Áp dụng mô hình calpuff đánh giá mức độ lan truyền ô nhiễm không khí do giao thông ở tp hồ chí minh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------------ooOoo-------------

NGUYỄN THỊ ANH LÊ

ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN THẠC SĨ
Chun ngành: QUẢN LÝ MƠI TRƯỜNG

ÁP DỤNG MƠ HÌNH CALPUFF ĐÁNH GIÁ MỨC
ĐỘ LAN TRUYỀN Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ Ở
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TP. Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2011


CƠNG TRÌNH NÀY ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học

: TS. Lê Hoàng Nghiêm

Cán bộ chấm nhận xét 1

:

Cán bộ chấm nhận xét 2

:

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

KHOA QUẢN LÝ
CHUYÊN NGÀNH


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA MƠI TRƯỜNG
-------------------

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
---oOo--TP.HCM, ngày 20 tháng 02 năm 2011

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Nguyễn Thị Anh Lê

Phái: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 01/12/1986

Nơi sinh: Hà Tĩnh

Chuyên ngành: Quản lý mơi trường
MSHV: 09260537
1-TÊN ĐỀ TÀI: Áp dụng mơ hình CALPUFF đánh giá mức độ lan truyền ơ nhiễm
khơng khí ở Thành phố Hồ Chí Minh.
2-NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN:

-

Tổng quan về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội và tổng quan về mơi trường khơng
khí tại Thành phố Hồ Chí Minh
Thu thập các số liệu khí tượng khu vực Thành phố Hồ Chí Minh
Áp dụng mơ hình CALPUFF để mô phỏng nồng độ của bụi, CO, NOx và so sánh
kết quả mơ hình với số liệu từ các trạm quan trắc chất lượng khơng khí của Thành
phố Hồ Chí Minh.

-

Đề xuất các giải pháp quản lý nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí tại Thành phố
Hồ Chí Minh.

3-NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
4-NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/02/2011
5-HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
Nội dung và đề cương Khóa luận thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thơng qua
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MƠN
QUẢN LÝ CHUN NGÀNH

KHOA QUẢN LÝ
CHUYÊN NGÀNH


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian thu thập, nghiên cứu và phân tích các số liệu, tơi đã hồn thành khóa
luận: “Áp dụng mơ hình CALPUFF đánh giá mức độ lan truyền ô nhiễm không khí
ở Thành phố Hồ Chí Minh”
Xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến thầy, cô khoa Môi Trường, trường Đại học
Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh đã hết lịng truyền đạt cho tôi những kiến thức và kinh
nghiệm quý báu trong chuyên môn cũng như các lĩnh vực khác trong những năm học vừa
qua.
Đặc biệt, tôi xin được gởi lời cám ơn chân thành đến TS. Lê Hoàng Nghiêm –
người thầy đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ trong suốt q trình làm khóa luận tốt nghiệp
này.
Sau cùng tơi xin cám ơn gia đình đã tạo những điều kiện thuận lợi và là chỗ dựa
cho tôi trong suốt những năm dài học tập. Đồng thời cũng xin cám ơn tất cả những bạn bè
đã gắn bó cùng nhau học tập và giúp đỡ nhau trong suốt thời gian qua, cũng như trong
suốt q trình thực hiện khóa luận.
Trong khóa luận này khơng tránh khỏi những sai sót, tơi mong nhận được sự góp ý
và bổ sung của thầy cơ và bạn bè để khóa luận ngày càng hồn thiện.
TP.Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 02 năm 2011
Học viên

Nguyễn Thị Anh Lê

HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang i


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

TĨM TẮT
Trong khóa luận này, mơ hình khơng khí CALPUFF được sử dụng để dự báo nồng
độ của CO, NOx và bụi PM10 trong phạm vi Thành phố Hồ Chí Minh. Đề tài nghiên cứu
các nguồn thải trong phạm vi ảnh hưởng (lưới tính) là 10 km x 10 km với nguồn thải chủ
yếu là các nguồn đường giao thơng trong Thành phố. Mục đích chính của đề tài là nghiên
cứu áp dụng cơng cụ mơ hình CALPUFF để đánh giá mức độ lan truyền ô nhiễm không
khí năm 2007 từ tháng 1 đến tháng 3 tại Thành phố Hồ Chí Minh. Ngồi ra khóa luận
cũng đề xuất các biện pháp quản lý nhằm cải thiện chất lượng khơng khí cho Thành phố
Hồ Chí Minh.
Kết quả mơ hình chỉ ra rằng chất lượng khơng khí do nguồn khí thải giao thơng
gây ra tại Thành phố Hồ Chí Minh tại thời điểm nghiên cứu bị ơ nhiễm chủ yếu bởi thông
số NOx, giá trị nồng độ CO và PM10 vẫn còn nằm trong giới hạn cho phép. Tuy nhiên, ở
một số điểm nhạy cảm 2 thông số này vẫn có những thời điểm vượt quá tiêu chuẩn cho
phép. Từ đó cho thấy, phương pháp mơ hình hóa là một cơng cụ hiệu quả được áp dụng
để dự báo tình hình lan truyền ơ nhiễm khơng khí ở các khu vực.

HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang ii


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

MỤC LỤC
 
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... i 

DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................... vi 
DANH MỤC BẢNG .......................................................................................................viii 
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................................... ix 
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .............................................................................................. 1 
1.1 TÊN ĐỀ TÀI ............................................................................................................ 1 
1.2 TÍNH CẤP THIẾT................................................................................................. 1 
1.3 TÍNH MỚI ............................................................................................................... 2 
1.4 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ............................................................................................... 2 
1.5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU ..................................................................................... 2 
1.6 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................................................................................. 3 
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN............................................................................................. 4 
2.1 TỔNG QUAN VỀ VỊ TRÍ ĐỊA LÝ, ĐIỀU KIỆN KINH TẾ - XÃ HỘI TẠI
TP.HCM ......................................................................................................................... 4 
2.1.1 Vị trí địa lý...................................................................................................... 4 
2.1.2 Đặc điểm khí hậu ............................................................................................ 5 
2.1.3 Điều kiện kinh tế - xã hội ................................................................................ 6 
2.2 MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ TẠI TP.HCM .................................................... 6 
2.2.1 Hiện trạng mơi trường khơng khí tại TP.HCM ................................................ 6 
2.2.2 Hiện trạng quản lý mơi trường khơng khí tại TP.HCM................................... 8 
2.3 TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH HĨA MƠI TRƯỜNG......................................... 8 
2.3.1 Các thuật ngữ sử dụng cho mơ hình hóa mơi trường....................................... 9 
2.3.2 Các bước thiết lập và phát triển mơ hình ....................................................... 10 
2.3.3 Mơ hình tính tốn ơ nhiễm khơng khí........................................................... 12 
2.4 MƠ HÌNH CALPUFF........................................................................................... 16 

HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang iii

Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

2.4.1 Tổng quan về mơ hình CALPUFF................................................................. 16 
2.4.2 Đặc điểm của mơ hình CALPUFF................................................................. 18 
2.5 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC
....................................................................................................................................... 20 
2.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới ................................................................ 20 
2.5.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ................................................................. 21 
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................... 23 
3.1 GIỚI THIỆU CHUNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................ 23 
3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ...................................................................... 25 
3.2.1 Phương pháp thu thập số liệu ........................................................................ 25 
3.2.2 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu.......................................................... 25 
3.2.3 Phương pháp mơ hình hóa............................................................................. 25 
3.2.4 Phương pháp phân tích, so sánh, đánh giá ..................................................... 26 
CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG MÔ HÌNH CALPUFF.......................................................... 27 
4.1  CÁC THƠNG SỐ ĐẦU VÀO MƠ HÌNH (INPUT DATA)........................... 27 
4.1.1 Dữ liệu khí tượng TP.HCM (Meteologory Data) ........................................... 27 
4.1.2 Dữ liệu nguồn thải......................................................................................... 28 
4.2  MÔ TẢ QUÁ TRÌNH CHẠY MƠ HÌNH........................................................ 30 
4.3  KẾT QUẢ TÍNH TỐN MƠ HÌNH (OUTPUT DATA) ............................... 36 
4.3.1 Kết quả tính tốn mơ hình ............................................................................. 36 
4.3.2 Đánh giá kết quả tính tốn mơ hình ............................................................... 40 
4.3.3 Đánh giá bản đồ phân bố ơ nhiễm ................................................................. 45 
CHƯƠNG 5: ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU Ơ NHIỄM KHƠNG
KHÍ CHO TPHCM ......................................................................................................... 55 
5.1  BIỆN PHÁP KIỂM SỐT Ơ NHIỄM............................................................. 55 
5.1.1 Kiểm sốt ơ nhiễm khơng khí từ nguồn thải di động...................................... 55 

5.1.2 Đề ra mức độ khói thải của các phương tiện giao thơng và tiêu chuẩn cho
nhiên liệu sử dụng.................................................................................................. 55 
HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang iv


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

5.1.3 Đẩy mạnh hoạt động quan trắc, kiểm kê khí thải, kiểm sốt mơi trường khơng
khí đơ thị ............................................................................................................... 56 
5.2  BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU Ơ NHIỄM .......................................................... 56 
5.2.1 Biện pháp quản lý ......................................................................................... 56 
5.2.2 Biện pháp giáo dục........................................................................................ 58 
5.2.3 Biện pháp kỹ thuật ........................................................................................ 59 
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................. 60 
6.1  KẾT LUẬN......................................................................................................... 60 
6.2  KIẾN NGHỊ........................................................................................................ 61 
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 62 

 

HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang v


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Các bước thực hiện mơ hình hóa .................................................................... 1
Hình 2.2: Tồng quan các loại mơ hình khuếch tán ONKK .............................................. 15
Hình 2.3: Các chương trình thành phần trong hệ thống mơ hình CALMET/CALPUFF
Hình 3.1: Sơ đồ phương pháp luận nghiên cứu................................................................ 24
Hình 4.1: File số liệu khí tượng chạy mơ hình CALPUFF .............................................. 27
Hình 4.2: Khởi động CALPUFF ...................................................................................... 31
Hình 4.3: Tạo file Grid .................................................................................................... 32
Hình 4.4: Cửa số làm việc của CALPUFF ....................................................................... 33
Hình 4.5: Cửa số lựa chọn chạy mơ hình CALPUFF....................................................... 34
Hình 4.6: Cửa sổ làm việc của CALPOST....................................................................... 35
Hình 4.7: Đồ thị biểu diễn nồng độ CO trung bình 1h cực đại tháng 1,2,3 ..................... 40
Hình 4.8: Đồ thị biểu diễn nồng độ NOx trung bình 1h cực đại tháng 1,2,3 ................... 41
Hình 4.9: Đồ thị biểu diễn nồng độ PM10 trung bình 24h cực đại tháng 1,2,3 ............... 41
Hình 4.10: Đồ thị biểu diễn nồng độ CO trung bình 1h cực đại tại các điểm nhạy cảm . 42
Hình 4.11: Đồ thị biểu diễn nồng độ NOx trung bình 1h cực đại tại các điểm nhạy cảm43
Hình 4.12: Đồ thị biểu diễn nồng độ PM10 trung bình 1h cực đại tại các điểm nhạy cảm
.......................................................................................................................................... 43
Hình 4.13: Bản đồ phân bố nồng độ CO trung bình 1h tháng 1 năm 2007...................... 45
Hình 4.14: Bản đồ phân bố nồng độ CO trung bình 1h tháng 2 năm 2007...................... 46
Hình 4.15: Bản đồ phân bố nồng độ CO trung bình 1h tháng 3 năm 2007...................... 47
Hình 4.16: Bản đồ phân bố nồng độ NOx trung bình 1h tháng 1 năm 2007 .................. 48
HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang vi

Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

Hình 4.17: Bản đồ phân bố nồng độ NOx trung bình 1h tháng 2 năm 2007 ................... 49
Hình 4.18: Bản đồ phân bố nồng độ NOx trung bình 1h tháng 3 năm 2007 ................... 50
Hình 4.19: Bản đồ phân bố nồng độ PM10 trung bình 1h tháng 1 năm 2007 ................. 51
Hình 4.20: Bản đồ phân bố nồng độ PM10 trung bình 1h tháng 2 năm 2007 ................. 52
Hình 4.21: Bản đồ phân bố nồng độ PM10 trung bình 1h tháng 3 năm 2007 ................. 53

HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang vii


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.1: Bảng dữ liệu các nguồn đường .......................................................................28
Bảng 4.2: Vị trí các điểm nhạy cảm (Receptor Data) của khu vực nghiên cứu ..............30
Bảng 4.3: Nồng độ CO trung bình 1h cực đại tháng 1, tháng 2 và tháng 3 ....................36
Bảng 4.4: Nồng độ CO trung bình 24h cực đại tháng 1, tháng 2 và tháng 3 ..................37
Bảng 4.5: Nồng độ NOx trung bình 1h cực đại tháng 1, tháng 2 và tháng 3 ..................37
Bảng 4.6: Nồng độ NOx trung bình 24h cực đại tháng 1, tháng 2 và tháng 3 ................37
Bảng 4.7: Nồng độ PM10 trung bình 1h cực đại tháng 1, tháng 2 và tháng 3 ................38
Bảng 4.8: Nồng độ PM10 trung bình 24h cực đại tháng 1, tháng 2 và tháng 3 ..............38

Bảng 4.9: Nồng độ CO, NOx và PM10 cực đại tại các điểm tiếp nhận ..........................39

HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang viii


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BTNMT

: Bộ tài nguyên môi trường

BVMT

: Bảo vệ môi trường

CLKK

: Chất lượng khơng khí

GIS (Geographic Information System)

: Hệ thống thơng tin địa lý

GUI

: Giao diện đồ họa

ONKK

: Ơ nhiễm khơng khí

PM10 (Particulate matter less than 10µm in diameter) : Bụi có kích thước < 10 µm
QCVN

: Qui chuẩn Việt Nam

TCCP

: Tiêu chuẩn cho phép

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

TP.HCM

: Thành phố Hồ Chí Minh

USEPA (U.S. Environmental Protection Agency)

: Cục Bảo vệ Mơi trường Hoa Kỳ

UTM (United Transverse Mercator)

: Hệ quy chiếu toàn cầu

HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang ix


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU
1.1 TÊN ĐỀ TÀI
“ Áp dụng mơ hình CALPUFF đánh giá mức độ lan truyền ơ nhiễm khơng khí ở TP. Hồ
Chí Minh”
1.2 TÍNH CẤP THIẾT
Trong những năm gần đây, ngành khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ tạo điều
kiện cho quá trình đơ thị hóa trên tồn thế giới. Tại Việt Nam cũng như nhiều quốc gia
khác, sự phát triển kinh tế nhanh đã đặt ra những thách thức ngày càng gia tăng cho việc
duy trì một nền thịnh vượng lâu dài của đất nước, của nhân dân cũng như của môi trường.
Mặc dù sự phát triển kinh tế xã hội tại Việt Nam đã có những động lực đáng kể và tiếp
tục tạo ra những tiến bộ đầy ấn tượng, nhưng rõ ràng rằng sự lành mạnh của môi trường
cũng như sự phát triển kinh tế xã hội về lâu dài sẽ khơng thể duy trì được nếu thiếu đi sự
quan tâm và tác động đặc biệt từ tất cả các bên hữu quan liên quan. Trước bối cảnh đó,
việc giữ gìn và bảo vệ mơi trường đang trở nên vấn đề đáng được quan tâm sâu sắc.
Trong đó, vấn đề bảo vệ mơi trường khơng khí chiếm một vị trí vơ cùng quan trọng.
Hoạt động giao thơng vận tải, các ngành công nghiệp, thủ công nghiệp và hoạt
động xây dựng là những nguồn chính gây ơ nhiễm khơng khí ở TP.HCM. Trong các
nguồn ơ nhiễm khơng khí được phân tích, hoạt động giao thơng vận tải là nguồn chính,

đóng góp khoảng 70%. Hoạt động này phát thải chủ yếu bụi, CO, NOx,... Trong khi đó,
hoạt động sản xuất cơng nghiệp lại là nguồn phát thải SO2 nhiều nhất, hoạt động xây
dựng là nguồn phát thải bụi nhiều nhất. Nếu khơng có biện pháp thích đáng thì mơi
trường nói chung và mơi trường khơng khí ở TP.HCM nói riêng sẽ đứng trước nguy cơ bị
xấu đi trầm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của người dân.
Việc giảm ô nhiễm đến mức chấp nhận được là một bài toán phức tạp mang ý
nghĩa quan trọng về mặt môi trường cũng như kinh tế. Sự hình thành, phân hủy, tích lũy
HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang 1


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

và lan truyền của chất ô nhiễm trong các điều kiện khí tượng khác nhau là một hiện tượng
phức tạp. Trong trường hợp này, mô hình quản lý chất lượng khơng khí là một cơng cụ
hiệu quả để áp dụng. Trong nhiều năm qua, vai trị của các mơ hình ngày càng được biết
đến rộng rãi đặc biệt là mơ hình lan truyền các chất ô nhiễm trong không khí ở nhiều cấp
độ khác nhau được phát triển nhằm hỗ trợ cho việc dự báo và kiểm sốt ơ nhiễm. Các
cơng cụ mơ hình quản lý chất lượng khơng khí đã được áp dụng thành công ở nhiều thành
phố trên thế giới. Tại TP.HCM trong những năm gần đây đã áp dụng mơ hình Air Quis
(Air Quality Information System) để quản lý. Đây là một phần mềm hệ thống được Viện
Nghiên cứu Khơng khí Na Uy nghiên cứu và phát triển. Chương trình này là một công cụ
hữu hiệu trong quan trắc, quản lý và đánh giá chất lượng khơng khí. Tuy nhiên, do thời
hạn sử dụng chương trình đã hết và việc mua lại chương trình tốn chi phí rất cao. Vì vậy,
việc nghiên cứu lựa chọn một mơ hình mới để sự dụng hiệu quả hơn và tiết kiệm hơn
nhằm thay thế mô hình cũ vào thời điểm này là cần thiết.
Trước yêu cầu đó, đề tài “Áp dụng mơ hình CALPUFF đánh giá mức độ lan

truyền ơ nhiễm khơng khí ở TP. Hồ Chí Minh” được lựa chọn để nghiên cứu và áp dụng
đạt được mục tiêu của đề tài.
1.3 TÍNH MỚI
Tính mới về lựa chọn đối tượng nghiên cứu: Việc lựa chọn mơ hình CALPUFF để
đánh giá mức độ lan truyền ô nhiễm không khí ở TP.HCM sẽ là nghiên cứu đầu tiên. Cho
đến nay Việt Nam vẫn chưa có cơng trình nghiên cứu nào ứng dụng khả năng của mơ
hình này để đánh giá và dự báo mức độ lan truyền ơ nhiễm khơng khí.
1.4 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Áp dụng cơng cụ mơ hình CALPUFF để đánh giá mức độ lan truyền ơ nhiễm
khơng khí, dự báo và đề xuất các biện pháp quản lý chất lượng khơng khí cho TP.HCM
1.5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU
¾ Khơng gian: giới hạn trong phạm vi TP.HCM
¾ Thời gian: mơ hình hóa vào mùa khô từ tháng 1 tới tháng 3 năm 2007
HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang 2


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

¾ Nội dung: Mơ hình CALPUFF version 6.0
¾ Đối tượng:
-

20 tuyến đường chính đã được Chi cục BVMT điều tra thu thập thông tin về số
lượng xe lưu thông và phát thải

-

Các thông số: PM10, NOx, và CO

1.6 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm:
-

Khảo sát thu thập các thông tin: Tổng quan tình hình quan trắc, giám sát chất
lượng khơng khí ở TP.HCM. Diễn biến chất lượng khơng khí qua các năm gần
đây.

-

Thu thập số liệu phát thải ô nhiễm khơng khí do giao thơng hiện có để xây dựng
cơ sở dữ liệu phát thải làm dữ liệu đầu vào cho mơ hình.

-

Thu thập số liệu khí tượng năm 2007

-

Áp dụng mơ hình CALPUFF để mơ phỏng nồng độ của bụi, CO, NOx và đánh giá
mức độ ảnh hưởng do ô nhiễm giao thông gây ra.

HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang 3

Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN
2.1 TỔNG QUAN VỀ VỊ TRÍ ĐỊA LÝ, ĐIỀU KIỆN KINH TẾ - XÃ HỘI TẠI
TP.HCM
2.1.1 Vị trí địa lý
Thành Phố Hồ Chí Minh ở trung tâm của Nam Bộ, phía Tây Nam của Đơng Nam
Bộ, nằm trong toạ độ địa lí khoảng: 10010’- 10038’ vĩ độ Bắc (Củ Chi) và 106022’106054’ kinh độ Đơng (Cần Giờ).
¾ Phía bắc giáp tỉnh Bình Dương
¾ Phía tây bắc giáp tỉnh Tây Ninh
¾ Phía đơng bắc và đơng bắc giáp tỉnh Đồng Nai
¾ Phía đơng nam giáp tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu
¾ Phía tây và tây nam giáp tỉnh Long An và tỉnh Tiền Giang
Khoảng cách dài nhất của Thành phố là 150 km tính từ Huyện Củ Chi đến Huyện
Cần Giờ. Khoảng rộng nhất của Thành phố là 50 km, tính từ quận Thủ Đức đến Huyện
Bình Chánh. Tổng diện tích đất tự nhiên của Thành phố là 2095 km2, trong đó khu vực
nội thành gồm 13 quận (quận 1, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 11, Phú Nhuận, Tân Bình, Bình Tân,
Bình Thạnh và Gị Vấp), với diện tích là 141,34 km2 (chiếm 5,64% tổng diện tích). Khu
vực mới phát triển gồm 5 quận (quận 2, 7, 9, 12, Thủ Đức) cùng với 5 Huyện ngoại thành
(Bình Chánh, Hóc Mơn, Củ Chi, Nhà Bè và Cần Giờ), chiếm tồn bộ diện tích cịn lại.
Địa hình bằng phẳng thấp dần về phía Nam và Đơng Nam. Phía Bắc thành phố có
nhiều đồi gị, phía Nam và phía Tây có nhiều đầm lầy và sơng rạch. Thành phố có cao độ
mặt đất trung bình 8,8m so với mực nước biển.

HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang 4

Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

2.1.2 Đặc điểm khí hậu
Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong khu vực gió mùa cận xích đạo. Cũng như các
tỉnh Nam Bộ, đặc điểm chung của khí hậu và thời tiết TPHCM là nhiệt độ cao đều nằm
trong năm và có 2 mùa mưa và khô rõ rệt làm tác động chi phối môi trường cảnh quan
sâu sắc. Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau.
Theo quan trắc nhiều năm của trạm Tân Sơn Nhất, qua các yếu tố khí tượng chủ yếu cho
thấy những đặc trưng khí hậu TPHCM như sau:
Lượng bức xạ dồi dào trung bình khoảng 140 kcal/cm2/năm. Số giờ nắng trung
bình trên tháng là 160-270 giờ. Nhiệt độ khơng khí trung bình 27oC. Nhiệt độ cao tuyệt
đối 40oC, nhiệt độ thấp tuyệt đối 15oC. Tháng có nhiệt độ trung bình cao nhất là tháng 4,
tháng có nhiệt độ trung bình thấp nhất là khoảng tháng 12 và tháng 1. Hàng năm có tới
trên 330 ngày có nhiệt độ trung bình 26-29oC.
Lượng mưa cao trung bình trên năm là 1949 mm. Khoảng 90% lượng mưa hằng
năm tập trung vào các tháng mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, trong đó có hai tháng 6 và
9 thường có lượng mưa cao nhất. Các tháng 1, tháng 2, tháng 3 mưa rất ít, lượng mưa
không đáng kể. Trên phạm vi không gian thành phố, lượng mưa phân bố khơng đều và có
khuynh hướng tăng theo trục Tây Nam – Đông Bắc. Đại bộ phận các quận nội thành và
các huyện phía Bắc thường có lượng mưa cao hơn các huyện phía Nam và phía Tây Nam.
Độ ẩm tương đối của khơng khí trung bình trên năm là 79,5%. Bình quân mùa
mưa 80% và trị số cao tuyệt đối tới 100%, bình quân mùa khô 74,5% và mức thấp tuyệt
đối xuống tới 20%.
Về gió: TPHCM chịu ảnh hưởng bởi hai hướng gió chính và chủ yếu là gió mùa
Tây – Tây Nam và Bắc – Đơng Bắc. Gió Tây – Tây Nam từ Ấn Độ Dương thổi vào trong
mùa mưa, khoảng từ tháng 6 đến tháng 10, tốc độ gió trung bình năm là 3,6 m/s và gió

thổi mạnh nhất vào tháng 8. Gió hướng Bắc – Đơng Bắc từ Biển Đơng thổi vào trong
mùa khô, khoảng từ tháng 11 đến tháng 2. Ngồi ra có gió tín phong, hướng Nam – Đơng
Nam Khoảng từ tháng 3 đến tháng 5.
HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang 5


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

2.1.3 Điều kiện kinh tế - xã hội
Thành phố Hồ Chí Minh hiện nay là một trong 5 thành phố trực thuộc Trung ương
của Việt Nam. Với tổng số dân là 7.123.340 người (theo điều tra dân số 01/04/2009),
thành phố được chia thành 19 quận và 5 huyện.
Giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam với 3 khu chế xuất và 12 khu
công nghiệp, TP.HCM chiếm 20,2% tổng sản phẩm và 27,9% giá trị sản xuất công
nghiệp của cả quốc gia. Nhờ điều kiện tự nhiên thuận lợi, TP.HCM trở thành đầu mối
giao thông quan trọng của Việt Nam và Đông Nam Á. Các lĩnh vực truyền thông, giáo
dục, thể thao, giải trí, TP.HCM đều giữ vai trị quan trọng bậc nhất.
Tuy vậy, TP.HCM đang phải đối diện với những vấn đề của một đơ thị lớn có dân
số tăng q nhanh. Trong nội thành phố, đường xá trở nên quá tải, thường xuyên ùn tắc,
hệ thống giao thông công cộng kém hiệu quả. Môi trường thành phố cũng đang bị ô
nhiễm do phương tiện giao thông, các công trường xây dựng và cơng nghiệp sản xuất.
2.2 MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ TẠI TP.HCM
2.2.1 Hiện trạng mơi trường khơng khí tại TP.HCM
TP.HCM có dân số đông, nhiều cơ sở sản xuất công nghiệp cùng với lưu lượng
phương tiện giao thông khổng lồ đang là nơi chịu ảnh hưởng nặng do khí thải gây ra.
Nhận thức được mức độ ơ nhiễm khơng khí do q trình đơ thị hóa gây ra, từ năm

1994 TP.HCM đã bắt đầu chương trình quan trắc khơng khí bằng các trạm lấy mẫu khơng
khí tại các điểm nóng giao thông và các khu dân cư. Cho đến nay, TP.HCM đã có 9 trạm
quan trắc tự động và 6 trạm bán tự động. Kết quả thu được từ các trạm quan trắc cho thấy
ơ nhiễm khơng khí tại TP.HCM đạt mức cao, vượt tiêu chuẩn cho phép (TCCP).
Các nguồn gây ô nhiễm không khí tại TP.HCM là: nguồn khí thải giao thơng, khí
thải từ các khu cơng nghiệp, nguồn khí thải do sinh hoạt. Các nguồn trên phát sinh một
lượng lớn các chất gây ơ nhiễm khơng khí như: bụi, SO2, NO2, CO….

HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang 6


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

Trong năm 2008, bụi ln là chỉ tiêu đáng lo ngại nhất khi có tới 89% giá trị quan
trắc không đạt TCCP. Qua quan trắc bán tự động cho thấy nồng độ bụi tổng năm 2008
trung bình dao động khoảng 0,37mg/m3 – 0,78mg/m3, vượt chuẩn cho phép từ 1,24 - 2,59
lần. Đặc biệt các điểm nút giao thông như: ngã tư An Sương, ngã sáu Gị Vấp, ngã tư
Đinh Tiên Hồng – Điện Biên Phủ là những nơi nồng độ ô nhiễm đo được cao nhất. Tại
khu vực ngã tư An Sương, 100% giá trị đo quan trắc ở đây không đạt TCCP.
Nồng độ NO2 , CO tại các trạm quan trắc cũng vượt tiêu chuẩn (thường dao động
ở mức 0,19 - 0,34mg/m³ ) và đang có biểu hiện ngày càng gia tăng.
Nồng độ chì trong khơng khí có xu hướng tăng trong vài năm gần đây. Thực hiện
chỉ thị số 24/2000/CT-TTg ngày 23/11/2000 về triển khai sử dụng xăng khơng pha chì
(áp dụng từ 01/07/2011) tại nhiều đơ thị nồng độ chì trong khơng khí có giảm đi đáng kể.
Tuy nhiên, theo số liệu quan trắc của Chi cục BVMT TP.HCM, mặc dù nồng độ chì trung
bình 24 giờ vẫn nằm trong giới hạn cho phép (1.5µg/m3), nhưng từ năm 2005 đến nay,

nồng độ này đã tăng lên so với những năm trước rất nhiều.
Nồng độ khí benzen, toluene và xylen đều có xu hướng tăng cao ở các trục giao
thông. Sự gia tăng các chất độc hại này là do lượng xe cơ giới tăng rất nhanh trong nhiều
năm qua. Tại các trục đường chính của TP.HCM nồng độ benzen có trong khơng khí đã
vượt tiêu chuẩn từ 2.5 đến 4.1 lần.
Ngồi ra, ô nhiễm tiếng ồn ngày càng tăng cao. Cạnh các trục đường giao thông
trong TP.HCM, mức ồn khá cao, dao động từ 66-87 dBA và thường xuyên vượt ngưỡng
75dBA, đặc biệt là vào thời điểm ban ngày. Mặc dù tiếng ồn đo được giữa đêm thường
thấp, nhưng ở tuyến đường có mật độ xe tải lớn, tiếng ồn đêm khuya vẫn ở mức cao
Bên cạnh đó, hoạt động sản xuất của các nhà máy cơng nghiệp cũng góp phần gia
tăng lượng khói bụi, NO2, SO2, CO… đáng kể. Có tới 81/170 nhà máy, cơ sở sản xuất có
phát sinh khí thải ra môi trường nhưng chưa trang bị hệ thống xử lý khí thải, gây ảnh
huởng trực tiếp đến đến sức khỏe của người dân sinh sống xung quanh.

HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang 7


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

2.2.2 Hiện trạng quản lý mơi trường khơng khí tại TP.HCM
Hiện tại, việc kiểm sốt nguồn thải gây ơ nhiễm khơng khí tại TP.HCM chưa được
chú trọng. Chưa có một chương trình hành động thống nhất, cụ thể trong cuộc chiến
chống lại ô nhiễm không khí. Thực ra từ năm 2002, chiến lược quản lý bảo vệ môi trường
đã được vạch ra, đồng thời chúng ta đã có một ban chỉ đạo thực hiện chiến lược với nhiều
thành phần. Bên cạnh đó, năm 2003 Thủ tướng Chính phủ cũng đã ra quyết định số
256/2003/QĐ-TTg về việc phê duyệt chiến lược Bảo vệ môi trường quốc gia đến năm

2010 và định hướng đến năm 2020. Nhưng những mục tiêu và giải pháp mà chiến lược
đưa ra hều hết vẫn chưa được cụ thể hoá thành các chương trình hành động các cấp, các
ngành có liên quan. Vì vậy sau 5 năm triển khai thực hiện (2002 - 2007) có thể nói hầu
hết các chỉ tiêu đề ra đều khơng đạt được. Việc chưa có một chương trình hành động
được phê duyệt cũng kéo theo việc đầu tư kinh phí cho cơng tác bảo vệ mơi trường khơng
khí tại TP.HCM gặp nhiều khó khăn.
Hoạt động quan trắc mơi trường khơng khí cịn một số hạn chế như: tình trạng
thiết bị nhìn chung cịn lạc hậu và yếu kém, chưa tự động hóa các khâu lưu trữ, xử lý và
trao đổi số liệu; số liệu thu thập chưa đồng bộ, ít được chia sẻ, khó khăn trong việc khai
thác, sử dụng và chưa đủ tin cậy để đánh giá và dự báo môi trường phục vụ cho công tác
hoạch định chính sách BVMT.
Tương tự như quan trắc mơi trường khơng khí, việc kiểm kê phát thải khí cũng
cung cấp thông tin số liệu quan trọng về diễn biến, xu hướng của các nguồn ơ nhiễm
khơng khí, phục vụ cho việc đề xuất các chính sách, biện pháp BVMT khơng khí. Hoạt
động này chưa nhận được sự quan tâm và đánh giá đúng mức của các cơ quan quản lý
mơi trường.
2.3 TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH HĨA MƠI TRƯỜNG
Theo Cục bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (USEPA): “ Các mơ hình mơi trường
(Environmental Models) được sử dụng để tái tạo lại các q trình mơi trường xảy ra trong
một khoảng thời gian nào đó. Ngày nay, lồi người đã hiểu rõ việc tiến hành những thí
HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang 8


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

nghiệm trực tiếp với sinh quyển trái đất là không thể. Do vậy xây dựng mơ hình là

phương tiện quan trọng để nhận thơng tin về tình trạng của sinh quyển khi chịu những tác
động của con người.”
Các mơ hình hóa mơi trường được xây dựng nhằm mục đích:
™ Đạt được những hiểu biết tốt hơn về sự tan rã và vận chuyển của các hóa chất bằng
cách xác định định lượng trên cơ sở các phản ứng, sự hình thành và sự di chuyển
của chúng
™ Xác định nồng độ tiếp xúc và đánh giá ảnh hưởng của các hóa chất đối với con
người và các sinh vật sống trong quá khứ, hiện tại và tương lai
™ Dự đoán các điều kiện tương lai trong các điều kiện kịch bản về tải trọng và kế
hoạch hành động khác nhau
2.3.1 Các thuật ngữ sử dụng cho mơ hình hóa mơi trường
Mơ hình tốn học (mathematical model) là cơng thức định lượng các q trình
vật lý, sinh học, hóa học để mơ phỏng hệ thống nghiên cứu.
Biến số trạng thái (state variable) là biến số phụ thuộc mà nó được mơ hình hóa.
Thơng số mơ hình (model paramenters) là các hệ số trong mơ hình được sử dụng
để thiết lập các phương trình cân bằng khối lượng (ví dụ: hằng số tốc độ phản ứng, hằng
số cân bằng…)
Dữ liệu đầu vào của mơ hình (model input) là các hàm động lực hay các hằng số
cần thiết để chạy mơ hình (ví dụ: lưu lượng, nồng độ chất ô nhiễm đầu vào, nhiệt độ, vận
tốc gió…)
Hiệu chỉnh mô hình (model calibration) là việc so sánh kết quả chạy mơ hình với
các dữ liệu đo đạc thực tế. Hiệu chỉnh bao gồm thay đổi các thơng số mơ hình trong
khoảng giá trị xác định bằng thực nghiệm để kết quả so sánh phải chấp nhận được các
yêu cầu về mặt thống kê hay sai số nằm trong khoảng phạm vi cho phép.

HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang 9

Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

Kiểm tra mơ hình (model verification) là việc so sánh kết quả chạy mơ hình với
tập hợp các dữ liệu mới trên thực địa của các năm khác hay ở vị trí lựa chọn nào đó, tức
mơ hình chạy ở điều kiện mới. Khi này thơng số mơ hình đã được cố định và khơng hiệu
chỉnh từ bước hiệu chỉnh mơ hình. Mơ phỏng mơ hình với tập dữ liệu đầu vào mới bất
kỳ. Nếu mơ hình cho kết quả phù hợp với tập dữ liệu mới thì mơ hình được xác nhận như
là một cơng cụ dự đốn hiệu quả cho các điều kiện xác định bởi tập dữ liệu hiệu chỉnh và
tập dữ liệu xác nhận.
Cơng nhận hay phê chuẩn mơ hình (model validation) là sự chấp nhận về mặt
khoa học bao gồm: (1) Mơ hình đã bao hàm tất cả các q trình chính và quan trọng nhất
của hệ thống; (2) Các quá trình này được thiết lập và đưa vào các cơng thức mơ hình một
cách phù hợp và chính xác; và (3) Mơ hình mơ tả phù hợp hiện tượng quan sát cho mục
đích sử dụng dự kiến.
Tính thiết thực của mơ hình (model robustness) là tính thiết thực và tiện ích của
mơ hình thiết lập sau khi đã áp dụng lặp đi lặp lại nhiều lần ở nhiều trường hợp và địa
điểm khác nhau.
Kiểm tra tương lai (post – audit) là so sánh số liệu dự đốn của mơ hình với các
số liệu thực tế trong tương lai ở thời điểm tương lai.
Phân tích độ nhạy của mơ hình (sensitivity analysis) là việc xác định ảnh hưởng
của sự thay đổi nhỏ các thơng số mơ hình đến kết quả mơ hình.
Phân tích độ tin cậy của mơ hình (uncertainty analysis) là việc xác định độ tin
cậy (độ lệch chuẩn) các giá trị mong muốn của biến số trạng thái trên cơ sở mức độ tin
cậy của các thông số mơ hình, các dữ liệu đầu vào.
2.3.2 Các bước thiết lập và phát triển mơ hình
Mơ hình tốn học của bất kỳ kỹ thuật môi trường nào cũng được xây dựng ít nhất
qua bốn bước sau:
1) Nhận diện các cơ chế, nguyên lý cơ bản và chi phối hệ thống nghiên cứu sau khi

đã nghiên cứu kỹ các quá trình vật lý, hóa học và sinh học
HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang 10


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

2) Phát triển và mơ tả hệ thống nghiên cứu bằng ngơn ngữ tốn học dưới dạng các
biểu thức toán học. Một cách tổng quát, biểu diễn tốn học của hệ thống nghiên
cứu có thể ở dạng đơn giản như phương trình đại số hay phương trình vi phân độc
lập hoặc ở dạng phức tạp như hệ phương trình vi phân
3) Giải phương trình hay hệ phương trình này bằng phương pháp giải tích nếu có thể,
nếu khơng thì giải bằng phương pháp số
4) Kiểm tra lời giải của mơ hình có thỏa mãn các dữ liệu đã cho trước hay khơng, nếu
khơng q trình xây dựng mơ hình được quay về bước 1 và lặp đi lặp lại cho đến
khi lời giải của mô hình có thể chấp nhận được

HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang 11


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

Lựa chọn mục tiêu

quản lý
Nhận diện vấn đề
nghiên cứu

Dữ liệu hiện hữu và
thu thập được

Thiết lập cơ sở lý
thuyết cho mơ hình

Lý thuyết

Số hóa các phương
trình mơ hình

Áp dụng mơ hình
bước đầu

Hiệu chỉnh mơ hình

Dữ liệu thu thập

Thẩm tra mơ hình

Dữ liệu thu thập

Áp dụng mơ hình
trong quản lý

Dữ liệu thu thập

Hình 2.1: Các bước thực hiện mơ hình hóa
2.3.3 Mơ hình tính tốn ơ nhiễm khơng khí
Có nhiều mơ hình tốn học đã được phát triển để phục vụ cho nhu cầu tính tốn ơ
nhiễm khơng khí. Các mơ hình này được sử dụng rộng rãi trong việc thiết kế ống khói
thải, lựa chọn vị trí xây dựng nhà máy và đánh giá tác động mơi trường nhằm mục đích
HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang 12


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Hồng Nghiêm

làm giảm thiểu các ảnh hưởng có hại của các dự án mới, quản lý chất lượng khơng khí
ngắn hạn và kiểm sốt sự cố mơi trường. Các yếu tố được mơ hình hóa là vận chuyển
chất ơ nhiễm của gió, khuếch tán do xáo trộn rối, độ nâng cao vệt khói, sự biến đổi hóa
học của các chất ơ nhiễm, sự lắng đọng cũng như ảnh hưởng khí động của địa hình. Cơ
sở dữ liệu đầu vào mơ hình bao gồm dữ liệu nguồn thải, dữ liệu về khí tượng như tốc độ
gió, chiều cao xáo trộn, hệ số khuếch tán… và đặc điểm địa hình của khu vực.
™ Những khái niệm cơ bản
Các khái niệm cơ bản liên quan tới mơ hình ơ nhiễm khơng khí bao gồm:
Phát thải (Emission): Trong giai đoạn đầu tiên, các chất ơ nhiễm tỏa vào khí
quyển từ các nguồn thải khác nhau, có thể là nguồn mặt (aera source): nguồn thải thấp,
đám cháy; nguồn thải đường (line source): đường giao thơng; nguồn điểm (point source):
ống khói.
Q trình tải (Advection): Là sự di chuyển của khối khí trong khí quyển theo 1
dịng và đi từ điểm này đến điểm khác. Đối với một tạp chất di chuyển trong khí quyển
thì sự tải là sản phẩm của vận tốc khối thể tích khí. Tác nhân gây ra hiện tượng tải là gió.

Khuếch tán (Diffusion): Là sự di chuyển của các chất ơ nhiễm khơng khí trong
khí quyển theo cả chiều ngang và chiều đứng.
Sự phân tán (Dispersion): Sự tương tác giữa khuếch tán rối với gradient vận tốc
do lực dịch chuyển trong khối khí tạo ra sự phân tán. Sự di chuyển các tạp chất trong khí
quyển trong trường hợp có gió (>1m/s) chủ yếu bởi q trình tải, nhưng sự di chuyển của
tạp chất trong trường hợp lặng gió thường là do sự phân tán.
™ Phân loại
Tất cả các mơ hình ơ nhiễm khơng khí có thể chia thành 4 loại dựa trên cấu trúc và
cơ sở tiếp cận để giải quyết bài tốn phát tán ơ nhiễm. Chúng bao gồm: mơ hình giải tích
(mơ hình Gauss), mơ hình số, mơ hình thống kê và mơ hình vật lý.

HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê

Trang 13