Luận án : ứng dụng mô hình dự báo mức độ ô nhiễm không khí do giao thông tại một số trục đường chính ở thành phố Đà Nẵng

Chia sẻ: Nguyen Thi Thuthuy | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:80

Thêm vào BST

Báo xấu

247
lượt xem 77
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khóa luận này được hoàn thành là nhờ sự giúp đỡ và tậm tình chỉ bảo của thầy cô, bạn bè và gia đình dành cho em. Trước hết, em gửi lời biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy hướng dẫn của mình, Thầy TSKH. Bùi Tá Long, người đã đặt bài toán, quan tâm giúp đỡ, đóng góp ý kiến về mặt chuyên môn và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong suốt thời gian vừa qua.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án : ứng dụng mô hình dự báo mức độ ô nhiễm không khí do giao thông tại một số trục đường chính ở thành phố Đà Nẵng

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA MÔI TRƯỜNG K hóa luận Tốt nghiệp cử nhân Khoa học Môi trường ỨNG DỤNG MÔ HÌNH DỰ BÁO MỨC ĐỘ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO GIAO THÔNG TẠI MỘT SỐ TRỤC ĐƯỜNG CHÍNH Ở THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Chuyên ngành: Quản lý Môi trường Sinh viên thực hiện : Phan Thúy An Giáo viên hướng dẫ n : TSKH. Bùi Tá Long Huế, 5/2009 i
Lời cảm ơn Khóa luận này được hoàn thành là nhờ sự giúp đỡ và tậm tình chỉ bảo của thầy cô, bạn bè và gia đình dành cho em. Trước hết, em gửi lời biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy hướng dẫn của mình, Thầy TSKH. Bùi Tá Long, người đã đặt bài toán, quan tâm giúp đỡ, đóng góp ý kiến về mặt chuyên môn và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong suốt thời gian vừa qua. Em gửi lời biết ơn sâu sắc đến Thầy Ths. Nguyễn Bắc Giang, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, đóng góp ý kiến cho em trong suốt thời gian vừa qua. Em gửi lời biết ơn sâu sắc đến tập thể các thầy cô khoa Môi trường, Đại học Khoa học Huế, những người đã cho em kiến thức và kinh nghiệm thực tiễn trong suốt 4 năm học qua. Em xin gửi lời cám ơn đến các anh chị trong phòng Tin học Môi trường, Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện Khóa luận. Em cũng gửi lời cảm ơn chân thành đến các anh chị ở Trung Tâm Kỹ thuật môi trường Đà Nẵng, các anh chị ở phòng Khoa học công nghệ Sở Giao thông vận tải thành phố Đà Nẵng, các anh chị ở Đài Khí tượng Thuỷ văn khu vực Trung Trung Bộ đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình thu thập số liệu, tài liệu phục vụ cho khóa luận tốt nghiệp. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, đến những người thân yêu nhất đã yêu thương, động viên và tạo điều kiện tốt nhất cho việc học tập của em. Một lần nữa, em xin chân thành cám ơn tất cả. Sinh viên Phan Thuý An ii
TÓM TẮ T Đất nước Việt Nam đang trong thời kỳ hội nhập WTO, nền kinh tế ngày càng có nhiều điều kiện phát triển. Tuy nhiên, sự phát triển ngày càng mạnh về kinh tế cũng kéo theo tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng. Ô nhiễm không khí do giao thông là một vấn đề môi trường rất được quan tâm hiện nay, đặc biệt ở thành phố Đà Nẵng – một đô thị trẻ đang trên đà xây dựng và phát triển. Tuy nhiên, ô nhiễm không khí là loại ô nhiễm khó quản lý nhất, đặc biệt là ô nhiễm do giao thông do mức độ khó kiểm soát của nó về hoạt động giao thông đường bộ. Để quản lý được loại ô nhiễm này, cần phải có một phần mềm mạnh dựa trên các mô hình tính toán hệ số phát thải, tải lượng ô nhiễm và nồng độ phát tán, đồng thời phải có bộ dữ liệu đầy đủ về giao thông, khí tượng cho mô hình. Hiện nay, ở Đà Nẵng chưa có một phần mềm nào hỗ trợ cho việc quản lý ô nhiễm không khí do hoạt động này. Trước tình hình đó, luận văn “ỨNG DỤNG MÔ HÌNH DỰ BÁO MỨC ĐỘ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO GIAO THÔNG TẠI MỘT SỐ TRỤC ĐƯỜNG CHÍNH Ở THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG” được thực hiện nhằm xây dựng bản đồ ô nhiễm không khí do giao thông ở thành phố Đà Nẵng. Để đạt được mục tiêu này, Luận văn đã ứng dụng mô hình tính toán hệ số phát thải Mobile 6 và phần mềm phát tán ô nhiễm cho giao thông CAR. Kết quả của Khóa luận hướng tới quán lý tình hình ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông trên địa bàn thành phố Đà Nẵng. iii
MỤC LỤC Lời cảm ơn ............................................................................................................. ii TÓM TẮT ............................................................................................................ iii MỤC LỤC............................................................................................................ iv DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................. viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................. ix MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 1. CƠ SỞ THỰC TIỄN VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI.............................. 1 1.1. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................. 2 1.2. CÁC NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..................................................................... 2 1.3. GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ........................................ 2 1.4. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................................................. 3 2. 2.1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC ............................ 3 2.2. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC ........................... 4 2.3. PHẦN MỀM MOBILE...................................................................................... 5 Đặc đ iểm của chương trình Mobile ............................................................ 6 2.3.1. Phương pháp tính toán hệ số phát thải của mô hình Mobile ........................ 7 2.3.2. Tính toán nồng độ khí ô nhiễm từ kết quả hệ số phát thải của Mobile......... 9 2.3.3. 2.4. PHẦN MỀM CAR........................................................................................... 10 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................. 12 3. 3.1. TỔNG QUAN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG........................................................ 12 Điều kiện tự nhiên.................................................................................... 12 3.1.1. Tình hình kinh tế - xã hộ i trong các năm gần đây ..................................... 16 3.1.2. 3.2. HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO GIAO THÔNG TẠI TP. ĐÀ NẴNG 19 Hiện trạng ô nhiễm không khí do giao thông tại TP.ĐN ........................... 19 3.2.1. Tác động của tình hình ô nhiễm giao thông .............................................. 20 3.2.2. Kết quả quan trắc ô nhiễm không khí các năm gần đây............................. 21 3.2.3. 3.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................... 25 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................................... 27 4. 4.1. MÔ TẢ NHẬP SỐ LIỆU VÀO MOBILE VÀ CAR ........................................ 27 Thu thập dữ liệu phục vụ cho Luận văn.................................................... 27 4.1.1. Nhập số liệu vào Mobile .......................................................................... 28 4.1.2. Nhập số liệu vào CAR.............................................................................. 30 4.1.3. 4.2. KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH .................................................................................. 34 4.3. MÔ TẢ KỊCH BẢN ........................................................................................ 35 4.4. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ.................................................................................. 37 4.5. MỘT SỐ KẾT QUẢ DỰ BÁO ........................................................................ 39 iv
4.6. ĐỀ XUẤT CÁC GI ẢI PHÁP KIỂM SOÁT Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ DO GIAO THÔNG ............................................................................................. 40 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................... 41 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. i 6. v
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Phân loại đường....................................................................................... 7 Bảng 3.1 Số giờ nắng các tháng trong năm (Niên giám Thống kê TP. Đà Nẵng 2007) .................................................................................................................... 14 Bảng 3.2 Tổng lượng mưa các tháng trong năm (Niên giám Thống kê TP. Đà Nẵng 2007) .................................................................................................................... 14 Bảng 3.3 Độ ẩm trung bình các tháng trong năm (Niên giám Thống kê TP. Đà Nẵng 2007) .................................................................................................................... 15 Bảng 3.4 Nhiệt độ trung bình các tháng trong năm (Niên giám Thống kê TP. Đà Nẵng 2007)........................................................................................................... 15 Bảng 3.5 Tốc độ tăng trưởng kinh tế thành phố Đà Nẵng (UBND TP.ĐN, Thông tin khoa học phát triển KT-XH tháng 1/2009)............................................................ 16 Bảng 3.6 Tốc độ tăng trưởng các nhóm ngành kinh tế TP. Đà Nẵng (UBND TP.ĐN, Thông tin khoa học phát triển KT-XH tháng 1/2009)............................................ 17 Bảng 3.7 Diện tích, dân số và đơn vị hành chính TP. Đà Nẵng 2007 (Niên giám Thống kê TP. Đà Nẵng 2007) ............................................................................... 17 Bảng 3.8 Thu nhập bình quân đầu người của người dân Đà Nẵng (UBND TP.ĐN, Thông tin khoa học phát triển KT-XH tháng 1/2009)............................................ 18 Bảng 3.9 Một số chỉ tiêu về hệ thống y tế ở TP. Đà Nẵng (UBND TP.ĐN, Thông tin khoa học phát triển KT-XH tháng 1/2009)............................................................ 19 Bảng 3.10 Tiêu chuẩn Việt Nam cho chất lượng không khí xung quanh ............... 21 Bảng 3.11 Kết quả quan trắc môi trường không khí xung quanh thành phố Đà Nẵng 2005 (Sở TNMT TP.ĐN)...................................................................................... 21 Bảng 3.12 Kết quả quan trắc môi trường không khí xung quanh thành phố Đà Nẵng, đợt 1-2/2006 (Sở TNMT TP.ĐN).......................................................................... 22 Bảng 3.13 Kết quả quan trắc môi trường không khí xung quanh thành phố Đà Nẵng, đợt 3/2006 (Sở TNMT TP.ĐN)............................................................................. 23 Bảng 3.14 Kết quả quan trắc môi trường không khí xung quanh 2008 (Trung tâm bảo vệ môi trường TP. .......................................................................................... 24 Bảng 4.1 Số liệu quan trắc chất lượng không khí trên các đoạn đường tháng 3/2009 ............................................................................................................................. 27 Bảng 4.2 Dữ liệu đầu vào cho MOBILE6.EXE..................................................... 28 Bảng 4.3 Kết quả tính toán cho một số trục đường chính ở TP. Đà Nẵng............. 35 Bảng 4.4 Mô tả kịch bản 1 tính toán nồng độ CO cho các đường ngày 16/2/2009 . 35 Bảng 4.5 Mô tả kịch bản 2 tính toán nồng độ CO cho các đường ngày 17/2/2009 . 36 Bảng 4.6 Mô tả kịch bản 3 tính toán nồng độ CO cho các đường ngày 18/2/2009 . 36 Bảng 4.7 Mô tả kịch bản 4 tính toán nồng độ CO cho các đường ngày 19/2/2009 . 36 Bảng 4.8 Mô tả kịch bản 5 tính toán nồng độ CO cho các đường ngày 20/2/2009 . 36 Bảng 4.9 Mô tả kịch bản 6 tính toán nồng độ CO cho các đường ngày 21/2/2009 . 37 Bảng 4.10 Mô tả kịch bản 7 tính toán nồng độ CO cho các đường ngày 22/2/2009 37 Bảng 4.11 Nồng độ CO tại 6 vị trí quan trắc trong kịch bản 1 ............................... 37 Bảng 4.12 Nồng độ CO tại 4 vị trí quan trắc trong kịch bản 2 ............................... 38 vi
Bảng 4.13 Nồng độ CO tại 2 vị trí quan trắc trong kịch bản 3 ............................... 38 Bảng 4.14 Nồng độ CO tại 4 vị trí quan trắc trong kịch bản 4 ............................... 38 Bảng 4.15 Nồng độ CO tại 3 vị trí quan trắc trong kịch bản 5 ............................... 38 Bảng 4.16 Nồng độ CO tại 8 vị trí quan trắc trong kịch bản 6 ............................... 38 Bảng 4.17 Nồng độ CO tại 3 vị trí quan trắc trong kịch bản 7 ............................... 39 Bảng 4.18 Tải lượng theo Mobile trong các trường hợp ........................................ 39 Bảng 4.19 Kết quả mô hình cho 3 kịch bản dự báo ............................................... 39 vii
DANH MỤ C CÁC HÌNH Hình 2.1 Sơ đồ tính toán hệ số phát thải trung bình (g/mi) ...................................... 7 Hình 2.2 Tóm tắt phân loại thông số đầu vào Mobile .............................................. 8 Hình 2.3 Sơ đồ tính toán nồng độ ô nhiễm từ kết quả hệ số phát thải của Mobile cho nguồn đường......................................................................................................... 10 Hình 2.4. Mô hình lý luận (Conceptual model) của CAR ...................................... 11 Hình 2.5. Dữ liệu đầu vào và kết quả đầu ra của CAR .......................................... 11 Hình 3.1 Bản đồ vị trí địa lý thành phố Đà Nẵng................................................... 12 Hình 3.2 Hình thể hiện phân bố diện tích tự nhiên TP.ĐN 2007 (Niên giám Thống kê TP.ĐN 2007).................................................................................................... 13 Hình 3.3 Phương pháp luận nghiên cứu ................................................................ 26 Hình 4.1 Giao diện nhập thông tin kịch bản .......................................................... 28 Hình 4.2 Giao diện nhập đường dẫn chạy file input trong mobile.......................... 29 Hình 4.3 Giao diện file input trong mobile............................................................ 29 Hình 4.4 Giao diện kết quả tính hệ số phát thải từ mobile ..................................... 29 Hình 4.5 Giao diện công cụ điều khiển lớp bản đồ ................................................ 30 Hình 4.6 Công cụ hiển thị các nút điều khiển bản đồ............................................. 30 Hình 4.7 Giao diện trong thông tin đoạn đường .................................................... 31 Hình 4.8 Giao diện bước 1 nhập lưu lượng xe....................................................... 31 Hình 4.9 Giao diện bước 2 nhập lưu lượng xe....................................................... 32 Hình 4.10 Giao diện bước 1 nhập số liệu khí tượng .............................................. 32 Hình 4.11 Giao diện bước 2 nhập số liệu khí tượng .............................................. 32 Hình 4.12 Giao diện hộp thoại Nhập các thông số cho mô hình ............................ 33 Hình 4.13 Giao diện hộp thoại Nhập thông số cho lưới tính.................................. 34 Hình 4.14 Kết quả mô hình phát tán CO cho đường Hoàng Diệu trong trường hợp gió Đông Đông Nam, vận tốc gió 2 m/s, tải lượng 0.00884 g/m.s ......................... 34 viii
DANH MỤC CÁC CHỮ V IẾT TẮ T ĐN Đà Nẵng : Cao uỷ Bảo vệ Môi trường Châu Âu EEA : Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ EPA : Tổng sản phẩm quốc nội GDP : Hệ thống thông tin địa lý GIS : GTCC : Giao thông công chính Khoa học kỹ thuật KHKT : Kinh tế - xã hội KT–XH : Nghiên cứu khoa học NCKH : Nhà xuất bản NXB : Quận Q. : Tiêu chuẩn cho phép TCCP : Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN : Tài nguyên Môi trường TNMT : Thành phố TP : TP.ĐN Thành phố Đà Nẵng : Thành phố Hồ Chí Minh TP.HCM : Uỷ ban nhân dân UBND : Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi VOCs : Tổ chức y tế thế giới WHO : ix
x
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1. CƠ SỞ THỰC TIỄN VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Ô nhiễm không khí từ nguồn giao thông đường bộ đã trở thành một vấn đề môi trường lớn, đặc biệt ở các nước đang phát triển. Tình trạng ô nhiễm này có xu hướng tập trung chủ yếu ở các thành phố lớn – nơi có nhiều hoạt động của các phương tiện giao thông và kết quả là làm suy giảm chất lượng không khí. Nằm trong vùng trọng điểm kinh tế miền Trung, là nơi có nhịp độ phát triển cao nhất của miền Trung do đó, trong tương lai, Đà Nẵng sẽ có nhu cầu đặc biệt lớn về giao thông vận tải và đồng thời cũng chịu áp lực lớn về nhiều vấn đề liên quan đến giao thông trong đó có vấn đề ô nhiễm không khí do giao thông vận tải đường bộ. Hoạt động giao thông vận tải nói chung cũng như việc đốt nhiên liệu trong động cơ nói riêng của hàng triệu phương tiện giao thông tập trung trong đô thị đã thải vào không khí một khối lượng lớn các khí độc hại như CO, NOx , SOx ... kèm theo bụi, tiếng ồn và các chất ô nhiễm khác. Tầng không khí gần mặt đất bị ô nhiễm do hậu quả của hoạt động này làm ảnh hưởng xấu đến môi trường, đến sức khỏe của người dân đô thị và các vùng lân cận, đồng thời ảnh hưởng đến sự phát triển kinh tế chung của khu vực và cả nước. Trong thời gian qua, nhiều chương trình quan trắc ô nhiễm không khí do giao thông đã được các cấp chính quyền thực hiện. Tuy nhiên những nghiên cứu ứng dụng các phương pháp mô hình hóa để tìm ra các qui luật phân bố ô nhiễm theo các tuyến đường chưa được chú ý. Năm 2003, Cục Bảo Vệ Môi Trường của Mỹ đã chính thức công bố trên Internet mã nguồn và các tài liệu kỹ thuật liên quan của Mobile - mô hình trên máy tính dùng để ước tính hệ số phát thải cho phương tiện giao thông đường bộ theo các điều kiện khác nhau về khí tượng, nhiên liệu, cách vận hành xe, giao thông, các chương trình giảm thiểu ô nhiễm…Cho đến nay, Mobile không chỉ được phổ biến và ứng dụng rất rộng rãi tại Mỹ mà còn được nghiên cứu phát triển phù hợp với tiêu chuẩn Châu Âu tại nhiều quốc gia khác. Năm 2008, Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia TP.HCM đã công bố phần mềm CAR tính toán sự phát tán ô nhiễm không khí do giao thông. Phần mềm này cho phép dựa vào hệ số phát thải do Mobile tính toán được, kết hợp với số lượng các loại xe, yếu tố khí tượng tính toán và vẽ ra bản đồ ô nhiễm không khí do giao thông. Mô hình toán được ứng dụng trong CAR là mô hình Berliand kỹ thuật. Vì vậy, dựa trên nền tảng Mobile và CAR, kết hợp với việc thu thập, thống kê, phân tích và tổng hợp số liệu liên quan, xây dựng các kế hoạch dài hạn và ngắn hạn nhằm kiểm soát và ngăn ngừa ô nhiễm không khí do giao thông là một việc làm cần thiết. 1
MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 1.2. Mục tiêu trước mắt: Nghiên cứu khả năng ứng dụng phần mềm Mobile, CAR để tính toán hệ số phát thải, tải lượng, sự phát tán ô nhiễm không khí CO từ các phương tiện giao thông cơ giới tại một số trục đường chính tại thành phố Đà Nẵng. Mục tiêu lâu dài: Xây dựng cơ sở dữ liệu môi trường phục vụ cho công tác quản lý Nhà nước trong việc giám sát chất lượng môi trường không khí do các phương tiện giao thông thành phố Đà Nẵng. CÁC NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.3. Nội dung chính: - Tìm hiểu tổng quan ô nhiễm không khí do các phương tiện giao thông cơ giới đường bộ trên một số trục đường chính tại thành phố Đà Nẵng. - Thu thập số liệu về các phương tiện giao thông vận tải đường bộ tại một số tuyến đường chính. - Thu thập số liệu khí tượng tại thành phố Đà Nẵng năm 2009 để làm cơ sở tính toán lan truyền ô nhiễm không khí. - Tìm hiểu mô hình Mobile, CAR. - Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. - Tính toán dự báo mức độ ô nhiễm không khí do giao thông theo các kịch bản khác nhau tại một số trục đường chính tại Đà Nẵng - Ứng dụng GIS để vẽ bản đồ ô nhiễm không khí do giao thông. GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.4. l Giới hạn phạm vi đề tài: Do giới hạn về thời gian thực hiện đề tài cũng như do hạn chế về số liệu xe cộ thu thập được nên đề tài có những giới hạn: - Trên phạm vi một số trục đường chính của thành phố Đà Nẵng. - Số liệu thu thập lưu lượng xe chưa đủ trong các khoảng thời gian trong ngày. - Số liệu thu thập khí tượng trong tháng 2 năm 2009 theo giờ. l Hạn chế của đề tài: Do những khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài luận văn này nên số liệu đo đạc được trên các đường còn ít, chưa đầy đủ. - Số liệu đo đạc chỉ tiến hành trong một đợt tháng 3 năm 2009. - Số liệu khí tượng tháng 3 năm 2009 chỉ thu thập được kèm theo thời điểm lấy mẫu. 2
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC 2.1. Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu và nhiều phần mềm tính toán tải lượng và phát thải các chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông được thực hiện. Kết quả của các mô hình tính toán tải lượng phát thải là cơ sở dữ liệu đầu vào cho các mô hình dự báo chất lượng không khí, một vài nghiên cứu cụ thể được minh hoạ như sau: a. Chương trình tính toán tải lượng phát thải các chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông đường bộ COPERT III (EEA: Cao uỷ bảo vệ môi trường Châu Âu). Tất cả các nước thuộc liên hiệp châu Âu đều có thể sử dụng phần mềm này. - Phân loại giao thông: bao gồm chủ yếu 5 nhóm xe chính (xe tải nặng, xe tải nhẹ, xe hơi, xe buýt và xe hai bánh) và phân thành trên 100 loại xe khác nhau, bao gồm tất cả các modul xe còn được lưu hành tại châu Âu. Có các hệ số phát thải cho từng xe. - Tính cho các chất ô nhiễm sơ cấp: CO, NOx, VOC, PM, N2O, NH3, SO2… b. Chương trình tính toán tải lượng phát thải các chất ô nhiễm không khí AIREMIS (ACRI-st, Pháp). Chương trình này được viết dựa trên phương pháp CORINAIRE (Eggleston et al, 1985). Sau đó được hiệu chỉnh và áp dụng tại thành phố Bogota (Columbia), thành phố này mua phần mềm AIREMIS với chi phí hơn 50000 USD. - Chương trình này tính toán tải lượng phát thải các chất ô nhiễm sơ cấp: NOx, SO2, CO, NMVOC, PM, CH4), công nghiệp, sinh hoạt và tự nhiên. - Để sử dụng được chương trình này, họ phải cần thêm một chương trình phụ trợ là chương trình tính lưu lượng giao thông, vì đầu vào của AIREMIS là lưu lượng xe cộ trên từng đoạn đường trong cùng một thời điểm. c. Chương trình tính toán tải lượng phát thải các chất ô nhiễm không khí MOBILE6 (EPA). Ch ương trình này viết cũng được dựa trên phương pháp CORINAIRE (Eggleston et al.1985). - Tính cho 4 loại đường chính (trong đó được phân thành 12 loại đường phụ): cao tốc, liên tỉnh, đường dốc và đường nội thị. - Gồm các chất ô nhiễm: CO, SO2, VOC, NOx, NH3 và 27 chất hữu cơ (không phải là VOC) và hơn 17 chất thuộc họ Dioxin/furan. - Phân thành 6 nhóm xe chính: xe tải nặng, xe tải trung, xe tải nhẹ, xe hơi, xe buýt và xe hai bánh. Trong đó phân thành hơn 140 model xe khác nhau. 3
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC 2.2. Rất nhiều mô hình toán học tính toán sự lan truyền khuếch tán chất ô nhiễm trong không khí đã được áp dụng trong những năm gần đây. Một số chương trình tính toán đã được ứng dụng ở Việt Nam như: a. Air Pollution Assessment and Modelling: Mô hình do tác giả Phùng Chí Sỹ và cộng sự xây dựng trên mô hình cơ sở Gauss, Hanna, Johnson để tính toán lan truyền các chất ô nhiễm không khí từ một nguồn điểm, một đường giao thông và một vùng ô nhiễm. Mô hình này đã được tác giả Đinh Xuân Thắng dùng để tính toán lan truyền từ nhà máy lọc dầu Cát Lái và tác giả Lê Văn Đức dùng để tính toán lan truyền ô nhiễm không khí từ Khu công nghiệp Biên Hoà 1. b. Phần mềm CAP: Vào năm 1995, tác giả Bùi Tá Long đã xây dựng phần mềm CAP 1.0 để tính toán ô nhiễm không khí từ một nguồn điểm theo mô hình Gauss. Phần mềm này đã được dùng để tính toán lan truyền chất ô nhiễm từ một nguồn điểm phục vụ cho công tác đánh giá tác động môi trường tại TP. HCM. Trong các phiên bản tiếp theo CAP được bổ sung bởi các mô hình khác như mô hình Berliand, ISC3 và đã được sử dụng để tính toán lan truyền chất ô nhiễm phục vụ một số đề tài nghiên cứu tại TP. HCM và một số tỉnh phía Nam. Từ 2006 phần mềm ENVIMAP ra đời với kỹ thuật GIS được ứng dụng cho phép tính toán mô phỏng ô nhiễm không khí từ nhiều ống khói khác nhau và các hệ số khuếch tán đã được địa phương hoá trên cơ sở thống kê số liệu quan trắc, tự động hoá quá trình hiển thị kết quả trên cơ sở ứng dụng công nghệ GIS. /nguồn [1]/ c. Phần mềm ISC3 của cơ quan bảo vệ môi trường M ỹ (EPA): mô hình này dùng tính toán lan truyền ô nhiễm cho nguồn vùng dựa trên mô hình Gauss được Sở Khoa học Công nghệ TP. HCM ứng dụng trong dự án quản lý Môi trường diện rộng của Đồng Nai VIE 95053, dự án vùng kinh tế trọng điểm miền Nam, dự án cùng kinh tế trọng điểm miền Trung. d. Mô hình AirQuis 2003 của Na Uy: sử dụng ở Chi cục Môi trường TP. HCM, để quản lý môi trường không khí toàn thành phố. Mô hình EPISODE được dùng tính toán lan truyền ô nhiễm cho nguồn điểm, nguồn đường, nguồn mặt và quản lý dữ liệu GIS. e. Phần mềm MTĐT AT – 80586: Các tác giả Lê Văn Nãi, Trần Ngọc Chấn, Bùi Sỹ Lý đã xây dựng phần mềm này trên cơ sở mô hình Gauss để tính toán ô nhiễm không khí nội thành Hà Nội, phát tán không khí từ khu công nghiệp Vĩnh Tuy – Mai Đông (Hà Nội)… f. Luận văn cao học (2005): “Xây dựng mô hình tính toán tải lượng và mô hình phát tán các chất ô nhiễm không khí từ nguồn di động ở TP.HCM” do học viên Đỗ Trung Kiên thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Đình Tuấn. Luận văn này đã thu thập các dữ liệu về đường phố, xe cộ cho một số tuyến đường. Tác giả đã tham khảo hệ số phát thải theo các tài liệu của WHO (1993) để tính toán nồng độ ô nhiễm của CO, bụi dựa trên mô hình phát tán Gauss và Berliand; sau đó sử dụng mô hình Street của Jonhson (1973) để tính toán hiệu chỉnh lại theo điều kiện địa hình đường phố. Kết luận cho thấy mô hình phát tán Berliand cho kết quả tính toán nồng 4
độ ô nhiễm gần với kết quả đo đạc ngoài thực tế hơn so với mô hình Gauss. Sau khi hiệu chỉnh kết quả tính toán theo Berliand bằng mô hình Street, độ sai lệch trung bình của kết quả tính toán cuối cùng so với kết quả đo đạc ngoài thực tế là 30%. g. Luận văn cao học (2006): “Ứng dụng mô hình Mobile để dự báo mức độ ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông vận tải tại TP.HCM” của học viên Đặng Trọng Văn nghiên cứu về mô phỏng hệ số phát thải từ các phương tiện giao thông đường bộ, góp phần giải quyết bài toán đánh giá và dự báo ô nhiễm không khí tổng thể trên toàn địa bàn TP.HCM. /nguồn [2]/ h. Báo cáo tổng hợp đề tài NCKH cấp Viện (2006): “Bước đầu nghiên cứu lựa chọn hợp chất đánh dấu phù hợp và thí nghiệm để xác định hệ số phát thải chất ô nhiễm do hoạt động giao thông trên một đoạn đường ở TP.HCM” do ThS. Hồ Minh Dũng chủ trì đề tài. Qua kết quả nghiên cứu, đề tài đã lựa chọn được hợp chất đánh dấu phù hợp là propane, đồng thời cũng đã thực hiện đo đạc và thực nghiệm tại hiện trường nhằm tính toán, xây dựng hệ số phát thải của các hợp chất hữu cơ VOCs (15 hợp chất) trong khoảng C2 – C6 và NOx (NO) do hoạt động của các phương tiện giao thông tại TP.HCM. Việc đo đạc và thực nghiệm được tiến hành trên đường 3/2, Q.10, TP.HCM trong 2 tháng với mỗi ngày từ 10h00 đến 22h00. /nguồn [4]/. i. Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài (2008): “Nghiên cứu viết phần mềm tính toán tải lượng phát thải các chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông đường bộ: Trường hợp áp dụng cho TP. HCM” do ThS. Hồ Quốc Bằng chủ trì đề tài. Kết quả đạt được của đề tài là chương trình Emisens tính toán tải lượng do phát thải giao thông phù hợp với các điều kiện của TP.HCM và đề tài cũng đã vẽ được bản đồ phát thải bằng màu cho TP.HCM dựa trên mật độ đường giao thông và sử dụng phần mềm MapInfo. /nguồn [5]/. Nhiều nghiên cứu ô nhiễm không khí đã được tiến hành ở TP.HCM /nguồn [3][6]/. Tuy nhiên chưa có nghiên cứu nào sử dụng phần mềm mã nguồn mở và các tài liệu kỹ thuật kèm theo có sẵn trên internet, chưa có phần mềm chuyên dùng để tính phát thải ô nhiễm giao thông đặc biệt là hệ số phát thải của xe cộ. Chương trình máy tính Mobile của EPA, Hoa Kỳ đáp ứng được hai nội dung trên. PHẦN MỀM MOBILE 2.3. Hiện nay, các quốc gia trên thế giới đã sử dụng rất nhiều loại mô hình khác nhau để kiểm soát ô nhiễm không khí như các phần mềm mô hình máy tính: AIRVIRO, LEAP, MOBILE… dung để tính tải lượng phát thải ô nhiễm từ nguồn di động: các phần mềm mô hình máy tính: EPA – Highway, CALINE, Street Canyon, OSPM, AirQUIS, ROADAIR… dùng để tính toán sự lan truyền khuếch tán các chất ô nhiễm không khí. Mobile là một mô hình bằng chương trình máy tính dùng để ước tính hệ số phát thải ô nhiễm trên đường của các phương tiện giao thông cơ giới. Mô hình này do cục Bảo Vệ Môi Trường Hoa Kỳ (EPA) nghiên cứu và phát triển từ năm 1978. Phiên bản mở rộng hiện nay là Mobile 6.2 và cũng chính là phiên bản được luận văn này nghiên cứu tìm hiểu. Các phiên bản Mobile đầu tiên cũng như Mobile 6.2 5
được viết bằng ngôn ngữ lập trình máy tính Fortran và được biên dịch cho loại máy tính để bàn. EPA đã công bố mã nguồn của Mobile 6.2 trên internet. Mobile được nghiên cứu và phát triển cho các mục đích tạo ra một công cụ để EPA đánh giá chiến lược kiểm soát nguồn ô nhiễm di động; các cơ quan quy hoạch của liên bang, của địa phương, của vùng có thể phát triển chiến lược đánh giá và kiểm soát phát thải ô nhiễm trong các dự án khả thi thuộc chương trình “hành động làm sạch không khí khí (CAA)”; các cơ quan quy hoạch đô thị, các cơ quan quản lý giao thông có thể quy hoạch hệ thống giao thông và đánh giá tính hợp lý của nó; dùng trong các nghiên cứu cho giáo dục cũng như các nghiên cứu trong công nghiệp (lĩnh vực chế độ sản xuất ô tô, nhiên liệu…); sử dụng trong các báo cáo về hiện trạng môi trường. Mobile đã sử dụng các số liệu mới nhất về các loại xe cộ, động cơ, nhiên liệu, hệ thống kiểm soát phát thải, tiêu chuẩn phát thải, quy trình thử nghiệm, mức phát thải thực tế trong sử dụng… Mobile cũng kể đến các hướng phát triển trong tiến bộ về khoa học, kỹ thuật, tốc độ phát triển kinh tế xã hội, xu thế giảm thiểu ô nhiễm, cũng như các tiêu chuẩn luật lệ sắp ban hành tại Mỹ. Mobile cho phép chi tiết hoá các thông số đầu vào, kết quả tính toán, dạng xuất kết quả. 2.3.1. Đặc điểm của chương trình Mobile Mobile đã sử dụng các số liệu mới nhất về các loại xe cộ, động cơ, nhiên liệu, hệ thống kiểm soát phát thải, tiêu chuẩn phát thải, qui trình thử nghiệm, mức phát thải thực tế trong sử dụng, các nhân tố ảnh hưởng đến chúng ... .Mobile cũng kể đến các hướng phát triển trong tiến bộ về KHKT, tốc độ phát triển KT-XH, xu thế giảm thiểu ô nhiễm, cũng như các tiêu chuẩn luật lệ sắp ban hành tại Mỹ. l Một số đặc điểm của Mobile: - Tất cả các kết quả phát thải, bay hơi đều được qui đổi thành đơn vị là gram trên dặm (g/mi) hoặc là gram trên ngày (g/day). - Năm tính toán từ 1952 đến 2051. - Các chế độ phát thải khí ô nhiễm của phương tiện giao thông cơ giới đường bộ bao gồm 2 dạng: phát thải và bay hơi. Kết quả phát thải chất ô nhiễm gồm 10 dạng khác nhau. (Xem Bảng 8.1, Phụ lục 2) - Khi xuất kết quả, các hợp chất hydrocacbon có thể phân thành các dạng: Tổng hydrocacbon (THC), Hydrocacbon không Mêtan (NMHC), hợp chất hữu cơ bay hơi (VOC), tổng hữu cơ bay hơi (TOG), tổng hữu cơ không Mêtan (NMOG) - Số lượng các dạng chất ô nhiễm của kết quả tính toán được là 19 dạng chất ô nhiễm. (Xem Bảng 8.2, Phụ lục 2) - Mobile phân các phương tiện giao thông cơ giới đường bộ thành 28 loại theo kiểu xe, tải trọng, nhiên liệu sử dụng. (Bảng 8.3, Phụ lục 2) 6
- Hệ thống đường giao thông đuợc Mobile phân thành 4 loại đường theo các chế độ vận tốc khác nhau. Bảng 2.1 Phân loại đường Ký hiệu Mô tả Tính chất vận tốc STT Xa lộ (tốc độ cao, ít giao lộ) thay đổi 1 Freeway Đường trục chính thay đổi 2 Arterrial Đường khu vực dân cư không đổi 3 Local Đường có độ dốc thay đổi không đổi 4 Freeway Ram 5 None - Xét đến nhiều yếu tố về nhiên liệu như: Ě Nhiên liệu xăng có áp suất bay hơi khác nhau Ě Nhiên liệu dầu diesel có hàm lượng lưu huỳnh khác nhau Ě Nhiên liệu hỗn hợp các chất chứa nhiều oxi Ě Các chương trình kiễm soát việc sử dụng nhiên liệu 2.3.2. Phương pháp tính toán hệ số phát thải của mô hình Mobile Tính toán hệ số phát thải trung bình a. Hình 2.1 Sơ đồ tính toán hệ số phát thải trung bình (g/mi) Mô hình Mobile tính toán ra hệ số phát thải dựa vào các thử nghiệm dưới các điều kiện chuẩn về nhiệt độ, nhiên liệu, chu trình chạy bằng cách hiệu chỉnh lại hệ số phát thải cơ bản trong điều kiện khác với điều kiện chuẩn. 7
Đầu vào, đầu ra của Mobile b. v Dạng thông số đầu vào của Mobile File thông số đầu vào có tên phần mở rộng là *.IN, dạng mã ASCII. (Hình 8.1, Phụ lục 2) File có cấu trúc gồm 3 phần, chứa tất cả các lệnh trong đó có các lệnh bắt buộc và các lệnh tùy chọn. Mobile có tất cả 98 lệnh, được chia làm 7 nhóm. Các lệnh này được định dạng nhất định về tên cũng như dạng dữ liệu. Hình 2.2 Tóm tắt phân loại thông số đầu vào Mobile 8
v Dạng kết quả đầu ra tính toán của Mobile Files kết quả Mobile có 2 dạng: mô tả và cơ sở dữ liệu File mô tả có tên phần mở rộng là *.TXT, dạng mã ASCII. (Hình 8.2, Phụ lục 2) File cơ sở dữ liệu có tên phần mở rộng là *.TB1. Các cột dữ liệu ngăn cách nhau bằng ký tự Tab dạng mã ASCII. Có 3 dạng cấu trúc dữ liệu theo tùy chọn dạng xuất kết quả của file dữ liệu đầu vào: - Theo giờ: chứa dữ liệu chi tiết nhất, tổng số hàng có thể đạt đến 295 800 . - Theo ngày: tổng số hàng là 12 325. - Tổng hợp: tổng số hàng 84. 2.3.3. Tính toán nồng độ khí ô nhiễm từ kết quả hệ số phát thải của Mobile Như đã trình bày ở phần trên, kết quả của Mobile là giá trị hệ số phát thải trung bình cho từng loại xe và hệ số phát thải trung bình cho đoàn xe. Hệ số phát thải đoàn xe (g/mi) là tổ hợp của các hệ số phát thải trung bình của từng loại xe theo công thức sau: . Từ kết quả hệ số phát thải đoàn xe , kết hợp với số liệu về VMT , tải lượng ô nhiễm được tính toán như sau : Tính toán nồng độ ô nhiễm, cường độ phát thải, tải lượng ô nhiễm từ kết quả hệ số phát thải của Mobile được thể hiện trong hình sau: 9
Hình 2.3 Sơ đồ tính toán nồng độ ô nhiễm từ kết quả hệ số phát thải của Mobile cho nguồn đường. PHẦN MỀM CAR 2.4. Phần mềm CAR (Contaminants in the Air from a Road model) là phần mềm tính toán ô nhiễm không khí do giao thông dựa trên mô hình Berliand được TSKH Bùi Tá Long và nhóm nghiên cứu ENVIM thực hiện. Trong quá trình thực hiện luận văn này, tác giả đã thu thập số liệu bản đồ ảnh vệ tinh của thành phố Đà Nẵng, dữ liệu bản đồ này được tích hợp vào CAR. Trong phiên bản mới nhất công bố vào tháng 4/2009, CAR đã tích hợp mô hình Mobile của M ỹ và mô hình phát tán ô nhiễm không khí cho nguồn đường Berliand thành một công cụ duy nhất. Đặc điểm nổi bật của phiên bản mới là khả năng tự động hóa cao trong tính toán cũng như ứng dụng kỹ thuật GIS với nguồn dữ liệu luôn sẵn có từ Google map. CAR được xây dựng để tính toán sự phát tán ô nhiễm không khí do nguồn đường, thể hiện bản đồ phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo không gian và thời gian khác nhau. Mô hình lý luận của CAR được thể hiện trên Hình 2.4. Sơ đồ hệ thống thể hiện dữ liệu đầu vào – ra của CAR được thể hiện trên Hình 2.5. Trong phần mềm CAR hỗ trợ nhiều công cụ cho người dùng như: các công cụ dùng để điều khiển lớp bản đồ, nhập thông tin, quản lý dữ liệu, xuất kết quả chạy mô hình… 10