngày nay, nó cũng đã trở thành mối quan tâm của tất cả các quốc
gia. Các nghiên cứu về thiết lập mạng lưới QTMT có thể liệt kê ra như:
Tại tham luận tại Hội thảo trao đổi kỹ thuật phân tích dữ liệu không gian của
Cục Môi trường Mỹ, tháng 12/2001, các tác giả Paul D. Sampson, Peter Guttorp và
David M.Holland ở Đại học Washington và Cục Môi trường Mỹ đã sử dụng
phương pháp tối ưu Pareto cho tiếp cận đa mục tiêu kết hợp với cải tiến công nghệ
tính toán thiết kế mạng lưới quan trắc chất lượng không khí[19].
Năm 2001, các tác giả Saisana M., Sarigiannis D., Chaloulakou A., Spyrellis
N., đã sử dụng các phương pháp xác định địa điểm, khoanh định sử dụng thông tin

khí tượng, bản đồ chất lượng không khí, các mô hình nhân khẩu học và bản đồ sử
dụng đất ở độ phân giải 1x1km2 cho vùng nghiên cứu để tối ưu hóa mạng lưới quan
trắc bụi PM2,5[20].
Năm 2004, trong luận án tiến sỹ của mình, Sóren Lophaven đã áp dụng địa
thống kê, thống kê không gian - thời gian và các phương pháp thiết kế dựa vào địa
thống kê cho vấn đề "Phân tích và Thiết kế các chương trình quan trắc môi
trường"[21].
Năm 2006, Yuanhai Li và Amy B. Chan Hilton đã sử dụng phương pháp tối
ưu bầy kiến với mục đích tối ưu hóa lại mạng lưới các điểm quan trắc nước ngầm
sẵn có. Nghiên cứu đã chỉ ra các mức độ tối ưu khác nhau cho việc rút gọn từng số
lượng điểm quan trắc ở một địa điểm trên lý thuyết[23].
Các tác giả Antonio Lozano, Jose Usero, Eva Vanderlinden, Juan Raez Juan
Contreras, Benito Navarrete và Hicham El Bakouri trong nghiên cứu "Thiết kế

18


Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

mạng lưới quan trắc chất lượng môi trường không khí thành phố Seville, Tây Ban
Nha (nghiên cứu điển hình cho NO2 và O3)" đã sử dụng tiếp cận 4 bước gồm: (1) sơ
bộ đánh giá, (2) lấy mẫu khuếch tán thụ động, (3) nội suy không gian, (4) lựa chon
địa điểm tốt nhất cho các trạm quan trắc[18].
Tại hội thảo thông tin môi trường ở Đại học Berlin (Đức), các tác giả Vũ
Văn Mạnh và Bùi Phương Thúy đã trình bày tham luận về việc ứng dụng thống kê
địa lý và phân nhóm trong thiết kế và tối ưu hóa mạng lưới quan trắc môi trường
tỉnh Hải Dương, Việt Nam[22].
Các tác giả Abdullah Mofarrah, Tahir Husain (năm 2010), đã áp dụng

phương pháp tiếp cận tổng thể cho thiết kế tối ưu việc mở rộng mạng lưới quan trắc
chất lượng không khí cho một khu vực đô thị[17].
b) Các nghiên cứu ở Việt Nam
Ở Việt Nam, các mạng QTMT không khí được thiết lập chủ yếu dựa trên
kinh nghiệm, và theo quy tắc qua thử nghiệm và rút tỉa khuyết điểm để chỉnh sửa,
bổ sung lại cho hợp lý; ngoài ra còn dựa vào các chỉ tiêu như mật độ dân số, địa
hình, các điều kiện phát triển kinh tế xã hội riêng của toàn khu vực. Và một điều
không kém phần ảnh hưởng là việc xây dựng các hệ thống mạng lưới quan trắc phụ
thuộc quá nhiều vào điều kiện kinh tế, vào mức chi ngân sách; điều này ảnh hưởng
không nhỏ tới hiệu quả quan trắc của mạng lưới.
Tuy nhiên, cũng phải kể đến một số nghiên cứu thiết lập mạng lưới quan trắc
được xây dựng rất công phu và khoa học như đề tài thiết lập mạng lưới QTMT tỉnh
Kon Tum của Khoa Môi trường - trường DH KHTN - ĐH Quốc gia Hà Nội năm
2002. Trong đó, đề tài đã xác định khoảng cách tối ưu giữa các điểm quan trắc dựa
trên tính khả biến nồng độ tương đối tổng cộng của các yếu tố môi trường tại khu
vực nghiên cứu. Tính khả biến này được đánh giá bằng hàm cấu trúc không
gian[15].

19


Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

Các nghiên cứu trong luận án Phó tiến sỹ của Nguyễn Hồng Khánh, trường
Đại học xây dựng Hà Nội[10] và luận văn thạc sỹ ngành Công nghệ môi trường của
Nguyễn Anh Hiếu, trường Đại học bách khoa Hà Nội đều sử dụng phương pháp
đánh giá hiện trạng và dự báo tình trạng ô nhiễm để thiết lập mạng lưới QTMT
không khí cho các khu vực khác nhau.

Năm 2011, các tác giả Trần Thanh Bình, Vũ Văn Mạnh đã sử dụng phương
pháp cực tiểu biến phân để tối ưu hóa mạng lưới quan trắc môi trường không khí
tỉnh Quảng Ninh.
1.2.3. Hiện trạng mạng lưới quan trắc môi trường ở Việt Nam
Tại Việt Nam, trách nhiệm thực hiện quan trắc môi trường của các đơn vị
thực hiện quan trắc được chia ra như sau:
- Quan trắc hiện trạng môi trường quốc gia: Bộ TNMT
- Quan trắc các tác động đối với môi trường từ hoạt động ngành, lĩnh vực:
các bộ, ngành liên quan
- Quan trắc hiện trạng môi trường tỉnh, thành phố trực thuộc trung ương:
UBND cấp tỉnh
- Quan trắc các tác động xấu từ hoạt động của cơ sở sản xuất, kinh doanh,
dịch vụ, khu sản xuất, kinh doanh, dịch vụ tập trung: người quản lý, vận hành.
- Mạng lưới quan trắc môi trường Quốc gia
Từ năm 1993, sau khi luật BVMT được ban hành, Bộ KHCN&MT đã tiến
hành xây dựng mạng lưới QTMT quốc gia. Các trạm QTMT quốc gia được xây
dựng trên cơ sở phối hợp giữa Bộ KHCN&MT với các cơ quan nghiên cứu, phòng
thí nghiệm đang hoạt động của các Bộ, ngành và địa phương (gồm Bộ GD&ĐT, Bộ
Quốc phòng, Viện KH&CN Việt Nam, Bộ KH&CN, Bộ Y tế, Bộ NN&PTNT, Tổng
LĐLĐ Việt Nam và tỉnh Lào Cai) [1].
Quá trình xây dựng mạng lưới quan trắc môi trường ở Việt Nam được tăng
cường dần theo thời gian. Về số lượng các trạm quan trắc, năm 1995, Cục Môi

20


Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

trường (trước đây) đã có thể thực hiện được kế hoạch quan trắc môi trường Quốc
gia đầu tiên với 7 trạm tham gia. Đến năm 1996, đã có 13 trạm được xây dựng, năm
2007 là 17 trạm, năm 1998 là 18 trạm và đến 2002 đã có 21 trạm quan trắc được
thiết lập trong mạng lưới quan trắc môi trường Quốc gia.
Ngày 29/01/2007, chính phủ ban hành quyết định số 16/2007/QĐ-TTg phê
duyệt "Quy hoạch tổng thể mạng lưới quan trắc TNMT quốc gia đến năm 2020".
Theo đó, mạng lưới QTMT Quốc gia được chia thành 2 mạng lưới: (1) mạng lưới
QTMT nền và (2) mạng lưới QTMT tác động.
- Mạng lưới quan trắc môi trường nền: hiện nay, Trung tâm Khí tượng Thủy
văn Quốc gia và Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam được Bộ TNMT giao
nhiệm vụ QTMT nền trực tiếp.
- Mạng lưới QTMT tác động được xây dựng dựa trên nguyên tắc kế thừa các
trạm, điểm QTMT đã có thuộc mạng lưới QTMT quốc gia trước đây do Tổng cục
môi trường quản lý, và một số trạm, điểm QTMT do Trung tâm Khí tượng Thủy
văn Quốc gia và Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam quản lý thực hiện. Cũng
theo QĐ16, Trung tâm QTMT, Tổng cục Môi trường được xác định là trung tâm
đầu mạng, thực hiện vai trò chỉ huy, điều hành của toàn mạng lưới (hình 1)[14]

Tổng cục môi trường

Hình1. Cơ cấu tổ chức mạng lưới quan trắc môi trường quốc gia
Trung tâm đầu mạng - Tổng cục môi trường có chức năng lập kế hoạch xây
dựng, phát triển mạng lưới QTMT Quốc gia, lập kế hoạch QTMT hàng năm, quản

21


Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

lý kinh phí QTMT toàn quốc, quản lý hoạt động mạng lưới trạm toàn quốc, thu
nhận, quản lý và lưu trữ dữ liệu QTMT toàn quốc.
Các trạm quan trắc và phân tích môi trường vùng thực hiện quan trắc ở vùng
lãnh thổ đất liền hay biển, hỗ trợ kỹ thuật các trạm địa phương trong vùng, hỗ trợ
hoạt động các Sở trong vùng, tổng hợp kết quả quan trắc định kỳ báo về Tổng cục
môi trường.
Các trạm quan trắc và phân tích môi trường địa phương tiến hành quan
trắc trong phạm vi lãnh thổ địa phương, định kỳ báo cáo kết quả cho các trạm
vùng để tập hợp báo cáo về Tổng cục môi trường, lập báo cáo hiện trạng môi
trường địa phương. Các trạm quan trắc và phân tích môi trường chuyên đề thực
hiện quan trắc một số thành phần môi trường đặc biệt, ví dụ: quan trắc nền, quan
trắc mưa axit, quan trắc ô nhiễm công nghiệp, ô nhiễm nông nghiệp, phóng xạ…
Các phòng thử nghiệm môi trường thực hiện kiểm chuẩn thiết bị và phương
pháp quan trắc.
Bảng 1. Danh sách các trạm QTMT không khí tự động, cố định trên toàn quốc[7]
Tỉnh/TP đặt trạm

Hà Nội
Hải Phòng
Ninh Bình
Nghệ An
Đà Nẵng
TP. Hồ Chí Minh
Gia Lai
Cần Thơ
Sơn La
Tổng cộng

Số trạm do Bộ

TNMT quản lý
Tổng cục MT
3
1
1

5

Số trạm do các Sở
TNMT quản lý
Trung tâm Khí
tượng Thủy văn
Quốc gia
2
1
1
1
1
1
1
1
1
10

- Mạng lưới QTMT ở các Bộ, ngành

22

2

9

11


Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

Thực hiện Luật BVMT 2005, Quyết định 16 và các Nghị định, Thông tư
hướng dẫn liên quan, phần lớn các địa phương đã thành lập đơn vị trực thuộc Sở
TNMT thực hiện chức năng QTMT, theo dõi và giám sát chất lượng môi trường
không khí và nước trên địa bàn của địa phương mình. Đến cuối năm 2010, trên toàn
quốc đã có 40 địa phương thành lập Trung tâm Quan trắc môi trường[14].
Tuy nhiên, mức độ đầu tư và hiệu quả hoạt động của các đơn vị này tại các
địa phương có sự khác biệt lớn. Một số địa phương như Hà Nội, Hải Phòng, Quảng
Ninh, Bắc Giang, Thái Nguyên, TP. Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Bà Rịa - Vũng Tàu,
Bình Dương, Đà Nẵng… do có nguồn ngân sách dồi dào và hỗ trợ kinh phí của các
dự án, tổ chức trong và ngoài nước nên nguồn lực tài chính, trang thiết bị, và nguồn
nhân lực đã được quan tâm đầu tư, phát triển khá mạnh. Trong khi đó, tại nhiều địa
phương khác, việc đầu tư các nguồn lực cho hoạt động QTMT chưa được quan tâm,
chú ý đúng mức. Một số địa phương có những vấn đề nóng về môi trường như Lâm
Đồng, Đăk Nông, An Giang, Lào Cai, Phú Thọ, Ninh Thuận cũng đã và đang xây
dựng các dự án đầu tư tăng cường năng lực QTMT.
Ngoài mạng lưới QTMT của ngành TNMT Quốc gia và địa phương, một số
Bộ, ngành khác (như Bộ KH&CN, bộ NN&PTNT, Bộ Quốc phòng…) cũng tiến
hành quan trắc một số thành phần MT để đánh giá tác động MT do hoạt động của
ngành, lĩnh vực mình quản lý theo quy định tại điều 94 của luật BVMT năm 2005;
phục vụ yêu cầu quản lý MT của Bộ, ngành mình[14].
1.3. Tổng quan về bụi PM10

1.3.1. Định nghĩa và đặc trưng của bụi PM10
a) Định nghĩa PM10
Bụi là một tập hợp nhiều hạt rắn, có kích thước khác nhau tồn tại lâu trong
không khí. Tính chất của bụi được quyết định bởi thành phần hóa học và kích thước
hạt bụi.

23


Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

Bụi có đường kính động học lớn hơn 10µm, thường rơi nhanh xuống đất theo
định luật Niutơn với tốc độ tăng dần. Bụi có đường kính động học từ 0,001-10µm
hay gọi tắt là bụi PM10 chuyển động theo kiểu Brao hoặc rơi xuống đất với vận tốc
không đổi theo định luật Stock [13]. PM 10 được phân loại thành 2 loại theo đường
kính khí động học:
- Bụi thô PM2,5-10: là bụi có đường kính khí động học từ 2,5-10µm
- Bụi mịn PM2,5: là bụi có đường kính khí động học nhỏ hơn 2,5µm.
b) Đặc trưng của PM10
- Tính chất phân tán: phân tán là tỷ lệ phân bố của hạt bụi theo cấp hạt trong
không khí. Tính chất phân tán phụ thuộc và trọng lượng hạt bụi và sức cản của
không khí. Bảng 2 giới thiệu mức độ phân tán của một số loại bụi trong sản xuất
[13].
Bảng 2. tỷ lệ % của bụi PM10 theo kích thước [13]
Hoạt động
Tiện
Phay
Mài

Loại bụi
Gỗ
Kim loại
Đá

< 2 µm
48
37
62

2-5 µm
20,0
31,5
2,5

5-10 µm
20,0
9,5
10,0

Bảng 3. tỷ lệ % cao lanh lắng đọng trong đường hô hấp [13]
% lắng đọng chung % lắng đọng ở
% lắng đọng trong
đường hô hấp
phế bào
47,8
9,2
34,5
63,5

16,5
50,5
68,5
26,5
34,8
71,7
46,5
25,9
92,3
82,7
9,8
Tùy theo mức độ phân tán của bụi, sự lắng đọng của bụi khác nhau ở các bộ

Kích thước (µm)
0,5
0,9
1,3
1,6
5,0

phận của cơ quan hô hấp. Bảng 1.2 giới thiệu sự lắng đọng của bụi cao lanh trên
đường hô hấp theo Paul, Hatch, 1956 [13]. Số liệu trong bảng cho thấy % bụi lắng

24


Nguyễn Đình Phúc

Lớp cao học K18 - Chuyên ngành Quản lý Môi trường

đọng ở đường hô hấp tăng theo kích thước hạt bụi, còn bụi lắng đọng ở phế bào
thường là những hạt bụi có kích thước dưới 2.
- Tính chất lắng bụi do nhiệt
Nếu cho PM10 chuyển động từ một ống có nhiệt độ cao sang một ống có
nhiệt độ thấp hơn nhiều sẽ có hiện tượng phần lớn PM 10 lắng đọng trên bề mặt ống
lạnh hơn. Hiện tượng này là do sự trầm lắng của các hạt bụi bởi sự giảm tốc độ
chuyển động của phân tử khí do ảnh hưởng của nhiệt độ
- Tính chất nhiễm điện của hạt bụi: nhờ kính hiển vi, các nghiên cứu đã xác
đinh được điện tích của hạt bụi. Bụi đặt trong điện thế 3000V sẽ bị hút với tốc độ
khác nhau tùy theo kích thước hạt bụi. Do đó, khi thiết kế một số hệ thống xử lý
bụi, phân tích bụi bằng tĩnh điện luôn phải lưu ý đến kích thước hạt bụi
Bảng 4. tốc độ hút bụi của điện thế 3.000V [13]
Tốc độ (cm/s)
885
88,5
8,85
0,88

Đường kính (µm)
100
10,0
1,00
1,10

- Tính chất cháy nổ: bụi càng nhỏ thì diện tích tiếp xúc với ôxy càng lớn thì
hoạt tính hóa học càng mạnh và càng dễ bốc cháy, dễ gây nổ.
1.3.2. Nguồn gốc của ô nhiễm bụi PM10
- Nguồn gốc tự nhiên: đây là nguồn bụi do các hiện tượng thiên nhiên như
núi lửa, động đất, cháy rừng, bão bụi, bụi biển, các quá trình phát tán của phấn hoa,
bào tử, len, lông động vật.

Bảng 5. Nguồn gốc và thành phần bụi tự nhiên [9]
Nguồn gốc
Núi lửa

Thành phần chính
CO2, CO, SO2 và các dẫn xuất của S,

25