Nghiên cứu, đánh giá tổng hợp chất lượng môi trường không khí khu vực hà nội

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

PHẠM THỊ VIỆT ANH

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP CHẤT LƯỢNG
MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ KHU VỰC HÀ NỘI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Hà Nội – 2014


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

PHẠM THỊ VIỆT ANH

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP CHẤT LƯỢNG
MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ KHU VỰC HÀ NỘI

Chuyên ngành: Môi trường không khí
Mã số: 62.85.02.10

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. HOÀNG XUÂN CƠ

Hà Nội – 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất cứ công trình nào khác.

Tác giả

Phạm Thị Việt Anh


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với PGS.TS.NGƯT. Hoàng Xuân
Cơ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội - người đã tận
tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm Quan trắc và Mô hình hóa môi
trường; Khoa Môi trường - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc
gia Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập
và tổ chức các nội dung nghiên cứu khoa học của Luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo ở Trung tâm Quan trắc và Mô
hình hóa môi trường, Khoa Môi trường, Khoa Khí Tượng - Thủy văn - Hải
dương, Khoa Địa lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà
Nội đã đóng góp những ý kiến quí báu giúp tôi hoàn thiện luận án.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp, người thân và gia đình đã
quan tâm, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận án.

Tác giả

Phạm Thị Việt Anh


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................ 4
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................. 6
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................. 7
MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 9
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................... 15
1.1. Các vấn đề chung liên quan đến chất lượng không khí ......................... 1
5
1.1.1. Chất lượng không khí và ô nhiễm không khí .................................. 15
1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng không khí ............................ 17
1.1.3. Ảnh hưởng của các yếu tố cây xanh mặt nước đối với chất lượng
không khí ............................................................................................................ 20
1.1.4. Quản lý chất lượng không khí ......................................................... 23
1.2. Tổng quan về các phương pháp đánh giá chất lượng không khí ........... 2
5
1.2.1. Phương pháp thực nghiệm ............................................................... 25
1.2.2. Phương pháp mô hình hóa ............................................................... 25
1.2.3. Phương pháp đánh giá sử dụng chỉ số chất lượng không khí .......... 30
1.3. Tình hình nghiên cứu chất lượng không khí trên thế giới và ở
Việt Nam ................................................................................................................ 3
2
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới .................................................. 32
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước và ở Hà Nội................................ 41
1.4. Khái quát điều kiện tự nhiên và hiện trạng chất lượng không khí

thành phố Hà Nội .................................................................................................. 4
9
1.4.1. Một số đặc điểm tự nhiên của thành phố Hà Nội ............................ 49
1.4.2. Hệ sinh thái đô thị và cảnh quan cây xanh ...................................... 52
1.4.3. Hiện trạng chất lượng không khí thành phố Hà Nội ....................... 54
Tiểu kết luận chương 1 ..................................................................................... 57


1


CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP
CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ KHU VỰC HÀ NỘI.............................................. 59
2.1. Phương pháp mô hình hóa trong đánh giá chất lượng không khí........59
2.1.1. Cơ sở lý thuyết về lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường
không khí.......................................................................................................... 59
2.1.2. Mô hình lan truyền chất ô nhiễm ISC3

60

2.1.3. Mô hình phát tán chất ô nhiễm từ nguồn điểm liên tục của
Sutton.............................................................................................................. 63
2.2. Phương pháp tính tần suất vượt chuẩn................................................ 64
2.2.1. Nội dung phương pháp

64

2.2.2. Phương pháp tính TSVC để tính toán mức độ ô nhiễm TSP
do nhiều nguồn thải điểm công nghiệp và cơ sở số liệu.................................... 66
2.3. Phương pháp tính toán và xây dựng bản đồ chuyên đề bằng công cụ

Hệ thống thông tin địa lý (GIS)........................................................................... 72
2.3.1. Sử dụng công cụ GIS trong xây dựng cơ sở dữ liệu đầu vào cho
mô hình lan truyền ô nhiễm TSP từ các nguồn thải điểm công nghiệp............73
2.3.2. Sử dụng công cụ GIS trong xây dựng bản đồ phân bố mức độ ô
nhiễm TSP từ các nguồn thải điểm công nghiệp............................................... 74
2.3.3. Sử dụng GIS trong xây dựng các bản đồ chuyên đề và đánh giá
tổng hợp chất lượng không khí......................................................................... 74
2.4. Phương pháp chập bản đồ môi trường................................................. 75
2.5. Phương pháp phân hạng CLKK theo tiêu chí và lượng hóa các
tiêu chí................................................................................................................. 76
2.6. Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập số liệu và phân tích tổng
hợp tài liệu thứ cấp............................................................................................. 76
Tiểu kết luận chương 2................................................................................... 77
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP CHẤT
LƯỢNG KHÔNG KHÍ KHU VỰC HÀ NỘI TÍNH VỚI TSP................................ 79

2


3.1. Ứng dụng mô hình ISC3 để đánh giá chất lượng môi trường không
khí khu vực Hà Nội (tính với TSP) ........................................................................ 79
3.1.1. Các kịch bản tính toán ..................................................................... 79
3.1.2. Kết quả tính toán và nhận xét .......................................................... 82
3.1.3. Khả năng ứng dụng của ISC3 trong đánh giá mức độ ô nhiễm
khu vực đô thị .................................................................................................... 87
3.2. Nghiên cứu, đánh giá tổng hợp chất lượng không khí có tính đến yếu
tố giảm nhẹ ô nhiễm TSP ...................................................................................... 88
3.2.1. Phương pháp luận ............................................................................ 88
3.2.2. Xây dựng qui trình đánh giá tổng hợp chất lượng không khí có
tính đến yếu tố giảm nhẹ ô nhiễm TSP ............................................................. 92

3.2.3. Ứng dụng qui trình đánh giá tổng hợp chất lượng không khí có
tính đến yếu tố giảm thiểu ô nhiễm TSP cho khu vực thành phố Hà Nội .......... 96
3.2.4. Khả năng ứng dụng của phương pháp đánh giá tổng hợp CLKK
có tính đến yếu tố giảm nhẹ ô nhiễm TSP của cây xanh và mặt nước ............ 125
3.3. Đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng không khí ở Hà Nội ....... 12
7
3.3.1. Xây dựng hệ thống hỗ trợ quyết định để quản lý chất lượng
không khí đô thị ở Hà Nội ................................................................................ 127
3.3.2. Áp dụng “ Hệ thống kiểm soát phát thải cho các thành phố đang
phát triển đối với Hà Nội” ................................................................................ 127
3.3.3. Giải pháp liên quan đến cây xanh mặt nước .................................. 130
Tiểu kết luận chương 3 ................................................................................... 132
KẾT LUẬN .................................................................................................... 134
KIẾN NGHỊ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ..................................... 136
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN
ĐẾN LUẬN ÁN .................................................................................................... 13
7
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................... 13
9
PHỤ LỤC LUẬN ÁN ..................................................................................... i
3


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AIRPET

Dự án nâng cao chất lượng không khí ở các nước đang phát triển
châu Á

API

Chỉ số ô nhiễm không khí

AQI

Chỉ số chất lượng không khi

BNZ

Benzene

BVOCs

Các chất hữu cơ sinh học dễ bay hơi

CMAQ

Mô hình chất lượng không khí đa qui mô

CLMT

Chất lượng môi trường

CLKK

CLKK

CSDL

Cơ sở dữ liệu

DBCLKK

Dự báo CLKK

DANIDA

Cơ quan Phát triển Quốc tế Đan Mạch

EPA

Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ

GIS

Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System)

GPS

Hệ thống định vị toàn cầu (Global Position System)

HAIDEP

Chương trình Phát triển tổng thể đô thị thủ đô Hà Nội (The
Comprehensive Urban Development Programme in Hanoi Capital
City)

ISC

Mô hình khuếch tán chất ô nhiễm từ nguồn công nghiệp phức hợp

(Industrial Source Complex Dispersion Models)

JICA

Cơ quan Hợp tác quốc tế Nhật Bản (The Japan International
Cooperation Agency)

NOAA

Cơ quan Khí tượng và Hải dương Hoa Kỳ (National Oceanic and
Atmospheric Administration)

Obs:

Kỳ quan trắc (Observation)

PM10

Bụi có đường kính ≤ 10 µm
4


PM2,5

Bụi có đường kính ≤ 2,5 µm

QCVN

Qui chuẩn Việt Nam

QCCP

Qui chuẩn cho phép

SMOKE

Mô hình kiểm kê phát thải

TCCP

Tiêu chuẩn cho phép

TAPI

Chỉ số ô nhiễm không khí tổng cộng

TSVC

Tần suất vượt chuẩn

TSP

Bụi lơ lửng tổng số (Total suspended particulate)

VOCs

Các chất hữu cơ dễ bay hơi

WHO

Tổ chức Y tế thế giới

5


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Khả năng giữ bụi trung bình của một số cây........................................... 22
Bảng 2.1. Các giá trị n, Cy, Cz theo Sutton………………………………………....65

Bảng 2.2. Mức phân tầng kết nhiệt theo Pasquil..................................................... 65
Bảng 3.1. Dự báo lượng thải chất ô nhiễm không khí năm 2020 theo phương
pháp được sử dụng trong dự án JICA theo kịch bản phát thải thấp.........................81
Bảng 3.2. Dự báo lượng thải chất ô nhiễm không khí năm 2020 theo phương
pháp được sử dụng trong dự án JICA theo kịch bản phát thải cao...........................81
Bảng 3.3. Chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm TSP do các nguồn thải
công nghiệp........................................................................................................... 100
Bảng 3.4. Chỉ tiêu đánh giá mật độ đường giao thông........................................... 108
Bảng 3.5. Chỉ tiêu đánh giá tỷ lệ diện tích che phủ của cây xanh.........................109
Bảng 3.6. Chỉ tiêu đánh giá tỷ lệ diện tích mặt nước............................................. 112
Bảng 3.7. Trọng số tương đối của các yếu tố ảnh hưởng đến................................ 115
CLKK khu vực đô thị Hà Nội (tính cho TSP)....................................................... 115
Bảng 3.8. Bảng phân hạng mức độ ô nhiễm TSP do tác động tổng hợp của
nguồn thải công nghiệp và giao thông................................................................... 116
Bảng 3.9. Phân cấp đánh giá khả năng cải thiện CLKK của cây xanh và
mặt nước khu vực Hà Nội..................................................................................... 119
Bảng 3.10. Phân hạng đánh giá CLKK tổng hợp khu vực
Hà Nội cũ - địa giới hành chính trước 1/8/2008 (tính với TSP).............................121

6

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Hệ thống Quản lý CLKK đô thị ................................................................ 24
Hình 1.2. Bản đồ địa hình thành phố Hà Nội tỉ lệ 1:100 000 .................................. 50
Hình 1.3. Nồng độ bụi TSP trung bình của trung bình 6 đợt quan trắc trong
3
năm của một số địa điểm của TP Hà nội từ năm 2004 - 2011 (mg/m ) .................... 56

Hình 2.1. Sơ đồ chia lưới ô vuông trên bản đồ thành phố
Hà Nội cho vùng nghiên cứu .................................................................................... 67
Hình 2.2. Bản đồ hành chính thành phố Hà Nội cũ
(địa giới hành chính trước 1/8/2008) ........................................................................ 69
Hình 2.3. Khoanh vùng chia lưới ô vuông cho khu vực nghiên cứu ........................ 70
Hình 2.4. Hoa gió khu vực Hà Nội ........................................................................... 72
Hình 3.1. Phân bố nồng độ TSP trung bình 1 giờ cao nhất ở khu vực thành
phố Hà Nội (địa giới hành chính trước 1/8/2008) - Kết quả tính cho năm 2010 ...... 83
Hình 3.2. Phân bố nồng độ TSP trung bình 1 giờ cao nhất ở khu vực thành
phố Hà Nội (địa giới hành chính trước 1/8/2008) - Kết quả tính cho năm 2010 ...... 84
Hình 3.3. Phân bố nồng độ TSP trung bình 1 giờ cao nhất ở khu vực thành
phố Hà Nội (địa giới hành chính trước 1/8/2008) - Kết quả tính cho năm 2020
(trường hợp phát thải cao) ......................................................................................... 85
Hình 3.4. Phân bố nồng độ TSP trung bình 1 giờ cao nhất ở khu vực
thành phố Hà Nội (địa giới hành chính trước 1/8/2008) - Kết quả tính
cho năm 2020 (trường hợp phát thải thấp) ................................................................ 86
Hình 3.5. Bản đồ khu vực nghiên cứu đã được chia lưới (phạm vi nội thành
Hà Nội cũ và vùng phụ cận kích thước 20 km x 20 km) .......................................... 97
Hình 3.6. Bản đồ nguồn thải công nghiệp khu vực Hà Nội (địa giới hành
chính trước 1/8/2008) và vùng phụ cận .................................................................... 99
Hình 3.7. Bản đồ phân bố mức độ ô nhiễm TSP do các nguồn thải công
nghiệp tính bằng phần trăm số ngày có nồng độ vượt QCCP (cả năm) ................. 101

Hình 3.8. Bản đồ phân bố mức độ ô nhiễm TSP do các nguồn thải công
nghiệp tính bằng phần trăm số ngày có nồng độ vượt QCCP (mùa nóng) ............. 103
7


Hình 3.9. Bản đồ phân bố mức độ ô nhiễm TSP do các nguồn thải công
nghiệp tính bằng phần trăm số ngày có nồng độ vượt QCCP (mùa lạnh)..............104
Hình 3.10. Bản đồ đường giao thông khu vực nội thành Hà Nội........................... 106
Hình 3.11. Bản đồ mật độ đường giao thông khu vực nội thành Hà Nội
2

(qui mô tính cho 0,0625 km )................................................................................ 107
Hinh 3.12. Bản đồ tỉ lệ che phủ diện tích cây xanh khu vực nội thành.................110
2

Hà Nội (qui mô tính cho 0,0625 km = 6,25 ha)................................................... 110
Hình 3.13. Bản đồ phân bố tỉ lệ diện tích mặt nước khu vực nghiên cứu..............113
Hình 3.14. Bản đồ ô nhiễm tổng hợp TSP do các nguồn công nghiệp và
giao thông khu vực thành phố Hà Nội (địa giới hành chính trước 1/8/2008)........117
Hình 3.15. Bản đồ đánh giá tổng hợp khả năng giảm nhẹ ô nhiễm TSP
của cây xanh và mặt nước..................................................................................... 120
Hình 3.16. Bản đồ đánh giá tổng hợp CLKK khu vực Hà Nội cũ (địa giới
hành chính trước 1/8/2008), tính đến các yếu tố giảm nhẹ ô nhiễm TSP...............123

8


MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài luận án

Ô nhiễm không khí là một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất ở các đô thị,
đặc biệt là tại các nước đang phát triển. Theo những nghiên cứu gần đây, việc phơi
nhiễm bụi lơ lửng, đặc biệt là những bụi có kích thước nhỏ hơn 10 µm tại 126 thành
phố trên thế giới có thể là nguyên nhân của khoảng 130 nghìn ca tử vong sớm [35].
Chất lượng môi trường không khí (chất lượng không khí) nói chung và không
khí đô thị nói riêng chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Các nguồn khí thải trong đô
thị như công nghiệp, giao thông, sinh hoạt, xây dựng có thể làm suy giảm chất
lượng không khí (CLKK). Tuy nhiên, nếu trong thành phố có nhiều cây xanh và
diện tích mặt nước (hồ, ao, sông) lớn thì CLKK cũng được cải thiện phần nào do tác
dụng làm sạch không khí của cây xanh và mặt nước theo cơ chế tự nhiên.
Cây xanh mặt nước có tác dụng làm sạch không khí, đặc biệt cây xanh được xem
như là một “máy” loại bỏ bụi rất hiệu quả [50, 59, 60, 67]. Ngoài chức năng làm đẹp
cảnh quan đô thị, cây xanh tại các khoảng không gian xanh đô thị có thể cải thiện đáng
kể CLKK đô thị [15, 49, 50, 55, 59, 60, 67, 69]. Cây xanh đô thị đóng vai trò quan
trọng trong loại bỏ các chất gây ô nhiễm không khí, như sunfua điôxit (SO 2), các ôxit
nitơ (NOx), ôxit cacbon (CO) và bụi. Cây xanh đô thị có khả năng loại bỏ chất ô nhiễm
không khí khác nhau phụ thuộc vào điều kiện khí tượng địa phương và đặc trưng của
thảm thực vật. Theo ước tính của Nowalk David J., ở Chicago vào năm 1991, cây xanh
đã loại bỏ được khoảng 5575 tấn chất ô nhiễm không khí, bao gồm

223 tấn CO, 706 tấn SO2, 806 tấn NO2, 1840 tấn PM10 và 2000 tấn O3. Ước tính giá
trị thành tiền hàng năm từ lợi ích loại bỏ chất ô nhiễm của cây xanh trong thành phố
lên tới 9,2 triệu đô la Mỹ [67].
Trên thế giới hiện nay, có nhiều phương pháp đánh giá chất lượng không khí như
đánh giá trực tiếp thông qua số liệu quan trắc, mô hình hóa, chỉ số CLKK hay đánh giá
gián tiếp qua kiểm kê phát thải, chỉ thị sinh học, bộ chỉ thị môi trường v.v... Trong số đó,

9

hai phương pháp đánh giá chất lượng không khí phổ biến vẫn đang được sử dụng là
phương pháp thực nghiệm và mô hình hóa. Đối với phương pháp thực nghiệm, kết quả đo
đạc các thông số đặc trưng cho môi trường không khí nói chung và bụi lơ lửng tổng số
(TSP) nói riêng chính là giá trị cuối cùng tại điểm tiếp nhận. Giá trị này đã tính đến tác
động tổng hợp từ các nguồn phát thải có thể ảnh hưởng đến điểm tiếp nhận và khả năng
loại bỏ bụi của cây xanh, mặt nước. Tuy nhiên, thực tế số điểm đo ít hoặc số lần đo không
nhiều, tần suất đo thấp thì đánh giá dựa vào giá trị quan trắc chưa cho thấy bức tranh tổng
quát về CLKK vùng nghiên cứu. Phương pháp mô hình hóa có thể khắc phục được điều
này, song kết quả tính toán tại một điểm tiếp nhận nào đó mới cho thấy giá trị nồng độ chất

ô nhiễm do các nguồn phát thải gây ra mà chưa tính đến khả năng làm sạch không
khí của các tác nhân khác trong đó có yếu tố cây xanh và mặt nước. Vì vậy, giá trị
nồng độ tính được theo mô hình sẽ có sự sai khác ít nhiều so với thực tế, phụ thuộc
vào độ che phủ của cây xanh và diện tích mặt nước trong khu vực nghiên cứu.
Ngoại trừ bụi lơ lửng, hiện nay Hà Nội chưa bị ô nhiễm không khí nghiêm trọng do
các chất ô nhiễm khác [1, 4, 7, 27, 37, 38]. Tuy nhiên, chất lượng không khí ở Hà Nội có
xu hướng bị suy giảm dưới các áp lực ngày càng tăng về dân số, công nghiệp, giao thông.
Tiến hành nghiên cứu, đánh giá mức độ ô nhiễm, tiến tới đánh giá và quản lý CLKK

ở Hà Nội vẫn luôn là công việc quan trọng và có ý nghĩa thực tiễn rõ rệt. Mặc dù đã có
nhiều công trình nghiên cứu về chất lượng không khí ở Hà Nội, song do môi trường có
tính chất biến động liên tục đòi hỏi vấn đề này cần phải tiếp tục nghiên cứu, bổ

sung và đưa ra được những phương pháp đánh giá phù hợp hơn và có khả năng ứng
dụng thực tiễn trong tương lai.
Các nghiên cứu về CLKK ở Hà Nội trên cơ sở ứng dụng phương pháp mô hình
hóa mới chỉ dừng ở mức đánh giá thông qua giá trị của các yếu tố gây ô nhiễm từ các
loại nguồn thải khác nhau. Trong khi đó, những yếu tố môi trường có ảnh hưởng tốt
đến CLKK như cây xanh, mặt nước chưa được đưa vào trong các bài toán đánh giá
định lượng cụ thể. Vì vậy, việc nghiên cứu, đánh giá chất lượng môi trường không khí

cho khu vực Hà Nội có tính đến tổng hợp các yếu tố trên là cần thiết.

10


Với những phân tích ở trên, đề tài được lựa chọn cho nghiên cứu của luận án
là: “Nghiên cứu, đánh giá tổng hợp chất lượng môi trường không khí khu vực
Hà Nội”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
-

Đánh giá được chất lượng không khí khu vực nội thành Hà Nội do ảnh hưởng
của các loại nguồn thải theo các kịch bản khác nhau.

-

Nghiên cứu, xây dựng được một phương pháp đánh giá tổng hợp chất lượng
không khí có tính đến các yếu tố giảm nhẹ ô nhiễm (độ che phủ của cây xanh,
mặt nước), làm cơ sở cho việc đánh giá và phân hạng chất lượng không khí
khu vực Hà Nội cũ (địa giới hành chính trước 1/8/2008), phục vụ công tác
quản lý, giám sát chất lượng môi trường thành phố Hà Nội.

3. Nội dung nghiên cứu
-

Nghiên cứu tổng quan về chất lượng không khí, các yếu tố ảnh hưởng đến
CLKK, các phương pháp đánh giá CLKK và hiện trạng CLKK ở Hà Nội.

-

Lập sơ đồ phân vùng mức độ ô nhiễm cho môi trường không khí Hà Nội (tính
cho TSP) dựa vào mô hình ISC3.

-

Nghiên cứu, xây dựng qui trình đánh giá tổng hợp CLKK có tính đến các yếu
tố giảm nhẹ ô nhiễm (độ che phủ cây xanh, diện tích mặt nước).

-

Nghiên cứu thử nghiệm lập bản đồ đánh giá tổng hợp CLKK theo qui trình
trên cho khu vực nội thành Hà Nội (có địa giới hành chính trước 1/8/2008).

-

Đề xuất một số giải pháp cải thiện CLKK ở Hà Nội.

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
-

Đối tượng nghiên cứu

-

Sự phát thải từ các hoạt động công nghiệp, giao thông và các hoạt động khác ở
mức độ cao đã và đang ảnh hưởng đến CLKK đô thị Hà Nội. Trong các yếu tố
gây ô nhiễm không khí ở Hà Nội, bụi lơ lửng (TSP) được xem là yếu tố gây ô
nhiễm nhất [4, 6, 7, 18, 19, 35 - 38]. Theo các số liệu quan trắc nghiên cứu về

chất lượng không khí ở Hà Nội nhiều năm cho thấy, nhìn chung môi trường

11


không khí ở thủ đô Hà Nội đã và đang bị ô nhiễm nặng nề về bụi TSP và bụi
PM10. Nồng độ TSP ở các quận nội thành đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép
5 - 6 lần, thậm chí có nơi trên 10 lần [37]; ô nhiễm các khí độc hại khác như SO 2,
NO2, CO, Pb, CnHn chủ yếu mang tính cục bộ, xảy ra ở các nút giao thông lớn
hoặc bên cạnh các cơ sở sản xuất có đốt than, dầu. Một số nghiên cứu sử dụng
phương pháp tính toán chỉ số chất lượng không khí AQI được ban hành bởi Tổng
cục Môi trường cũng chỉ ra rằng, Hà Nội chỉ bị ô nhiễm bụi TSP với mức độ rất
nặng. Trong khi đó CO và NO2 có chất lượng môi trường tốt; SO2 ở mức “không
bị ô nhiễm” và gần với mức “môi trường tốt” [4, 38].

Luận án tập trung làm rõ chất lượng không khí ở Hà Nội do ảnh hưởng đồng
thời của các nguồn gây ô nhiễm như nguồn công nghiệp, giao thông, sinh hoạt và
các yếu tố có vai trò làm sạch không khí như cây xanh, mặt nước. Thông số để
nghiên cứu là TSP. Nghiên cứu của luận án không xét đến các chất ô nhiễm khác là
do Hà Nội chủ yếu mới bị ô nhiễm TSP, chưa bị ô nhiễm bởi các khí độc khác. Mặt
khác, các nghiên cứu nước ngoài cho thấy, cây xanh có khả năng làm sạch không
khí, đặc biệt là loại bỏ bụi lơ lửng rất hiệu quả, tuy nhiên, một số loài cây lại có khả
năng phát thải BVOC (hợp chất hữu cơ sinh học dễ bay hơi). Một số ao hồ bị ô
nhiễm cũng có thể phát thải các khí gây ô nhiễm không khí. Do vậy, trong trường
hợp này cây xanh và mặt nước lại trở thành nguồn gây ô nhiễm không khí.
Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của luận án là khu vực nội thành thành phố Hà Nội cũ
(địa giới hành chính trước 1/8/2008) và xung quanh có các nguồn thải có khả năng
ảnh hưởng đến CLKK trên địa bàn thành phố. Khu vực nghiên cứu được khoanh
vùng bởi một lưới ô vuông (ô cờ), mỗi ô có kích thước 250 m x 250 m, tương
đương với diện tích vùng nghiên cứu 20 km x 20 km.
Giới hạn khái niệm “đánh giá tổng hợp trong luận án”: CLKK không chỉ chịu ảnh

hưởng tiêu cực bởi các nguồn phát thải như giao thông, công nghiệp, sinh hoạt….
mà còn chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố có lợi cho môi trường theo cơ chế tự nhiên. Đặc
biệt, nồng độ TSP trong không khí có thể giảm đi rất nhiều nhờ khả năng loại bỏ bụi

12


của cây xanh và mặt nước. Khái niệm “đánh giá tổng hợp CLKK” trong luận án không
đề cập đến cách đánh giá tổng hợp về các chỉ tiêu thông số ô nhiễm mà đề cập đến một
hướng đánh giá mới, bao gồm tổng hợp các yếu tố tác động đến CLKK (yếu tố gây ô
nhiễm và yếu tố có lợi cho không khí như độ che phủ của cây xanh và mặt nước), làm cơ
sở phân hạng CLKK ở Hà Nội chính xác hơn. Do khả năng loại bỏ bụi của cây xanh và
mặt nước còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ nhám của lá, tổng diện tích bề mặt lá,
đặc thù của cây xanh đường phố, điều kiện khí tượng địa phương,…., vì vậy, trong

nghiên cứu này luận án chỉ giới hạn ở việc xem xét, đánh giá mang tính tổng quát đối
với khả năng che phủ của cây xanh và diện tích mặt nước, không xét đến chi tiết các
yếu tố trên.
5. Những đóng góp mới của luận án
-

Lần đầu tiên các yếu tố có lợi cho môi trường không khí như độ che phủ của
cây xanh và diện tích mặt nước được tính đến trong bài toán đánh giá CLKK
ở Việt Nam một cách định lượng.

-

Lần đầu tiên đưa ra qui trình đánh giá tổng hợp chất lượng không khí có tính
đến tác động tổng hợp của cả các yếu tố gây ô nhiễm (nguồn phát thải chất ô
nhiễm) và yếu tố cải thiện chất lượng không khí (cây xanh, mặt nước), góp

phần làm sáng tỏ vai trò giảm thiểu TSP của cây xanh và mặt nước.

-

Kết hợp hệ phương pháp mô hình hóa theo cách tính Tần suất vượt chuẩn,
công cụ GIS, phương pháp chập bản đồ môi trường để xây dựng chỉ số tổng
hợp và bản đồ đánh giá chất lượng không khí cho một khu vực đô thị.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
-

Góp phần mở ra một hướng nghiên cứu mới trong đánh giá tổng hợp chất
lượng không khí, trong đó các yếu tố cây xanh, mặt nước - yếu tố có thể giảm
thiểu ô nhiễm hữu hiệu - đã được tính đến một cách định lượng

-

Có thể ứng dụng phương pháp đánh giá tổng hợp vào giải quyết các bài toán thực
tiễn đối với môi trường không khí như: Đánh giá tác động môi trường, qui hoạch
môi trường, qui hoạch mạng lưới điểm quan trắc, qui hoạch không gian phân bố

13


vùng cách ly vệ sinh công nghiệp, phục vụ công tác giám sát, cảnh báo ô
nhiễm và quản lý CLKK trên địa bàn thành phố Hà Nội cũng như mở rộng
cho các tỉnh thành khác trên phạm vi cả nước.
-

Cung cấp cơ sở khoa học trong thiết kế khu vực bảo tồn, trồng cây xanh và

bảo tồn diện tích mặt nước giúp tăng cường loại bỏ các chất ô nhiễm, cải
thiện sức khỏe của cộng đồng.

14


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Các vấn đề chung liên quan đến chất lượng không khí
1.1.1. Chất lượng không khí và ô nhiễm không khí
Chất lượng không khí được xác định thông qua các thông số (chỉ tiêu) về thành
phần các chất trong không khí. Theo đó, có các thuật ngữ như môi trường không khí
sạch chưa bị ô nhiễm, không khí bị ô nhiễm, không khí bị ô nhiễm nghiêm trọng.

Cơ sở để đánh giá CLKK thường là dựa vào Quy chuẩn/Tiêu chuẩn chất lượng
môi trường được qui định trong Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam [32]. Hiện nay,
mỗi nước đều có những tiêu chuẩn môi trường riêng của mình. Do vậy, đây là cách
đánh giá đơn giản và được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, vẫn có một số hạn chế như
thiếu tiêu chuẩn đối với một số chất nên gặp khó khăn khi đánh giá. Theo JICA [7,
27], khi sử dụng tiêu chuẩn có thể tách chất lượng môi trường không khí (chất
lượng không khí) thành 3 mức sau:
-

Môi trường trong lành: khi giá trị nồng độ chất ô nhiễm không vượt quá 75%
tiêu chuẩn.

-

Môi trường ở mức cảnh báo: khi giá trị nồng độ chất ô nhiễm nằm dưới tiêu
chuẩn cho phép nhưng lớn hơn 75% tiêu chuẩn.

-

Môi trường bị ô nhiễm: khi nồng độ vượt tiêu chuẩn cho phép.
Chất lượng không khí có thể bị suy giảm bởi nhiều yếu tố. Đặc biệt, các hoạt

động sản xuất công nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt... phát sinh các chất độc
hại vào môi trường có thể làm cho môi trường không khí bị ô nhiễm. Hiện nay, có
nhiều định nghĩa khác nhau về ô nhiễm môi trường không khí. Phần lớn các định
nghĩa đề cập đến sự thay đổi thành phần, hàm lượng các chất trong không khí theo
hướng bất lợi cho con người và sinh vật.
Theo Điều 92 của Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam 2005 [32], môi trường
không khí bị ô nhiễm khi có hàm lượng một hoặc nhiều chất gây ô nhiễm vượt quá
15


tiêu chuẩn về chất lượng. Môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng, đặc biệt nghiêm
trọng được xác định như sau:
- Môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng khi hàm lượng của một hoặc nhiều
hóa chất, kim loại nặng vượt quá tiêu chuẩn về chất lượng môi trường từ 3
lần trở lên hoặc hàm lượng của một hoặc nhiều chất gây ô nhiễm khác vượt
quá tiêu chuẩn về chất lượng môi trường từ 5 lần trở lên.

- Môi trường bị ô nhiễm đặc biệt nghiêm trọng khi hàm lượng của một
hoặc nhiều hóa chất, kim loại nặng vượt quá tiêu chuẩn về chất lượng
môi trường từ 5 lần trở lên hoặc hàm lượng của một hoặc nhiều chất gây
ô nhiễm khác vượt quá tiêu chuẩn về chất lượng môi trường từ 10 lần trở
lên.
Hiện tại, Quy chuẩn về CLKK ở Việt Nam được cụ thể hóa trong Quy chuẩn
kỹ thuật quốc gia về CLKK (QCVN 05:2013/BTNMT- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

về CLKK xung quanh; QCVN 06:2009/BTNMT- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về
một số chất độc hại trong không khí xung quanh được ban hành theo Thông tư số
16/2009/TT-BTNMT ngày 07/10/2009 của Bộ Tài nguyên và Môi trường).
Theo QCVN 05:2013/BTNMT, CLKK xung quanh được xác định qua 8 thông số
gồm SO2, CO, NOx, O3, bụi lơ lửng tổng số (TSP), bụi PM 10, bụi PM2,5, Pb [3]. Trong
các thông số trên, TSP là thông số được tập trung nghiên cứu nhiều nhất trong các đô
thị ở nhiều nước trên thế giới, trong đó có Hà Nội, Việt Nam. Dựa vào kích thước hạt
bụi, bụi được chia thành bụi lơ lửng tổng số (TSP) có đường kính khí động học dưới
hoặc bằng 100 m, bụi PM10 có đường kính khí động học dưới hoặc bằng 10 m và bụi
PM2,5 có đường kính khí động học nhỏ dưới hoặc bằng 2,5 m [3]. Bụi PM10 là loại bụi
nhỏ có thể dễ dàng xuyên qua khẩu trang, xâm nhập và lắng đọng ở đường hô hấp giữa
của con người. Bụi PM2,5 có thể xâm nhập sâu đến tận các phế nang của phổi, là vùng
trao đổi của hệ hô hấp. Ảnh hưởng của bụi đối với sức khỏe phụ thuộc vào tính chất,
nồng độ và kích thước hạt. Bụi có thể gây các bệnh đường hô hấp, tim mạch, tiêu hóa,
mắt, da, ung thư,…[15, 24, 56]. Bụi lơ lửng có thể lan

16


truyền rất xa (giống như các khí nhẹ) gây ô nhiễm không khí trên phạm vi qui mô
lớn.
1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng không khí
Lượng và loại chất ô nhiễm thải vào trong không khí đóng vai trò chính trong
việc xác định mức độ ô nhiễm không khí ở một khu vực cụ thể. Ngoài ra, những
nhân tố khác cũng có ảnh hưởng đến CLKK như nguồn thải, yếu tố địa hình; các
yếu tố thời tiết như gió, nhiệt độ, rối trong không khí, áp suất khí quyển, lượng mưa
và độ che phủ của mây; các đặc tính hóa học và vật lý của chất ô nhiễm. CLKK kém
có thể do tổ hợp của nhiều nhân tố. Trong đó, đặc trưng của nguồn thải và điều kiện
khí tượng khu vực là hai yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến CLKK của một
vùng [15, 24, 79, 87, 88, 98].

1.1.2.1. Ảnh hưởng của các đặc trưng nguồn thải
Các chất ô nhiễm trong không khí được chia thành hai dạng là chất ô nhiễm sơ
cấp và chất ô nhiễm thứ cấp. Chất ô nhiễm sơ cấp là chất phát thải trực tiếp từ các
nguồn và bản thân chúng đã có tính độc hại. Chất ô nhiễm thứ cấp là chất được tạo
ra trong khí quyển do tương tác hóa học giữa các chất ô nhiễm sơ cấp và các chất
khác đã có trong khí quyển [15, 24, 74].
Các chất ô nhiễm có thể thải vào không khí từ nguồn tự nhiên và nhân tạo. Đối
với nguồn thải do con người tạo ra, có thể dựa theo một số đặc điểm để chia thành từng
nhóm. Chẳng hạn như dựa theo hoạt động kinh tế, sinh hoạt có thể chia thành nguồn
thải công nghiệp, giao thông, sinh hoạt, khai khoáng,…Để mô hình hoá phát thải chất ô
nhiễm khí, các nguồn thải lại được chia thành nguồn điểm, nguồn đường (nguồn dạng
tuyến), nguồn mặt, nguồn liên tục, nguồn tức thời, nguồn nóng, nguồn nguội,…Nguồn
điểm là nguồn phát thải từ miệng thoát có kích thước nhỏ nhưng lượng phát thải lớn
chẳng hạn như miệng ống khói của các nhà máy lớn. Nguồn đường là nguồn phát thải
theo dải hẹp, chạy dài chẳng hạn như phát thải từ đường cao tốc có mật độ xe cộ cao
hoặc từ các kênh mương bị ô nhiễm nặng. Nguồn mặt được tính đến khi xét diện tích
lãnh thổ đủ lớn, khi đó không phân biệt từng nguồn thải cụ thể

17


mà chỉ tính đến tổng lượng phát thải. Nếu lượng thải là liên tục thì lượng thải được
2

tính qua đơn vị g/m /s hoặc tương đương. Phát thải từ sự bay hơi của các bãi than,
từ khu công nghiệp hay từ mặt nước sông, hồ, ao bị ô nhiễm nước là những ví dụ về
nguồn mặt. Nguồn phát thải diễn ra trong một thời gian đủ dài được coi là nguồn
liên tục. Nguồn nóng và nguồn nguội dùng để phân biệt nhiệt độ khí thải, chất thải
lúc phát ra. Điều này rất quan trọng đối với nguồn thải liên tục vì nó quyết định độ
nâng của vệt khói.

Như vậy, khi nói đến nguồn thải cần phải xác định rõ các đặc trưng của chúng.
Chẳng hạn đối với nguồn thải công nghiệp, thải liên tục qua miệng ống khói cần có các
thông số như độ cao ống khói (m), đường kính miệng ống khói (m), lượng thải (mg/s),
o

nhiệt độ khói thải ( C)…Số lượng, kích thước các nguồn cùng với các điều kiện thời
tiết và địa hình sẽ xác định mức độ ô nhiễm trong không khí ở một khu vực.

1.1.2.2. Ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng và địa hình đến sự lan truyền
chất ô nhiễm trong khí quyển
Sau khi phát thải vào khí quyển, các chất ô nhiễm sẽ lan truyền theo 2 quá
trình chính là vận chuyển theo các dòng khí và khuếch tán.
Trong khí quyển luôn tồn tại các dòng khí làm nhiệm vụ vận chuyển không khí
cùng các thành phần khác trong đó từ nơi này qua nơi khác. Gió chính là quá trình
vận chuyển ngang còn các dòng thăng, dòng giáng là quá trình vận chuyển theo
chiều thẳng đứng. Gió liên tục xuất hiện còn dòng thăng giáng chỉ xuất hiện trong
một số loại hình thời tiết nhất định.
Gió là yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến sự lan truyền của các chất ô nhiễm trong khí
quyển. Hướng của gió là hướng vận chuyển của dòng khí do đó sẽ quy định hướng vận
chuyển của dòng chất ô nhiễm. Sự thay đổi của hướng gió, tốc độ gió dẫn đến sự phân
bố của chất ô nhiễm theo không gian và thời gian là khác nhau. Sự thay đổi tốc độ gió
theo chiều thẳng đứng còn có ảnh hưởng đến khuếch tán chất ô nhiễm.
Ngoài vận chuyển theo dòng khí, chất ô nhiễm còn khuếch tán trong không khí.
Như chúng ta đã biết, có hai quá trình khuếch tán xảy ra trong chất lỏng và chất khí,

18


đó là khuếch tán phân tử và khuếch tán loạn lưu. Trong điều kiện khí quyển thực,
khuếch tán loạn lưu đóng vai trò chính. Với quá trình khuếch tán, chất ô nhiễm có

thể hoà vào không khí theo mọi hướng. Khuếch tán loạn lưu phụ thuộc vào phân
tầng khí quyển, cụ thể là sự phân bố theo chiều thẳng đứng của nhiệt độ và tốc độ
gió, điều kiện bức xạ, mây. Theo kết quả nghiên cứu của nhiều nhà khoa học, độ
phân tầng khí quyển được chia làm 6 loại từ phân tầng bất ổn định mạnh (loạn lưu
mạnh) đến nghịch nhiệt mạnh (loạn lưu yếu) [15, 24, 31, 87, 92, 93].
Khi các chất ô nhiễm được phát thải vào không khí, mức phân tầng khí quyển
đóng vai trò rất quan trọng đến việc phát tán của chúng. Điều kiện tốt nhất để phát
tán bụi và chất ô nhiễm là ứng với tầng bất ổn định mạnh cũng như sự phát triển cao
của lớp xáo trộn [15, 24, 31]. Điều này xảy ra khi trời quang mây hoặc nắng vào
mùa hè. Ngược lại, điều kiện phát tán yếu ứng với hiện tượng nghịch nhiệt khi trong
lớp biên có tầng kết ổn định. Trong trường hợp này, rối và chuyển động thẳng đứng
xảy ra yếu, do đó chất ô nhiễm khó phát tán lên trên và gây ô nhiễm nặng lớp không
khí sát đất. Nghịch nhiệt thường hình thành vào những đêm quang mây, gió nhẹ,
thậm chí xuất hiện cả ngày trong mùa đông [31].
Trong quá trình lan truyền, chất ô nhiễm có thể được tăng cường hoặc suy
giảm do các phản ứng hoá học hoặc quá trình lắng đọng trên các bề mặt. Vì vậy, đối
với một số chất nhạy cảm phải xét đến hệ số suy giảm trong quá trình lan truyền
chất ô nhiễm.
Địa hình, vật cản có ảnh hưởng lớn đến sự lan truyền chất ô nhiễm trong khí
quyển. Địa hình, vật cản có thể làm thay đổi hướng gió, song, ứng với từng loại quy
mô tính toán khác nhau, ảnh hưởng này phải xét khác nhau. Đối với tính toán ở quy
mô nhỏ, ảnh hưởng của địa hình lồi lõm của vật cản phải được tính đến trong dự
báo ô nhiễm cũng như quy hoạch các khu công nghiệp thải chất ô nhiễm.
Mưa và độ ẩm trong không khí cũng có ảnh hưởng đến CLKK [15, 24, 98]. Các
hạt bụi lơ lửng trong không khí có thể liên kết với nhau tạo thành các hạt có kích thước
lớn hơn và lắng xuống đất trong điều kiện độ ẩm không khí lớn. Những hạt bụi được
coi là hạt nhân ngưng kết giúp tạo thành những hạt nước, tinh thể tuyết, băng

19

và khi kích thước hạt này lớn có thể rơi xuống dưới dạng mưa, tuyết. Độ ẩm còn có
tác dụng làm thay đổi nồng độ chất gây ô nhiễm do bị hòa tan vào nước. Mưa có tác
dụng làm sạch không khí, các hạt mưa có tác dụng kéo theo các hạt bụi, hoà tan một
số chất độc hại trong không khí [15, 24].
1.1.3. Ảnh hưởng của các yếu tố cây xanh mặt nước đối với chất lượng không

khí
1.1.3.1. Ảnh hưởng của cây xanh đối với chất lượng không khí
a) Cơ chế tương tác giữa chất ô nhiễm không khí và cây xanh
Các hạt bụi được loại bỏ khỏi khí quyển nhờ quá trình lắng đọng khô và lắng
đọng ướt [67, 74]. Lắng đọng ướt là việc loại bỏ các chất ô nhiễm do mưa, tuyết,
sương mù, hơi nước có tính axit. Trong khi đó, các chất ô nhiễm không khí có thể
được loại bỏ khỏi bầu không khí thông qua con đường lắng đọng khô trên bề mặt
không gian xanh đô thị là chủ yếu. Theo cơ chế này, các chất ô nhiễm dạng hạt và
dạng khí lan truyền đến và hấp thụ vào cây xanh chủ yếu thông qua bề mặt của cây.
Lắng đọng khô có thể xảy ra do các hạt bụi lắng xuống dưới tác dụng của lực trọng
trường, do va chạm hoặc khuếch tán tùy thuộc vào kích thước hạt. Việc loại bỏ bụi
phụ thuộc vào các loài thực vật, diện tích tán lá, môi trường khí tượng địa phương
[67, 74].
Các chất ô nhiễm dạng hạt có thể được lắng đọng trên bề mặt cây thông do lắng
đọng hoặc dưới các tác động mạnh [67, 69, 74]. Các loài cây, độ nhám của bề mặt lá,
góc độ phát triển của lá và điều kiện khí quyển có thể xác định khả năng loại bỏ hạt bụi
[15, 60, 67, 69]. Khi các hạt bụi tác động lên bề mặt cây thì các quá trình khác nhau sẽ
xảy ra. Một số hạt có thể được rửa sạch do mưa và rơi xuống đất, hoặc phát tán trở lại
và tồn tại lơ lửng trong khí quyển nhờ gió, hoặc rơi xuống đất theo lá và cành cây.
Trong các điều kiện khí tượng khác nhau, 10 - 90% các hạt lắng đọng sẽ phát tán lại
vào khí quyển và tồn tại dưới dạng bụi lơ lửng (thường khoảng 50%). Một số hạt bụi
như kim loại vết, có thể được hấp thụ trực tiếp thông qua các lớp biểu bì của lá [67,
74]. Với các bề mặt lá bị phủ bụi, khả năng quang hợp có thể giảm do

20