Báo cáo Ứng dụng công nghệ GIS trong việc quản lý bụi thải và mô phỏng quá trình ô nhiễm tại mỏ than Khánh Hòa, tỉnh Thái Nguyên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
KHOA / ĐƠN VỊ: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN
BÁO CÁO KẾT QUẢ
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG
MÃ SỐ:
Trang
bìaTÀI:
phụ
TÊN
ĐỀ

ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ GIS TRONG VIỆC QUẢN LÝ
BỤI THẢI VÀ MƠ PHỎNG Q TRÌNH Ơ NHIỄM
KHƠNG KHÍ TẠI MỎ THAN KHÁNH HOÀ
THÁI NGUYÊN

1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
KHOA / ĐƠN VỊ: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN
BÁO CÁO KẾT QUẢ
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG
MÃ SỐ:
TÊN ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG VIỆC QUẢN LÝ
BỤI THẢI VÀ MƠ PHỎNG Q TRÌNH Ơ NHIỄM
KHƠNG KHÍ TẠI MỎ THAN KHÁNH HỒ
THÁI NGUN
Chủ trì đề tài: Nguyễn Hồng Nhung

Những người tham gia: Nguyễn Hồng Nhung
Thời gian thực hiện: từ tháng 1 – 12/2013
Địa điểm nghiên cứu: Mỏ than Khánh Hòa tỉnh Thái Nguyên
THÁI NGUYÊN – 2014

2


TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ
Tên đề tài: Ứng dụng cơng nghệ GIS trong việc quản lý bụi thải và mô phỏng
q trình ơ nhiễm khơng khí tại mỏ than Khánh Hòa Thái Nguyên
Mã số:
Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Hồng Nhung
Tel.: 01692706381 E-mail:
Cơ quan chủ trì đề tài: : trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên
Cơ quan và cá nhân phối hợp thực hiện: Phịng mơi trường thuộc mỏ than
Khánh Hịa tỉnh Thái Ngun. TS – Hồng Văn Hùng
Thời gian thực hiện: Từ tháng 1- 12/2013
1. Mục tiêu:
- Đánh giá được thực trạng ô nhiễm môi trường do bụi than gây ra tại mỏ than
Khánh Hòa và những khu vực môi trường xung quanh chịu ảnh hưởng của bụi than.
- Ứng dụng GIS xây dựng CSDL bản đồ mô phỏng thực trạng nồng độ bụi, và
mức độ ô nhiễm so với tiêu chuẩn và quy chuẩn cho phép của VN.
- Hoàn thành cơ sở dữ liệu phục vụ dự báo ô nhiễm nói chung cũng như mức
độ ảnh hưởng do bụi than nói riêng tại mỏ than Khánh Hịa và những khu vực xung
quanh chịu tác động trực tiếp.
- Đề ra những giải pháp hạn chế sự ảnh hưởng, và ô nhiễm môi trường do bụi
than tại mỏ than Khánh Hịa gây ra.
2. Nội dung chính:

- Đặc điểm của khu vực nghiên cứu
- Đặc điểm, hiện trạng môi trường không khí dưới sự ảnh hưởng của bụi mỏ.
- Những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lan truyền bụi thải
- Các giai pháp nhằm hạn chế và giảm thiểu ô nhiễm mỗi trường vùng mỏ
3. Kết quả chính đạt được (khoa học, ứng dụng, đào tạo, kinh tế – xã hội,
v.v…)

3


* Sản phẩm khoa học:
- Tài liệu học tập và tham khảo cho sinh viên ngành môi trường
- Bản đồ mô phỏng ô nhiễm bụi thải trong khu vực khu dân cư gần moong
khai thác và tại moong khai thác tại mỏ than Khánh Hòa Thái Nguyên
* Sản phẩm ứng dụng
- Bản đồ mô phỏng ô nhiễm bụi thải
- Báo cáo kết quả nghiên cứu của đề tài.
SUMMARY
- Research Project Title: “Application of Gis technology in dust management
and imitate a pollution process in Khanh hoa coalmine in Thai nguyen Province”
- Code number:
- Cordinator: Nguyen Hong Nhung
Tel.: 01692706381 E-mail:
- Implementing Institution: Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry
- Cooperating Institution(s): room environment of coal mines Khanh Hoa Thai
Nguyen And TS: Hoang Van Hung
- Duration: from 01/2013 to 12/2013
1. Objectives:
- Assessment of the current situation of environmental pollution caused by coal
dust in coal mines Khanh Hoa and surroundings areas affected by coal dust.

- Application of GIS database maps constructed reality simulation of dust
concentrations, and pollution levels compared with standards and regulations allow
the VN.
- Complete database serves forecast pollution in general as well as the effects
of coal dust in coal mines in particular, Khanh Hoa and surrounding areas directly
affected.
- Propose solutions to limit the impact, and the environmental pollution
caused by coal dust in coal mines caused Khanh Hoa.
2. Main contents:
- Characteristics of the study area
- Characteristics of the environmental status of air under the influence of dust
deposits
- What factors influence the spread of dust
- Measures to limit and reduce environmental pollution mines
3. Results obtained:
* Scientific products:
- Learning materials and reference for students of the environment.

4


- Map simulated dust pollution in residential areas near mining pits and coal
mines mining pits in Khanh Hoa, Thai Nguyen
* Product applications
- Map simulated dust pollution
- Report on the results of research topics.

Phần 1
PHẦN MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề

Ngày nay vấn đề về môi trường trở thành vấn đề trọng tâm khơng chỉ của
riêng một quốc gia nào, mà nó trở thành vấn đề trọng tâm của toàn cầu (Phạm Ngọc
Hồ, 1996). Nhiều bài học để lại của những quốc gia có tốc độ phát triển kinh tế quá
nhanh mà không chú trọng và đi đôi với việc bảo vệ môi trường (Trần Ngọc Chấn,
2000). Việc hướng tới mục tiêu phát triển bền vững đã làm nảy sinh ra một lớp rộng
lớn các bài tốn quản lý chất lượng mơi trường. Với mục tiêu kiểm sốt mơi trường
một cách khách quan, từ cơ sở khoa học chất lượng môi trường là các trạm quan
trắc và các hoạt động quan trắc được thực hiện theo quy định (Lê Văn Thao, 1995).
Khi đã có nhiều số liệu quan trắc thì bước tiếp theo cần phải làm là xây dưng các
công cụ xử lý số liệu hiệu quả, kết hợp với mơ hình hóa để hỗ trợ cho các nhà quản
lý ra quyết định (Bùi Tá Long, 2008).
Trong hệ thống quản lý chất lượng mơi trường, quản lý chất lượng khơng khí
tại các khu vực khai khống đóng vai trị quan trọng. Chức năng quan trắc mơi
trường khơng khí khơng thể thiếu vì đây là cách tốt nhất trả lời cho câu hỏi có ơ
nhiễm hay khơng, tuy nhiên chỉ quan trắc mơi trường thơi là chưa đủ vì cần phải
làm sáng tỏ tác động môi trường ở những mức độ khác nhau và những tác động tích

5


lũy (Phạm Ngọc Đăng, 1997, Trần Yêm và Trịnh Thị Thanh, 2003). Bên cạnh đó,
cần đưa ra dự báo về biến đổi chất lượng môi trường xung quanh dưới tác động
tổng hợp của các hoạt động khai thác khoáng sản, soạn thảo ra các khuyến cáo
nhằm tiến hành tối ưu các biện pháp bảo vệ môi trường. Để thực thi chức năng này
cần thiết phải sử sụng các phương pháp tính tốn định lượng (Bùi Tá Long, 2006).
Hơn nữa thực tế cho thấy hàng năm những nhà máy, xí nghiệp, các mỏ khai
khống đã và đang thải ra hàng nghìn tấn bụi vào khơng khí, hoạt động này đã ảnh
hưởng trầm trọng tới sức khỏe của con người, tuy nhiên cơng tác quản lý mơi
trường khơng khí ở nước ta chủ yếu ở dạng giấy truyền thống, một phần đã được số
hóa nhưng cịn nhỏ lẻ và manh mún thiếu tính đồng bộ (Hồng Văn Hùng, Nguyễn

Ngọc Anh, 2013). Nhất là vấn đề về bụi thải chưa được quan tâm đúng mức, trong
việc quản lý còn nhiều hạn chế. Chưa có cơ sở dữ liệu với độ tin cậy cao để thực
hiện cơng tác quản lí, đền bù cho người dân, cũng như giải quyết những vấn đề về
môi trường do bụi thải từ những xí nghiệp, nhà máy hay mỏ khai khống gây ra
(Hồng Văn Hùng, Nguyễn Văn Nghĩa, 2013). Do đó, cần thiết phải có những
giải pháp hiệu quả khắc phục vấn đề đã nêu trên. Kế thừa thành tựa của nhiều
nghành khoa học, cùng sự phát triển vượt bậc của khoa học thơng tin nói chung,
Ứng dụng GIS vào mơ phỏng q trình ơ nhiễm và quản lý chất lượng môi trường
sẽ giải quyết hiệu quả bài toán đã nêu ra (Bùi Tá Long, 2006).
Mỏ than Khánh Hịa được quy hoạch trên diện tích 13 ha thuộc địa phận xã
Sơn Cẩm, huyện Phú Lương; xã Phúc Hà, thành phố Thái Nguyên và xã An Khánh,
huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên (Công ty than KH, 2011). Mỏ cách trung tâm
thành phố Thái Nguyên 4km về phía Tây, đây là mỏ khai khống có cơ sở hạ tầng
và hệ thống giao thông được được xây dựng tương đối tốt đáp ứng cơng tác khai
khống đạt hiệu quả ổn định. Cũng như những mỏ khai thác khoáng sản khác mỏ
than Khánh Hòa đang phải đối mặt với nhiều vấn đề mơi trường nước thải, chất thải
rắn, chất lượng khơng khí (Cơng ty than KH, 2011; Hồng Văn Hùng và Nguyễn
Ngọc Anh, 2013). Hiện tại, chất lượng khơng khí ở mỏ than Khánh Hòa chưa trở
nên nghiêm trọng nhưng với tốc độ phát triển như hiện nay và mục tiêu mở rộng
khai thác thì cơng tác quản lý chất lượng mơi trường khơng khí là một vấn đề đáng
quan tâm (Sở TNMT TN, 2013). Chính vì vậy, luận chứng xây dựng một hệ thống
giám sát mơi trường khơng khí có hiệu quả là một yêu cầu thực tiễn hiện nay.

6


Việc lựa chọn mỏ than Khánh Hòa là do mỏ khai khoáng này nằm gần thành
phố Thái Nguyên, do vậy rất cần một hệ thống giám sát mơi trường có hiệu quả dựa
trên ứng dụng cơng nghệ thơng tin.
Từ đó tính cấp thiết cụ thể của đề tài là:

- Hiện nay giám sát chất lượng mơi trường khơng khí tại mỏ than Khánh Hòa
đã được quan tâm, tuy nhiên vẫn chưa có một cơng nghệ đánh giá nhanh chóng ảnh
hưởng của hoạt động khai khống lên chất lượng mơi trường khơng khí xung quanh.
- Các số liệu mơi trường liên quan tới mỏ than Khánh Hịa đã có nhưng hiện
tại chưa được quản lý bằng phần mềm GIS. Cách quản lý truyền thống bằng bản
giấy gây nhiều khó khắn cho việc tìm kiếm, trao đổi thơng tin cũng như đưa ra một
bức tranh tổng hợp trên cơ sở tích hợp nhiều loại số liệu.
- Để từng bước hội nhập theo xu hướng hội nhận như hiện nay, mỏ than
Khánh Hòa cần phải xây dựng cơ sở hạ tầng về thông tin đáp ứng được các chuẩn
quốc tế và khu vực, trong đó ứng dụng cơng nghệ thơng tin là một trong những điều
kiện không thể thiếu.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn, được sự đồng ý của Ban chủ nhiệm khoa Tài
nguyên & Môi trường, trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên, dưới sự hướng dẫn
của thầy giáo: TS. Hoàng Văn Hùng, tôi tiến hành đề tài: “Ứng dụng công nghệ
GIS trong việc quản lý bụi thải và mô phỏng q trình ơ nhiễm tại mỏ than
Khánh Hịa, tỉnh Thái Nguyên”.
1.2. Mục tiêu tổng quát của nghiên cứu
Đánh giá thực trạng ô nhiễm môi trường do bụi của hoạt động khai thác than
gây ra và ứng dụng công nghệ GIS xây dựng bản đồ mô phỏng thực trạng nồng độ
bụi và mức độ ô nhiễm bụi so với quy chuẩn Việt Nam.
1.3. Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu
- Đánh giá được thực trạng ô nhiễm môi trường do bụi than gây ra tại mỏ than
Khánh Hòa và những khu vực môi trường xung quanh chịu ảnh hưởng của bụi than.
- Ứng dụng GIS xây dựng CSDL bản đồ mô phỏng thực trạng nồng độ bụi, và
mức độ ô nhiễm so với tiêu chuẩn và quy chuẩn cho phép của VN.

7


- Hoàn thành cơ sở dữ liệu phục vụ dự báo ơ nhiễm nói chung cũng như mức

độ ảnh hưởng do bụi than nói riêng tại mỏ than Khánh Hịa và những khu vực xung
quanh chịu tác động trực tiếp.
- Đề ra những giải pháp hạn chế sự ảnh hưởng, và ô nhiễm môi trường do bụi
than tại mỏ than Khánh Hòa gây ra.
1.4. Yêu cầu của nghiên cứu
- Tiến hành điều tra, thu thập số liệu. Thực hiện quan trắc môi trường theo
đúng quy định.
- Xây dựng được mô hình mơ phỏng hiện trạng bụi thải.
- Cập nhập dữ liệu thuộc tính, so sánh với tiêu chuẩn và quy chuẩn VN để dự
báo xu thế, diễn biến thay đổi của chất lượng môi trường.
- Tạo ra cơ sở dữ liệu cho công tác quản lý.
1.5 Ý nghĩa của đề tài
1.5.1. Ý nghĩa khoa học
- Củng cố kiến thức đã được học trong nhà trường và kiến thức thực tế cho
sinh viên trong quá trình vận dụng vào làm đề tài nghiên cứu khoa học.
- Nâng cao kĩ năng tìm tịi sáng tạo, tư duy, tìm kiếm, xử lí thơng tin của sinh
viên trong quá trình làm đề tài.
- Vận dụng và phát huy những kiến thức đã học tập vào nghiên cứu.
- Nâng cao kiến thức, kĩ năng và rút ra những kinh nghiệm thực tế phục vụ
cho công tác nghiên cứu sau này.
- Nâng cao khả năng tự học tập, nghiên cứu và tìm tài liệu.
- Bổ sung tư liệu cho học tập.
1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Ứng dụng công nghện thông tin xây dựng hệ thống bản đồ mơ phỏng q
trình ơ nhiễm tại mỏ than Khánh Hòa, tỉnh Thái Nguyên giúp địa phương đánh giá
được thực trạng và những tác động của hoạt động khai thác than tới môi trường.
Cung cấp cơ sở dữ liệu với độ chính xác cao phục vụ cơng tác quản lý và công tác
đánh giá tác động môi trường.

8

- Kiến nghị và đề xuất những biện pháp thích hợp nhằm giảm thiểu và hạn
chế những tác động tiêu cực tới môi trường và giúp cho các nhà quản lý có cơ sở để
hoạch định các chính sách quản lý môi trường tốt hơn cho địa phương.

9


Phần 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Nội dung quản lý nhà nước về môi trường
Nội dung công tác quản lý nhà nước về môi trường của Việt Nam được thể
hiện trong điều 37, Luật Bảo vệ Môi trường, gồm các điểm:
- Ban hành và tổ chức việc thực hiện các văn bản pháp quy về bảo vệ môi
trường, ban hành hệ thống tiêu chuẩn môi trường.
- Xây dựng, chỉ đạo thực hiện chiến lược, chính sách bảo vệ mơi trường, kế
hoạch phịng chống, khắc phục suy thối mơi trường, ơ nhiễm môi trường, sự cố
môi trường.
- Xây dựng, quản lý các cơng trình bảo vệ mơi trường, các cơng trình có liên
quan đến bảo vệ môi trường.
- Tổ chức, xây dựng, quản lý hệ thống quan trắc, định kỳ đánh giá hiện trạng
môi trường, dự báo diễn biến môi trường.
- Thẩm định các báo cáo đánh giá tác động môi trường của các dự án và các cơ
sở sản xuất kinh doanh.
- Cấp và thu hồi giấy chứng nhận đạt tiêu chuẩn môi trường.
- Giám sát, thanh tra, kiểm tra việc chấp hành về bảo vệ môi trường, giải quyết
các khiếu nại, tố cáo, tranh chấp về bảo vệ môi trường, xử lý vi phạm pháp luật về
bảo vệ môi trường.
- Tổ chức nghiên cứu, áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực bảo vệ

môi trường.
- Thiết lập quan hệ quốc tế trong lĩnh vực bảo vệ môi trường (Luật bảo vệ môi
trường năm 2005-BTNMT).
2.2 Một số khái niệm liên quan
* Môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc hội nước Cộng
hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khố XI, kỳ họp thứ 8 thơng qua ngày 29 tháng 11
năm 2005, định nghĩa như sau: “Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật

10


chất nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất, sự tồn tại,
phát triển của con người và sinh vật”.
* Ơ nhiễm mơi trường: Theo Điều 6 Luật Bảo vệ mơi trường Việt Nam 2005:
“Ơ nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần môi trường không phù hợp
với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu đến con người, sinh vật”.
* Ô nhiễm mơi trường khơng khí: Là sự thay đổi thành phần và chất lượng
khơng khí, vượt q tiêu chuẩn cho phép và có ảnh hưởng xấu đến đời sống con
người và sinh vật.
* Tiêu chuẩn môi trường: Trong Luật Bảo vệ mơi trường đã được Quốc hội
nước Cộng hồ xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày
29 tháng 11 năm 2005, định nghĩa như sau: “Là giới hạn cho phép của các thông số
về chất lượng môi trường xung quanh, về hàm lượng của chất gây ô nhiễm trong
chất thải được cơ quan nhà nước có thẩm quyền qui định làm căn cứ để quản lý và
bảo vệ môi trường”.
* Quan trắc môi trường: là q trình theo dõi có hệ thống về môi trường, các
yếu tố tác động lên môi trường nhằm cung cấp thông tin phục vụ đánh giá hiện
trạng, diễn biến chất lượng môi trường và các tác động xấu đối với môi trường
(Luật bảo vệ môi trường năm 2005-BTNMT).
2.3.1 Các nguồn gây ơ nhiễm khơng khí

Có hai loại nguồn gây ơ nhiễm mơi trường khơng khí là:
- Nguồn ơ nhiễm tự nhiên
- Nguồn ô nhiễm nhân tạo
Ở đây ta chỉ xét các nguồn ơ nhiễm nhân tạo
* Ơ nhiễm mơi trường do sản xuất cơng nghiệp
Ơ nhiễm do sản xuất công nghiệp là do các ống thải ở các nhà máy thải ra mơi
trường khơng khí rất nhiều loại chất độc hại. Trong quá trình sản xuất, các chất độc
hại thốt ra do bốc hơi, rị rỉ, tổn hao trên dây chuyền sản xuất, trên các phương tiện
dẫn tải…

11


Đặc điểm của chất thải do quá trình sản xuất là nồng độ chất độc hại rất cao,
tùy vào quy mô của nhà máy mà nồng độ bụi khác nhau và phạm vi lan truyền khác
nhau, căn cứ vào kích thước hình học (độ cao, hình dáng của bơ phận thải) ta chia
ra: nguồn cao, nguồn thấp, nguồn đường, nguồn măt.
* Ơ nhiễm mơi trường do giao thơng vận tải.
Giao thông vận tải cũng là một nguồn gây ô nhiễm lớn cho mơi trường khơng
khí. Ơ nhiễm giao thơng vận tải gây ra do các khí thải như: CO, SO 2,HC, NOx.,
nguồn ô nhiễm giao thông vận tải đều là nguồn thấp, sự khuếch tán chất ô nhiễm
phụ thuộc nhiều vào địa hình và bố trí quy hoạch.
* Ơ nhiễm môi trường do sinh hoạt của con nguời.
Nguồn ô nhiễm do sinh hoạt của con người do các bếp đun nấu, các lò sưởi,
sử dụng nhiên liệu than, củi dầu, khí đốt. So với hai nguồn ơ nhiễm trên, ở đây
lượng độc hại khơng nhiều lắm, song nó gây ơ nhiễm cục bộ, và vì nó ở sát cạnh
con người cho nên tác hại của nó lớn và nguy hiểm.
Bảng 2.1. CÁC NGUỒN ĐỘC HẠI LÀM Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ
CỦA TỒN CẦU NĂM 1992

(Tính theo triệu tấn)
Các chất ơ nhiễm chính
Nguồn gây ơ nhiễm

1- Qúa trình sản xuất công nghiêp
2- Giao thông vận tải
- Xe ô tô chạy xăng
- Xe ô tô chạy dầu
- Máy bay
- Tàu hỏa và các loại khác
Cộng
3-Đốt tự nhiên
- Than
- Dầu xăng
- Khí đốt tự nhiên
- Gỗ, củi
Cộng
4-Xử lý chất thải rắn

12

CO

Bụi

SOx

HC

NOx

8,8

6,8

6,6

4,2

0,2

53,5
0,2
2,4
2,0
58,1

0,5
0,3
0,0
0,4
1,2

0,2
0,1
0,0
0,5
0,8

13,8

0,4
0,3
0,6
15,1

6,0
0,5
0,0
0,8
7,3

0,7
0,1
0,0
0,9
1,7

7,4
0,3
0,2
0,2
8,1

18,3
3,9
0,0
0,0
22,2

0,2

0,1
0,0
0,4
0,7

3,6
0,9
4,1
0,2
8,8

7,1

1,0

0,1

1,5

0,5


5-Các hoạt động khác:
- Cháy rừng
- Đốt ccác chất trong công nghệp
- Đốt rác thải bằng than
- Hàn đốt trong xây dựng
Cộng

6,5

7,5
1,1
0,2
15,3

6,1
2,2
0,4
0,1
8,8

0,0
0,0
0,5
0,0
0,5

2,0
1,5
0,2
0,1
3,8

1,1
0,3
0,2
0,0
1,6

91

25,9

30,2

25,3

18,4

Tổng cộng

2.3.2 Một số chất gây ô nhiễm môi trường khơng khí
Các chất khí gây ơ nhiễm do mơi trường, giao thông vận tải, do sinh hoạt,... rất
đa dạng như khói, tro bụi, các chất khí khơng màu, khơng mùi các loại sợi, bột mịn
và các chất khí có mùi khó chịu (H2S, NH3…).
Tuy nhiên các chất khí gây ô nhiễm môi trường được chia làm hai loại:
- Các chất ô nhiễm sơ cấp là những chất được phát ra trực tiếp từ nguồn
- Các chất gây ô nhiễm thứ cấp là những chất được tạo ra trong khí quyển
do tương tác hóa học của của các chất gây ô nhiễm sơ cấp với các thành phần
của khí quyển.
Các chất gây ơ nhiễm trong khí quyển cần phải kể đến là: bụi lơ lửng, bụi
lắng, SO2, H2S, CO2, NOx,CH4…
Trong khai thác mỏ các chất gây ơ nhiễm khơng khí chủ yếu là bụi gồm các
loại bụi lơ lửng, bụi lắng, các khí SO 2, CO, CO2, NOx,…phát sinh do hoạt động của
các trang thiết bị mỏ như: khoan, nổ mìn, xúc bốc, vận tải…
Các chất gây ơ nhiễm khơng khí có những đặc điểm chung sau đây:
- Phần lớn chúng là các chất gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người và
động thực vật.
- Chúng có thể tồn tại trong khí quyển trong khoảng thời gian dài và khả năng
di chuyển trong khơng khí khá xa, do đó nguồn thải và nơi bị ơ nhiễm có thể ở cách

khá xa nhau.
- Tính chất hóa học của chúng rất phức tạp, dễ bị ơ xi hóa, dễ hóa hợp với
nước trong khí quyển tạo ra mưa axít rơi xuống dưới ảnh hưởng đến môi trường đất
và nước.

13


- Một số chất khí như CO 2 ,CH4 , CFCs … là các chất khí gây hiệu ứng nhà
kính làm nóng bầu khí quyển, ảnh hưởng đến việc thay đổi khí hậu tồn cầu kéo
theo các diễn biến khác về môi trường.
2.3.3. Ảnh hưởng của ô nhiễm môi trường khơng khí.
* Tác hại đối với con người và động vật
Ơ nhiễm khơng khí tác động vào con người và động vật qua đường hô hấp và tác
động trực tiếp đến cơ quan thị giác. Bụi và các chất khí thải gây các bệnh về đường hô
hấp như: Bụi phổi, thị giác, tim mạch, các bệnh nghề nghiệp vể tai, mũi, họng, bệnh
ngồi da, bệnh về đường tiêu hóa. Đối với từng chất ô nhiễm khác nhau, nồng độ khác
nhau thì ảnh hưởng đến con người và động vật cũng khác nhau (Trần Ngọc Chấn,
2001).
* Tác hại đối với thực vật
Hầu hết các chất ô nhiễm trong môi trường không khí đều có tác hại xấu đến
thực vật, gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái, nghề nông. Biểu hiện là làm cây trồng
chậm phát triển, năng xuất thấp…
* Tác hại đối với vật liệu cơng trình cơng cộng
Nói chung ơ nhiễm khơng khí có tác động xấu đến vật liệu xây dựng, kết cấu
cũng như đồ dùng và thiết bị chóng bị hư hỏng. Các chất khí như SO 2, NOx, …
trong khơng khí làm han rỉ sắt thép dẫn đến giảm tuổi thọ của cơng trình.bụi bám
trên nhà máy, nhà cửa cây cối gây mất mỹ quan khu vực và ảnh hưởng xấu đến các
cơng trình cơng cộng.
* Ảnh hưởng của ơ nhiễm khơng khí đến khí hậu.

Tăng nhiệt độ: Do hoạt động của các nhà máy công nghiệp thải vào khơng khí
các chất gây hiệu ứng nhà kính như: CO2, CH4, CFCS ,… gây hiện tượng nóng lên
của trái đất. Tại các khu công nghiệp, đô thị lớn nhiệt độ trung bình năm thường cao
hơn so với vùng xung quanh từ 0,5 – 1,3°C do quá trình đốt nhiên liệu, gia công
nhiệt, do sự tỏa nhiệt của các động cơ máy móc vào khơng khí.
Giảm bức xạ mặt trời và năng lượng mây. Bụi khói sương mù trong khơng khí
tại các khu cơng nghiệp, đơ thị hấp thụ từ 10 – 20% bức xạ mặt trời và làm giảm
tầm nhìn dẫn đến giảm độ trong suốt của khí quyển và tăng lượng mây.

14


2.4 Tổng quan về các tiêu chuẩn và quy chuẩn môi trường được đề cập tới
Tiêu chuẩn 3733/2002/QĐ-BYT- Ban hành 21 Tiêu chuẩn, 05 nguyên tắc và
07 thông số Vệ sinh lao động. Tiêu chuẩn này áp dụng cho các cơ sở sản xuất nằm
đơn lẻ ngoài khu chế xuất hoặc khu cơng nghiệp, có phát thải các yếu tố độc hại đối
với môi trường và sức khỏe con người.
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN7878-2:2010: Gồm hai phần:
Phần 1: Đo và đánh giá tiếng ồn môi trường
Phần 2: Xác định mức tiếng ồn môi trường
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6137:1996: Không khí xung quanh – Xác định
nồng độ khối lượng của Nito Dioxit – Phương pháp Griss – Saltzman cải biên. Tiêu
chuẩn này qui định phương pháp Griss – Saltzman cải biên để xác định nồng độ
khối lượng của nitơ dioxit có trong khơng khí xung quanh.
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5971:1995 về khơng khí xung quanh - xác định
nồng độ khối lượng của lưu huỳnh dioxit - phương pháp tetracloromercurat
(TCM)/pararo sanilin.
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5067:1995: Chất lượng khơng khí Phương pháp
xác định khối lượng hàm lượng bụi (Các tiêu chẩn Việt Nam về môi trường, năm
2005, Hà Nội).

2.5 Mô hình tính tốn ơ nhiễm khơng khí
2.5.1 Phương trình cơ bản để tính nồng độ chất ơ nhiễm trong khí quyển:
Khi mơ tả q trình khuyếch tán chất ơ nhiễm trong khơng khí bằng mơ hình
tốn học thì mức độ ô nhiễm không khí thường được đặc trưng bằng trị số nồng độ
chất ô nhiễm phân bố trong không gian và biến đổi theo thời gian (Hoàng Xuân Cơ
và Phạm Thị Việt Anh, 1999).
Trong trường hợp tổng quát, trị số trung bình của nồng độ ơ nhiễm trong
khơng khí phân bố theo thời gian và không gian được mô tả từ phương trình chuyển
tải vật chất (hay là phương trình truyền nhiệt) và biến đổi hoá học đầy đủ như sau:
�C
�C
�C
�C �� �
C � �� �C � �� �C �
�C
u
v
w
 �k x
� �k z
� �k y
�  C   C  wc
�
t
�
x
�y
�z �
x � �x � �
y� �

y � �z � �
z�
�z

15

(1)


Trong đó:
C: Nồng độ chất ơ nhiễm trong khơng khí.
x,y,z: Các thành phần toạ độ theo trục Ox, Oy, Oz.
t: Thời gian.
Kx, Ky, Kz: Các thành phần của hệ số khuyếch tán rối theo các trục Ox, Oy Oz.
u,v, w: Các thành phần vận tốc gió theo trục Ox, Oy, Oz.
Wc: Vận tốc lắng đọng của các chất ô nhiễm
 : Hệ số tính đến sự liên kết của chất ô nhiễm với các phần tử khác của môi

trường không khí.
 : Hệ số tính đến sự biến đổi chất ô nhiễm thành các chất khác do những quá

trình phản ứng hoá học xảy ra trên đường lan truyền.
Tuy nhiên pt (20) trên rất phức tạp và nó chỉ là một hình thức mơ phỏng sự lan
truyền ơ nhiễm. Trên thực tế để giải phương trình này người ta phải tiến hành đơn
giản hoá trên cơ sở thừa nhận 1 số điều kiện gần đúng bằng cách đưa ra các giả
thuyết phù hợp với điều kiện cụ thể sau:
Nếu hướng gió trùng với trục Ox thì thành phần tốc độ gió chiếu lên trục Oy
sẽ bằng 0, có nghĩa là v = 0.
Tốc độ gió thẳng đứng thường nhỏ hơn rất nhiều so với tốc độ gió nên có thể
bỏ qua, có nghĩa là w = 0. Trong nhiều trường hợp, nếu xét bụi nhẹ thì Ws = 0

(trong trường hợp bụi nặng thì lúc đó ta sẽ cho Ws 0).
Nếu bỏ qua hiện tượng chuyển pha (biến đổi hoá học) của chất ô nhiễm cũng
như không xét đến chất ô nhiễm được bổ sung trong quá trình khuyếch tán thì
    0.

Như vậy sau các giả thiết và chấp nhận 1 số điều kiện gần đúng thì phương
trình ban đầu được viết dưới dạng là:

�
C u �
C  ��
�
C�
��k �
C�
k
�
�
�z
�
y
�
t
�
x �
y�
y�
z�
z�
� �

�
� �
� �

(2)

Nếu giả sử rằng các hệ số k y , k z là không đổi thì pt (2) được viết lại là :

16


2C
2C
�
C u �
C k �
�

k
z
y
�
t
�
x
�
y2
�
z2
Trong trường hợp khơng tính đến thành phần phi tuyến u

(3) được viết là:

(3)
�
C
thì phương trình
�
x

2C
�
C  k �2C  k �
(4)
z
y
�
t
�
y2
�
z2

Ta thấy phương trình (4) là dạng phương trình truyền nhiệt 2 chiều. Tuỳ theo
điều kiện ban đầu và điều kiện biên mà ta có các nghiệm giải tích khác nhau.
Để tìm nghiệm giải tích phương trình (4), đầu tiên xét bài tốn truyền nhiệt 1
chiều có dạng sau:
2u
�
u  a2 �

� x  �, t =(5)
�
t
�
x2
Với điều kiện ban đầu :

u ( x, t )   ( x) � x  �
 ( x) : là một hàm liên tục

Đặt u(x, t) = X(x)T(t) vào phương trình truyền nhiệt ta được

X '' T '
XT '  a 2 X ''T hay X  2   2  const
aT

(6)

X ''  2 X  0

(7)

Từ đó suy ra :

T ' a 2 2T  0
Nghiệm của phương trình (7) X  C ei x X  C ei x
1
1
2
2

(8)

(Xem cách giải phương trình 7 trang 53 [7])
Nghiệm của phương trình (8)

T  C3ea2 2t

Khi đó nghiệm của phương trình vi phân (5) có dạng

u ( x,t )  A()e 2a2t �i x
 là số thực bất kỳ  �   � .

17

(9)


Vì vậy ta chọn dấu dương của phương trình (9) và lập ra hàm số

u( x, t ) 

�

a2 2t i x d 
A
(

)
e

�

(10)

�

Nếu các đạo hàm của phương trình (5) có thể tính được bằng cách vi phân
thành phần dưới dấu tích phân của (10) thì có nghĩa phương trình (10) sẽ thoả mãn
phương trình (5) hay phương trình (10) sẽ là nngiệm của phương trình (5).
Ngồi ra ta còn phải thoả mãn điều kiện ban đầu t = 0 . Khi đó ta có:
�
 ( x, t )  A( )ei xd 
(11)
�

�

Sử dụng cơng thức tính tích phân Fourier ngược ta được
�

A( )  1 �
 ( )ei d
2 �

(12)

thay (12) vào (10) ta được
� �

�

�
1

i

�
�
a2 2t i x d 
u( x,t ) 

(

)
e
d

e
�
�
2 ��
�
���
�

�

��

� a2 2t i ( x )
�

 1 ��
e
d

 ( )d
�
�
�
2 ���
�
�

Xét tích phân I

 1 e
2

a2 2t i ( x )

d 

1
2  a2t

( x )2
e 4a2t

Như vậy :

u( x,t ) 

Đặt

Ta có

�

1
�
�2  a 2t

G( x, ,t ) 

u( x,t ) 

( x )2
e 4a2t  ( )d

1
2  a2t

(13)

( x )2
e 4a2t

�

G( x, , t ) ( )d
�
�

18

(14)


Hàm số G ( x,  , t ) được gọi là nghiệm cơ sở của phương trình truyền nhiệt.
Hàm số này thoả mãn phương trình truyền nhiệt theo các biến (x,t) và có thể
kiểm tra trực tiếp bằng cách lấy đạo hàm:

 e ( x   )2
Gx   1 . x 
2  2(a2t )3/2
4a2t
�
2 � ( x   )2
(
x


)
1
1
1
�
�
Gxx 


e
�

2
3/2
2
5/2
2  � 2 (a t )
4a2t
4(a t ) �
�
�

�

�
2 ( x   )2 � ( x   )2
2
a
1
a
�
�
Gt 
 2 3/2 
e
�
2
5/2
2  � 2(a t )
4a2t
4(a t ) �
�

Vậy Gt  a 2Gxx
Trở lại với phương trình lan truyền ơ nhiễm 1 chiều () được viết lại với nguồn
thải Q tại x = 0

�
C  k �2C
x
�
t
�
x2

(15)

Đặt a 2  k x thì nghiệm của phương trình (15) được viết lại là:

C ( x, t ) 

Q
e
2  tkx1/2

 x2
4tkx

(16)

Đây là nghiệm cảu bài tốn lan truyền ơ nhiễm một chiều với nguồn thải Q.
Cùng với điều kiện biên x � � thì C � 0 (Nồng độ ơ nhiễm tại một điểm càng

giảm khi điểm càng tiến xa khỏi chân nguồn thải)
Đối với bài tốn hai chiều ta có phương trình tương tự

C ( x, y,t ) 

Q
e
4( t )(kxk y )1/2

�
�
�
�
�
�
�
�

�
�
�
�
�
�
�

�
�
�

2 2 ��
�
1 x y �
�
4t kx k y �
�
�
�
�
�
�

Đối với bài tốn 3 chiều ta có:

19

(17)


C ( x, y, z, t ) 

Q
e
8( t )3/2 (kx k y kz )1/2

�
�
�
�
�

�
�

�

�
�

�

�
�

�
� 2
�
x  y2  z 2 �
�
1�
�
�
4t �
kz ��
�k x k y
�

(18)

Trong các công thức trên
Q – lương phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm tức thời, g hoặc kg.

2.5.2 Mơ hình Gauss
+ Cơng thức cơ sở:
Lượng chất ơ nhiễm trong luồng khói có thể được xem như tổng hợp của vộ số
khói phụt tức thời, những khối phụt đó được gió mang đi và dần dần nở rộng ra khí
ra xa ống khói giống như một ổ bánh mì được cắt ra thành nhiều lát mỏng và xếp
chồng kề mép lên nhau (Hoàng Văn Hùng và Nguyễn Ngọc Anh, 2013).
Lượng chất ô nhiễm trong từng lát mỏng trong luồng khói có thể được xem
như nhau, tức là bỏ qua sự trao đổi chất từ lát này sang lát nọ kề bên nhau trên trục
x. Từ cách lập luận đó, bài tốn lan truyền chất ơ nhiễm ở đây là bài tốn hai chiều
và do đó ta chọn cơng thức (17) để áp dụng cho trường hợp này:
Nếu ta thiết lập sự cân bằng vật chất trong từng “lát” khói có bề dày 1m theo
chiều x vá các chiều y, z là vô cực khi các lát khói chuyển động cùng với vận tốc
gió u thì thời gian để từng lát đi qua khỏi ống khói là 1 m/u và do đó lượng chất ô
nhiễm chứa trong“lát” khói sẽ là Q = M x 1/u
Ngồi ra, cấn lưu ý rằng bài tốn hai chiều ở đây là chiều y và z thay vì cho
chiều x và y trong cơng thức (17).
Khi đó cơng thức (17) sẽ trở thành :

C

M
e
4 ut (k y k z )1/2

Đặt :

k y  0.5 y 2 u
x

�

�
�
�
�
�
�

�
�
�
�
�
�

�
�

2 2 ��
�
 1 y z �
�
�
4t k y kz �
�
�
�
�

(19)

(20)

kz  0.5 z 2 u
x

20

(21)


tx
u

(22)

Trong đó  y và  z - được gọi là hệ số khuyếch tán theo phương ngang và
phương đứng, có thứ nguyên là độ dài bằng m.
Thay (20), (21), (22) vào (19) ta được:

C M
e
2 u y z

�
�
�
�
�
�
�

�

�
�
�
�
�
�
�



y2



�
�
�
�
�
�
�
�
2 �
z �
�
�
�
�

�

z2

2 y2 2



M
e
2 u y z

�
�
�
�
�
�
�

�

�
2 � �
� z2 �
 y �
�
� �
�
2�

2 y2 �
�
�2 z �

e

�

�

�

(23)

Đây là công thức cơ sở của mơ hình lan truyền chất ơ nhiễm theo luật phân
phối chuẩn Gauss hay cịn gọi là “mơ hình Gauss” cơ sở
+ Diễn giải cơng thức mơ hình Gauss cơ sở bằng phương pháp phân tích
thứ ngun:
Cơng thức (23) cịn có thể diễn giải bằng phương pháp phân tích thứ ngun
như sau:
Từ miệng ống khói chất ơ nhiễm được gío mang đi theo trục x trùng với
hướng gió với vận tốc bằng vận tốc gió u, m/s. Nếu lượng phát thải chất ô nhiễm M,
g/s là không đổi theo thời gian thì mật độ của chất ơ nhiễm trên tất cả các mặt cắt
trực giao với trục gió (cũng là trục luồng khói) sẽ bằng M/u, g/m
Cường độ phát thải M = 4 đơn vị/s
u = 1 m/s

0 1 2 3 40 1 2 3 4
Khoảng cách dọc theo trục gió (x), m
Hình 2.1: Sơ đồ minh hoạ ảnh hưởng của vận tốc gió đến nồng độ chất ô nhiễm

do nguồn phát thài liên tục và hằng số gây ra

21


Nếu giả thiết chất ơ nhiễm khơng có phản ứng hố học với khơng khí xung
quanh tức khơng sản sinh ra cũng như khơng phân huỷ đi, thì mật độ chất ô nhiễm
trên tất cả các mặt cắt trực giao với trục gió ở mọi khoảng cách x đều như nhau như
thể hiện ở hình 2. Nhưng nồng độ chất ơ nhiễm trong luồng khói thì giảm dần khi
khoảng cách x tăng do có hiện tượng khuyếch tán theo phương ngang (trục y) và
theo phương đứng (trục z) chính vì vậy mà luồng khói lan rộng ra xung quanh trục
luồng. Càng ra xa khỏi trục luồng theo phương y và z theo phương y và z nồng độ
càng giảm nhỏ, tức là nồng độ nghịch biến với khoảng cách y và z
Từ đó ta có thể viết:

C:

M
uyz

(24)

Bằng nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm người ta thấy rằng sự phân bố nồng độ
trên mặt cắt trực giao với trục luồng theo chiều ngang y và theo chiều đứng z và tn
theo dạng hình chng của luật phân phối chuẩn Gauss với sai phương chuẩn  nào đó.
Khi đó biểu thức phân phối chuẩn Gauss có dạng

 ( ) 

1 e 2

 2 2 2

(25)

Áp dụng biểu thức (25) vào trường hợp cụ thể ở đây thì  có thể là y hoặc z
và hàm  ( y ) ,  ( z ) nghịch biến với |y| và |z|. Do đó biểu thức (24) ta có thể viết
thành:

M
C  M  ( y)  ( z ) 
u
2 u y z

 y2  z2
2
2
e 2 y e 2 z

(26)

 y và  z là hệ số khuyếch tán theo phương ngang y và phương đứng z và là

hàm số của khoảng cách x kể từ nguồn đến mặt cắt xem xét. Các hệ số này được
xác định bằng thực nghiệm phụ thuộc vào khoảng cách x với các điều kiện khác
nhau. Chính vì vậy dấu tỉ lệ trong biểu thức (24) được thay bằng dấu = ở đằng thức
(26). Biểu thức (26) cũng chính là nghiệm của cách giải phương trình vi phân đạo
hàm riêng của quá trình khuyếch tán.
+ Sự biến dạng của mơ hình Gauss cơ sở:

22

Điều cần lưu ý trước tiên là trong các công thức (19),(23), (26) các toạ độ y và
z đều tính từ trục của luồng khói.
Khi chuyển về hệ trục x, y, z mà gốc O trùng với chân ống khói trên mặt đất
thì y khơng thay đổi nhưng z phải được thay thế bằng z - H hoặc H – z (hình 3), do
đó cơng thức (26) sẽ trở thành:

C

M
2 u y z

 y2 ( z  H )2
2
2
e 2 y e 2 z

(27)

Ngoài ra tuỳ thuộc theo độ xa x khi luồng khói nở rộng và chạm mặt đất thì
mặt đất cản trở khơng cho luồng tiếp tục phát triển, ngược lại chiều hướng khuyếch
tán sẽ bị mặt đất phản xạ ngược trở lên như thể có một nguồn ảo hoàn toàn đối xứng
qua mặt đất và mặt đất được xem như tấm gương phản chiếu (hình 3)
Để kể đến ảnh hưởng của mặt đất phản xạ khuyếch tán, nồng độ tại các điểm
bất kỳ A, B được giả thiết như do hai nguồn giống hệt nhau gây ra, trong đó có một
nguồn thực và một nguồn ảo hồn toàn đối xứng với nhau qua mặt đất. Nồng độ tại
điểm xem xét (A hoặc B) do nguồn thực gây ra được tín bằng cơng thức (27), cịn
do nguồn ảo gây ra được tính bằng biểu thức:

C

M
2 u y z

 y2 ( z  H )2
2
2
e 2 y e 2 z

(28)

Nồng độ tổng cộng tính từ (27), (28) sẽ là:

C

M
2 u y z

 y2 � ( z  H )2
2 �
2
e 2 y �e 2 z
�
�
�
�

( z  H )2 �
�

2
 e 2 z �
�
�
�

(29)

Đây chính là cơng thức tính tốn khuyếch tán chất ơ nhiễm từ nguồn điểm cao
liên tục
Khi tính tốn nồng độ ơ nhiễm trên mặt đất thì z = 0 và cơng thức (29) trở
thành:

C

M

 u y z

 y 2 ( H )2
2
2
e 2 y e 2 z

(30)...

23


Trường hợp tính sự phân bố nồng độ trên mặt đất dọc theo trục gió (trục x) , ta

cho y = 0 thu được

C

M
 u y z

( H )2
2
e 2 z

(31)

+ Hệ số khuyếch tán :
Từ biểu thức (20) và (21) ta có:
1

�2k x �
2
y � và
�
y �
� z
u
�
�
�
�

1

�2k x �
2
z �
�
� u �
�
�

(32)

Như vậy  y và  z phụ thuộc vào khoảng cách x, độ rối của khí quyển và vận
tốc gió. Mối quan hệ trên đuợc cho dưới dạng biểu đồ (hình 3.9 và hình 3.10 trang
83, 84 sách [1]).
Tuy nhiên để thuận tiện khi tính tốn và lập trình. D.O.Martin đã đưa ra cơng
thức tính  y ,  z như sau:

 y  ax0.894

và  z

 bxc  d

(33)

Trong đó x – là khoảng cách xi theo chiều gió kể từ nguồn, tính bằng km.
Các hệ số a, b, c, d cho ở bảng 2.
Bảng 2.1. Các hệ số a, b,c, d trong công thức (33)
Cấp ổn
định

a

A
B
C
D
E
F

213
156
104
68
50.5
34

x  1 km

x >1 km

b

c

d

b

c

d

440.8
106.6
61
33.2
22.8
14.35

1.941
1.149
0.911
0.725
0.678
0.740

9.27
3.3
0
-1.7
-1.3
-0.35

459.7
108.2
61
44.5
55.4
62.6

2.094
1.098
0.911
0.516
0.305
0.180

-9.6
2.0
0
-13.0
-34.0
-48.6

+ Các cấp ổn định của khí quyển:

24


Theo Pasquill và Gifford các cấp ổn định khí quyển có liên quan chặt chẽ tới
sự biến thiên nhiệt độ khơng khí theo chiều cao. Tuỳ theo chiều hướng và mức độ
thay đổi theo chiều cao ta có các trường hợp đẳng nhiệt, đoạn nhiệt, siêu đoạn nhiệt
hoặc nghịch nhiệt.

CÁC CẤP KHÍ HẬU
Khơng ổn định

trung tính

Ổn định

Rất ổn định

200
180
1600
Đẳng nhiệt

Đoạn nhiệt
(-1oC/100m)

140
120
100
80
60

Nghịch nhiệt

Siêu đoạn nhiệt
(Ví dụ -6oC/100m)

40
20
0
-10

-8

-6 -4 -2 0
Độ gia tăng nhiệt độ
Nhiệt độ giảm

2

4

6

8

10

Nhiệt độ tăng

Hình 2.2.Các trường hợp biến thiên nhiệt độ khơng khí theo chiều cao trên mặt đất

25