Nghiên cứu ứng dụng tổ hợp phương pháp mô hình hóa và hệ thống thông tin địa lý (GIS) để đánh giá chất lượng môi trường không khí của các khu công nghiệp và đô thị ở tỉnh hải dương
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (33.72 MB, 344 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------------------
NGUYỄN KHẮC LONG
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TỔ HỢP PHƢƠNG PHÁP MÔ
HÌNH HÓA VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) ĐỂ
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG MÔI TRƢỜNG KHÔNG KHÍ CỦA
CÁC KHU CÔNG NGHIỆP VÀ ĐÔ THỊ Ở TỈNH HẢI DƢƠNG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG
Hà Nội - 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------------------
NGUYỄN KHẮC LONG
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TỔ HỢP PHƢƠNG PHÁP MÔ
HÌNH HÓA VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) ĐỂ
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG MÔI TRƢỜNG KHÔNG KHÍ CỦA
CÁC KHU CÔNG NGHIỆP VÀ ĐÔ THỊ Ở TỈNH HẢI DƢƠNG
Chuyên ngành : Môi trường không khí
Mã số
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
GS.TS. Phạm Ngọc Hồ
PGS.TS. Nguyễn Ngọc Thạch
Hà Nội - 2014
2
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các
số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và ch-a từng đ-ợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả
Nguyn Khc Long
i
Lời cảm ơn
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS. NGƯT. Phạm Ngọc
Hồ, ng-ời đã tận tình h-ớng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực
hiện luận án tiến sĩ.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm và sự giúp đỡ nhiệt tình của
PGS. TS. Nguyn Ngọc Thạch; Sự giúp đỡ nhiệt tình và tạo điều kiện thuận
lợi của các Thầy, Cô giáo và cán bộ của Trung tâm nghiên cứu Quan trắc và
Mô hình hóa Môi tr-ờng; Khoa Môi tr-ờng - Tr-ờng Đại học Khoa học tự nhiên,
ĐHQG Hà Nội trong thời gian tôi học tập và hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Chi cục Bảo vệ Môi trờng, Sở Tài nguyên & Môi tr-ờng tỉnh Hải D-ơng đã tạo điều kiện và
cung cấp cho tôi những số liệu ca tnh Hi Dng phục vụ cho luận
án; Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Sở Tài nguyên và Môi tr-ờng,
Chi cục Bảo vệ Môi tr-ờng tỉnh Hòa Bình đã tạo điều kiện thuận lợi
về mọi mặt và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, các bạn bè, đồng nghiệp đã
luôn luôn động viên, giúp đỡ và khích lệ tôi v-ợt qua những khó khăn
để hoàn thành bản luận án này./.
Tác giả
Nguyn Khc Long
ii
Mục lục
Trang
Mở đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu........................................................................................................... 2
3. Đối t-ợng, phạm vi nghiên cứu........................................................................................ 2
4. Nội dung nghiên cứu......................................................................................................... 3
5. Ph-ơng pháp nghiên cứu................................................................................................. 3
6. Luận điểm bảo vệ........................................................................................................... 4
7. Những điểm mới................................................................................................................. 4
8. ý nghĩa khoa học và thực tiễn.................................................................................. 5
9. Cấu trúc luận án................................................................................................................. 5
Ch-ơng 1: Tổng quan VN NGHIấN CU V HIN TRNG MễI
TRNG KHễNG KH TNH HI DNG............................................................. 6
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu môi tr-ờng không khí...................... 6
1.1.1. Tình hình nghiên cứu môi tr-ờng không khí trên thế giới..........6
1.1.2. Tình hình nghiên cứu môi tr-ờng không khí tại Việt Nam........11
1.2. Khái quát điều kiện tự nhiên & kinh tế xã hội tỉnh Hải D-ơng.............16
1.2.1. Điều kiện tự nhiên............................................................................................. 16
1.2.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội........................................................................... 19
1.3. Khái quát hiện trạng môi tr-ờng không khí tại các khu công nghiệp và đô thị
tỉnh Hải D-ơng................................................................................................................................ 25
1.3.1. Các nguồn thải gây ô nhiễm môi tr-ờng không khí....................... 25
1.3.2. Hiện trạng chất l-ợng môi tr-ờng không khí tại các khu công nghiệp và
khu đô thị ở Hải D-ơng.............................................................................................................. 29
Ch-ơng 2. Ph-ơng pháp nghiên cứu.................................................................................. 41
2.1. Cỏc ph-ơng pháp mô hình hóa môi tr-ờng để tinh toán dự báo lan truyền các
chất ô nhiễm.................................................................................................................................... 41
2.1.1. C s lý thuyt v lan truyn cht ụ nhim trong khụng khớ....................41
2.1.2. Nghiên cứu, ứng dụng mô hình nguồn đ-ờng..................................... 44
2.1.3. Thit lp mụ hỡnh ngun mt tớnh toỏn, d bỏo ti lng cỏc cht ụ
nhim phỏt thi t ngun mt (Ngun un nu trong dõn sinh)...................................... 51
iii
2.2. Ph-ơng pháp đánh giá chất l-ợng môi tr-ờng bằng chỉ tiêu tổng hợp 55
2.2.1. Đặt vấn đề........................................................................................................... 55
2.2.2. Phng phỏp ci tin ch tiờu tng hp TEQI.............................................. 58
2.3. Thiết lập chỉ số ô nhiễm không khí tổng cộng (TAPI)......................59
2.3.1. Phng phỏp xõy dng ch s ụ nhim khụng khớ tng cng (TAPI). 60
2.3.2. Xõy dng ngng ỏnh giỏ ca TAPI............................................................. 61
2.3.3. Thang phõn cp ỏnh giỏ mc ụ nhim ca TAPI................................ 62
2.3.4. ỏnh giỏ mc phự hp thc t ca TAPI v i sỏnh vi AQI
(TCMT VN) bng s liu gi nh.............................................................................................. 63
2.4. Ph-ơng pháp Hệ thống thông tin địa lý (GIS)............................................. 67
2.4.1. Cấu trúc của GIS................................................................................................ 67
2.4.2. Mụ hỡnh cu trỳc d liu trong GIS................................................................ 68
2.4.3. Tạo bề mặt thống kê phân tích không gian trong GIS................69
2.4.4. Cỏc phng phỏp v ng dng dn sut ca ni suy................................. 70
Ch-ơng 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận............................................................. 75
3.1. Kết quả nghiên cứu ứng dụng mô hình Caline4 để tính toán, dự báo ô nhiễm
bụi TSP và khí CO từ nguồn đ-ờng giao thông........................................................... 75
3.1.1. Kim chng mụ hỡnh Caline4........................................................................... 76
3.1.2. S liu m xe ti cỏc tuyn ng chớnh v c tớnh gia tng lu
lng giao thụng n nm 2015................................................................................................... 80
3.1.3. Ti lng ụ nhim trung bỡnh mi xe trờn cỏc tuyn ng giao thụng
..................................................................................................................................................... 81
3.1.4. Thụng s khớ tng u vo tớnh toỏn cho nm 2015.......................... 83
3.1.5. Tớnh toỏn cỏc tham s u vo cho mụ hỡnh Caline 4............................... 84
3.2. Kết quả tính toán, dự báo tải l-ợng các chất ô nhiễm phát thải từ nguồn đun
nấu trong dân sinh đô thị....................................................................................................... 96
3.2.1. c tớnh lng nhiờn liu s dng t ngun un nu khu vc thnh th
tnh Hi Dng nm 2010.............................................................................................................. 96
3.2.2. Kt qu tớnh toỏn lng phỏt thi cỏc cht ụ nhim t ngun un nu
khu vc thnh th tnh Hi Dng nm 2010.......................................................................... 99
3.2.3. c tớnh ti lng ụ nhim phỏt thi t ngun un nu khu vc thnh
th tnh Hi Dng vo nm 2015 v 2020........................................................................... 103
iv
3.3. Kết quả nghiên cứu đánh giá diễn biến và phân vùng ô nhiễm môi tr-ờng
không khí cỏc khu vc nghiờn cu theo chỉ số ô nhiễm không khí tổng cộng
................................................................................................................................................................... 109
3.3.1. ỏnh giỏ hin trng, din bin cht lng mụi trng khụng khớ ti tnh
Hi Dng bng ch s TAPI........................................................................................................ 109
3.3.2. Kt qu phõn vựng ụ nhim mụi trng khụng khớ nm 2011 theo ch
tiờu tng hp (TAPI) v phng phỏp ni suy IDWI.......................................................... 125
3.4. Đề xuất các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi tr-ờng không khí phục vụ
chiến l-ợc BVMT và phát triển bền vững tỉnh Hải D-ơng đến năm 2020....131
3.4.1. Các giải pháp luận............................................................................................... 131
3.4.2. Các giải pháp công nghệ đối với khí thải.............................................. 132
3.4.3. Nhng tn ti trong cụng tỏc quản lý, bảo vệ môi tr-ờng.................135
3.4.4. Tăng c-ờng năng lực của cơ quan quản lý môi tr-ờng tỉnh Hải D-ơng
..................................................................................................................................................... 136
3.4.5. Một số giải pháp góp phần tăng c-ờng khả năng và hiệu lực của cơ quan
quản lý môi tr-ờng tỉnh Hải D-ơng....................................................................................... 137
Kết luận và khuyến nghị.......................................................................................................... 140
danh mục Các công trình khoa học của tác giả liên quan đến
luận án................................................................................................................................................... 143
tài liệu tham khảo............................................................................................................................ 144
phụ lục luận án
....................................................................................................
v
DANH MC CC HèNH V
Hỡnh 1.1. Bn hnh chớnh tnh Hi Dng....................................................................... 18
Hỡnh 1.2. S v trớ ly mu mụi trng khụng khớ xung quanh khu dõn c trong
mng li quan trc mụi trng tnh Hi Dng.................................................................. 30
Hỡnh 1.3. Din bin nng bi TSP trung bỡnh t nm 2008 n nm 2011..........31
Hỡnh 1.4. S v trớ ly mu khụng khớ trờn cỏc tuyn ng giao thụng chớnh
trong mng li quan trc mụi trng tnh Hi Dng...................................................... 34
Hỡnh 1.5. Din bin nng bi PM10 TB ti khu vc giao thụng nm 2011..........35
Hỡnh 1.6. S v trớ ly mu mụi trng khụng khớ ti cỏc khu/cm cụng nghip
tp trung trong mng li quan trc mụi trng tnh Hi Dng................................... 37
Hỡnh 2.1. Mụ t cỏch thc mụ phng i tng ca CALINE4...................................... 46
Hỡnh 2.2. Cỏch thc xỏc nh cỏc on thng mụ phng................................................... 47
Hình 2.3. Mô hình tổ chức của GIS................................................................................. 67
Hình 2.4. Mô tả một số khái niệm vector về nguồn: điểm, đ-ờng và vùng 68
Hình 2.5. Ma trận không gian của file GIS Raster và bảng thuộc tính của raster
................................................................................................................................................................... 69
Hình 2.6. Thí dụ bề mặt thống kê: các đ-ờng đồng mức độ cao trên hình nổi 3D
................................................................................................................................................................... 69
Hỡnh 2.7. Thng kờ v hng ch yu ca cỏc im d liu............................................ 72
Hỡnh 2.8. Mi quan h gia s nh hng v khong cỏch.............................................. 73
Hỡnh 2.9. Mng phõn b khụng gian variogram grid ca cỏc im mu o................73
Hỡnh 3.1. V trớ cỏc im tip nhn, im quan trc v ng TL194.......................... 78
Hỡnh 3.2. So sỏnh nng CO quan trc v nng CO mụ hỡnh Caline 4..............79
Hỡnh 3.3. Bn ụ nhim CO trờn cỏc tuyn ng giao thụng chớnh tnh
Hi
Dng, mựa ụng 2011.............................................................................................................. 86
Hỡnh 3.4. Bn ụ nhim CO trờn cỏc tuyn ng giao thụng chớnh tnh
Hi
Dng, mựa Hố 2011.................................................................................................................... 87
Hỡnh 3.5. Bn ụ nhim CO trờn cỏc tuyn ng giao thụng chớnh tnh
Hi
Dng, mựa ụng 2015.............................................................................................................. 88
vi
Hình 3.6. Bản đồ ô nhiễm CO trên các tuyến đường giao thông chính tỉnh
Hải
Dương, mùa Hè – 2015................................................................................................................... 89
Hình 3.7. Bản đồ ô nhiễm TSP trên các tuyến đường giao thông chính tỉnh
Hải Dương, mùa Đông – 2011...................................................................................................... 90
Hình 3.8. Bản đồ ô nhiễm TSP trên các tuyến đường giao thông chính tỉnh
Hải Dương, mùa Hè – 2011........................................................................................................... 91
Hình 3.9. Bản đồ ô nhiễm TSP trên các tuyến đường giao thông chính tỉnh
Hải Dương, mùa Đông – 2015...................................................................................................... 92
Hình 3.10. Bản đồ ô nhiễm TSP trên các tuyến đường giao thông chính tỉnh
Hải Dương, mùa Hè – 2015........................................................................................................... 93
Hình 3.11. Phân bố tổng lượng nhiên liệu gas và than tổ ong được sử dụng trong một ngày
ở khu vực thành thị của mỗi huyện trên địa bàn tỉnh Hải Dương, năm 2010.............99
Hình 3.12. Phân bố tổng lượng phát thải các chất ô nhiễm từ nhiên liệu gas và than
tổ ong ở khu vực thành thị tại mỗi huyện trên địa bàn tỉnh Hải Dương năm 2010 103
Hình 3.13. Biểu đồ so sánh tổng lượng phát thải các chất ô nhiễm do sử dụng nhiên
liệu gas và than tổ ong đun nấu của các kịch bản năm 2015.......................................... 106
Hình 3.14. Biểu đồ so sánh tổng lượng phát thải các chất ô nhiễm do sử dụng nhiên liệu
gas và than tổ ong đun nấu qua 3 kịch bản năm 2020....................................................... 109
Hình 3.15. Biểu đồ TAPI (I và I*) không khí xung quanh (trung bình 1 giờ) Khu
công nghiệp TB năm tỉnh Hải Dương giai đoạn 2007-2011........................................... 113
Hình 3.16. Biểu đồ TAPI (I và I*) không khí xung quanh (trung bình giờ) Cụm công
nghiệp tỉnh Hải Dương giai đoạn 2007-2011........................................................................ 116
Hình 3.17. Biểu đồ TAPI (I và I*) không khí xung quanh (trung bình 1 giờ) Giao
thông TB năm tỉnh Hải Dương giai đoạn 2007-2011........................................................ 120
Hình 3.18. Biểu đồ TAPI (I và I*) không khí xung quanh (trung bình 1 giờ) tại Khu
dân cư TB năm tỉnh Hải Dương giai đoạn 2007-2011...................................................... 123
Hình 3.19. Sơ đồ quy trình thành lập bản đồ phân vùng chất lượng MTKK..........125
Hình 3.20. Bảng Exel dữ liệu về chất lượng môi trường................................................ 126
Hình 3.21. Bảng dữ liệu điểm với đầy đủ thuộc tính........................................................ 126
vii
Hình 3.22. Công cụ nội suy IDWI trong Arcgis................................................................. 127
Hình 3.23. Minh họa kết quả nội suy theo ranh giới khu vực nghiên cứu...............128
Hình 3.24. Bản đồ phân vùng chất lượng không khí theo chỉ tiêu TAPI-2011.......129
Hình 3.25. Sơ đồ tổ chức các cơ quan quản lý môi trường tỉnh Hải Dương...........138
viii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Tổng sản phẩm trên địa bàn tỉnh Hải Dương năm 2011............................... 19
Bảng 1.2. Các khu công nghiệp được quy hoạch tại tỉnh Hải Dương.......................... 21
Bảng 1.3. Các cụm công nghiệp được quy hoạch tại tỉnh Hải Dương.........................22
Bảng 1.4. Hệ thống các tuyến đường tỉnh lộ tỉnh Hải Dương......................................... 24
Bảng 2.1. Bảng hệ số phát thải các chất ô nhiễm từ nguồn đun nấu trong dân sinh
của Việt Nam....................................................................................................................................... 54
Bảng 2.2. Thang phân cấp đánh giá chất lượng môi trường của TEQI=I....................59
Bảng 2.3: Thang phân cấp đánh giá mức độ ô nhiễm của TAPI = I và I
*
.................... 63
Bảng 2.4: Thang phân cấp đánh giá của TAPI và AQI khi n=5....................................... 64
Bảng 2.5: Bảng kết quả tính toán TAPI và AQI (Tổng cục Môi trường Việt Nam)
theo số liệu giả định.......................................................................................................................... 65
Bảng 3.1: Các thông số khí tượng và giao thông ngày 02/10/2013............................... 76
Bảng 3.2: Nồng độ CO đo được và kết quả tính từ mô hình Caline 4.......................... 77
Bảng 3.3: Lượng xe lưu thông trên các tuyến đường chính tỉnh Hải Dương năm
2011 và 2015........................................................................................................................................ 80
Bảng 3.4: Lưu lượng trung bình các loại xe lưu thông trên các tuyến đường chính tỉnh Hải
Dương năm 2008................................................................................................................................ 81
Bảng 3.5: Hệ số phát thải bụi TSP và khí CO đối với các loại xe................................. 82
Bảng 3.6: Nồng độ chất ô nhiễm của 1 xe trên các tuyến đường giao thông.............82
Bảng 3.7: Giá trị nhiệt độ trung bình các tháng tỉnh Hải Dương.................................... 83
Bảng 3.8: Thông số đầu vào của mô hình Caline 4 tính toán cho đường giao thông năm
2011 và 2015........................................................................................................................................ 85
Bảng 3.9: Nồng độ CO và TSP ở đường quốc lộ 5A năm 2011 và 2015.................... 95
Bảng 3.10. Tỉ lệ số hộ đô thị sử dụng các loại nhiên liệu năm 2010 - tỉnh
Hải
Dương..................................................................................................................................................... 96
ix
Bảng 3.11. Ước tính lượng nhiên liệu gas tiêu thụ ở các hộ dân sinh khu vực thành
thị tỉnh Hải Dương năm 2010....................................................................................................... 97
Bảng 3.12. Ước tính lượng nhiên liệu than tổ ong tiêu thụ ở các hộ dân sinh khu vực
thành thị tỉnh Hải Dương năm 2010........................................................................................... 98
Bảng 3.13. Lượng phát thải các chất ô nhiễm do sử dụng gas làm nhiên liệu đun nấu
năm 2010............................................................................................................................................ 100
Bảng 3.14. Lượng phát thải các chất ô nhiễm do sử dụng than tổ ong làm nhiên liệu
đun nấu năm 2010........................................................................................................................... 101
Bảng 3.15. Tổng lượng phát thải các chất ô nhiễm từ sử dụng các nhiên liệu gas và
than tổ ong năm 2010..................................................................................................................... 102
Bảng 3.16. Dự báo tổng lượng nhiên liệu sử dụng năm 2015....................................... 104
Bảng 3.17. Tổng lượng phát thải các chất ô nhiễm do sử dụng nhiên liệuđun nấu
trong khu vực thành thị tỉnh Hải Dương năm 2015 theo kịch bản 1............................104
Bảng 3.18. Tỷ lệ tăng giảm nhiên liệu theo kịch bản 2..................................................... 105
Bảng 3.19. Tổng lượng phát thải các chất ô nhiễm do sử dụng nhiên liệu đun nấu
trong khu vực thành thị tỉnh Hải Dương năm 2015 theo kịch bản 2............................105
Bảng 3.20. Ước tính tổng lượng nhiên liệu sử dụng năm 2020..................................... 106
Bảng 3.21. Tổng lượng phát thải các chất ô nhiễm do sử dụng nhiên liệu đun nấu
trong khu vực thành thị tỉnh Hải Dương năm 2020 theo kịch bản 1............................107
Bảng 3.22. Tỷ lệ tăng giảm nhiên liệu theo kịch bản 2..................................................... 107
Bảng 3.23. Tổng lượng phát thải các chất ô nhiễm do sử dụng nhiên liệu đun nấu
trong khu vực thành thị tỉnh Hải Dương năm 2020 theo kịch bản 2............................108
Bảng 3.24. Tỷ lệ tăng giảm nhiên liệu theo kịch bản 3..................................................... 108
Bảng 3.25. Tổng lượng phát thải các chất ô nhiễm do sử dụng nhiên liệu đun nấu
trong khu vực thành thị tỉnh Hải Dương năm 2020 theo kịch bản 3............................108
Bảng 3.26. Trọng số của các thông số i khảo sát................................................................. 110
Bảng 3.27. Bảng phân cấp đánh giá mức độ ô nhiễm không khí ứng với n=4
và n=5.................................................................................................................................................. 111
x
Bảng 3.28. Kết quả tính toán TAPI TB năm đối với Khu công nghiệp..................... 112
Bảng 3.29. Kết quả tính toán TAPI TB năm đối với Cụm công nghiệp năm 2011 114
Bảng 3.30. Trọng số của các thông số i khảo sát................................................................. 117
Bảng 3.31. Bảng phân cấp đánh giá mức độ ô nhiễm không khí ứng với n=5 và
n=6........................................................................................................................................................ 118
Bảng 3.32. Kết quả tính toán TAPI trung bình giờ qua các năm 2007-2011– Không
khí khu vực giao thông.................................................................................................................. 119
Bảng 3.33: Kết quả tính toán TAPI qua các năm 2007-2011 về môi trường không
khí xung quanh khu dân cư.......................................................................................................... 122
xi
Danh môc c¸c ký hiÖu vµ ch÷ viÕt t¾t
AQI
: ChØ sè chÊt l-îng kh«ng khÝ
API
: ChØ sè « nhiÔm kh«ng khÝ
BVMT
CCN
: Bảo vệ môi trường
: Cụm công nghiệp
CEMM
: Trung tâm Nghiên cứu Quan trắc và Mô hình hóa Môi trường
CLMT
CLKK
CSDL
ĐHKHTN
ĐTM
GIS
GTVT
KCN
KT-XH
NCS
NCKH
QCCP
QCVN
: Chất lượng môi trường
TAPI
TAQI
TEQI
TCCP/GHCP
TN&MT
TB
TP
TSP
UBND
WHO
: ChØ sè ô nhiễm kh«ng khÝ tổng cộng
: ChØ sè chÊt l-îng kh«ng khÝ tổng cộng
: ChØ sè chất lượng môi trường tổng cộng
: Tiêu chuẩn cho phép/Nồng độ giới hạn cho phép
: Tài nguyên và môi trường
: Trung bình
: Thành phố
: Bụi lơ lửng tổng số
: Ủy ban nhân dân
: Tổ chức Y tế thế giới
: ChÊt l-îng kh«ng khÝ
: Cơ sở dữ liệu
: Đại học Khoa học Tự nhiên
: Đánh giá tác động môi trường
: Geographical Informartion System (Hệ thống thông tin địa lý)
: Giao thông vận tải
: Khu công nghiệp
: Kinh tế xã hội
: Nghiên cứu sinh
: Nghiªn cøu khoa häc
: Quy chuẩn cho phép
: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam
xii
MỞ ĐẦU
1.
Tính cấp thiết của đề tài
Ô
nhiễm không khí không phải là vấn đề mới phát hiện ra, nó đã được nói đến
cách đây hàng thế kỷ. Hơn 300 trăm năm trước đây nhà khoa học John Evalyn đã
ghi chép lại những tác động của ô nhiễm môi trường không khí do việc đốt cháy các
nhiên liệu hóa thạch gây ra như làm vẩn đục bầu trời, giảm bức xạ mặt trời chiếu
xuống Trái Đất ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe con người và các hệ sinh thái.
Nhưng chỉ đến thế kỷ 20, đặc biệt là vài thập niên trở lại đây khi môi trường không
khí nhanh chóng bị biến đổi theo chiều hướng xấu, nhất là khi người ta phát hiện ra
các trận mưa axít, hiện tượng suy giảm tầng ozôn, hiện tượng Trái đất nóng lên...
gây ra những thảm họa nghiêm trọng tới cuộc sống loài người thì vấn đề bảo vệ môi
trường không khí nói riêng cũng như phát triển bền vững nói chung mới trở thành
mối quan tâm của toàn nhân loại.
Cho đến ngày nay, vấn đề ô nhiễm không khí, biến đổi khí hậu đã và đang là
một vấn đề toàn cầu được quan tâm trên thế giới. Ô nhiễm không khí không có biên
giới, quy mô tác động của chúng đã vượt ra khỏi phạm vi kiểm soát của mỗi quốc
gia. Nhiều quốc gia kém hoặc đang phát triển đang phải gánh chịu những hậu quả
của các nước phát triển đem lại. Hiện tượng mưa axit, hiệu ứng nhà kính, sự suy
thoái tầng ô zôn đang là vấn đề cấp bách, được đặt lên hàng đầu mà ô nhiễm không
khí gây ra. Chính phủ và nhiều tổ chức của các quốc gia đã và đang bàn bạc để đưa
ra những giải pháp nhằm giảm thiểu và kiểm soát chất lượng không khí thải vào khí
quyển.
Theo Liên Hợp Quốc, một nửa dân số thế giới hiện nay sống ở các thành phố,
và dự kiến sẽ tăng lên thành hai phần ba đến năm 2030. Trong khi đó tại hầu hết các
đô thị và các thành phố lớn thì vấn đề ô nhiễm không khí đã ở mức báo động. Các
chất ô nhiễm không khí rất đa dạng bao gồm các chất khí độc hại SO 2, NO2, CO và
bụi TSP, PM10, chúng đến từ nhiều nguồn khác nhau và gây ảnh hưởng nghiêm
trọng tới sức khỏe con người và là các nhân tố làm giảm chất lượng cuộc sống cộng
đồng. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ước tính mỗi năm có khoảng hai triệu
người chết do ô nhiễm không khí gây ra, trong khi rất nhiều người bị các bệnh về hô
hấp, bệnh tim, nhiễm trùng phổi, và thậm chí là ung thư. Cũng theo WHO thì ước
1
tính tỷ lệ tử vong ở các thành phố bị ô nhiễm bởi các khí độc và bụi mịn (có đường
kính ≤ 10µm) cao hơn 15% đến 20% ở các thành phố sạch hơn (năm 2005).
Hải Dương là một tỉnh nằm ở đồng bằng sông Hồng, thuộc vùng kinh tế trọng
điểm Bắc Bộ, nằm cách thủ đô Hà Nội 57 km về phía đông, cách thành phố Hải
Phòng 45 km về phía Tây. Bên cạnh đó theo quy hoạch năm 2007, Hải Dương nằm
trong vùng trọng điểm phía Bắc với vai trò trung tâm công nghiệp. Do vậy, việc phát
triển kinh tế – xă hội ở Hải Dương có ý nghĩa chiến lược trong việc phát triển vùng
kinh tế trọng điểm Bắc Bộ. Cùng với sự phát triển kinh tế và đô thị hóa gia tăng thì
Hải Dương cũng đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô
nhiễm không khí.
Để góp phần làm sáng tỏ thực trạng, diễn biến chất lượng môi trường
(CLMT) không khí của các khu công nghiệp (KCN) và đô thị tại tỉnh Hải Dương,
trên cơ sở đó đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm nhằm mục tiêu bảo vệ môi
trường và phát triển bền vững tỉnh Hải Dương, NCS đã lựa chọn đề tài Luận án:
“Nghiên cứu ứng dụng tổ hợp phương pháp mô hình hóa và hệ thống thông tin địa
lý (GIS) để đánh giá chất lượng môi trường không khí của các khu công nghiệp và
đô thị ở tỉnh Hải Dương”.
2.
Mục tiêu nghiên cứu
Lựa chọn các mô hình toán học thích hợp để tính toán tải lượng ô nhiễm
nguồn mặt (nguồn đun nấu trong dân sinh) và dự báo quá trình lan truyền chất ô
nhiễm phát thải từ nguồn đường giao thông đến môi trường không khí xung quanh
Thiết lập chỉ số ô nhiễm không khí tổng cộng (TAPI) để đánh giá hiện trạng,
diễn biến mức độ ô nhiễm không khí xung quanh các khu CN/cụm CN, giao thông
và dân sinh khu đô thị;
Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) để xây dựng các biểu đồ, bản đồ ô
nhiễm không khí cho khu vực nghiên cứu;
Đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm, bảo vệ môi trường không khí tại
các khu CN/cụm CN và khu đô thị tỉnh Hải Dương.
3.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Ô nhiễm không khí
- Phạm vi nghiên cứu: Các Khu công nghiệp/Cụm công nghiệp, giao thông
và
dân cư đô thị tỉnh Hải Dương. Giới hạn phạm vi nghiên cứu gồm:
+ Một số thông số cơ bản: khí SO2, NOx, CO, bụi (TSP và PM10);
2
+
Nguồn giao thông đường bộ: Tập trung nghiên cứu phát thải ô nhiễm từ các
phương tiện giao thông trên một số tuyến đường chính ở các đô thị;
+
Nguồn mặt: Tập trung nghiên cứu phát thải ô nhiễm từ các hoạt động đun
nấu trong dân sinh tại các đô thị.
4.
Nội dung nghiên cứu
Tổng quan các hướng nghiên cứu lý thuyết ở trong, ngoài nước về đánh giá
chất lượng môi trường không khí và ứng dụng GIS trong đánh giá chất lượng
MTKK.
Đánh giá quá trình lan truyền chất ô nhiễm từ nguồn đường và dự báo tải
lượng ô nhiễm của nguồn mặt (nguồn đun nấu trong dân sinh).
Đánh giá hiện trạng, diễn biễn theo phân loại mức độ ô nhiễm không khí bằng
chỉ số ô nhiễm không khí tổng cộng (TAPI) và lập bản đồ phân vùng ô nhiễm không
khí tỉnh Hải Dương.
Đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm, giám sát và quản lý bảo vệ môi
trường không khí tỉnh Hải Dương.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp hồi cứu: Thu thập các tài liệu, số liệu từ các đề tài/dự án đã tiến
hành ở tỉnh Hải Dương từ 2007-2011 và các tài liệu, số liệu đang lưu hành có liên
quan để có đủ dữ liệu cho việc đánh giá hiện trạng, diễn biễn CLKK.
-
Điều tra, khảo sát thực địa, đo đạc chất lượng môi trường giúp bổ sung nguồn
số liệu còn thiếu hoặc chưa có nhằm cung cấp một bức tranh hoàn chỉnh về hiện
trạng chất lượng môi trường; Khảo sát nhiên liệu sử dụng trong đun nấu tại các đô
thị trên cơ sở đó tiến hành tính toán và dự báo tải lượng ô nhiễm phát thải từ nguồn
dân sinh đến năm 2015 và 2020 bằng lý thuyết xác suất và hàm ngẫu nhiên.
Ứng dụng mô hình Caline 4 (do Cục Giao thông bang California - Hoa Kỳ
xây dựng) để đánh giá và dự báo quá trình lan truyền chất ô nhiễm phát thải từ
nguồn giao thông đến không khí xung quanh các đô thị.
Ứng dụng chỉ số ô nhiễm không khí tổng cộng (TAPI) do NCS đã thiết lập để
đánh giá hiện trạng, diễn biến mức độ ô nhiễm không khí khu vực nghiên cứu.
-
Ứng dụng GIS và tin học trong việc xây dựng các bản đồ, biểu đồ mô phỏng
mức độ ô nhiễm không khí của khu vực nghiên cứu.
-
Phương pháp chuyên gia: Tổ chức các buổi Seminar khoa học để lấy ý kiến của
các chuyên gia về dự thảo luận án làm cơ sở cho việc chỉnh sửa, hoàn thiện luận án.
3
6. Luận điểm bảo vệ
Ứng dụng các phương pháp mô hình khuyếch tán rối và lan truyền chất ô
nhiễm để tính toán, dự báo nồng độ và khả năng lan truyền của các chất gây ô nhiễm
làm cơ sở cho việc đánh giá quy mô và mức độ gây ô nhiễm môi trường không khí
xung quanh từ các nguồn đường và nguồn mặt ở tỉnh Hải Dương.
Chất lượng môi trường không khí tỉnh Hải Dương được đánh giá trên cơ sở
thiết lập chỉ số ô nhiễm không khí tổng cộng (TAPI) và các ngưỡng đánh giá. Từ kết
quả đánh giá, sử dụng công cụ GIS để phân vùng ô nhiễm không khí xung quanh các
KCN/ CCN, giao thông và các khu dân cư đô thị tỉnh Hải Dương
7.
Những điểm mới của luận án
Luận án đã lựa chọn mô hình toán học thích hợp Caline 4 có xét đến vật cản
để ứng dụng tính toán thải lượng và dự báo quá trình lan truyền chất ô nhiễm được
phát thải từ nguồn đường. Trên cơ sở kiểm chứng mô hình đạt độ chính xác cao phù
hợp với số liệu đo đạc thực tế đã tiến hành dự báo nồng độ ô nhiễm bụi TSP và CO
phát thải từ các phương tiện giao thông trên một số tuyến đường có dãy nhà 2 bên
cao trên 10 m ở các đô thị chính tỉnh Hải Dương;
Luận án đã thiết lập mô hình nội, ngoại suy nhiên liệu sử dụng đun nấu trong
dân sinh ở tỉnh Hải Dương bằng lý thuyết xác suất thống kê và hàm ngẫu nhiên ứng
dụng trong môi trường khác với phương pháp này trước đây mới chỉ ứng dụng trong
bài toán dự báo dân số và một số yếu tố trong sinh học. Trên cơ sở đó đã tiến hành
dự báo tải lượng ô nhiễm của SO2, NOx, CO, bụi TSP và PM10 đến năm 2020 theo
các kịch bản (Tăng dân số thuần túy và tăng dân số có kết hợp cắt giảm nhiên liệu
phù hợp cho từng giai đoạn).
Lần đầu tiên, NCS đã ứng dụng chỉ số chất lượng môi trường tổng cộng
(TEQI) để thiết lập chỉ số ô nhiễm không khí tổng cộng (TAPI) cho việc đánh giá
hiện trạng, diễn biến và phân vùng ô nhiễm không khí khu vực nghiên cứu theo 6
cấp (Không ô nhiễm, biên giới ô nhiễm, ô nhiễm nhẹ, ô nhiễm nặng, ô nhiễm rất
nặng, ô nhiễm nghiêm trọng) và ứng dụng kỹ thuật GIS để phân vùng chất lượng
không khí xung quanh KCN/CCN, giao thông và đô thị tại tỉnh Hải Dương. Chỉ số
TAPI này đã được kiểm chứng và đối sánh với chỉ số AQI (TCMT VN) bằng số liệu
giả định. Kết quả cho thấy TAPI có ưu điểm tính đến trọng số của từng chất, ngưỡng
đánh giá phụ thuộc số chất khảo sát, không tự quy định như các chỉ số API/AQI của
Mỹ và một số nước khác trong đó có Việt Nam. Ngoài ra TAPI không mắc phải hiệu
ứng “ảo” như AQI (TCMT), đồng thời tính toán TAPI theo số liệu quan trắc ở tỉnh
Hải Dương cho kết quả phù hợp với thực tế.
4
8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
a)Ý nghĩa khoa học
- Việc lựa chọn tổ hợp phương pháp mô hình khuếch tán rối và lan truyền
chất
ônhiễm để tính toán, dự báo ô nhiễm phát thải từ nguồn đường và dự báo tải lượng
ô nhiễm nguồn mặt, đã mô phỏng được tác động gây ô nhiễm của các nguồn này đến
khu vực dân cư xung quanh không chỉ tối ưu về phương pháp luận mà còn tối ưu về
mặt kinh tế;
-
Sử dụng chỉ số ô nhiễm không khí tổng cộng (TAPI) kết hợp với GIS và tin
học để đánh giá hiện trạng, diễn biễn và phân vùng mức độ ô nhiễm có ý nghĩa khoa
học cao trong việc mô phỏng được bức tranh tổng quát về mức độ ô nhiễm không
khí xung quanh tại các khu vực nghiên cứu.
b)Ý nghĩa thực tiễn
-
Những kết quả thu được từ việc đánh giá định lượng bằng các mô hình đã chỉ
rõ mức độ ô nhiễm khi lưu lượng của các phương tiện tham gia giao thông lớn sẽ
gây tác động xấu đến dân cư đô thị sống hai bên tuyến đường. Điều này cảnh báo
cho các cơ quan chức năng cần phải tiến hành giám sát nghiêm ngặt và có chế tài xử
lý nghiêm khắc đối với các cơ sở hoạt động không tuân thủ luật BVMT hiện hành.
-
Việc đánh giá CLKK theo chỉ tiêu riêng lẻ, kết hợp với chỉ tiêu tổng hợp sử
dụng chỉ số TAPI đã mô phỏng được bức tranh tổng thể ô nhiễm không khí tại các
khu vực nghiên cứu, giúp cho các nhà quản lý dễ xem xét, đánh giá để có quyết sách
phù hợp đưa ra các biện pháp xử lý kịp thời về giảm thiểu ô nhiễm, bảo vệ môi
trường và phát triển bền vững.
-
Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn thu được trong luận án đã khẳng định
tính tối ưu về phương pháp luận, có thể ứng dụng triển khai cho các khu công
nghiệp và đô thị trên phạm vi cả nước.
9. Cấu trúc luận án: Bố cục luận án bao gồm:
-
Mở đầu;
- Chương I. Tổng quan vấn đề nghiên cứu và hiện trạng MTKK tỉnh Hải
Dương;
-
Chương II. Phương pháp nghiên cứu;
-
Chương III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận;
-
Kết luận và Khuyến nghị;
-
Tài liệu tham khảo và Phụ lục.
5
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ HIỆN TRẠNG
MÔI TRƢỜNG KHÔNG KHÍ TỈNH HẢI DƢƠNG
1.1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU MÔI TRƢỜNG KHÔNG KHÍ
1.1.1. Tình hình nghiên cứu môi trƣờng không khí trên thế giới
Ngày nay, vấn đề ô nhiễm không khí, biến đổi khí hậu đã và đang là một vấn
đề nóng bỏng được quan tâm hàng đầu trên thế giới.
Trong thời gian qua, việc nghiên cứu diễn biến chất lượng không khí, nguồn
phát thải các chất ô nhiễm cũng như tác hại của chúng đối với sức khỏe con người
được hầu hết các nước trên thế giới quan tâm. Các hướng nghiên cứu môi trường
không khí tập trung vào một số vấn đề sau:
+
Nghiên cứu tác hại của các chất ô nhiễm SO2, NO2, CO, TSP, PM10 đến sức
khỏe con người.
+
Điều tra công suất phát thải của các chất ô nhiễm từ các nguồn công nghiệp,
giao thông và dân sinh, v.v.
+
Mô hình hoá quá trình lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí
thuộc tầng biên khí quyển.
+ Nghiên cứu sự thay đổi phân bố của các thành phần gây ô nhiễm, v.v.
+ Nghiên cứu các chỉ tiêu tổng hợp để đánh giá hiện trạng, diễn biến và
phân
vùng chất lượng không khí.
Bên cạnh các chất khí nhà kính như CH 4; CFCs, CO2 thì các chất ô nhiễm độc
hại như SO2, NO2, Pb, TSP cũng là thành phần gây ô nhiễm khí quyển chính, đặc
biệt là ô nhiễm không khí tại các khu đô thị lớn. Do vậy, việc nghiên cứu về hiện
trạng, diễn biến và nguồn phát thải các chất ô nhiễm trên tại các đô thị, thành phố
lớn rất được quan tâm.
Vấn đề ô nhiễm không khí đã được nhiều quốc gia, tổ chức quốc tế thực hiện
trên nhiều lĩnh vực như trong dự báo chất lượng không khí hay những nghiên cứu
đánh giá về môi trường không khí, có thể đưa ra một số nghiên cứu như:
*Dự báo chất lượng không khí tại các nước:
-
Dự báo CLKK tại Mỹ: Cục Bảo vệ Môi trường, Cục Khí tượng và Đại dương
Quốc gia (NOAA), các bang và các cơ quan liên quan của Mỹ đã xây dựng trang
web để cộng đồng dễ dàng truy cập được các thông tin CLKK của quốc gia.
6
Trang web này cung cấp hiện trạng chất lượng môi trường không khí vào các thời
điểm cụ thể theo thời gian thực cũng như dự báo chỉ số CLKK (Air Quality Index –
AQI) cho hơn 300 thành phố trên lãnh thổ nước Mỹ. AQI là chỉ số cho CLKK hàng
ngày thể hiện mức độ trong lành của không khí và mức độ ảnh hưởng tới sức khỏe
khi con người hít thở trong vòng một vài giờ hay một vài ngày. AQI dựa trên 5 chất
quy định bởi Luật Khí sạch: Ozon mặt đất, bụi, CO, SO2, NO2.
-
Dự báo CLKK tại Anh: Dự báo ô nhiễm hàng ngày cho Ozon, NOx, SO2 đã
được bắt đầu từ 1990. Từ tháng 11/1997, CO 2 và bụi PM10 được thêm vào thông tin
dự báo, thông tin dự báo được đưa trên truyền hình, đài, báo và Internet.
-
Dự báo CLKK tại Úc: Hệ thống dự báo CLKK (AAQFS) đưa ra vào tháng
5/1988 nhằm mục đích trước mắt là phát triển, hiệu chỉnh và đánh giá độ chính xác của
dự báo số trị (24- 36 giờ) CLKK; Về lâu dài, hệ thống sẽ có khả năng dự báo các tham
số ô nhiễm hoặc các chỉ số liên quan tới sức khỏe của người dân cho các thành
phố chính với mục tiêu cụ thể là đưa ra bản tin dự báo CLKK (24-36 giờ) hai lần
trong ngày; Dự báo các chất gồm: NOx, Ozon, SO2, benzen, formaldehyde, và bụi
PM10, PM2,5.
-
Dự báo CLKK tại Trung Quốc: Trung Quốc đã đưa ra thông báo CLKK
hàng tuần từ năm 2000 và dự báo chất lượng môi trường không khí hàng ngày từ
5/6/2001 cho 47 thành phố lớn. Thông tin dự báo được đưa trên chương trình truyền
hình vào các buổi tối bao gồm chỉ số ô nhiễm, các chất ô nhiễm và mức độ ô nhiễm.
*Những nghiên cứu ở khu vực Bắc Mỹ
Để giải quyết các vấn đề về ô nhiễm không khí cũng như chia sẻ và trao đổi
thông tin, Mỹ và Canada đã cùng nhau ký kết Thỏa thuận quản lý chất lượng không
khí (Air Quality Agreement) vào năm 1991. Mỹ và Canada cùng kiểm soát các
nguồn mới hay sự thay đổi của các nguồn đang tồn tại mà có khả năng gây ra ô
nhiễm nghiêm trọng cho môi trường. Ngoài ra, họ cũng quan tâm đến các nguồn có
khả năng gây ra ô nhiễm xuyên biên giới. Một loạt các trạm giám sát sự thay đổi
chất lượng không khí cũng đã được lắp đặt dọc đường biên giới để đánh giá, nhận
định về chất lượng không khí trong khu vực hai nước.
*
-
Những nghiên cứu ở Châu Âu
Các nước trong liên minh Châu Âu là những quốc gia đầu tiên trên thế giới
ký kết các công ước, các nghị định thư về ô nhiễm không khí và một chương trình
7
giám sát và đánh giá các chất ô nhiễm không khí có cự ly dài (EMEP) đã được thành
lập. Mục tiêu của chương trình này là: Cung cấp cho các Chính phủ Châu Âu thông
tin về lắng đọng, nồng độ các chất ô nhiễm. Bằng cả phương pháp đo đạc và tính
toán qua mô hình, trong các nghiên cứu năm 2003, các nhà khoa học của EMEP đã
chỉ ra rằng sự thay đổi của các yếu tố khí hậu có liên quan chặt chẽ đến sự biến đổi
về nồng độ của các chất trong khí quyển.
- Trong nghiên cứu của Hilde Fagerli (2003), tác giả đã sử dụng phương
pháp
mô hình, cụ thể là mô hình EMEP Unified Model 2.0, để xác định xu hướng biến đổi
của SO2 và NOx tại các quốc gia Châu Âu. Giá trị nồng độ của SO 2 và NOx tăng lên
trong những tháng mùa đông và giảm đi trong các tháng mùa hè, các giá trị này ở các
nước Đông Âu lớn hơn so với các nước Bắc Âu [78]. Theo Svetlana Tsyro (2003), các
điều kiện địa hình ảnh hưởng đến nồng độ bụi dựa vào các phân tích hiện trạng ô
nhiễm không khí, đặc biệt tại Tây, Trung và Nam Âu [79]. Dựa vào kết quả tính toán
của mô hình EMEP photo-oxidant model phiên bản 2.3, David Simpson, Jan Eiof
Jonson và Hilde Fagerli (2003) đã xác định có một xu hướng biến đổi rõ ràng liên
quan đến các nguồn đô thị và giao thông phát thải nhiều chất NOx [80].
* Những nghiên cứu ở Châu Á
-
Tại một số nước như Trung Quốc, Ấn Độ, Bangladesh, Iran, v.v, trong mấy
năm trở lại đây triển khai mạnh mẽ hướng nghiên cứu đánh giá chất lượng môi
trường không khí tại các khu công nghiệp và đô thị [85]. Có thể kể ra một số công
trình tiêu biểu như: Nghiên cứu chất lượng không khí xung quanh ở Beijing phục vụ
cho Olympic mùa Hè 2008 (Trung Quốc) [115]; Mô hình hóa và đo lường ô nhiễm
PM10 và Pb ở Madurai (Ấn Độ) [100]; Đặc trưng ô nhiễm khí vết (SO 2, NO2), bụi
và kim loại nặng ở Dhaka (Bangladesh) [111]; Nghiên cứu nồng độ và thành phần
của TSP, PM10 ở khu vực Tehran (Iran) [101].
-
Theo thống kê, Trung Quốc là quốc gia khai thác và sử dụng nhiều than
nhất trên thế giới. Hậu quả là, vấn đề ô nhiễm không khí ngày càng gia tăng về quy
mô và mức độ. Không chỉ Trung Quốc phải hứng chịu bầu không khí ô nhiễm do
các quá trình đốt loại nhiên liệu hóa thạch này mà cả các nước lân cận cũng bị ảnh
hưởng. Trong một nghiên cứu của L.Y.Chan và C.Y.Chan (2005) về các chất ô
nhiễm không khí ở Trung Quốc [117], các tác giả đã xác định sự phân bố theo chiều
8
thẳng đứng trong khí quyển để hiểu được bản chất của quá trình, từ đó đưa ra biện
pháp kiểm soát hiệu quả. Bên cạnh đó, quá trình lan truyền các chất ô nhiễm, sự phát
thải vào tầng đối lưu, các quá trình hóa học cũng được nghiên cứu.
-
Nhật Bản là quốc gia có rất nhiều những nghiên cứu, đánh giá về vấn đề ô
nhiễm và lan truyền không khí. Trong nghiên cứu của Atsushi Ishii (2002) về cơ sở
khoa học và chính sách về ô nhiễm không khí khu vực Đông Á, tác giả đã sử dụng
phương pháp mô hình (RAMS) để đánh giá và chỉ ra cơ chế vận chuyển, lan truyền
của SO2.
-
Trong một nghiên cứu khác của nhóm tác giả David D. Cohen, David
Garton, Tao Wang, Jiyoung Kim và nnk (2002) về các đặc trưng của ô nhiễm bụi
PM2,5 và PM10 tại một số nước Châu Á, trong đó có Việt Nam, các khu vực lân cận
Tây Bắc Trung Quốc và sa mạc Gobi bị ảnh hưởng rất nhiều [75].
* Tại một số nước phát triển như: Thụy Điển, Nhật Bản, Italy, Thuỵ Sỹ, Mỹ, v.v,
chính phủ các nước này hàng năm đã đầu tư nguồn kinh phí thích đáng cho việc
nghiên cứu chuyên sâu về các chất ô nhiễm không khí. Việc nghiên cứu này được
tập trung vào các vấn đề sau:
-
Hướng nghiên cứu kiểm soát ô nhiễm và tác động của ô nhiễm đến sức khỏe
cộng đồng:
+ Thiết lập mạng lưới quan trắc môi trường không khí phù hợp;
+ Xác định thời gian phơi nhiễm tiếp xúc cho phép với các chất ô nhiễm độc
hại, đưa ra, điều chỉnh giới hạn tiêu chuẩn phù hợp;
+ Nghiên cứu các ảnh hưởng của các chất ô nhiễm đến sức khỏe con người;
+ Kiểm kê nguồn phát thải khí để có CSDL phục vụ cho các bài toán dự báo ô
nhiễm môi trường.
Có thể kể ra một số công trình nghiên cứu tiêu biểu như: Xác định nguồn phát sinh
PM10 tại đảo Địa Trung Hải (Cyprus); Xác định phân loại cỡ hạt và nồng độ bụi phát
sinh từ hoạt động xây dựng và nhà máy xử lí chất thải (Mỹ); Kiểm kê phát thải
PM10 và PM2.5 ở Lombardy (Italy); Đánh giá sự phá hủy ADN ở tế bào mô phổi do
ô nhiễm bụi đô thị (Italy, 2008); Đóng góp nguồn gây bụi PM 10 và đề xuất giảm
thiểu (Mỹ); Xác định tốc độ phát thải PM10 từ hoạt động của máy quét đường (Mỹ);
Hệ số phát thải PM10 từ hoạt động thu hoạch ở vùng Almond (Mỹ); Đo đạc hệ số
phát thải PM10 từ đường trải nhựa (Mỹ); v.v.
9
Hướng nghiên cứu chỉ tiêu đơn lẻ và tổng hợp để đánh giá hiện trạng, diễn
biến và phân vùng chất lượng môi trường không khí:
Hầu hết các nước trên thế giới như Mỹ, Anh, Canada, Hồng Kông, Trung Quốc,
Nhật Bản,.. [90], [101], [104], [107], [108], [110], [113] đã và đang nghiên cứu ứng
dụng các chỉ số chất lượng không khí (AQI) hoặc chỉ số ô nhiễm không khí (API) để
đánh giá riêng lẻ (đơn lẻ) của từng thông số ô nhiễm dựa trên số liệu quan trắc liên tục
(Trạm quan trắc chất lượng không khí tự động, cố định) hoặc quan trắc định kỳ bằng
thiết bị thông dụng (Đo nhanh hoặc lấy mẫu tại hiện trường để phân tích trong phòng
thí nghiệm). Ưu điểm của các phương pháp đánh giá theo chỉ tiêu riêng lẻ là lập được
bảng ma trận chi tiết về giá trị (nồng độ) của các thông số khảo sát. Trên cơ sở đó có thể
đánh giá được thông số nào vượt TCCP theo quy chuẩn riêng của mỗi nước để có biện
pháp xử lý kịp thời những thông số vượt quá nhiều lần TCCP gây ảnh hưởng đến sức
khỏe cộng đồng dân cư. Tuy nhiên các phương pháp này không thuận lợi trong việc mô
tả bức tranh ô nhiễm tổng thể khu vực nghiên cứu và không so sánh được chất lượng
môi trường không khí giữa điểm này với điểm khác, cũng như không thuận lợi cho việc
phân vùng (khoanh vùng) ô nhiễm của cả khu vực nghiên cứu. Vì vậy, song song với
việc đánh giá chất lượng không khí theo chỉ tiêu riêng lẻ, người ta tiến hành nghiên cứu
phương pháp đánh giá CLMT không khí bằng chỉ tiêu tổng hợp. Nghĩa là xem xét tại
một điểm cho trước ứng với một thời điểm t nào đó thì CLKK chịu tác động của n
thông số, khi đó người ta sử dụng giá trị max của AQI hoặc các chỉ số tổng hợp.
*Tóm lại: Trong quá trình tìm hiểu các nghiên cứu đánh giá ô nhiễm không khí
của các quốc gia trên thế giới, đặc biệt là cách tiếp cận và phương pháp luận xây
dựng các mô hình kiểm kê phát thải, mô hình lan truyền chất ô nhiễm, xây dựng bản
tin dự báo chất lượng không khí, xây dựng chỉ số đánh giá chất lượng không khí,
...có thể thấy rằng đây là các nghiên cứu không còn mới mẻ với các quốc gia phát
triển tiên tiến trên thế giới. Tuy nhiên ở Việt Nam, các nghiên cứu này chưa nhiều và
để xây dựng được toàn bộ mô hình thì việc xây dựng cơ sở dữ liệu phát thải đầu vào
từ giao thông, từ các khu công nghiệp/cụm công nghiệp, cơ sở sản xuất công nghiệp,
khu dân cư là rất khó khăn.
Việc kiểm kê phát thải, đánh giá, tính toán và dự báo lan truyền nồng độ chất ô
nhiễm có ý nghĩa rất lớn về khoa học trong nghiên cứu ô nhiễm môi trường không khí.
Ngoài ra việc nghiên cứu, áp dụng các chỉ số tổng hợp để đánh giá chất lượng môi
trường trong đó có môi trường không khí cũng đang được quan tâm tại nhiều nước trên
thế giới nhất là những nước phát triển và đang phát triển trong đó có Việt Nam.
10
1.1.2. Tình hình nghiên cứu môi trƣờng không khí tại Việt Nam
Cũng như nhiều nước trên thế giới, Chính phủ Việt Nam đã và đang đẩy mạnh
công tác bảo vệ môi trường, giảm thiểu ô nhiễm và suy thoái môi trường nói chung
và môi trường không khí nói riêng. Mặc dù vậy, môi trường không khí, đặc biệt là ở
các khu công nghiệp và đô thị lớn ở nước ta những dấu hiệu ô nhiễm đáng lo ngại
vẫn ngày một gia tăng. Phần lớn các nhà máy, cơ sở chưa được trang bị hệ thống xử
lý bụi và khí độc hại, hàng ngày hàng giờ thải vào bầu khí quyển một lượng lớn các
chất độc hại gây suy thoái môi trường không khí và ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức
khỏe con người.
Thực tế cho thấy rằng để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường không khí phải
thực hiện đầy đủ các biện pháp tổng hợp, một trong những nhiệm vụ quan trọng đó
là đẩy mạnh công tác nghiên cứu khoa học và công nghệ, góp phần làm sáng tỏ diễn
biến, qui luật biến đổi của các chất ô nhiễm phục vụ đắc lực cho công tác quản lý và
bảo vệ môi trường.
Vấn đề ô nhiễm không khí đô thị là vấn đề bức xúc nhất hiện nay. Các khu vực
đô thị là nơi tập trung nhiều nhất các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội, đông dân
cư, là khu vực có môi trường chịu tác động nhiều nhất từ các hoạt động phát triển.
Nghiên cứu môi trường không khí do đó tập trung chủ yếu vào vấn đề ô nhiễm, xây
dựng các chỉ tiêu đánh giá hiện trạng, phân vùng ô nhiễm làm cơ sở cho việc đề xuất
các biện pháp quản lý giảm thiểu ô nhiễm tại các khu đô thị và công nghiệp.
Các nghiên cứu cũng đi sâu vào sự phát thải các chất ô nhiễm, tính toán nồng
độ, sự lan truyền các chất ô nhiễm và ảnh hưởng của chúng. Các công cụ phục vụ
nghiên cứu cũng phát triển đáp ứng cho những nhà nghiên cứu như: các thiết bị quan
trắc, đo đạc phân tích; các mô hình toán học, công cụ GIS, viễn thám,v.v
Để nghiên cứu các chất ô nhiễm như khí độc và bụi, phải kiểm kê được nguồn
phát thải, đo đạc được nồng độ các chất ô nhiễm: SO 2, NO2, CO, bụi, các chất có
trong bụi, phân bố nồng độ chất ô nhiễm và khả năng ảnh hưởng đến sức khoẻ con
người và hệ sinh thái. Những năm vừa qua đã có nhiều đề tài nghiên cứu những vấn
đề này, có thể kể ra một số nhóm dự án, đề tài chính sau:
+
Các dự án hợp tác quốc tế:
Dự án “Nâng cao chất lượng không khí tại Việt Nam” [13] do trường Đại học
Khoa học Tự nhiên hợp tác với Viện công nghệ châu Á (AIT -Thái Lan), cơ quan hợp
tác quốc tế Thụy Điển (SIDA) tài trợ từ 2001 đến 2008. Dự án này đã nghiên
11
