Tính cấp thiết của đề tai ccc cccccccccceccecsesseesssssessseessesseesseereessessersretsesnsessvensessees 9 2 Mục tiêu nghiên CỨU - 12 31 2212325112 TH 19v 1111 1 11g HH rệt 10 3 Đối tượng và phạm vi nghiên €ứu .- s22 SE S215 2221211211211 1E eEerxe 10 4 Nội dung nghién CỨU . Ăn HT TH HH nh HH TH 10
Trong những thập kỷ gần đây, Việt Nam đang phải đối mặt với thách thức về ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm không khí Các thành phố lớn trên cả nước đều có mức độ ô nhiễm khác nhau Tình trạng này là kết quả của sự tăng trưởng dân số, quá trình đô thị hóa và sự phát triển nóng của các ngành công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp Những hoạt động này đã và đang gia tăng lượng phát thải chất ô nhiễm, bao gồm các khí độc hại như NO₂, SO₂, CO và bụi PM10.
Irong khi đó hiện trạng cơ sở hạ tầng của các thành phó đô thị còn lạc hậu chưa bắt kịp với đà tăng trưởng kinh tế, hơn nữa công tác bảo vệ môi trường chưa được quan tâm chú trọng đúng mức nên nhìn chung vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm không khí đang là vấn đề bức xúc trong xã hội.
Hà Nội, như nhiều đô thị lớn khác ở Việt Nam, trong khu vực và trên thế giới, đang đối mặt với vấn đề ô nhiễm không khí ngày càng nghiêm trọng do hoạt động giao thông Số lượng xe máy tăng trung bình 15-18% mỗi năm, xe ô tô tăng 12-17%, góp phần đáng kể vào tình trạng ô nhiễm không khí ở Hà Nội.
616), thành phố Hà Nội hiện có khoảng 3,8 triệu xe máy (bằng 1/8 cả nước) và trên
368 nghìn xe ôtô các loại (băng khoảng 1/6 cả nước), chưa kể các phương tiện vãng lai đi qua thành phố ước tính trên 50 nghìn phương tiện cơ giới mỗi ngày Khí thải và bụi đường cuốn theo do hoạt động của các phương tiện giao thông cơ giới nay dang góp phan làm cho chất lượng môi trường không khí xung quanh của thành phố
Hà Nội ngày càng suy thoái, trong đó đặc biệt là vấn dé 6 nhiễm bụi PM10 tại các tuyến đường trục chính đường vành đai và các nút giao thông trọng điểm đang là nhân tố tác động tiêu cực đến quá trình phát triển và làm suy giảm chất lượng cuộc sông của người dân thủ đô.
Vì lẽ đó tác giả đã lựa chọn hướng nghiên cứu với tên luận án: “Nghiên cứu mô phong tính bién động và quá trình lan truyền bụi PM10 trong không khí ở Hà
Nội" với hy vọng đóng góp một phần kết qua nghiên cứu về tính biến động va quá trình lan truyền bụi PMI10 từ hoạt động của các phương tiện giao thông đường bộ nhăm góp phân thiết thực vào công tác quản lý và bảo vệ môi trường không khí ở thủ đô nói riêng va nước ta nói chung.
- Nghiên cứu đặc trưng biến động của bụi PM10 trong môi trường không khí ở
- Mô hình hóa quá trình lan truyền bụi PM10 từ hoạt động giao thông tại một số tuyến đường chính và nút giao thông trọng điểm tại khu vực nội thành Hà Nội.
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
+ Thông số 6 nhiễm: bụi PM10;
+ Diễn biến ô nhiễm bụi PM10;
+ Mô hình hóa quá trình lan truyền bui PM10 từ hoạt động giao thông tại một sô tuyến đường chính và nút giao thông trọng điểm tại khu vực nội thành Hà Nội.
- Phạm vi nghiên cứu: môi trường không khí xung quanh khu vực nội đô thành phố Ha Nội.
- Tổng quan tài liệu liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu thu thập số liệu quan trac bụi PM10 tại các trạm quan trắc tự động cổ định trên địa bàn thành phó Hà Nội;
- Điều tra khảo sát, thu thập lưu lượng xe tại một số tuyến đường tại khu vực nội đô thành phố Hà Nội:
- Phương pháp tính các đặc trưng thống kê để đánh giá tính biến động của bụi PM10 tại các tram quan trac chat lượng không khí tu động cố định tại thành phố
- Nghiên cứu phương pháp mô hình hóa để mô phỏng lan truyền bụi PM10 từ hoạt động giao thông tại một số tuyến đường chính và nút giao thông trọng điểm tại khu vực nội thành Hà Nội.
- Phương pháp điều tra khảo sát thực địa:
- Phương pháp xử lý số liệu thông kê:
- Phương pháp mô hình hoá.
Luận điểm bảo VỆ cành TT 1 E111 1 111171 1111111111711 xe rio II 7 Những điểm mới của luận án - 2: 2:22 z+2t2EE+EE2ES2EECEEEEEEEE2Ecrecrree 1] 8 Y nghĩa khoa hoc và thực tiGt ceccccscesssecesveseseessecseceesucevercevesesaesseevececarseveeceve 11 0, Cấu trúc luận án tt 121 E11 53 51 5151152151111171111111171e15 2111111, 12 Chương 1 TONG QUAN 2222222222222 2211221221271721271 2221121211 re 13 1.1 Tổng quan về 6 nhiễm bụi PM10 và nguồn gây ô nhiễm
Đặc điểm của DUI cc oocccccccccceccsesvsvesvssevesevesseseesssvereseeversevereevsreevsivereseeees 13 1.1.3 Các nguôn gây 6 nhiễm bub coccccccccccccccccecsescsscesecsesvesscsessessesvereeseeseereeves 18 1.1.4 Tác hại của ô nhiễm bụi PMI( .àà cà xikieireeirreo 26 1.2 Tổng quan tỡnh hỡnh nghiờn cứu trong và ngoai nước .ô‹+<<+ 32 1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 55 5S SE r2 ca 32 1.2.2 Tình hình nghién CỨU trong HHỚC àĂ co Sàn nhe 42 1.3 Các yếu tô ảnh hưởng đến quá trình lan truyền bụi trong không khí
a) Phân loại bụi: có nhiều cách phân loại khác nhau.
+ Bui hữu cơ như bụi tự nhiên, bụi thực vật (gỗ bông), bụi động vật (lông, len, tóc ), bụi nhân tạo (nhựa hóa học, cao su vv );
+ Bui vô cơ như bụi khoáng chất (thạch anh ), bụi kim loại (sắt, đồng, chì ).
Bui gây nhiễm độc chung (chì, thủy ngân benzen); Bui gây di ứng viêm mii, hen, nổi ban wv (bụi bông gai, phân hóa học, một số tinh đầu gỗ vv ); Bui gây nhiễm trùng (lông len, tóc, xương ); Bui gây xơ hóa phi (thạch anh, bụi amiăng).
- Theo thành phan hóa học:
Bụi được sinh ra từ nhiều nguồn khác nhau, chúng có thé phát thải trực tiếp từ ống khói nhà máy công nghiệp, khói xả của các phương tiện giao thông, các quá trình hoạt động xây dựng, vận tải, dân sinh (bụi sơ cấp) hay được hình thành do sự biến đổi của khí thải trong khí quyền (bụi thứ cấp).
Thành phần hóa học và vật lý của bụi phụ thuộc vào địa điểm thời gian trong năm và điều kiện thời tiết.
Bụi bao gồm cả loại bụi thô và bụi mịn, hạt bụi thô (PM; s.¡o) có đường kính khí động học từ 2.5um - 10um, chúng được hình thành bởi sự phá vỡ cơ học
(nghiền xay, mài mòn bề mặt), bay hơi của thuốc xịt, và ngưng tụ hạt Bụi thô
(PM; ss) bao gồm khoáng nhôm xilicat, oxít của các nguyên tố vỏ trái đất và nguồn
13 chính chủ yêu là bụi từ đường giao thông công nghiệp nông nghiệp xây đựng và tro bay hình thành từ quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch Thời gian tồn tại của bụi thô (PM; s.¡ạ) trong không khí từ vài phút đến vài giờ và có thể di chuyển VỚI khoảng cách thay đổi từ U được xác định là giá trị cực.
Các phép tính trên được thực hiện bằng phần mềm thống kê trên máy tính.
2.3.2 Phương pháp tính các đặc trưng thông kê cua bụi PM10 Đặc trưng thống kê của bụi PM10 được tính toán theo các công thức sau
Giá trị trung bình: x=) x, (2.1) _ Tạ i=]
A 1A ^ 1 N x2 2 3 Độ lệch chuân: ,= Wy eX) (2.3)
Hệ số biến động: CS (2.4)
Khoảng tứ phân vị: IQR = Q3 - QI (2.5)
Trong do: x;: là các giá trị trung bình giờ của bụi PMI0 quan trac được theo từng giờ trong ngày;
N: là số các gia tri Xị; t= Kt), trong đó 1, là bước phan chia số liệu có tT, - lh, k= 0,1,2 (N-]);
IQR: Khoảng tứ phân vi;
QI: tứ phân vị dưới hay bách phân vi thứ 25;
Q3: tứ phân vị trên hay bách phân vị thứ 75;
Các công thức (2.1-2.4) được tiến hành cho mỗi thẻ hiện, kết quả cuối cùng được lấy trung bình hóa từ n thé hiện quan trắc thực tế.
2.3.3 Phương pháp mô hình hóa môi trường
2.3.3.1 Các hướng mô hình hoá môi trường Để đánh giá hiện trạng và dự báo ô nhiễm môi trường không khí tại một vùng nào đó, trên Thế giới cũng như ở Việt Nam hiên nay thường sử dụng hai phương pháp sau [49]:
Khảo sát đo đạc tại nhiều điểm trên hiện trường của một vùng và bằng phương pháp thông kê dé phân tích đánh giá chất lượng không khí vùng đó.
> Phương pháp mô hình hoa
Dùng các mô hình toán học mô phỏng và dự báo sự lan truyền các chất ô nhiễm theo không gian và thời gian sau đó kết hợp với số liệu đo đạc thực nghiệm để kiểm chứng độ chính xác của mô hình Trên cơ sở đó xây dựng các phần mềm tính toán tối ưu và thương mại hoá.
Theo tài liệu của Tố chức Khí tượng Thế giới (WMO) và chương trình môi trường của Liên hiệp quốc (UNEP) thì hiện nay trên thế giới có hơn 20 dạng mô hình tính toán và dự báo ô nhiễm môi trường không khí, nhưng có thể tập hợp thành
+ Hướng 1: Mô hình thống kê kinh nghiệm dựa trên cơ sở lÿ thuyết của Gauss với giả thiết rang sự phân bố nông độ chất 6 nhiễm tuân theo quy luật phân bố chuẩn (vì thé gọi là mô hình Gauss) Các nhà khoa học đầu tiên áp dụng và cải tiến theo hướng nay là Sutton, Tunner, Pasquil v.v
+ Hướng 2: Mô hình động lực - roi thông kê sử dụng lý thuyết khuếch tán rồi trong điêu kiện khí quyến có phân tang kết nhiệt Mô hình này được Berliand xây dựng và áp dụng thành công ở Nga (nên còn gọi là mô hình Berliand, hay mô hình khuếch tán rối K)
+ Hướng 3: Mô hình số trị dựa trên việc giải hệ phương trình đây đủ của nhiệt động lực học khí quyền bằng phương pháp số Hướng này mới được trién khai ứng dụng trong mấy năm gan đây nên kết quả thu được còn rất hạn chế.
Hai mô hình Berliand và Sutton (dạng cải tiến của Gauss) hiện nay được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới và ở Việt Nam để đánh giá dự báo các chất ô nhiễm không khí thải ra từ các nguồn thải công nghiệp đô thị (dân sinh) giao thông, xây dựng và khai khoáng.
2.3.3.2 Sự phân bố chat ô nhiễm và phương trình vi phân co bản
Khi mô tả quá trình khuếch tán chất ô nhiễm trong không khí bằng các mô hình toán học thì mức độ ô nhiễm không khí thường được đặc trưng bởi trị số trung bình của nồng độ chất ô nhiễm phân bố theo không gian và thời gian.
Dưới tác dụng của gió tự nhiên các luồng khí phụt lên từ miệng ống khói sẽ bị uốn cong theo chiều gió thôi Chất ô nhiễm dần dần bị khuếch tán rộng tạo ra thành vệt khói Kết quả khảo sát cho thấy các chất khí thải và bụi lơ lửng lan truyền chủ yếu theo vệt khói trong phạm vi góc cung hẹp 10-20 Một số hạt bụi nặng sẽ tách khỏi vệt khói và rơi xuống mặt đất gần ống khói Nếu coi góc mở của vệt khói không đôi theo khoảng cách thì diện tích do vệt khói gây ô nhiễm sẽ tăng theo tỷ lệ với bình phương của khoảng cách.
Vùng không khí sát đất thường bị ô nhiễm bắt đầu từ khoảng cách tới chân ống khói ước chừng từ 4-20 lần chiều cao ống khói và vị trí bị ô nhiễm cực đại cách chân ống khói khoảng 10-40 lần chiều cao ống khói Trên mặt cắt ngang của vét khói, nồng độ ở trục lớn nhất và càng ra xa, nồng độ càng giảm dần Khi trời lặng gió, luồng khí thải sẽ phụt thăng đứng lên trên và gây 6 nhiễm không khí chủ yếu trong phạm vi không gian xung quanh ống khói.
Trong trường hợp tổng quát, trị số trung bình của nồng độ chất ô nhiễm trong không khí phân bồ theo thời gian và không gian được mô tả từ phương trình xuất phát của vận chuyền, khuếch tán rối và biến đổi hoá học mh đủ như sau [49]: ôC „ OC, ðC „ôC_ôí( 4m ổ
-— =—| K,— oO Oe Bp eel * a} x#):ễ ac +aC— BC (2.6) ol `7
C: Néng độ trung bình chất ô nhiễm (mg/m’). x, y, z: Cac thành phan toa độ theo 3 trục Ox, Oy, Oz. t: Thời gian.
K,, K,, K.: Các thành phần của hệ số khuếch tán rối theo 3 trục Ox, Oy, Oz.
