Xây dựng chương trình ứng dụng quản lý môi trường không khí khu công nghiệp biên hòa tỉnh đồng nai

Đại học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
W*******X

NGUYỄN THỊ ÁNH TUYẾT

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG
QUẢN LÝ MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ
KHU CƠNG NGHIỆP BIÊN HỊA – TỈNH ĐỒNG NAI
Chuyên ngành: Bản đồ, Viễn thám và GIS

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2008


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

Cán bộ hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Trần Trọng Đức
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. Hà Quang Hải
Cán bộ chấm nhận xét 2: Kỹ sư Lê Hoàng Nghiêm
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC
SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 06 tháng 01 năm 2009


LỜI CÁM ƠN
D*****E

Xin chân thành cám ơn toàn thể quý thầy cô Bộ môn Địa Tin học trường Đại học
Bách khoa TP.HCM và thầy TS.TRẦN TRỌNG ĐỨC đã tận tình truyền đạt kiến
thức cho em trong thời gian học tập tại trường.
Em xin dành sự biết ơn trân trọng nhất gửi đến chị TS. LÊ THỊ QUỲNH HÀ, công
tác tại Viện Môi trường và Tài nguyên Đại học Quốc gia TPHCM, đã hướng dẫn và
động viên em trong thời gian thực hiện luận văn này.
Xin cám ơn tất cả các bạn học, đồng nghiệp đã giúp tôi giải quyết những vướng
mắc trong quá trình làm việc.
Cuối cùng, xin cám ơn gia đình đã hỗ trợ tinh thần và thời gian để tơi có thể hồn
thành tốt luận văn này.
Xin cám ơn tất cả.
Nguyễn Thị Ánh Tuyết


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
D*****E

Nhiệm vụ của luận văn là xây dựng một chương trình ứng dụng tiện ích, dể sử dụng
để rút ngắn thời gian, công sức cho những nghiệp vụ trong công tác quản lý môi
trường không khí tại các khu cơng nghiệp.
Từ nhiệm vụ trên luận văn đã đề xuất phần mềm “Quản lý môi trường khơng khí
các Khu cơng nghiệp – Tỉnh Đồng Nai” với các chức năng như: hiển thị, tính tốn,
báo cáo kết quả, xây dựng mơ hình. Đây là phần mềm tự động hóa các cơng tác
quản lý số liệu quan trắc chất lượng khí thải và nguồn phát thải và trực quan hóa các
đối tượng lên bản đồ số, đồng thời xây dựng được các báo cáo thống kê, các mơ
hình dự báo về nồng độ các chất phát thải gây ra bởi một nguồn thải đơn dạng cao.


MỤC LỤC
D*****E

CHƯƠNG I
MỞ ĐẦU...........................................................................................1
I.1
Tính cấp thiết của đề tài ...............................................................................1
I.2
Mục tiêu của đề tài .......................................................................................2
I.3
Phạm vi nghiên cứu......................................................................................2
I.4
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn......................................................................2
CHƯƠNG II TỔNG QUAN ...................................................................................3
II.1 Tình hình quản lý nhà nước về mơi trường khơng khí ở tỉnh Đồng Nai .....3
II.1.1 Phân tích nhu cầu quản lý nhà nước về mơi trường khơng khí ............3
II.1.2 Đánh giá tình hình quản lý nhà nước về mơi trường khơng khí...........4
II.1.3 Chương trình quản lý mơi trường khơng khí hiện nay ở Đồng Nai DONAGIS ..........................................................................................................4
II.2 Các cơng trình khoa học nghiên cứu và ứng dụng liên quan .......................5
II.2.1 Phần mềm ENVIMAP - Phần mềm quản lý và đánh giá ô nhiễm
không khí ............................................................................................................6
II.2.2 Phần mềm CAP 3.0 - Phần mềm tính tốn ơ nhiễm khơng khí ............7
II.2.3 ENVIMDN – Đà Nẵng .........................................................................9
CHƯƠNG III CƠ SỞ LÝ THUYẾT......................................................................12
III.1
Đặt vấn đề & hướng giải quyết...............................................................12
III.2
Lý thuyết về môi trường .........................................................................13
III.2.1
Một số khái niệm.............................................................................13
III.2.1.1 Mơi trường...................................................................................13
III.2.1.2 Ơ nhiễm mơi trường ....................................................................13
III.2.1.3 Tiêu chuẩn chất lượng mơi trường ..............................................13

III.2.1.4 Mơi trường khơng khí..................................................................14
III.2.1.5 Ơ nhiễm khơng khí ......................................................................14
III.2.1.6 Những vấn đề về chất lượng khơng khí.......................................14
III.2.1.7 Tiêu chuẩn chất lượng mơi trường khơng khí.............................14
III.2.2
Tính tốn khuếch tán chất ơ nhiễm từ các nguồn điểm cao theo
mơ hình Berliand ..............................................................................................15
III.2.2.1 Khái niệm nguồn điểm ................................................................15
III.2.2.2 Phương trình cơ bản ban đầu ......................................................16
III.2.2.3 Các cơng thức tính tốn kỹ thuật theo CH-369-74 (M.1975) do
Berliand M.E chủ trì soạn thảo .....................................................................19
III.2.2.4 Các tham số cần lưu ý trong bài tốn giám sát ơ nhiễm khơng
khí
22
III.3
Giới thiệu ArcGis Engine 9.1 .................................................................24
III.3.1
Giới thiệu tổng quan về ArcGIS .....................................................24
III.3.2
Giới thiệu ArcGIS Engine...............................................................25
III.3.2.1 ArcGIS Engine Developer Kit.....................................................27
III.3.2.2 ArcGIS Engine Runtime..............................................................31
U


III.3.2.3 Những thư viện của ArcGIS Engine............................................32
III.3.2.4 Cách thức cài đặt ArcGIS Engine ...............................................53
III.4
Phương pháp nghiên cứu của đề tài........................................................55
III.4.1

Công nghệ nền.................................................................................55
III.4.2
Mơ hình tốn ...................................................................................57
III.5
Trình tự thực hiện ...................................................................................57
CHƯƠNG IV TRÌNH BÀY, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ...........................................59
IV.1
Phân tích và thiết kế chức năng chương trình ........................................59
IV.1.1
Phân tích các chức năng chương trình ............................................59
IV.1.2
Mơ hình các chức năng chương trình ứng dụng .............................61
IV.1.2.1 Chức năng của Menu...................................................................61
IV.1.2.2 Chức năng của Thanh công cụ ....................................................62
IV.1.2.3 Bảng nghiệp vụ các chức năng ....................................................62
IV.2
Thiết kế và xây dựng cơ sở dữ liệu.........................................................63
IV.2.1
Giới thiệu CSDL Geodatabse..........................................................63
IV.2.2
Thiết kế và xây dựng CSDL Geodatabase chương trình ................65
IV.2.2.1 Sơ đồ logic dữ liệu ......................................................................65
IV.2.2.2 Bảng thuộc tính các lớp ...............................................................67
IV.2.2.3 Xây dựng dữ liệu không gian ......................................................69
IV.2.2.4 Xây dựng dữ liệu thuộc tính ........................................................70
IV.3
Thiết kế và xây dựng ứng dụng ..............................................................71
IV.3.1
Chuẩn bị môi trường thiết kế ..........................................................71
IV.3.2

Tiến hành thiết kế chương trình ......................................................72
IV.3.2.1 Một số chức năng chính...............................................................72
IV.3.2.2 Một số hàm tính tốn chính .........................................................78
IV.3.2.3 Một số lớp đối tượng xử lý chính ................................................81
IV.3.2.4 Một số hàm xử lý bản đồ .............................................................83
IV.3.2.5 Thiết kế chi tiết một số màn hình chính ......................................86
IV.4
Trình bày phần mềm...............................................................................97
IV.4.1
Giới thiệu phần mềm.......................................................................97
IV.4.2
u cầu phần cứng và phần mềm ...................................................98
IV.4.3
Cài đặt hệ thống...............................................................................99
IV.4.4
Trình bày ứng dụng .......................................................................100
IV.4.5
Khởi động chương trình ................................................................100
IV.4.6
Thao tác với chương trình .............................................................100
CHƯƠNG V KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ .........................................................117
V.1 Ưu điểm....................................................................................................117
V.2 Khuyết điểm .............................................................................................117
V.3 Hướng phát triển.......................................................................................118


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU
D*****E
Hình 2.1.
Hình 2.2.

Access
Hình 2.3.
Hình 2.4.
Hình 2.5.

Mođun hiển thị và truy vấn CSDL khơng gian trên nền Arcview 3.2a 5
Mođun hiển thị và truy vấn CSDL thuộc tính trên nền Microsoft
5
Sơ đồ cấu trúc của phần mềm ENVIMAP............................................7
Sơ đồ tự động hóa tính tốn ơ nhiễm khơng khí theo mơ hình Gauss..8
Sơ đồ tự động hóa tính tốn ơ nhiễm khơng khí theo mơ hình Berliand
9
Hình 2.6.
Tính tốn ơ nhiễm khơng khí cho khu cơng nghiệp Hịa Khánh trong
trường hợp lặng gió (Trịnh Thị Thanh Dun, 2004)...............................................10
Hình 2.7.
Tính tốn ơ nhiễm khơng khí cho khu cơng nghiệp Hịa Khánh trong
điều kiện có gió (Trịnh Thị Thanh Duyên, 2004) .....................................................11

Hình 3.1.
Minh họa họ phần mềm ArcGIS.........................................................25
Hình 3.2.
Minh họa những thành phần của ArcGIS Engine...............................26
Hình 3.3.
Một số điều khiển chính......................................................................27
Hình 3.4.
Sơ đồ cấu trúc của một điều khiển......................................................28
Hình 3.5.
Giới thiệu các thuộc tính và phương thức MapControl ......................30
Hình 3.6.

ArcGIS Engine Runtime .....................................................................31
Hình 3.7.
Mơ hình các thư viện của ArcGIS Engine ..........................................33
Hình 3.8.
Map coclass.........................................................................................35
Hình 3.9.
Imap interface .....................................................................................36
Hình 3.10. MapControl .........................................................................................41
Hình 3.11. PageLayoutControl .............................................................................42
Hình 3.12. TOCControl ........................................................................................43
Hình 3.13. ToolbarControl....................................................................................43
Hình 3.14. Các command......................................................................................44
Hình 3.15. Danh sách các command, menu, toolset làm việc với các
ArcGISControl ..........................................................................................................45
Hình 3.16. LicenseControl....................................................................................47
Hình 3.17. Quy trình đăng ký license ...................................................................49
Hình 3.18. Cài đặt ArcGIS Engine .......................................................................54
Hình 3.19. Kết quả cài đặt ArcGIS Engine...........................................................54
Hình 4.1.
Hình 4.2.
Hình 4.3.
Hình 4.4.
Hình 4.5.
Hình 4.6.
Hình 4.7.

Sơ đồ cấu trúc chương trình................................................................59
Mơ hình hóa u cầu...........................................................................60
Mơ hình các chức năng chương trình .................................................61
Sơ đồ chức năng của Menu chương trình ...........................................61

Sơ đồ của chức năng Thanh công cụ ..................................................62
Cấu trúc một Geodatabase ..................................................................64
Mô hình tổng quan CSDL ..................................................................65


Hình 4.8.
Sơ đồ dạng cây của Personal Geodatabase CSDL_KKDN.mdb ........70
Hình 4.9.
Sơ đồ dạng bảng trong Microsoft Access của Personal Geodatabase
quản lý khí thải tỉnh Đồng Nai..................................................................................71
Hình 4.10. Cài đặt ESRI add-ins cho VS.NET .....................................................72
Hình 4.11. Cài đặt các control cho VS.NET.........................................................72
Hình 4.12. Form truy vấn dữ liệu bản đồ..............................................................73
Hình 4.13. Form thơng tin số liệu quan trắc ........................................................73
Hình 4.13...................................................................................................................74
Hình 4.14. Form Thơng tin đầu vào cho mơ hình Berliand một ống khói – thẻ
“Thơng tin chung”.....................................................................................................74
Hình 4.15. Form Thơng tin đầu vào cho mơ hình Berliand một ống khói – thẻ
“Báo cáo-Đồ thị”.......................................................................................................75
Hình 4.16. Form Thơng tin đầu vào cho mơ hình Berliand một ống khói – thẻ
“Mơ hình” 76
Hình 4.17. Form Thơng tin đầu vào cho mơ hình Berliand một ống khói – thẻ
“Thơng tin chung”.....................................................................................................94
Hình 4.18. Form Thơng tin đầu vào cho mơ hình Berliand một ống khói – thẻ
“Báo cáo-Đồ thị”.......................................................................................................94
Hình 4.19. Form Thơng tin đầu vào cho mơ hình Berliand một ống khói – thẻ
“Mơ hình” 94


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

D*****E

API

application programming interface - Một tập hợp các quy ước
gọi tên dùng để định nghĩa cách thức một dịch vụ được gọi ra
thông qua một gói phần mềm.

CSDL

Cơ sở dữ liệu

CNTT

Cơng nghệ thơng tin

GIS

Geography Information System - Hệ thông tin địa lý

NLNTVN

Viện Năng lượng Nguyên tử VN

ppm

đơn vị đo mật độ thường dành cho các mật độ tương đối thấp
(parts per million nghĩa là 1 phần triệu ppm = 1/1 000 000 =
10-4% )

BVMT

Bảo vệ môi trường

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam


Trang 1

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU
I.1

Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay, sự phát triển của nền văn minh công nghiệp hiện đại, đã tạo ra các sản
phẩm phục vụ chất lượng cuộc sống của con người, đồng thời cũng tạo ra một loạt
các vấn đề suy thối mơi trường, làm phá vỡ cân bằng sinh thái mà các quá trình tự
nhiên không kịp xử lý.
Là một trong những tỉnh trọng điểm phía Nam, có nền cơng nghiệp phát triển, tập
trung đông dân cư…là điều kiện hết sức thuận lợi đối với sự phát triển kinh tế của
Đồng Nai, song đây cũng là những yếu tố dễ gây ô nhiễm môi trường. Theo kết quả
điều tra, thống kê và quan trắc thời gian qua cho thấy, chất lượng môi trường ở
Đồng Nai đang có biểu hiện suy giảm và xuất hiện tình trạng ơ nhiễm mơi trường
cục bộ.
So với năm 2005, 2006, kết quả quan trắc năm 2007 cho thấy: chất lượng mơi
trường khơng khí trong các khu cơng nghiệp, các khu dân cư tập trung, khu vực
giao thông trọng điểm và khu nông thôn miền núi trong năm 2007 cơ bản đều nằm
trong giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn chất lượng khơng khí xung quanh. Tuy

nhiên đã có biểu hiện ô nhiễm môi trường cục bộ qua các thông số ô nhiễm phổ
biến đặc trưng như: bụi, CO tại một số vị trí ở khu cơng nghiệp, khu dân cư và các
trục lộ giao thông công cộng trên địa bàn tỉnh.
Tại các khu cơng nghiệp (KCN), khí thải của những doanh nghiệp có nguồn thải cố
định do đốt nhiên liệu dầu FO, DO cung cấp cho lò hơi, lò sấy, lị nung…thường
chứa các chất ơ nhiễm, các chất hữu cơ bay hơi nhưng chưa được xử lý hoặc xử lý
đạt tiêu chuẩn môi trường quy định.
Tuy nhiên, thời gian qua, với nỗ lực không nhỏ của các cấp, các ngành liên quan,
nhiều biện pháp nhằm bảo vệ môi trường đã và đang được thực hiện đã phần nào
hạn chế được sự ô nhiễm môi trường trên địa bàn tỉnh.
Để nâng cao năng lực quản lý theo dõi kịp thời thách thức mới đã và đang đặt ra,
các cấp, các ngành có chức năng quản lý mơi trường rất cần hệ thống quản lý mới


Trang 2

về mơi truờng. Đề tài này trình bày một phương pháp tiếp cận theo hướng ứng dụng
CNTT, phương pháp mơ hình hố ứng dụng vào cơng tác quản lý số liệu quan trắc
mơi trường khơng khí và cơng cụ tính tốn mơ phỏng để hỗ trợ các quyết định cho
các cấp quản lý.
I.2

Mục tiêu của đề tài

Đề tài cần đạt được mục tiêu: Tiếp cận với ứng dụng đa dạng của công nghệ GIS
trong quản lý môi trường. GIS đóng vai trị nền tích hợp cho chương trình. GIS tổ
chức dữ liệu khơng gian sao cho chương trình có thể hiển thị bản đồ, mơ hình theo
u cầu của người sử dụng.
I.3

Phạm vi nghiên cứu

Xây dựng mơ hình tính tốn sự phân bố ơ nhiễm khơng khí từ nguồn điểm cao theo
phương pháp Berliand. Dựa trên các số liệu được thu thập và đo đạc trong năm
2005 tại các trạm quan trắc khơng khí và các nhà máy, cơ sở sản xuất ở KCN Biên
Hòa, Đồng Nai.
I.4

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này trình bày một số kết quả liên quan tới việc xây dựng công cụ quản
lý và khai thác số liệu quan trắc chất lượng mơi trường khơng khí dựa trên cơ sở
ứng dụng cơng nghệ GIS.
Với việc ứng dụng công nghệ GIS, phần mềm giúp cho người sử dụng thuận tiện
khi làm việc với các đối tượng không gian. Bên cạnh chức năng quản lý, khai thác
dữ liệu môi trường, phần mềm này đã tích hợp mơ hình tốn mơ phỏng sự lan
truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí để cung cấp thông tin nhanh hơn,
hiệu quả hơn và trợ giúp cho công tác dự báo, quy hoạch môi trường.
Các công cụ được xây dựng trong các phần mềm này cung cấp thơng tin để đánh giá
diễn biến mơi trường khơng khí. Việc đánh giá này sẽ giúp cho các nhà quản lý
kiểm sốt tốt hơn những địa điểm, vị trí tiềm ẩn gây ơ nhiễm khơng khí. Từ đó, đưa
ra những quyết định một cách thích hợp.


Trang 3

CHƯƠNG II TỔNG QUAN
II.1 Tình hình quản lý nhà nước về mơi trường khơng khí ở tỉnh Đồng
Nai
II.1.1 Phân tích nhu cầu quản lý nhà nước về mơi trường khơng khí

Một nghiên cứu của Viện Vệ sinh cơng cộng TPHCM về ơ nhiễm khơng khí
và bệnh tật cho thấy: ô nhiễm từ các KCN, KCX đang hoạt động với lượng
nước thải, khí thải, chất thải rắn đã và đang gây ra nhiều bệnh tật như nhiễm
độc carbon, nhiễm độc benzen, nhiễm độc nicotin … Một nghiên cứu và thống
kê khác cho thấy trên 50% trẻ em ở các quận có mức độ ơ nhiễm khơng khí
cao mắc các bệnh về đường hô hấp. Nhiều chỉ tiêu môi trường đã vượt tiêu
chuẩn cho phép và ở mức báo động khẩn.
Theo đánh giá của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), VN là một trong những
quốc gia có tỷ lệ tử vong cao nhất do các nguyên nhân liên quan đến ơ nhiễm
khơng khí ngồi trời. Mặc dù khơng phải là vấn đề mới, nhưng trên thực tế,
vần đề quản lý Nhà nước về mơi trường nói chung, về mơi trường khơng khí
thải nói riêng trong thời gian qua vẫn cịn yếu kém.
Hiện nay, phần lớn các cụm công nghiệp quy hoạch đều chưa thực hiện thủ tục
đánh giá tác động môi trường và công tác quản lý môi trường đối với các đơn
vị trong cụm cơng nghiệp đang trong tình trạng "thả nổi". Trong khi đó phần
lớn cơng nghệ các cơ sở sản xuất trong cụm công nghiệp lạc hậu, mức độ cơ
khí hóa, tự động hóa rất thấp, vốn đầu tư hạn chế, nhận thức và trách nhiệm
đối với công tác bảo vệ môi trường chưa cao. Nên các cơ sở sản xuất này tiêu
thụ nhiều nguyên liệu, nhiên liệu, nguồn thải lớn không được xử lý, vượt tiêu
chuẩn vệ sinh an tồn nhưng vẫn xả thẳng ra mơi trường gây ảnh hưởng lớn
đến sức khỏe, đời sống người dân trong khu vực.
Trong chuyến khảo sát về môi trường ở Đồng Nai, ơng Nghiêm Vũ Khải, Phó
chủ nhiệm Uỷ ban Khoa học, Công nghệ và Môi trường của Quốc hội nhận
xét, Đồng Nai có bộ máy BVMT khá so với các tỉnh khác nhưng Đồng Nai tập


Trang 4

trung các yếu tố gây ô nhiễm môi trường. Do đó, cơng tác BVMT cần sự nỗ

lực hợp sức của các ngành, các cấp, các doanh nghiệp và toàn thể nhân dân.
(Theo Báo điện tử của Ủy ban nhân dân tỉnh Đồng Nai).
II.1.2 Đánh giá tình hình quản lý nhà nước về mơi trường khơng khí

Hiện nay, Đồng Nai đã và đang xây dựng hệ thống quan trắc môi trường. Các
chất ô nhiễm được đo với tần suất xác định. Bên cạnh đó, Đồng Nai đã thu
thập một số lượng rất lớn các dữ liệu quan trắc môi trường trên địa bàn tỉnh.
Đây là những dữ liệu rất quan trọng mang tính cơ sở cho nhiều nghiên cứu cơ
bản cũng như ứng dụng hiện nay và sau này. Tuy nhiên các kết quả này vẫn
chưa được tin học hóa ở mức cần thiết thuận tiện cho nhiều người sử dụng.
Cách quản lý như vậy có nhiều hạn chế như: tài liệu, bản đồ trên giấy khó bảo
quản, cập nhật, tìm kiếm thơng tin trên giấy gặp nhiều khó khăn, mất nhiều
thời gian. Thêm vào đó việc quản lý dữ liệu thiếu đồng bộ khó có thể làm cơ
sở cho việc quy hoạch và theo dõi biến động về môi trường.
II.1.3 Chương trình quản lý mơi trường khơng khí hiện nay ở Đồng Nai
- DONAGIS

Phần mềm hình thành các CSDL mơi trường (khơng khí, nước, khu cơng
nghiệp) và 2 mođun để khai thác các nguồn CSDL này:
ƒ Mođun hiển thị và truy vấn CSDL không gian trên nền Arcview 3.2a
ƒ Mođun hiển thị và truy vấn CSDL thuộc tính trên nền Microsoft Access
Chương trình đã xây dựng sẵn giao thức để kết nối giữa dữ liệu không gian và
dữ liệu thuộc tính, ta có thể dễ dàng truy vấn được dữ liệu thuộc tính của các
đối tượng dựa vào vị trí khơng gian của đối tượng đó, và ngược lại dựa trên
các thuộc tính của đối tượng chúng ta cũng dễ dàng biết được vị trí khơng gian
của đối tượng.


Trang 5

Hình 2.1. Mođun hiển thị và truy vấn CSDL khơng gian trên nền Arcview
3.2a

Hình 2.2. Mođun hiển thị và truy vấn CSDL thuộc tính trên nền
Microsoft Access
Tuy nhiên, chương trình có những hạn chế nhất định của việc tích hợp hai
nguồn CSDL khác nhau, được xây dựng trên Arcview 3.2a cho khơng gian và
Microsoft Access cho thuộc tính.
II.2 Các cơng trình khoa học nghiên cứu và ứng dụng liên quan
Có một số chương trình do các chun gia máy tính Việt Nam lập như chương
trình do GSTS - Trần Ngọc Chấn hay GSTS - Phạm Ngọc Đăng xây dựng,
viết cho PC chạy trên ngơn ngữ lập trình PASCAL. Nhưng bảng số liệu cho


Trang 6

dưới file của PASCAL sẽ không thuận tiện khi kết nối với các phần mềm
quản lý cơ sở dữ liệu cho hệ thống GIS môi trường thường được chạy trên các
ứng dụng MAPINFOR và ARCINFOR. Mạnh và phổ cập nhất hiện nay phải
kể đến phần mềm ENVIMAP:
II.2.1 Phần mềm ENVIMAP - Phần mềm quản lý và đánh giá ô nhiễm
khơng khí

Phần mềm ENVIMAP do TSKH. Bùi Tá Long chủ trì thực hiện với phiên bản
1.0 ra đời năm 2003 dựa trên cơ sở nâng cấp và chỉnh sửa phần mềm CAP 2.5
(được thực hiện bởi nhóm tác giả tại Viện Môi trường và Tài nguyên). Sau gần
2 năm vận hành, dựa vào nhu cầu công tác nghiên cứu và giảng dạy, tới tháng
11/2005 phần mềm ENVIMAP 1.0 được nâng cấp thành phiên bản mới 2.0.
Trong hơn 1 năm qua, đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm cũng như tri thức
mới thông qua nhiều đề tài, dự án khác nhau, phần mềm đã được nâng cấp

phiên bản 2.0 thành bản 3.0 với rất nhiều tính năng mới.
ENVIMAP 3.0 là phần mềm ứng dụng GIS với CSDL môi trường, cùng với
chức năng mơ hình thể hiện mơ hình ơ nhiễm của một hay nhiều nguồn thải.
Mơ hình trong ENVIMAP 3.0 thể hiện một cách trực quan, giúp người sử
dụng dễ hình dung và liên hệ với thực tế.
Sơ đồ cấu trúc của phần mềm ENVIMAP:


Trang 7

BÁO CÁO
THỐNG KÊ

TÀI LIỆU
HỖ TRỢ

ENVIMAP

MAPINFOR

MƠ HÌNH

CSDL

Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc của phần mềm ENVIMAP
Sơ đồ trên đây cho thấy phần mềm là một hệ thống GIS môi trường với đầy đủ
các tính năng hỗ trợ quản lý (báo cáo, thống kê, tài liệu hỗ trợ), hiển thị trực
quan và xây dựng mơ hình trên nền MapInfor.
II.2.2 Phần mềm CAP 3.0 - Phần mềm tính tốn ơ nhiễm khơng khí

Phần mềm CAP cũng do TSKH. Bùi Tá Long chủ nhiệm, gồm nhiều phiên
bản khác nhau. Phiên bản đầu tiên ra đời vào năm 1995. Phiên bản 3.0 vào
tháng 9/2006.
Các chức năng chính của CAP:
ƒ Tính sự phân bố nồng độ chất ơ nhiễm trên mặt đất theo 2 nhóm kịch bản
khác nhau là khí tượng và khí thải.
ƒ Vẽ các vùng ảnh hưởng khác nhau
ƒ So sánh kết quả tính tốn với TCVN
ƒ Thực hiện các báo cáo tự động, chuyển file kết quả qua email.
Phần mềm có 2 mođun:
ƒ Tính tốn sự phát tán ơ nhiễm khơng khí theo mơ hình Gauss


Trang 8

Khí tượng
- Vận tốc gió
- Nhiệt độ khơng khí
- Độ ổn định khí
quyển
- Áp suất
Nguồn thải
- Nhiệt độ khí thốt ra
- Vận tốc khí thốt ra
- Tải lượng chất ơ
nhiễm

Vệt
nâng
ống

khói

Mơ hình
tốn

Điều kiện biên
- Hấp thụ hồn tồn
- Phản xạ hồn tồn
- Hỗn hợp

Hình 2.4. Sơ đồ tự động hóa tính tốn ơ nhiễm khơng khí theo mơ hình
Gauss


Trang 9

ƒ Tính tốn sự phát tán ơ nhiễm khơng khí theo mơ hình Berliand

Kịch bản tính tốn
Khí tượng:
- Vận tốc gió tại
10m u10
- Hướng gió
- Nhiệt độ T
- Hệ số k0, k1
Nguốn thải:
- Chiều cao
- Đường kính D
- Nhiệt độ khí Tb
- Vận tốc khí

phụt ω0
- Tải lượng M

Vệt
nâng
ống
khói
∆h

Độ cao
hữu dụng
H= h + ∆h

Mơ hình
tốn tại
các nút
lưới

Vẽ bản
đồ ơ
nhiễm

Nội suy

Lưới tính

Hình 2.5. Sơ đồ tự động hóa tính tốn ơ nhiễm khơng khí theo mơ hình
Berliand
II.2.3 ENVIMDN – Đà Nẵng

Phần mềm ENVIMDN phiên bản 1.0 trợ giúp công tác quản lý mơi trường
khơng khí cho khu cơng nghiệp Hồ Khánh tại thành phố Đà Nẵng, kết hợp
GIS, cơ sở dữ liệu và mơ hình tốn.
Phần mềm dựa trên cấu trúc của ENVIMAP và CAP. Phần mềm đạt được một
số kết quả chính sau đây:
ƒ Xây dựng mơ hình thích nghi tính tốn sự phân bố ơ nhiễm khơng khí từ
nguồn điểm theo phương pháp Berliand. Dựa trên các số liệu Khí tượng
được đo đạc liên tục trong vịng 3 năm 2001 – 2003 tại Đà Nẵng đã tính


Trang 10

toán hệ số phát tán ngang và thẳng đứng thích nghi với điều kiện khí tượng
của Đà Nẵng.
ƒ Tính toán theo ba kịch bản cho trường hợp vận tốc gió trung bình, vận tốc
gió mạnh và trường hợp lặng gió. Kết quả tính tốn bước đầu cho thấy hiện
trạng chất lượng khơng khí khu vực khu cơng nghiệp Hịa Khánh vẫn ở
mức cho phép.
ƒ Nhập số liệu quan trắc chất lượng khơng khí vào các trạm đo vào
ENVIMDN. Với ENVIMDN người sử dụng có một cơng cụ mềm dẻo tích
hợp CSDL mơi trường với GIS cho phép người sử dụng nhập số liệu, xem
số liệu, xử lý số liệu và làm các báo cáo với mức độ tự động hóa khác
nhau.
Phần mềm này cho phép quản lý dữ liệu quan trắc chất lượng khơng khí và
tính tốn mơ phỏng ô nhiễm không khí theo các kịch bản khác nhau một cách
dễ dàng và nhanh chóng.

Hình 2.6. Tính tốn ơ nhiễm khơng khí cho khu cơng nghiệp Hịa Khánh
trong trường hợp lặng gió (Trịnh Thị Thanh Duyên, 2004)

Trang 11

Hình 2.7. Tính tốn ơ nhiễm khơng khí cho khu cơng nghiệp Hịa Khánh
trong điều kiện có gió (Trịnh Thị Thanh Dun, 2004)
Với việc tìm hiểu các cơng trình nghiên cứu và ứng dụng tại Đồng Nai và Đà
Nẵng cho thấy: hiện nay việc quản lý các dữ liệu quan trắc tại nhiều tỉnh thành
còn chưa được chú ý đúng mức thể hiện chi tiết ở những bất cập sau đây:
-

Các phần mềm hiện dùng để lưu trữ các dữ liệu quan trắc như Excel; MS
Access; ... chưa gắn với dữ liệu không gian;

-

Một số phần mềm GIS như MapInfo, ArcView lại chưa tận dụng thế mạnh
của các hệ quản trị dữ liệu thuộc tính;

-

Các số liệu thu thập được tuy đã có nhưng hiện tại vẫn được quản lý riêng
rẽ chưa thành hệ thống, đặc biệt là chưa gắn với các vị trí địa lý. Cách quản
lý như vậy gây nhiều khó khăn cho việc tìm kiếm, trao đổi thông tin cũng
như đưa ra một bức tranh tổng hợp trên cơ sở tích hợp nhiều loại số liệu.

-

Vấn đề nghiên cứu tích hợp giữa các loại số liệu về chất lượng mơi trường
khơng khí cũng như nghiên cứu về mơ hình phát tán ơ nhiễm khơng khí
vẫn cịn là vấn đề bỏ ngỏ.

Trang 12

CHƯƠNG III CƠ SỞ LÝ THUYẾT
III.1 Đặt vấn đề & hướng giải quyết
Trong công tác bảo vệ môi trường, việc kiểm tra ảnh hưởng của các nguồn thải chất
ô nhiễm cao như ống khói lị hơi, ống thải bụi, … là một công việc rất quan trọng và
thường xuyên. Nội dung nghiên cứu của đề tài là từ các thơng số của ống thải như:
chiều cao, đường kính, nhiệt độ khí thải, vận tốc khí thải, nồng độ chất ô nhiễm
trong khí thải và từ khoảng cách các nguồn thải cần phải tính phân bố nồng độ chất
ơ nhiễm dưới hướng gió nguồn thải và so sánh với TCVN để có thể kết luận nguồn
thải có hay khơng gây ô nhiễm cho môi trường không khí xung quanh và xây dựng
mơ hình nội suy nồng độ cho vùng lân cận nguồn thải.
Dựa trên những phân tích và cơ sở lý luận trên đây, luận văn đề xuất hướng giải
quyết như sau:
Xây dựng chương trình ứng dụng có các khả năng giải quyết đề bài đã đặt ra. Đó
là với tạo một CSDL Personal Geodatabse kết hợp thông tin thuộc tính với vị trí
khơng gian, chương trình ứng dụng có các công cụ quản lý và khai thác dữ liệu
môi trường khơng khí; theo dõi (lập các báo cáo) và đánh giá biến động (lập các
đồ thị và mơ hình), cụ thể:Quản lý thơng số của những ống khói (chiều cao,
đường kính, vị trí …) tại các nhà máy trong KCN Biên Hòa, các trạm quan trắc
(tên trạm, địa chỉ, …) thuộc tỉnh Đồng Nai.

ƒ Quản lý số liệu quan trắc khí thải tại các ống khói và trạm quan trắc (nhiệt
độ, vận tốc, nồng độ, …)

ƒ Hiển thị trực quan trên bản đồ cả vị trí khơng gian, tương quan khơng gian và
mơ hình luồng khí thải.

ƒ Vận dụng các cơng thức tốn học của Berliand giải bài tốn khí thải với số
liệu đầu vào là các thơng số nêu trên, đầu ra là các kết quả như sau: vệt nâng
ống khói theo Holland, nồng độ cực đại Cmax trên mặt đất dưới hướng gió,
khoảng cách Xmax xuất hiện Cmax, vận tốc gió nguy hiểm…


Trang 13

ƒ Xây dựng đồ thị phân bố nồng độ khí thải dưới hướng gió của nguồn thải và
so sánh với TCVN để có thể kết luận nguồn thải có hay khơng gây ơ nhiễm
cho mơi trường khơng khí xung quanh.

ƒ Xây dựng mơ hình mơ phỏng luồng khí thải cho vùng lân cận nguồn thải,
dựa trên mơ hình đó có thể tính nồng độ của khí tại một vị trí bất kỳ.
Tóm lại, chương trình phần nào giải quyết các câu hỏi cơ bản của bài toán
thực tế về quản lý mơi trường khơng khí hiện nay tại các KCN, KCX.
Chương trình vẫn tiếp tục phát triển và hồn thiện để có thể giải quyết tốt
hơn, hiệu quả hơn cho bài tốn quản lý mơi trường khơng khí nói riêng và
mơi trường sống nói chung.
III.2 Lý thuyết về mơi trường
III.2.1 Một số khái niệm

III.2.1.1 Môi trường
Môi trường là tập hợp tất cả các thành phần vật chất bao quanh ta, được
hình thành do các quá trình tự nhiên hoặc được tạo ra do bởi con người,
có khả năng tác động đến sự tồn tại và phát triển của sinh vật. Môi
trường tự nhiên bao gồm thạch quyển, thuỷ quyển, khí quyển. Mơi
trường nhân tạo như đồng ruộng, vườn tược, cơng viên, thành phố, các
cơng trình văn hố, các nhà máy sản xuất cơng nghiệp…
III.2.1.2 Ơ nhiễm mơi trường

Mơi trường là tập hợp tất cả các thành phần vật chất bao quanh ta, được
hình thành do các quá trình tự nhiên hoặc được tạo ra bởi con người
III.2.1.3 Tiêu chuẩn chất lượng môi trường
Tiêu chuẩn chất lượng môi trường là những chuẩn mực, giới hạn cho
phép, được quy định dùng làm căn cứ để quản lý môi trường.


Trang 14

III.2.1.4 Mơi trường khơng khí
Khí quyển là lớp khơng khí bao phủ xung quanh bề mặt trái đất, có khối
lượng 5.2x108 kg < 0.0001 % trọng lượng trái đất.
Khí quyển có tác dụng duy trì sự sống tên trái đất, ngăn chặn tác động
độc hại của tia tử ngoại gần, tia thấy được, tia hồng ngoại gần và sóng
radio đi vào trái đất. Khí quyển đóng vai trị quan trọng trong việc giữ
cân bằng nhiệt của trái đất thông qua quá trình hấp thụ tia tử ngoại phát
xạ từ mặt trời và phản xạ tia nhiệt từ mặt đất lên. Khí quyển ở tầng thấp
có chức năng cung cấp oxy và dioxit cacbon cần thiết cho sự sống tên
trái đất, cung cấp nitơ cho quá trình cố định đạm ở thực vật và là môi
trường vận chuyển nước từ đại dương vào đất liền, tham gia vào quá
trình tuần hồn nước.
III.2.1.5 Ơ nhiễm khơng khí
Mơi trường khơng khí có ý nghĩa rất quan trọng đối với con người. Tuy
nhiên, mơi trường khơng khí đã và đang bị ơ nhiễm từ lâu và ngày càng
bị ô nhiễm trầm trọng.
Theo TCVN 5966-1995, ơ nhiễm khơng khí là sự có mặt của các chất
trong khí quyển sinh ra từ hoạt động của con người hoặc các quá trình tự
nhiên, ảnh hưởng đến mơi trường.
III.2.1.6 Những vấn đề về chất lượng khơng khí
Chất lượng mơi trường khơng khí được đặc trưng bằng các chỉ tiêu nồng

độ các chất ơ nhiễm trong khơng khí. Nồng độ các chất ơ nhiễm càng
nhỏ thì chất lượng khơng khí càng tốt.
III.2.1.7 Tiêu chuẩn chất lượng mơi trường khơng khí
Tiêu chuẩn mơi trường là những chuẩn mực, giới hạn cho phép, được
quy định dùng làm cơ sở pháp lý để quản lý môi trường (kiểm tra, kiểm


Trang 15

Tiêu chuẩn chất lượng mơi trường khơng khí mà đề tài áp dụng bao
gồm:
ƒ TCVN 5937-1995. Chất lượng không khí - Tiêu chuẩn chất lượng
khơng khí xung quanh (xem Phụ lục)
ƒ TCVN 5966-1995. Chất lượng khơng khí – Những vấn đề chung
(xem Phụ lục)
III.2.2 Tính tốn khuếch tán chất ô nhiễm từ các nguồn điểm cao theo
mô hình Berliand

III.2.2.1 Khái niệm nguồn điểm
Trong thực tế ta quan sát thấy có nhiều loại nguồn thải chất ơ nhiễm
khác nhau như ống khói nhà máy, ống xả khí của các loại thiết bị máy
móc cơng nghệ, ống xả khí của xe ơ tơ, xe máy, cửa mái thốt gió của
nhà cơng nghiệp, bãi chứa vật liệu than, xỉ, xăng dầu …
Từ những loại nguồn thải đó ta có thể phân chúng thành ba dạng chủ yếu
sau đây:
1. Nguồn điểm: ống khói, ống xả khí. Chất ơ nhiễm thốt ra từ một điểm
là miệng ống khói, miệng ống xả khí.
2. Nguồn đường: cửa mái thốt gió nhà cơng nghiệp, ơ tơ nối đi nhau
chạy trên đường. Chất ơ nhiễm bốc vào khí quyển thành vệt dài.
3. Nguồn mặt: bãi chứa vật liệu có bốc bụi, bốc hơi khí độc hại – chất ơ

nhiễm bốc vào khí quyển từ một bề mặt có diện tích rộng.
Trong dạng nguồn điểm người ta lại phân biệt thành nguồn điểm cao và
nguồn điểm thấp.


Trang 16

Nguồn điểm cao là nguồn có dạng ống khói, đứng độc lập ở chỗ trống
không bị các chướng ngại như đồi núi hoặc nhà cửa che chắn xung
quanh hoặc đứng trong quần thể các cơng trình nhưng độ cao của nó
vượt ra ngồi vùng bóng khí động do các vật cản hoặc cơng trình nhà
cửa xung quanh gây ra. Thơng thường ống khói có độ cao lớn hơn hoặc
bằng 2.5 lần chiều cao của các chướng ngại hoặc công trình lân cận thì
được xem là nguồn điểm cao. Ngược lại ta sẽ có nguồn điểm thấp.
Trong đề tài này ta nghiên cứu quy luật khuếch tán các chất ô nhiễm từ
nguồn điểm cao theo phương pháp Berliand M.E
III.2.2.2 Ph ương trình cơ bản ban đầu
Ở Liên Xơ (cũ), những cơng trình nghiên cứu lý thuyết về khuếch tán
được tiến hành ở Đài Địa Lý – Thiên văn Trung ương dựa trên phương
trình vi phân của quá trình khuếch tán từ nguồn điểm cao được viết dưới
dạng:
u

∂C
∂C ∂ ⎛ ∂C ⎞ ∂ ⎛ ∂C ⎞
⎟ −αC
+ω
= ⎜kz
⎟+ ⎜ k y
∂x

∂z ∂z ⎝ ∂z ⎠ ∂y ⎜⎝ ∂y ⎟⎠

(3.1)

Trong đó:
C – nồng độ chất ơ nhiễm
u – vận tốc gió
ω - vận tốc theo phương thẳng đứng của chất ô nhiễm
kz và ky – lần lượt là hệ số trao đổi theo phương đứng và phương
ngang
∝- hệ số xác định sự thay đổi nồng độ chất ô nhiễm do phân hủy hóa
học hoặc gội sạch bởi sương mưa
Các giả thuyết ban đầu được thừa nhận là: nguồn điểm được đặt ở độ cao
z = H (khi x = 0); có sự phản xạ hồn tốn chất ơ nhiễm từ mặt đất (hoặc