Nghiên cứu quy luật diễn biến chất lượng không khí từ số liệu quan trắc tại 9 trạm quan trắc không khí tự động và xây dựng bản đồ phân bố ô nhiễm không khí cho tp hcm

TRƯỜNG CAO ðẲNG TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TPHCM ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO NGHIỆM THU ðỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Nghiên cứu quy luật diễn biến chất lượng khơng khí từ số liệu quan trắc trạm quan trắc khơng khí tự động xây dựng đồ phân bố nhiễm cho thành phố Hồ Chí Minh Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Nguyễn ðinh Tuấn TS Lê Hồng Nghiêm THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 11/ 2010 TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Từ nhiều năm thành phố Hồ Chí Minh (TPHCM) có trạm quan trắc tự động chất lượng khơng khí (CLKK) hoạt động tốt, tích lũy hàng triệu số liệu quan trắc Tuy nhiên số liệu quan trắc ñược xử lý sơ ñể báo cáo ñịnh kỳ mà chưa phân tích kiểm tra chất lượng ñánh giá ñộ tin cậy (QA/QC) số liệu quan trắc Các số liệu quan trắc chưa ñược nghiên cứu phân tích cách tồn diện để tìm quy luật diễn biến chất ô nhiễm không khí ngày, tuần, theo mùa, xu hướng nhiều năm, trường hợp nhiễm cực đoan, chưa sử dụng để phân tích nhận diện khu vực bị nhiễm khơng khí nặng ñịa bàn TPHCM Ngoài số liệu quan trắc chưa ñược sử dụng kết hợp với cơng cụ mơ hình chất lượng khơng khí để hiệu chỉnh, đánh giá mơ xây dựng mơ hình dự báo chất lượng khơng khí cho TPHCM Do việc phân tích đánh giá độ tin cậy số liệu quan trắc từ tạo số liệu tin cậy nhằm phục vụ cho việc phân tích quy luật diễn biến chất nhiễm khơng khí, phân tích nhận diện khu vực bị nhiễm khơng khí nặng địa bàn TPHCM đồng thời sử dụng kết hợp với cơng cụ mơ hình, xây dựng mơ hình dự báo chất lượng khơng khí cho TPHCM cần thiết Thực tốt công việc đáp ứng góp phần vào chiến lược bảo vệ mơi trường khơng khí cho TPHCM Những kết ñạt ñược từ ñề tài chắn có ý nghĩa lớn công tác bảo vệ môi trường ñịnh hướng quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội TP.HCM SUMMARY OF RESEARCH CONTENT For many years, Ho Chi Minh City has been operating automatic air quality monitoring stations which have produced millions of data Unfortunately, these data were processed quite preliminarily for periodic reports without data quality and reliability analysis Besides, they have not yet been studied and analyzed comprehensively in order to explore variation patterns of air pollutants during a day, a week, a season or years, and in extreme pollution cases and to identify heavy air pollution areas in the city In additions, these data have neither been used in air quality modeling tools for adjusting and assessing the models as well as for developing a specific air quality forecast model for HCMC Therefore, it is very necessary to analyze liability of monitoring data, creating reliable database for exploring patterns of air pollutants, identifying heavy air pollution areas and developing a specific air quality forecast model for HCMC Good implementation of this work will meet and contribute to air quality management The results obtained from the study is certainly of great significance in the environmental protection planning and economic development of HCMC MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 15 1.1 Các kỹ thuật thống kê ñược sử dụng nghiên cứu quy luật diễn biến chất lượng khơng khí 15 1.1.1 Cơ sở lý thuyết 15 1.1.2 Ứng dụng phương pháp liệu khí tượng để dự đốn nguồn nhiễm 37 1.1.3 Các ứng dụng nghiên cứu quy luật diễn biến chất lượng không khí .37 1.2 Mơ hình chất lượng khơng khí 39 1.3 Hệ thống trạm quan trắc chất lượng không khí TPHCM 43 1.3.1 Hệ thống quan trắc khơng khí tự động liên tục 43 1.3.2 Hệ thống quan trắc không khí bán tự động 45 1.3.3 Hệ thống quan trắc Benzen – Toluen – Xylen (BTX) 47 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 50 2.1 Nội dung 50 2.2 Nội dung 50 2.3 Nội dung 53 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .63 3.1 Nội dung 63 3.2 Nội dung 70 3.3 Nội dung 131 3.3.1 Xây dựng liệu ñầu vào 131 3.3.2 Bản đồ phân bố nồng độ nhiễm O3 136 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 146 4.1 Kết luận 146 4.2 Kiến nghị 147 DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TP.HCM : Thành phố Hồ Chí Minh TN & MT : Tài nguyên Môi trường QLMT : Quản lý môi trường UBND : Ủy ban nhân dân US EPA : Cục bảo vệ môi trường Hoa Kỳ WHO : Tổ chức y tế Thế giới QT : Trạm quan trắc công viên phần mềm Quang Trung DOST : Trạm Quan trắc Sở Khoa học công nghệ TpHCM D2 : Trạm quan trắc Ủy Ban Nhân Dân quận Zoo : Trạm quan trắc Sở Thú TD : Trạm quan trắc phịng tài ngun Mơi trường quận Thủ ðức TN : Trạm quan trắc bệnh viện Thống Nhất BC : Trạm quan trắc phịng giáo dục huyện Bình Chánh HB : Trạm quan trắc trường phổ thông Hồng Bàng TSH : Trạm quan trắc Viện Kỹ thuật Nhiệt ñới DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Nội dung cơng việc thực 12 Bảng 1.2 Sản phẩm ñạt ñược ñề tài .14 Bảng 2.1 Một số ñặc trưng thống kê mơ tả thành phần bụi khí 16 Bảng 2.2 ðịnh nghĩa lại ñể xác ñịnh số lượng mẫu với hướng gió cho trước .35 Bảng 2.3 Các mơ hình 3-D áp dụng giới ñặc ñiểm chúng 40 Bảng 2.4 Các trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự ñộng TPHCM 43 Bảng 2.5 Tọa ñộ GPS vị trí ño 46 Bảng 2.6 Bản ñồ vị trí trạm quan trắc chất lượng khơng khí Bán tự động TPHCM.47 Bảng 2.7 Vị trí điểm ño BTX 47 Bảng 2.8 Tọa ñộ GPS vị trí đo BTX .48 Bảng 3.1 Thơng số nguồn điểm cao TP.HCM .58 Bảng 3.2 Hệ số phát thải số chất ñốt 58 Bảng 3.3 Hệ số phát thải vùng cơng nghiệp đặc trưng 59 Bảng 3.4 Hệ số phát thải cho nguồn di ñộng .60 Bảng 3.5 Hệ số phát thải cho loại nhiên liệu dung đốt cháy gia đình 60 Bảng 3.6 Hệ số phát thải VOC 61 Bảng 4.1 Bảng tổng hợp số liệu quan trắc tự ñộng thu thập ñược qua năm .68 Bảng 4.2 Liệt kê số liệu thời điểm nhiễm khơng khí nặng trạm dân cư Quận (D2) Tân Sơn Hòa (TSH) 115 Bảng 4.3 Liệt kê số liệu thời điểm nhiễm khơng khí nặng trạm Quang Trung (QT) Thảo Cần Viên (ZOO) 116 Bảng 4.4 Liệt kê số liệu thời ñiểm ô nhiễm không khí nặng trạm công nghiệpThủ ðức (TD) 117 Bảng 4.5 Liệt kê số liệu thời điểm nhiễm khơng khí nặng trạm giao thơng Bình Chánh, DOSTE, Hồng Bàng, Thống Nhất 117 Bảng 4.6 Bảng giá trị nồng ñộ PM10 từ tuần trước tuần sau ngày ñạt cực ñại 11/1/2006 trạm Sở Thú Bình chánh 126 Bảng 4.7 Kết phân tích quan hệ NO2 yếu tố khí tượng 128 Bảng 4.8 Kết phân tích quan hệ PM10 yếu tố khí tượng 130 Bảng 4.9 Tỷ lệ nguồn thải chất nhiễu khơng khí (tấn/giờ) TPHCM (trong khu vực nghiên cứu) 131 Bảng 4.10 Phát thải từ loại xe khác (kg/giờ) 132 Bảng 4.11 Giá trị số thống kê ñánh giá kết mơ hình CMAQ theo USEPA 142 DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1 Biểu diễn Box- Whisker Al, Ca2+, Cl- K theo SPSS 7.0 17 Hình 2.2 Phân bố ñều biến liên tục 20 Hình 2.3 Phân bố trị trung bình 50 lần lấy mẫu ngẫu nhiên 50 biến liên tục phân bố ñều 21 Hình 2.4 Hàm phân bố mật ñộ χ2 22 Hình 2.5 Vùng từ chối chấp nhận H0 phép thử giả thiết bên trái, mức độ có ý nghĩa α = 0.05 24 Hình 2.6 Hìmh Vùng chấp nhận từ chối phép thử giả thiết hai đi, mức độ có ý nghĩa α = 0.05 24 Hình 2.7 Mơ hình khơng gian liệu 28 Hình 2.8 Mơ hình khơng gian liệu, góc nhìn từ xuống hình 28 Hình 2.9 Dữ liệu dạng nhiều nguồn 30 Hình 2.10 Ví dụ sản phẩm mơ hình CPF sử dụng mơ hình mạng nhện Excel .36 Hình 2.11 Bản đồ vị trí trạm quan trắc chất lượng khơng khí TPHCM 44 Hình 2.12 Bản đồ vị trí trạm quan trắc chất lượng BTX TP.HCM 49 Hình 3.1 Ví dụ ñồ synoptic map 53 Hình 3.2 Ví dụ mơ hình quỹ đạo HYSPLIT 53 Hình 3.3 Sơ đồ phương pháp luận nghiên cứu cho nội dung 54 Hình 3.4 Khu vực dự kiến mơ hình hóa chất lượng khơng khí cho TPHCM .55 Hình 4.1 Phần mềm Enviman Comvisioner 63 Hình 4.2 Phần mềm Comvisioner – Reporter 64 Hình 4.3 AirQUIS – Quản lý, phân tích thống kê số liệu 65 Hình 4.4 AirQUIS – Mơ hình tính tốn dự báo chất lượng khơng khí 65 Hình 4.5 Kiểm tra chuỗi liệu 66 Hình 4.6 Kết giá trị phút NO2 CO trạm Bình Chánh .67 Hình 4.7 Sơ đồ tóm tắt q trình thu thập cập nhật liệu 67 Hình 4.8 Diễn biến nồng độ PM10 ngày trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự ñộng TPHCM (giai ñoạn 2003-2007) .72 Hình 4.9 Diễn biến nồng ñộ PM10 ngày theo mùa mưa mùa khô trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự ñộng TPHCM .72 Hình 4.10 Diễn biến nồng độ PM10 ngày trạm Bình Chánh (giai đoạn tháng tháng năm 2003) 73 Hình 4.11 Diễn biến nồng ñộ O3 ngày trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động TPHCM 75 Hình 4.12 Diễn biến nồng ñộ O3 ngày theo mùa mưa mùa khô trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động TPHCM 76 Hình 4.13 Diễn biến nồng độ O3 ngày TSH (tháng tháng 8-2003) 77 Hình 4.14 Diễn biến nồng độ CO ngày trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự ñộng TPHCM 79 Hình 4.15 Diễn biến nồng độ CO ngày theo mùa khơ mùa mưa trạm Bình Chánh (tháng năm 2003) 79 Hình 4.16 Diễn biến nồng độ NO ngày trạm quan trắc chất lượng không khí tự động TPHCM 81 Hình 4.17 Diễn biến nồng ñộ NO2 ngày trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động TPHCM 83 Hình 4.18 Diễn biến nồng độ NO2 ngày theo mùa mưa mùa khô trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động TPHCM .85 Hình 4.19 Diễn biến nồng ñộ NO2 ngày trạm (tháng năm 2003 ñối với trạm Quận tháng năm 2002 ñối với trạm DOSTE) 86 Hình 4.20 Diễn biến nồng độ SO2 ngày trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động TPHCM 88 Hình 4.21 Diễn biến nồng ñộ PM10 theo tháng năm trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động TPHCM 90 Hình 4.22 Diễn biến nồng độ O3 theo tháng năm trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động TPHCM 93 Hình 4.23 Diễn biến nồng ñộ O3 theo tháng năm 2003 trạm Quận TSH.94 Hình 4.24 Diễn biến nồng độ CO theo tháng năm trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động TPHCM 95 Hình 4.25 Diễn biến nồng ñộ CO theo tháng năm 2002 trạm DOSTE 96 Hình 4.26 Diễn biến nồng ñộ NO theo tháng năm trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động TPHCM 98 Hình 4.27 Diễn biến nồng ñộ NO2 theo tháng năm trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự ñộng TPHCM 100 Hình 4.28 Diễn biến nồng độ NO2 theo tháng năm 2003 trạm DOSTE 101 Hình 4.29 Diễn biến nồng độ SO2 theo tháng năm trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự ñộng TPHCM 103 Hình 4.30 Diễn biến nồng độ SO2 theo tháng năm 2003 trạm Quận (D2) 103 Hình 4.31 Diễn biến nồng độ PM10 qua năm trạm quan trắc chất lượng không khí tự động TPHCM 104 Hình 4.32 Diễn biến PM10 năm có số liệu tin cậy >70% 105 Hình 4.33 Diễn biến nồng ñộ O3 qua năm trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động TPHCM 106 Hình 4.34 Diễn biến nồng độ CO qua năm trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự ñộng TPHCM 107 Hình 4.35 Diễn biến nồng ñộ CO qua năm trạm BC TN 108 Hình 4.36 Diễn biến nồng ñộ NO qua năm trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động TPHCM 109 Hình 4.37 Diễn biến nồng độ NO2 qua năm trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự ñộng TPHCM 111 Hình 4.38 Diễn biến năm NO2 số trạm 111 Hình 4.39 Diễn biến nồng ñộ SO2 qua năm trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động TPHCM 112 Hình 4.40 Diễn biến năm SO2 trạm Thống Nhất 113 Hình 4.41 Các hình thái synop gây nhiễm khơng khí nặng TPHCM ñợt tháng 1/2003 114 Hình 4.42 Các hình thái synop gây nhiễm khơng khí nặng TPHCM đợt tháng 1/2003 120 Hình 4.43 Các hình thái synop gây nhiễm khơng khí nặng TPHCM đợt tháng 1,2/2004 122 Hình 4.44 Các hình thái synop gây nhiễm khơng khí nặng TPHCM ñợt tháng 1/2005 124 Hình 4.45 Các hình thái synop gây nhiễm khơng khí nặng TPHCM đợt tháng 3/2005 126 Hình 4.46 Biểu ñồ diễn biến ngày trước sau ngày cực ñoan 127 Hình 4.47 Tỷ lệ nguồn thải chất nhiễu khơng khí khác TPHCM (trong khu vực nghiên cứu) 132 Hình 4.48 Phân bố khơng gian cường độ phát thải trung bình từ nguồn đốt nhiên liệu hóa thạch (anthropogenic) Isoprenes từ nguồn sinh học (biogenic source) thời ñiểm 12:00 ñịa phương (kg/2.8 x 2.8 km2.giờ) 133 Hình 4.49 So sánh số liệu kết mơ hình số liệu đo đạc trạm Tân Sơn Hịa nhiệt ñộ, vận tốc gió hướng gió theo chuỗi thời gian 135 Hình 4.50 Trường gió mơ hình hướng gió quan sát đo đạt trạm tân Sơn Hòa (vòng tròn nhỏ) thời ñiểm 13:00 ñịa phương ngày 10 tháng năm 2005 136 Hình 4.51 So sánh số liệu nồng độ O3 từ kết mơ hình số liệu quan trắc theo chuỗi thời gian trạm QT ZOO từ ngày ñến 13 tháng năm 2005 139 Hình 4.52 So sánh số liệu nồng độ O3 từ kết mơ hình số liệu quan trắc theo chuỗi thời gian trạm D2 (a) nồng ñộ CO trạm DOSTE từ ngày ñến 13 tháng năm 2005 140 Hình 4.53 b: So sánh phân tán số liệu O3 mô số liệu quan trắc a) Tất ngày thời đoạn mơ phỏng; b) Trừ ngày có vận tốc gió mơ vượt giá trị đo đạc 141 Hình 4.54 Bản đồ phân bố nồng độ ozơn mặt đất cho khu vực TPHCM thời ñiểm 13:00 ñịa phương từ ngày ñến tháng năm 2005 144 Hình 4.55 Bản đồ phân bố nồng ñộ ozôn mặt ñất cho khu vực TPHCM thời ñiểm 13:00 ñịa phương từ ngày ñến 12 tháng năm 2005 145 10 PHẦN MỞ ðẦU Tên ñề tài Nghiên cứu quy luật diễn biến chất lượng khơng khí từ số liệu quan trắc trạm quan trắc không khí tự động xây dựng đồ phân bố ô nhiễm cho thành phố Hồ Chí Minh Chủ nhiệm ñề tài: PGS.TS Nguyễn ðinh Tuấn ðồng chủ nhiệm ñề tài: TS Lê Hồng Nghiêm Tên quan chủ trì: Trường Cao đẳng Tài ngun Mơi trường TP.HCM ðịa quan: 236 B Lê Văn Sỹ – Quận Tân Bình – Thành phố Hồ Chí Minh ðiện thoại : (08) 38443006 Fax: (08) 38449474 Cơ quan quản lý ñề tài: Sở Khoa học Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh Thời gian thực hiện: 12/2008 – 09/2010 Kinh phí duyệt: 500.000.000 đồng Kinh phí cấp: theo TB số: TB-SKHCN ngày / Mục tiêu ñề tài Nghiên cứu quy luật diễn biến chất lượng khơng khí xây dựng đồ phân bố nhiễm cho thành phố Hồ Chí Minh Nội dung nghiên cứu Nội dung 1: Biên hội xử lý số liệu quan trắc trung bình phút từ trạm quan trắc chất lượng khơng khí (CLKK) tự động trạm khí tượng đại diện địa bàn TPHCM
ND 1.1 Thu thập số liệu quan trắc (SLQT) trung bình phút từ trạm quan trắc chất lượng khơng khí (CLKK) tự động địa bàn TPHCM Mỗi trạm trung bình khoảng 2,5 triệu số liệu
ND 1.2 Thu thập số liệu ño ñạc khí tượng từ trạm khí tượng ñại diện (Tân Sơn Hịa) địa bàn TPHCM
ND 1.3 Xử lý phân tích số liệu 1h (từ số liệu phút) từ trạm quan trắc theo ñịnh dạng (format) sẵn sàng dùng làm sở để phân tích quy luật diễn biến Nội dung 2: Nghiên cứu quy luật diễn biến chất lượng khơng khí thành phố Hồ Chí Minh qua phân tích số liệu quan trắc CLKK tin cậy xây dựng nội dung
ND 2.1 Xác ñịnh quy luật diễn biến theo thời gian chất nhiễm khơng khí như: PM10, CO, NO, NO2, O3 ngày, tuần, theo mùa, theo năm trạm ñiạ bàn TPHCM
ND 2.2 Xác ñịnh quy luật diễn biến (mối tương quan) theo không gian chất ô nhiễm trạm, từ có kết luận liên quan ñến nguồn phát quy luật lan truyền
ND 2.3 Nghiên cứu xem xét mối tương quan ô nhiễm không khí với yếu tố khí tượng (synoptic map), quỹ đạo khối khí lan truyền (backward trajectory) ñến ñịa bàn TPHCM
ND 2.4 Nghiên cứu ñánh giá trường hợp ô nhiễm cực ñoan hay ô nhiễm nặng (air pollution episodes) 11 xác Kết mơ hình CMAQ (nồng độ ơzơn) so sánh ñánh giá với số liệu quan trắc trạm quan trắc Quang Trung (QT), Sở Thú (ZOO) Quận (D2) 3.3.2.1 ðánh giá kết mô hình CMAQ Chuỗi thời gian độ phân tán kết mơ hình với số liệu quan trắc Hình vẽ 3.50 3.51a biểu diễn so sánh số liệu nồng độ O3 từ kết mơ hình số liệu quan trắc theo chuỗi thời gian giai đoạn mơ Biểu đồ chuỗi hời gian vận tốc gió minh học hình vẽ 3.24 để giải thích lien hệ vận tốc gió với nồng độ ozơn Ta thấy vận tố gió mơ lớn vật tốc gió thực tế đo đạc nồng độ ơzơn thấp giá trị quan trắc Trong thời đoạn khác kết mơ hình giá trị quan trắc trùng khớp tương đối tốt, diễn tiến nồng độ ozơn theo thời gian giống Kết mô cho thấy nồng độ ozơn lớn ngày đêm diễn vào khoảng 13:00 đến 14:00 điều hồn tồn phù hợp với thực tế đo đạc Kết mơ cho thấy nồng độ O3 mơ vị trí trạm Sở Thú ZOO có kết xác so với trạm khác Trong nồng ñộ O3 mô trạm Quang Trung QT suốt thời gian ban đêm gần khơng thực tế đo đạc khoảng 20 ppb, điều sai số liệu phát thải ước lượng NOx cao vào ban đêm Kết ví tríi trạm Quận D2 cho thấy mơ hình mơ xác nồng độ ơzơn ngày mô Tuy nhiên, số liệu quan trắc đo đạc điểm xác định, khí kết tính tốn từ mơ hình kết nồng độ trung bình cho lưới 2,8 km x 2,8 km nên khơng thể tránh khỏi sai số nói Vấn ñề sai số nằm khoảng sai số chấp nhận Hình 3.51b biển diễn giá trị nồng ñộ CO theo chuỗi thời gian trạm DOSTE Kết mơ hình cho thấy mơ hình CMAQ mơ biến thiên nồng độ CO với hai giá trị cực trị khoảng 7:00 sáng 15:00 chiều ðiều tương đối xác với nồng độ CO quan trắc, vào thời điểm cao điểm giao thơng ñường ðiện Biên Phủ mà trạm DOSTE trạm quan trắc giao thơng 137 Hình 3.51b so sánh phân tán số liệu O3 mô số liệu quan trắc trạm QT, ZOO, D2 Trên hình vẽ ta thấy nồng độ O3 mơ số liệu quan trắc trạm ZOO xác, gần trùng khớp Trong trạm QT trạm D2 mức độ xác thấp Kết mơ hình xác loại bỏ ngày có tốc độ gió mơ cao thực tế (từ ngày ñến ngày tháng năm 2005) Nhìn chung, mơ hình CMAQ mơ nồng ñộ O3 thấp giá trị ño ñạc thực tế, điều liệu phát thải đầu vào mơ hình chưa tính tốn hết nguồn phát thải khác ñốt sinh khối hay ñốt nhiên liệu từ khu vực dịch vụ 138 m/s Observed Windspe e d Scheme 12 10 Overestimated wind speed 12 17 22 13 18 23 Mar Mar 140 14 19 24 10 15 20 Mar 11 16 21 12 17 22 Mar Mar Mar 13 18 23 Mar 14 19 24 10 15 20 Mar 11 16 21 12 17 22 10 Mar 11 Mar Mar 13 18 23 14 19 24 12 Mar 13 Mar QT ppm Observed 120 100 Modeled Underestimated O3 80 60 40 20 Mar Mar Mar Mar Mar Mar Mar ppm Mar Mar 10 Mar 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 12 Mar 13 Mar 11 Mar ZOO 120 Observed 100 Modeled 80 60 40 Mar Mar Mar Mar Mar Mar Mar Mar Mar 10 Mar 11 Mar 12 Mar 13 Mar Hình 3.51 So sánh số liệu nồng độ O3 từ kết mơ hình số liệu quan trắc theo chuỗi thời gian trạm QT ZOO từ ngày ñến 13 tháng năm 2005 139 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 20 ppb 120 D2 Observed Modeled 100 80 60 40 20 Mar Mar (a) Mar Mar Mar Mar Mar ppm Modeled Mar Mar 10 Mar 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 15 12 Mar 13 Mar 11 Mar Observed ppm DO Modeled 3.5 12 Observed 10 2.5 1.5 23 15 23 15 11 Mar 23 15 10 Mar 23 15 Mar 23 15 Mar 23 15 Mar 23 15 Mar 23 15 Mar 23 15 Mar 23 15 Mar 23 15 Mar Mar 23 15 (b) 23 15 0.5 12 Mar 13 Mar Hình 3.52 So sánh số liệu nồng độ O3 từ kết mơ hình số liệu quan trắc theo chuỗi thời gian trạm D2 (a) nồng ñộ CO trạm DOSTE từ ngày ñến 13 tháng năm 2005 140 QT QT (a) 120 100 Simulated (ppb) 100 Simulated (ppb) (b) 120 80 60 40 80 60 R2 = 0.8455 40 R2 = 0.648 20 20 0 20 40 60 80 100 120 20 40 Measured (ppb) ZOO 120 60 80 100 120 Measured (ppb) (a) (b) ZOO 100 90 80 Simulated (ppb) Simulated (ppb) 100 80 60 70 60 50 40 40 30 20 R2 = 0.6892 20 R = 0.5501 10 0 20 40 60 80 100 120 20 40 Measured (ppb) (a) D2 120 D2 120 80 100 (b) 100 S im ulated (ppb) 100 S im ulated (ppb) 60 Measured (ppb) 80 60 40 80 60 40 R2 = 0.7072 R2 = 0.5513 20 20 0 20 40 60 80 100 120 Measured (ppb) 20 40 60 80 100 120 Measured (ppb) Hình 3.53 b: So sánh phân tán số liệu O3 mô số liệu quan trắc a) Tất ngày thời đoạn mơ phỏng; b) Trừ ngày có vận tốc gió mơ vượt giá trị đo đạc 141 ðánh giá kết mơ hình dựa số thống kê USEPA Kết mơ hình ñánh giá ñịnh lượng thông qua số thống kê ñề xuất USEPA (2007) cho trường hợp: (1) cho tất ngày giai đoạn mơ phỏng; (2) cho tất ngày giai đoạn mơ khơng tính ngày có vận tốc gió mơ lớn (ngày 5, tháng năm 2005) Bảng 3.10 trình bày giá trị số thống kê ñánh giá kết mơ hình CMAQ theo USEPA cho trạm QT, ZOO, D2 Bảng 3.11 Giá trị số thống kê đánh giá kết mơ hình CMAQ theo USEPA Trường hợp Trạm QT ZOO D2 Tổng cộng QT ZOO D2 Tổng cộng Với ngưỡng giá trị (>40ppb) MNB (%) MNE (%) UPA (%) (±20%) (35%) (±15%) -13.79 -30.24 36.28 27.60 -25.73 -21.12 26.37 -24.48 -43.91 30.82 -13.79 -27.22 -12.94 22.55 -0.55 -13.49 16.59 -3.57 -13.9 16.94 -38.07 -13.38 19.19 -0.55 Chú thích: Các giá trị in đậm giá trị vượt mức qui ñịnh USEPA (2007) Với gía trị ngưỡng 40 ppb áp dụng giá trị thống kê nằm giới hạn quy ñịnh USEPA Trong trường hợp giá trị thống kê cao giá trị cho phép ñề xuất USEPA hầu hết trạm Giá trị MNB âm hầu hết trạm cho thấy mơ hình mơ nồng độ O3 thấp nồng độ quan trắc Trong trường hợp tất giá trị thống kê ñược cải thiện nằm giá trị cho phép ñề xuất USEPA 3.3.2.2 Bản ñồ phân bố nồng ñộ O3 Bản ñồ phân bố nồng độ ozơn mặt đất cho khu vực TPHCM thời ñiểm 13:00 ñịa phương thời ñoạn mơ hình hóa biểu diễn hình vẽ 3.52 3.53 Hình vẽ cho thấy nồng độ ozơn phân bố cao khu vực hướng gió bao gồm khu vực phía Tây Tây Bắc TPHCM Trong thời đoạn mơ hình hóa, hướng gió chủ đạo hướng ðơng Nam nên O3 chủ yếu bị phát tán phân bố khu vực Tây Bắc (dưới hướng gió) bao gồm huyện Hóc Mơn Củ Chi Bản ñồ phân bố dạng Bản đồ phân bố nồng độ chất nhiễm điển hình giai đoạn từ tháng đến tháng hàng năm 142 ảnh hưởng hướng gió ðơng Nam chủ ñạo khoảng thời gian Trong ngày (4 tháng năm 2005) bị ảnh hưởng gió mùa ðơng Bắc khu vực có nồng độ O3 phân bố cao dịch chuyển sang khu vực Tây Nam TPHCM bao gồm huyện Bình Chánh khu vực lân cận thuộc ñịa phân tỉnh Long An Bản ñồ phân bố dạng Bản ñồ phân bố nồng độ chất nhiễm điển hình giai đoạn từ tháng 12 ñến tháng năm sau ảnh hưởng hướng gió ðơng Bắc chủ đạo khoảng thời gian Trong ngày ñến tháng năn 2005, trường gió có vận tốc nhỏ nên khả khuếch tán O3 thấp xảy nồng độ O3 tích tụ khu vực hình thành Phạm vi khu vực có nồng độ O3 cao liên quan ñến ñộ lớn phát thải 2nd March 1st March 11.2 11.2 ppb 11.1 ppb 11.1 90 85 11 85 11 80 80 75 70 10.9 75 10.9 70 65 65 60 60 10.8 10.8 55 55 50 50 10.7 45 45 10.7 40 40 10.6 35 35 10.6 30 30 25 10.5 25 20 10.5 Vectors (m/s) Vectors (m/s) 10 106.4 106.5 106.6 106.7 106.8 106.9 10.4 10.4 106.4 107 106.5 106.6 106.7 106.8 106.9 107 4th March 3rd March 11.2 11.2 ppb 11.1 ppb 11.1 115 95 110 90 11 11 85 105 100 80 75 10.9 95 90 85 10.9 70 80 65 10.8 60 75 70 10.8 55 65 50 10.7 45 60 55 10.7 50 40 45 40 35 10.6 30 10.6 35 25 30 25 20 10.5 10.5 Vectors (m/s) Vectors (m/s) 10.4 106.4 106.5 106.6 106.7 106.8 106.9 0.5 10.4 107 106.4 143 106.5 106.6 106.7 106.8 106.9 107 5th March 6th March 11.2 11.2 ppb 11.1 ppb 11.1 90 100 85 11 95 11 80 90 75 70 10.9 85 80 10.9 65 75 60 55 10.8 70 65 10.8 50 60 45 10.7 40 55 10.7 50 35 45 30 10.6 25 40 10.6 35 20 15 10.5 30 25 10.5 Vectors (m/s) Vectors (m/s) 0.5 10.4 10.4 106.4 106.5 106.6 106.7 106.8 106.9 107 106.4 106.5 106.6 106.7 106.8 106.9 107 Hình 3.54 Bản đồ phân bố nồng ñộ ozôn mặt ñất cho khu vực TPHCM thời ñiểm 13:00 ñịa phương từ ngày ñến tháng năm 2005 8th March 7th March 11.2 11.2 ppb 11.1 ppb 11.1 105 85 100 80 11 11 95 75 90 70 10.9 65 85 10.9 80 60 75 55 10.8 50 70 10.8 65 60 45 40 10.7 55 10.7 50 35 45 30 10.6 25 40 10.6 35 20 15 10.5 30 25 10.5 Vectors (m/s) 0.5 Vectors (m/s) 10 0.5 10.4 10.4 106.4 106.5 106.6 106.7 106.8 106.9 107 106.4 106.5 106.6 9th March 106.7 106.8 106.9 107 10th March 11.2 11.2 ppb 11.1 ppb 11.1 115 95 110 11 90 11 105 85 100 95 90 10.9 80 10.9 75 85 70 80 65 75 10.8 70 10.8 60 65 55 60 10.7 55 50 10.7 50 45 45 40 10.6 40 10.6 35 35 30 30 25 10.5 Vectors (m/s) 0.1 10.4 25 10.5 Vectors (m/2) 1.5 10.4 106.4 106.5 106.6 106.7 106.8 106.9 107 106.4 144 106.5 106.6 106.7 106.8 106.9 107 11th March 12th March 11.2 11.2 ppb 11.1 11 10.9 10.8 10.7 10.6 10.5 ppb 11.1 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 86 84 82 80 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 35 30 25 11 10.9 10.8 10.7 10.6 10.5 Vectors (m/s) Vectors (m/s) 1.5 10.4 106.4 106.5 106.6 106.7 106.8 106.9 5.5 10.4 107 106.4 106.5 106.6 106.7 106.8 106.9 107 Hình 3.55 Bản ñồ phân bố nồng ñộ ozôn mặt ñất cho khu vực TPHCM thời ñiểm 13:00 ñịa phương từ ngày ñến 12 tháng năm 2005 145 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận ðề tài ñã thực nghiên cứu quy luât diễn biến chất lượng khơng khí từ số liệu quan trắc trạm quan trắc khơng khí tự động xây dựng đồ phân bố nhiễm cho TPHCM Thơng qua kết đề tài ñưa vài kết luận diễn biến trạng nhiễm khơng khí TPHCM sau: - Kết tổng hợp phân tích số liệu quan trắc trạm quan trắc khơng khí tự ñộng cho thấy sử dụng số liệu từ năm 2003 đến 2007 (có độ tin cậy > 70%) phục vụ cho mục đích nghiên cứu đánh giá mức độ nhiễm khơng khí TPHCM - Hiện có trạm quan trắc khơng khí tự ñộng TPHCM hần cung cấp số liệu khơng cịn hoạt động tốt - Các chất ô nhiễm không khí CO, NO, NO2, SO2, bụi PM10 thường có nồng độ cao vào khoảng thời gian cao ñiểm giao thong từ 7h-9h sáng, 17h-19h chiều ban đêm lượng xe tải lưu thơng tăng lên, nồng ñộ thấp khoảng từ 2h-4h 11h14h - Nồng ñộ PM10 theo ngày trạm quan trắc giai đoạn mùa khơ (tháng 12 ñến tháng 3) cao mùa mưa (Tháng ñến tháng 11) hai lần Các vị trí ảnh hưởng giao thơng thường có nồng độ PM10 cao - Nồng độ khí quang hóa O3 thường có nồng ñộ cao khoảng thời gian từ 11h14h vào mùa mưa sớm so với khoảng thời gian có nồng độ cực đại 15h-16h vào mùa khơ - Nồng độ O3 cao vào tháng mùa khơ từ tháng 11 ñến tháng 3, thấp vào tháng mùa mưa (tháng 7, 8, 9) Chênh lệch nồng ñộ mùa khô mùa mưa khoảng từ 2-3 lần Các khu vực ngoại thành có nồng độ O3 cao nội thành - Nồng ñộ CO mùa mưa thường có xu hướng cao mùa khơ Chênh lệch nồng độ mùa khơ mùa mưa khoảng từ 2-3 lần - Nồng ñộ NO2 tăng cao vào tháng mùa khơ (từ tháng 10 đến tháng 3), thấp vào tháng mùa mưa ( từ tháng đến 9) Chênh lệch nồng độ mùa khơ mùa mưa khoảng từ 2-4,5 lần - Nồng ñộ trung bình năm PM10 trạm quan trắc ñều vượt giá trị cho phép quy chuẩn không khí xung quanh QCVN 05:2009 - Nồng độ ozon trung bình năm trạm ngoại khoảng 50 ug/m3, cao so với trạm nội thành khoảng 10 – 15 ug/m3 146 - Hình thái khí tượng synop đặc trưng cho nhiễm khơng khí nặng TPHCM hình thái áp cao lục địa mùa khơ Vùng áp cao (H) xuất ổn ñịnh khống chế tồn lực địa Trung Quốc với lưỡi cao (ridge) tạo vùng ảnh hưởng vươn sâu vào khu vực lực địa ðơng Nam Á - Trong giai ñoạn từ tháng ñến tháng hàng năm TPHCM chịu ảnh hưởng hướng gió ðơng Nam chủ đạo nên chất nhiễm khơng khí chủ yếu bị phát tán phân bố khu vực Tây Bắc (dưới hướng gió) bao gồm huyện Hóc Mơn Củ Chi - Trong giai ñoạn từ tháng 12 ñến tháng năm sau ảnh hưởng hướng gió ðơng Bắc chủ đạo chất nhiễm khơng khí khuếch tán phân bố sang khu vực Tây Nam TPHCM bao gồm huyện Bình Chánh khu vực lân cận thuộc ñịa phân tỉnh Long An 4.2 Kiến nghị - Thành phố tiếp tục triển khai ñề tài nghiên cứu, xây dựng biện pháp khoa học, biện pháp quản lý khả thi để giảm thiểu nhiễm mơi trường khơng khí giai đoạn tới (2011 – 2020) - Hiện mạng lưới trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động TPHCM cũ khơng cịn hoạt động hiệu ñó quan có thẩm quyền cần nhanh chóng xem xét ñầu tư ñể xây dựng phát triển mạng lưới quan trắc chất lượng khơng khí cho TPHCM - Xây dựng hệ thống quan trắc CLKK bao gồm toàn thiết kế mạng lưới tạm quan trắc, qui trình quan trắc tổ chức thực quan trắc - Thiết lập chế trao đổi thơng tin, số liệu quan trắc mơi trường nói chung CLKK nói riêng để trao đổi hai khía cạnh học thuật, trao đổi kinh nghiệm xử lý thơng tin cách thức cho định xây dựng sách mơi trường 147 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt: ðinh Thị Quỳnh Như, Cơ sở liệu khí tượng, khí hậu phục vụ nghiên cứu lan truyền ô nhiễm môi trường không khí, Trung tâm khí tượng thủy văn phía Nam, TP Hồ Chí Minh, 1998 Nguyễn ðinh Tuấn, Xác ñịnh cấp ñộ ổn ñịnh khí sử dụng mơ hình phát tán khí thải từ nguồn cố định TP Hồ Chí Minh, ðề tài nghiên cứu khoa học cấp thành phố, Sở Khoa học Cơng nghệ Mơi trường TP Hồ Chí Minh, 2003 Dương Hồng Sơn (2003) Nghiên cứu xây dựng quy hoạch mơi trường khơng khí vùng đồng sơng hồng giai ñoạn 2001 – 2010 ðề tài nhánh KC.08.02: Nghiên cứu xây dựng quy hoạch môi trường phục vụ phát triển kinh tế – xã hội vùng ðồng Bắc Bộ giai ñoạn 2001 – 2010 Nguyễn Hồng Khánh, ðánh giá diễn biến mưa axít miền Bắc Việt Nam.Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội, 2005 Tài liệu tiếng Anh: Hien, P D., Binh, N T., Truong, Y., Ngo, N T., Sieu, L N., 2001 Comparative receptor modeling study of TSP, PM2 and PM2-10 in Ho Chi Minh City Atmospheric Environment, 35, 2669-2678 Hien P D., Bac V T., Lam D T., Thinh N T H T., 2004 PMF receptor modeling of fine and coarse PM10 in air masses governing monsoon conditions in Hanoi, northern Vietnam Atmospheric Environment 38, 189-201 Hien, P D., Bac, V T., Tham, H C., Nhan, D D., Vinh, L D., 2002 Influence of meteorological conditions on PM2.5 and PM2.5-10 concentrations during the monsoon season in Hanoi, Vietnam Atmospheric Environment, 36, 3473-3484 P D Hien, 2007 Status and trends of air quality in Hanoi, SVCAP Report 10 P D Hien et al 2008 Results of two Measuring Campaigns carried out with Diffuse Sampling Method in Hanoi, SVCAP Report 11 Bilkis A Begum, Philip K.Hopke, Investigation of sources of atmospheric aerosol at urban and semi – urban areas in Bangladesh, Atmospheric Environment 38, 2004, p.3025 – 3038 12 Dieter Schwela, Gary Haq, Cornie Huizenga, Wha-Jin Han, Herbert Fabian, May Ajero, Urban air pollution in Asian Cities, Earthscan, 2006 13 Erika K Wise et al, Meteorologically adjusted urban air quality trends in the Southwestern United Stated, Atmospheric Environment 39, 2005, p.2969 – 2980 14 Eugene Kim, Philip K.Hopke, Comparison between conditional probadlity function and Nonparametric regression for fine particle sources direction, Atmospheric Environment 38, 2004, p.4467 – 4673 15 EuropeAid, Training Course Handbook: Clean air for Asia, Ho Chi Minh city, Vietnam, 2006 16 Hamdy K Elminir, Dependence of urban air pollutants on meteorology, Science of the Total Environment 350, 2005, p.225 – 237 17 Health Effects Institute, Speacila Report 15: Health Effects of Outdoor Air Pollution in Developing Countries of Asia, 2004 148 18 Dieter Schwela, Gary Haq, Cornie Huizenga, Wha-Jin Han, Herbert Fabian, May Ajero, Urban air pollution in Asian Cities, Earthscan, 2006 19 Erika K Wise et al, Meteorologically adjusted urban air quality trends in the Southwestern United Stated, Atmospheric Environment 39, 2005, p.2969 – 2980 20 Eugene Kim, Philip K.Hopke, Comparison between conditional probadlity function and Nonparametric regression for fine particle sources direction, Atmospheric Environment 38, 2004, p.4467 – 4673 21 EuropeAid, Training Course Handbook: Clean air for Asia , Ho Chi Minh city, Vietnam, 2006 22 Hamdy K Elminir, Dependence of urban air pollutants on meteorology, Science of the Total Environment 350, 2005, p.225 – 237 23 Health Effects Institute, Speacila Report 15: Health Effects of Outdoor Air Pollution in Developing Countries of Asia, 2004 24 EuropeAid, Training Course Handbook: Clean air for Asia , Ho Chi Minh city, Vietnam, 2006 25 Hamdy K Elminir, Dependence of urban air pollutants on meteorology, Science of the Total Environment 350, 2005, p.225 – 237 26 Health Effects Institute, Speacila Report 15: Health Effects of Outdoor Air Pollution in Developing Countries of Asia, 2004 27 Hsin - Chung Lu et al, Estimating the frequency distribution of PM10 and PM2.5 by the statistics of the wind speed at Sha Lu, Taiwan, Th e Science of the Total Environment 298, 2002, p.119 – 130 28 Hsin - Chung Lu et al, Prediction of daily maximum O3 concentrations from meteorological condition using a two – stage neural network, Atmosphere Research 81, 2006, p.124 – 139 29 Itsushi Uno et al, Analysis of winter NO2 pollution in the Tokyo Metropolitans Area, Atmospheric Environment Vol.30, No.5, 1996, p 703 – 713 30 Jong Hoon Lee, Philip K.Hopke, Jay R Turner, Sources indentification and airborne PM2.5 at the St.Louis – Midwest Supersite, Journal of geophysical research Vol 111, D1-S10 doi: 10.1029, 2005 31 Kyung –Min Lee et al, Classification and prediction of maize hardness – associated properties using multivariate statistical analysis, Journal of Cerca Science 41, 2005, p.85 – 93 32 L.H.J.M Janssen et al, A method to estimate the distribution of various fractions of PM10 in ambient air in Nertherlands, Atmospheric Environment 33,1999, p.3325 – 3334 33 Liu, M.K., and Seinfeld, J.H., 1975 On the Validity of Grid and Trajectory Models of Urban Air Pollution Atmospheric Environment 9: 555-574 34 Dennis, R.L., Byun, D.W., Novak, J.H., Galluppi, K.J., Coats, C.J., and Vouk, M.A., 1996 The Next Generation of Integrated Air Quality Models: EPA’s Models-3 Atmospheric Environment 30: 1925-1938 35 Russell, A., Dennis, R., 2000 NARSTO Critical Review of Photochemical Models and Modeling Atmospheric Environment 34: 2283-2324 36 Odman, M T., Russell, A G., 1991 Multiscale modeling of pollutant transport and chemistry Journal of Geophysical Research 96: 7363-7370 149 PHỤ LỤC SỐ LIỆU QUAN TRẮC PHÚT 150 PHỤ LỤC CÁC BÀI BÁO KHOA HỌC 151