tóm tắt luận án tiến sĩ Nghiên cứu mô phỏng tính biến động và quá trình lan truyền bụi PM10 trong môi trường không khí ở Hà Nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Dƣơng Ngọc Bách NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG TÍNH BIẾN ĐỘNG VÀ Q TRÌNH LAN TRUYỀN BỤI PM10 TRONG MƠI TRƢỜNG KHƠNG KHÍ Ở HÀ NỘI Chun ngành: Mơi trường khơng khí Mã số: 62 85 02 10 DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MƠI TRƢỜNG Hà Nội, 2014 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN, ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Người hướng dẫn khoa học: GS.TS.Phạm Ngọc Hồ Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án án đƣợc bảo vệ Hội đồng cấp ĐHQG chấm luận án Tiến sĩ họp Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên vào hồi ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thƣ viện Quốc gia Việt Nam; - Trung tâm Thông tin- Thƣ viện, Đại học Quốc gia Hà Nội MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong thập kỷ gần đây, Hà Nội phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường, có mơi trường khơng khí Đặc biệt khu công nghiệp, trục đường giao thông lớn bị ô nhiễm với cấp độ khác Đó hệ gia tăng dân số, gia tăng đột biến phương tiện giao thông (ôtô, xe máy), phát triển nhanh chóng ngành cơng nghiệp tiểu thủ công nghiệp làm gia tăng lượng phát thải chất nhiễm, có chất khí độc hại NOx, SO2, CO bụi PM10 Trong đó, vơi vị thành phố thủ đô sở hạ tầng thành phố lạc hậu, công tác bảo vệ môi trường chưa trọng quan tâm mức nên nhìn chung vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt ô nhiễm khơng khí vấn đề xúc xã hội Trong nỗ lực kiểm sốt nhiễm, bảo vệ môi trường địa phương, từ năm 2000 thành phố Hà Nội Bộ Tài nguyên Môi trường lắp đặt nhiều trạm quan trắc chất lượng không khí tự động cố định để giám sát, đo đạc liên tục nồng độ chất nhiễm khơng khí NOx, SO2, CO, bụi PM10 v.v Hoạt động trạm quan trắc cung cấp nguồn số liệu lớn sở cho thấy tranh ô nhiễm diễn biến chất lượng mơi trường khơng khí thủ đơ, giúp nhà quản lý đưa sách kịp thời để kiểm sốt chất lượng mơi trường khơng khí Thực tế cho thấy, việc trì phát triển mạng lưới trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động cố định địa bàn thủ đô đắn cần thiết Tuy nhiên, sau thời gian hoạt động nhiều trạm dừng quan trắc nhiều nguyên nhân khác hỏng hóc thiết bị, thiếu kinh phí trì hoạt động vận hành khơng ổn định, cung cấp số liệu không đồng bộ, rời rạc, ngắt qng, thiếu tin cậy v.v Vì lẽ đó, tác giả lựa chọn hướng nghiên cứu với tên luận án: “Nghiên cứu mơ tính biến động q trình lan truyền bụi PM10 mơi trường khơng khí Hà Nội” với hy vọng đóng góp phần kết nghiên cứu việc ứng dụng mô hình hóa mơ q trình lan truyền bụi PM10 tuyến đường giao thơng tính biến động làm sở cho việc thiết lập mơ hình nội, ngoại suy bổ khuyết chuỗi số liệu bụi PM10 trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động cố định Hà Nội, nhằm góp phần thiết thực vào công tác quản lý bảo vệ môi trường khơng khí thủ nói riêng nước ta nói chung Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu đặc tính biến động bụi PM10 mơi trường khơng khí Hà Nội; - Thiết lập mơ hình nội, ngoại suy bổ khuyết chuỗi số liệu PM10 theo thời gian cho trạm quan trắc chất lượng mơi trường khơng khí tự động cố định Hà Nội; - Ứng dụng mơ hình để mơ lan truyền ô nhiễm bụi PM10 Hà Nội Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: nhiễm bụi, mơ hình lan truyền nhiễm nội, ngoại suy bụi PM10 lớp khí sát đất; - Phạm vi nghiên cứu: khu vực nội đô thành phố Hà Nội; - Giới hạn phạm vi nghiên cứu: + Thông số ô nhiễm: bụi PM10; + Trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động Hà Nội; + Mơ hình hóa q trình lan truyền bụi PM10 từ nguồn giao thông số tuyến đường khu vực nội thành Hà Nội Nội dung nghiên cứu - Tổng quan tài liệu liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu, thu thập số liệu quan trắc bụi PM10 trạm quan trắc tự động cố định địa bàn thành phố Hà Nội; - Điều tra khảo sát, thu thập lưu lượng xe số tuyến đường khu vực nội đô thành phố Hà Nội; - Ứng dụng lý thuyết hàm ngẫu nhiên để đánh giá tính biến động thiết lập mơ hình nội ngoại suy bổ khuyết chuỗi số liệu bụi PM10 trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động cố định thành phố Hà Nội; - Nghiên cứu ứng dụng phương pháp mơ hình hóa để mơ lan truyền bụi PM10 từ nguồn giao thông khu vực nội thành Hà Nội; - Đề xuất số giải pháp quản lý, kiểm sốt nhiễm bảo vệ mơi trường khơng khí thành phố Hà Nội Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp hồi cứu; - Phương pháp điều tra khảo sát thực địa; - Phương pháp xử lý số liệu thống kê; - Phương pháp mơ hình hố để mơ lan truyền bụi PM10 mơi trường khơng khí; - Ứng dụng lý thuyết trình ngẫu nhiên để thiết lập mơ hình nội, ngoại suy bổ khuyết số liệu quan trắc tự động Luận điểm bảo vệ - Ứng dụng lý thuyết hàm ngẫu nhiên để đánh giá tính biến động thiết lập mơ hình nội ngoại suy bổ khuyết chuỗi số liệu bụi PM10 trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động cố định thành phố Hà Nội; - Nghiên cứu ứng dụng mơ hình CAL3QHC để mơ lan truyền bụi PM10 từ nguồn giao thông số tuyến đường khu vực nội thành Hà Nội Những điểm luận án - Thiết lập mơ hình nội, ngoại suy bổ khuyết chuỗi số liệu bụi PM10 sở xác định q trình biến đổi khơng dừng hàm cấu trúc PM10; - Lựa chọn mô hình CAL3QHC để mơ lan truyền bụi PM10 từ nguồn giao thông thành phố Hà Nội Đây mơ hình Cục Bảo vệ mơi trường Mỹ phát triển để nghiên cứu mô lan truyền ô nhiễm bụi từ nguồn giao thông đường Ý nghĩa khoa học thực tiễn a) Ý nghĩa khoa học - Kết nghiên cứu tính biến động bụi PM10 cho thấy tranh trạng quy luật biến đổi nồng độ bụi PM10 khơng khí Hà Nội; - Mơ hình nội, ngoại suy cho phép bổ khuyết số liệu quan trắc bụi PM10 bị thiếu hụt trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động cố định Hà Nội, góp phần vào hướng nghiên cứu nội, ngoại suy bổ khuyết số liệu ngày hoàn thiện hơn; - Mơ hình CAL3QHC mơ lan truyền nhiễm bụi PM10 cho thấy tác động rõ nét hoạt động giao thông đô thị tới chất lượng môi trường không khí xung quanh, làm sở cho việc áp dụng mơ hình thị Việt Nam b) Ý nghĩa thực tiễn - Kết nghiên cứu tính biến động mơ nhiễm bụi PM10 từ nguồn giao thông giúp cho người dân nhà quản lý có thêm thơng tin hữu ích để phịng tránh nhiễm, đưa định kịp thời cơng tác kiểm sốt nhiễm khơng khí bảo vệ mơi trường; - Áp dụng mơ hình nội, ngoại suy để bổ khuyết, khơi phục số liệu quan trắc bụi PM10 bị thiếu hụt trầm trọng trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động cố định Hà Nội nói riêng đô thị tỉnh thành phạm vi nước nói chung Cấu trúc luận án: Cấu trúc luận án, phần mở đầu kết luận gồm chương, bố cục luận án gồm: - Mở đầu - Chương I Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu - Chương II Phương pháp nghiên cứu - Chương III Kết thảo luận - Kết luận kiến nghị - Tài liệu tham khảo - Phụ lục CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước nghiên cứu biến động bụi PM10 mơ hình hóa q trình lan truyền bụi PM10 khí 1.2 Tổng quan ô nhiễm bụi Tổng quan nguồn gây ô nhiễm tác hại bụi PM10, đặc tính bụi PM10 khí 1.3 Tổng quan mạng lƣới quan trắc chất lƣợng khơng khí tự động cố định (Trạm QTCLKKTĐCĐ) Trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động cố định Hà Nội loại trạm quan trắc có khả đo tự động liên tục (24h/24h) thơng số chất lượng khơng khí (SO2;NOx;CO;O3;TSP;PM10) thơng số khí tượng (nhiệt độ; độ ẩm; áp suất; xạ; tốc độ hướng gió) CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở lý thuyết hàm ngẫu nhiên  Phƣơng pháp tính đặc trƣng thống kê yếu tố Bụi PM10 Nếu coi yếu tố Bụi PM10 trình ngẫu nhiên X(t), để khảo sát tính khả biến theo thời gian, ta tính đặc trưng số hàm tương quan (tự tương quan), hàm cấu trúc (hàm cấu trúc chuẩn hóa) theo cơng thức trình bày phần Vì số liệu quan trắc quy toán yếu tố Bụi PM10 rời rạc, không liên tục nên ta khơng thể sử dụng tính Egodic mà phải tiến hành trung bình hóa theo tập hợp thể hiện, đồng thời thay tích phân tổng tương ứng sau: N  xi N i=1 Giá trị trung bình: X= Phương sai: σ2 = x Độ lệch chuẩn: σx = N  (xi -X)2 N-1 i=1 Hệ số biến động: C vx = σx X N  (xi -X)2 N-1 i=1 Hàm tương quan thời gian: R x (Kτ1 )= N-K  (xi -X)(xi+k -X) N-K i=1 Hàm tương quan chuẩn hoá: rx (Kτ1 )= R x (Kτ1 ) σ2 x Hàm cấu trúc thời gian: Dx (Kτ1 )= Hàm cấu trúc chuẩn hoá: d x (Kτ1 )= N-K  (xi+K -xi )2 N-K i=1 D x (Kτ1 ) X Trong đó: xi: giá trị yếu tố Bụi PM10 quan trắc ngày; N: tổng số giá trị xi;  = K1  Ứng dụng đặc trƣng thống kê trình ngẫu nhiên để thiết lập mơ hình nội, ngoại suy bổ khuyết chuỗi số liệu bụi PM10  Đối với trình ngẫu nhiên X(t) thỏa mãn tính dừng : Trong trường hợp giá trị trung bình X(t) = const với (t),còn hàm tương quan R(t1,t2) hàm cấu trúc D(t1,t2) phụ thuộc vào hiệu hai thời điểm  = t1 – t2 Các hàm hàm chẵn, nghĩa R() = R(-) D() = D(-) Đối với hàm tương quan R() hàm giảm đơn điệu,  → ∞ R() → 0, ngược lại hàm cấu trúc D() hàm tăng đơn điệu đến giá trị ∞ D() đạt trạng thái bão hịa, nghĩa →∞ D() = const (hình 2.1) Ứng dụng tính chất dừng X(t), người ta xây dựng mơ hình nội, ngoại suy dựa hàm tương quan R() [ ] Trong [ ] sử dụng mối quan hệ hàm tương quan R() hàm cấu trúc D() để thiết lập mơ hình nội, ngoại suy cho q trình X(t) dừng thơng qua hàm cấu trúc D() Các mơ hình trình bày tóm tắt đây: (1) Sử dụng hàm tương quan thời gian, mô hình có dạng sau (2.16): n BC (t * t K )  BCC* (t * t K )    j [ BC (t j  t K )  BC* (t j  t K )  BCC* ( t j  t K )  BC*C (t j  t K )]  j1 k = 1,2, , n Công thức (2.16) dùng để xác định nhân tố nội, ngoại suy (các trọng lượng αj), sau xác định nhân tố αj, thay vào công thức nội, ngoại suy giá trị X(t*) = (2) Sử dụng hàm cấu trúc thời gian (2.18): n DC ()  DC (t * t K )   j [ DC ()  DC (t j  t K )]  (2.18) j 1 k = 1,2, n Dễ thấy sai số bình phương trung bình  khơng vượt q độ tán n (phương sai)  C đại lượng C(t), để việc đánh giá sai số phương pháp dự báo trường hợp thuận lợi hơn, ta sử dụng đại lượng vơ thứ ngun  n có dạng sau:  n2  n2  n2 n     c BC (0) D () C (2.19)  Đối với q trình X(t) khơng thỏa mãn tính dừng: Đây trường hợp thường xảy thực tế, hàm tương quan hàm cấu trúc tính từ số liệu quan trắc bị tác động lớn biến trình ngày đêm biến trình mùa, biến trình năm trường nhiệt độ yếu tố khí tượng khác làm phá vỡ cấu trúc thời gian khơng theo qui luật tính dừng (xem hình 2.1) Vì vậy, hàm tương quan hàm cấu trúc q trình X(t) xảy có cực trị (min max) độ dài thời gian lấy trung bình T Để phép nội, ngoại suy đạt độ xác định, nghiên cứu sinh tư vấn người hướng dẫn thiết lập công thức nội, ngoại suy theo hàm cấu trúc thời gian có dạng sau: X(t+ )-X(t)=  D( ) (2.20) Trong đó: X(t+): giá trị nội/ngoại suy theo giá trị quan trắc X(t) thời điểm t; : hiệu hai thời điểm (t+ - t = ) tương ứng hàm cấu trúc D(); Dấu “+” ứng với D() hàm đồng biến; Dấu “-“ ứng với D() hàm nghịch biến (hình 2.2) 2.2 Phƣơng pháp mơ hình hóa 2.2.1.Phần mềm CALRoads View Phần mềm CalRoads View 6.2.6 phần mềm mô lan truyền ô nhiễm không khí cho giao thông đường bộ, phần mềm có quyền phát triển hãng Lakes Environmental (Canada).Phần mềm CalRoads View 6.2.6 cho phép tính tốn mơ lan truyền nhiễm khí bụi cho loại đường giao thông khác đường bộ, nút cắt giao thông, cầu vượt, đường hầm, bãi đỗ xe Trong phần mềm có tích hợp mơ hình lan truyền nhiễm khơng khí khác như: (1) mơ hình CALINE4, (2) mơ hình CAL3QHC (3) mơ hình CAL3QHCR, mơ hình CALINE4 phát triển Sở Giao thông Vận tải bang California (Mỹ), hai mơ hình cịn lại phát triển Cục Bảo vệ mơi trường Mỹ (USEPA) 2.2.2.Mơ hình CAL3QHC Cơ sở lý thuyết mơ hình CAL3QHC trình bày chi tiết tài liệu [52;53] Lý lựa chọn mơ hình CAL3QHC để mơ lan truyền nhiễm bụi PM10 từ nguồn giao thông Hà Nội là: - Mơ hình CAL3QHC phát triển sở cải tiến từ mơ hình CALINE3 nâng cấp để ứng dụng mơ lan truyền nhiễm bụi nguồn giao thơng; - Mơ hình CAL3QHC cho phép tính tốn mơ lan truyền nhiễm khí, bụi với loại đường giao thơng khác đường nội đô, đường cao tốc, cầu - cao, bãi đỗ xe nút giao thông Mơ hình CAL3QHC thẩm định Cục Bảo vệ mơi trường Mỹ tích hợp phần mềm CALRoads View 6.2.6 có quyền hãng Lakes Environmental (Canada) 2.3.Điều kiện địa lý tự nhiên kinh tế xã hội thành phố Hà Nội Tóm tắt đặc điểm điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội thành phố Hà Nội 2.4 Hiện trạng mơi trƣờng khơng khí Hà Nội 2.4.1.Các nguồn gây nhiễm khơng khí 2.4.2.Hiện trạng ô nhiễm không khí - Môi trường khu công nghiệp, cụm công nghiệp làng nghề; - Môi trường giao thông Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đánh giá tính biến động động PM10 theo thời gian 3.1.1 Đánh giá sơ số liệu thu thập từ trạm Láng trạm Nguyễn Văn Cừ Bảng 3.1.1.2 Tỷ lệ số quan trắc đƣợc Trạm giai đoạn 2010-12 Trạm Năm PM2.5 PM1 (%) (%) (%) 2010 81 81 - - 2011 57 57 - - 2012 53 53 - - 2010 - 76 76 76 2011 - 87 87 87 2012 Trạm Nguyễn Văn Cừ PM10 (%) Trạm Láng TSP - 92 92 92 3.1.2.Đặc trưng thống kê bụi PM10 Bảng 3.1.2.1.1 Đặc trƣng thống kê bụi PM10 (µg/m³) Trạm LÁNG Đặc trưng thống kê Năm 2010 2011 2012 Trung bình 95 95 81 Sai số chuẩn 0.6 0.9 0.7 Trung vị 84 80 71 Số trội 73 59 61 Độ lệch chuẩn 52 61 49 302 337 278 Giá trị nhỏ Giá trị lớn 307 343 286 Số quan trắc 7099 4988 4609 Khoảng biến thiên 10 Bảng 3.1.2.2 Đặc trƣng thống kê bụi PM10 (µg/m³) Trạm Nguyễn Văn Cừ Đặc trưng thống kê Năm 2010 2011 2012 Trung bình 109 110 53 Sai số chuẩn 0.9 0.7 0.4 Trung vị 92 99 46 Số trội 46 136 71 Độ lệch chuẩn 72 60 35 327 297 225 Giá trị nhỏ 10 Giá trị lớn 334 306 235 Số quan trắc 6676 7663 8096 Khoảng biến thiên 3.1.3 Diễn biến nồng độ bụi  Biến trình ngày bụi PM10:  Trạm Láng - Biến trình ngày bụi PM10 trạm Láng nhìn chung có xu giống nhau, nồng độ cao hai khoảng thời gian từ (7g00-9g00) (19g00-21g00), thấp vào khoảng thời gian (14g00-16g00).Trị số nồng độ trung bình lớn thấp ngày chênh lệch từ 1,4-1,6 lần - Trị số nồng độ trung bình ốp thời gian gian năm (2009-2012) biến động khoảng 10%-25% - Trong giai đoạn 2009-2011, trị số nồng độ biến trình ngày mùa Đơng cao mùa khác thấp vào mùa Hạ  Trạm Nguyễn Văn Cừ - Trong giai đoạn 2009-2012, biến trình ngày bụi PM10 trạm Nguyễn Văn Cừ nhìn chung có xu giống nhau, nồng độ cao hai khoảng thời gian từ (8g00-9g00) (18g00-20g00), thấp vào khoảng thời gian (13g00-15g00).Trị số nồng độ trung bình lớn thấp ngày chênh lệch từ 1,4-1,7 lần.Trong đó, biến trình ngày bụi PM10 năm 2010 không theo qui luật này, nồng độ cao vào lúc 12g00 20g00, thấp vào lúc 15g00 11 - Trị số nồng độ trung bình ốp thời gian gian năm (2009-2011) biến động khoảng 20%-50%, năm 2012 trị số nồng độ trung bình ốp thời gian tương ứng 44%-63% so với trung bình ba năm trước - Trong giai đoạn 2011-2012, trị số nồng độ biến trình ngày mùa Đơng cao mùa khác thấp vào mùa Thu, năm 2010 trị số nồng độ biến trình ngày cao vào mùa Xuân thấp vào mùa Thu - Đặc trưng biến trình ngày bụi PM10 trạm Nguyễn Văn Cừ trình bày hình 3.1.3.1b-5b Hình 3.1.3.7a Nồng độ bụi PM10 trung bình ngày, năm 2010 (Trạm Láng) Hình 3.1.3.7b Nồng độ bụi PM10 trung bình tháng, năm 2010 (Trạm Láng) Hình 3.1.3.7c Tần suất nồng độ bụi PM10 trung bình ngày, năm 2010 (Trạm Láng) 12 Hình 3.1.3.11a Nồng độ bụi PM10 trung bình ngày, năm 2011 (Trạm NVC) Hình 3.1.3.11b Nồng độ bụi PM10 trung bình tháng, năm 2011 (Trạm NVC) Hình 3.1.3.11c Tần suất nồng độ bụi PM10 trung bình ngày, năm 2011 (Trạm NVC)  Phân bố ô nhiễm bụi PM10 theo hƣớng gió - Hoa nhiễm bụi PM10 thể phân bố nồng độ bụi PM10 trung bình theo hướng gió khác (16 hướng) - Tại trạm Láng giai đoạn từ 2004-2012, hướng gió mang đến nồng độ bụi PM10 lớn hướng Bắc-Tây Bắc, Tây Bắc hướng Tây-Tây Bắc Tuy nhiên, số liệu quan trắc chế độ gió giai đoạn 2010-12 cho thấy khu vực Láng tần suất xuất hướng gió Bắc-Tây Bắc, Tây Bắc hướng Tây-Tây Bắc thấp, khoảng 5% ((xem hình 3.2.4.9(a,b,c,d,e) đến hình 3.2.4.15(a,b,c,d,e)) - Tại trạm Nguyễn Văn Cừ giai đoạn từ 2010-2012, hướng gió mang đến nồng độ bụi PM10 lớn hướng Tây Nam, hướng Tây hướng Tây-Tây Nam Tuy nhiên, số liệu quan trắc chế độ gió giai đoạn 2010-12 cho thấy khu vực Láng tần suất xuất hướng gió Tây Nam, hướng Tây hướng Tây-Tây Nam thấp, 1% ((xem hình 13 3.2.4.1(a,b,c,d,e) đến hình 3.2.4.7(a,b,c,d,e)) - Trong năm 2012, trạm Nguyễn Văn Cừ, hướng gió Bắc hướng mang đến nồng độ bụi PM10 lớn, khí tần suất gió hướng Bắc khu vực chiếm khoảng 3,3% Từ hình 3.1.3.22a -3.1.3.24a cho thấy hoa ô nhiễm bụi PM10, bụi PM2.5 bụi PM1 có hình dáng giống nhau, điều cho thấy bụi PM10, PM2.5 bụi PM1 khu vực số nguồn mang đến Hình 3.1.3.20a Hoa nhiễm PM10 năm 2011 (Trạm Láng) Hình 3.1.3.21a Hoa nhiễm PM10 năm 2012 (Trạm Láng) Hình 3.1.3.22a Hoa nhiễm PM10 năm 2010 (Trạm NVC) 3.2 Ứng dụng phần mềm CALRoads View mô ô nhiễm giao thông từ số tuyến đƣờng Hà Nội 3.2.1 Thông tin tuyến đường khảo sát Hà Nội Bảng 3.2.1.1a Thông số tuyến đường khảo sát KH R11 R12 R21 R22 R31 R32 R41 R42 R51 R52 R61 R62 R71 R71 B81 B82 B91 B92 Tên đƣờng Kim Mã Kim Mã Giải Phóng Giải Phóng Tây Sơn Tây Sơn Chùa Bộc Chùa Bộc Trường Chinh Trường Chinh Nguyễn Văn Cừ Nguyễn Văn Cừ Nguyễn Chí Thanh Nguyễn Chí Thanh Cầu Chương Dương Cầu Chương Dương Cầu Thăng Long Cầu Thăng Long Hƣớng Độ rộng lòng đƣờng Vỉa hè Dải phân cách Hƣớng ← → ↑ ↓ ↑ ↓ ← → ← → ← → ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ (m) 9.5 9.2 14 15 5.5 6.5 6 10 10 10.5 10 10 10 10 10 (m) 5 5 3.5 6 4 6 5 - (m) 2.5 2.5 1 2 14 14 - (độ) 81 81 3 29 29 115 115 105 105 (62);(40) (62);(40) 30 30 70 70 5 14 Bảng 3.2.1.1b Thông số nút giao thông khảo sát Tên đƣờng KH R10a R10b R11a R11b R12a R12b R13a R13b R14a R14b R15a R15b R16a R16b Phạm Văn Đồng Phạm Văn Đồng Trần Cung Trần Cung Cổ Nhuế Cổ Nhuế Láng Láng Kim Mã (Cầu Giấy) Kim Mã (Cầu Giấy) Bưởi Bưởi Cầu Giấy Cầu Giấy Hƣớng Độ rộng lòng đƣờng Vỉa hè Dải phân cách Hƣớng ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ← → ↑ ↓ ↑ ↓ (m) 10 10 5 6 10 10 12 10 12 13 (m) 3 2 2 3 4 2 4 (m) 2 - (độ) 11 11 165 165 165 165 40 40 112 112 35 35 135 135 Dữ liệu phương tiện tham gia giao thông xử lý, tổng hợp sở thực khảo sát thực tế (tuyến đường Nguyễn Chí Thanh Nguyễn Văn Cừ) đếm xe từ sở liệu (băng video) thu thập từ Ban biện tập kênh VOV giao thơng-Đài Tiếng nói Việt Nam (các tuyến đường lại) Dữ liệu đếm xe hai nút giao thông Cầu Giấy Cổ Nhuế-Phạm Văn Đồng thu thập từ tài liệu “Đánh giá tình hình nhiễm khơng khí trục giao thơng trọng yếu 05 thành phố lớn” MS: MT113004 Bảng 3.2.2.1 Lưu lượng phương tiện giao thông khung cao điểm Tuyến đƣờng Kim Mã Hƣớng Từ Sơn Tây Xe tải Xe buýt 19 Xe máy 5488 Tổng 6323 6689 8278 Tây Sơn Chùa Bộc Trƣờng Chinh Trường Chinh Đuôi Cá Đuôi Cá Trường Chinh 1497 41 51 2281 Giải Phóng Núi Trúc Hƣớng Đến Núi Trúc Nguyễn Thái Học Xe Xe khách 784 32 73 70 12177 14601 996 37 36 934 1930 489 612 1101 18 55 12 24 36 0 38 6623 7613 74 13411 15471 25 5924 6450 28 5639 6303 53 11563 12753 6788 7858 Ô Chợ Dừa Chùa Bộc Ngã Tư Sở Ô Chợ Dừa Phạm Ngọc Thạch Thái Hà 599 41 6852 7498 Thái Hà Phạm Ngọc Thạch 590 14 47 6174 6825 Giải Phóng Ngã Tư Sở 1189 1001 854 1855 20 36 32 68 0 0 88 13026 14323 35 10400 11472 31 7523 8440 66 17923 19912 Ngã Tư Sở Giải Phóng 15 Nguyễn Văn Cừ Cầu CD Cầu Chui Cầu Chui Cầu CD Nguyễn Chí Thanh Huỳnh Thúc Đê La Thành Kháng Đê La Huỳnh Thúc Thành Kháng Long Biên Nội Thành Cầu Nội Thành Long Biên Chƣơng Dƣơng Nội Thành Đông Anh Cầu Đông Anh Nội Thành Thăng Long Nút giao Cổ Nhuế - Phạm Văn Đồng Nút giao Cầu Giấy 557 486 1043 97 86 183 0 592 41 25 6589 7247 835 59 31 6651 7576 1427 933 536 1469 1324 1222 2546 5991 5105 100 119 89 208 370 339 709 529 377 0 0 20 17 37 0 56 119 89 208 36 40 76 0 13240 18949 6532 25481 1 16709 16407 14823 20120 7246 27366 1751 1619 3370 23229 21889 16 75 6359 7088 56 6754 7382 131 13113 14470 Hình 3.2.2.3.Tỷ lệ phương tiện giao thơng giới đường nội thành Hà Nội Hình 3.2.2.4.Tỷ lệ phương tiện dịng xe lưu thơng tuyến đường Dữ liệu khí tượng (chế độ gió, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất khí xạ mặt trời) tập hợp, xử lý sở liệu thu thập từ hai Trạm Quan trắc chất lượng không khí tự động cố định đặt khu vực Láng Long Biên, Hà Nội (Trạm Láng Trạm Nguyễn Văn Cừ) Dữ liệu khí tượng đưa vào xử lý, phân tích bao gồm chuỗi số liệu quan trắc liên tục 24 giờ/1 ngày, vòng năm từ 2010-2012 Bảng 3.2.4.1.Tốc độ gió trung bình trạm Nguyễn Văn Cừ (2010-12) Đơn vị 2010 Xuân Hạ Thu Đông Tốc độ gió tb m/s 1.65 1.92 2.07 1.38 1.22 Dữ liệu sử dụng % 99.24 96.96 97.05 97.04 96.99 Tổng đo có số liệu ốp 8693 2135 2202 2198 2158 Tốc độ gió tb Dữ liệu sử dụng Tổng đo có số liệu Đơn vị m/s % ốp 2011 1.28 98.58 8636 Xuân 1.46 94.51 2135 Hạ 1.63 94.67 2202 Thu 1.13 94.56 2154 Đông 0.9 94.54 2145 Tốc độ gió tb Dữ liệu sử dụng Tổng đo có số liệu Đơn vị m/s % ốp 2012 1.4 98.16 8599 Xuân 1.47 92.98 2134 Hạ 1.67 93.2 2208 Thu 1.29 93.18 2201 Đông 1.17 92.74 2056 Tốc độ gió tb Dữ liệu sử dụng Tổng đo có số liệu Đơn vị m/s % ốp 2010-12 1.44 98.66 25928 Xuân 1.62 94.79 6404 Hạ 1.79 94.95 6612 Thu 1.26 94.9 6553 Đông 1.1 94.75 6359 Bảng 3.2.4.2 Tốc độ gió trung bình trạm LÁNG (2010-12) Tốc độ gió tb Dữ liệu sử dụng Tổng đo có số liệu Đơn vị m/s % ốp 2010 1.11 99.6 8725 Xuân 1.15 98.38 2124 Hạ 1.2 98.43 2197 Thu 1.09 98.44 2208 Đông 0.98 98.43 2196 Tốc độ gió tb Dữ liệu sử dụng Tổng đo có số liệu Đơn vị m/s % ốp 2011 1.01 72.77 6375 Xuân 0.99 25.09 799 Hạ 1.06 47.5 2158 Thu 0.97 45.4 1983 Đông 1.03 37.57 1435 17 Tốc độ gió tb Dữ liệu sử dụng Tổng đo có số liệu Đơn vị m/s % ốp 2012 1.06 96.95 8493 Xuân 1.07 88.15 1987 Hạ 1.02 89.03 2168 Thu 1.05 88.88 2135 Đông 1.09 89.19 2203 Tốc độ gió tb Dữ liệu sử dụng Tổng đo có số liệu Đơn vị m/s % ốp 2010-12 1.06 89.78 23593 Xuân 1.09 64.63 4910 Hạ 1.09 70.83 6523 Thu 1.04 70.19 6326 Đông 1.03 68.47 5834  Chế độ gió trạm Nguyễn Văn Cừ: Hình 3.2.4.7a.Hoa gió 2010-12_Trạm NVC Hình 3.2.4.8a.Phân bố tần suất tốc độ gió năm 2010-12  Chế độ gió trạm LÁNG: Hình 3.2.4.15a Hoa gió 2010-12_Trạm LÁNG Hình 3.2.4.16a.Phân bố tần suất tốc độ gió năm 2010-12 3.2.2 Kết mô ô nhiễm bụi PM10 từ nguồn giao thông - - - Kết tính tốn mơ nhiễm cho thấy chưa bị ô nhiễm bụi PM10 hoạt động phương tiện giao thông tuyến đường khảo sát Tuy nhiên, kết chưa tính đến nồng độ chất ô nhiễm (PM10) khu vực nghiên cứu Trên thực tế, cộng thêm nồng độ chất lượng mơi trường xấu hơn, chí mơi trường khơng khí xung quanh bị ô nhiễm nặng Nồng độ PM10 lớn tuyến đường Trường Chinh (PM10: 100µg/m3) thấp tuyến đường Cầu Thăng Long (PM10: 15µg/m3) Tuyến đường Trường Chinh tuyến đường hẹp, vào cao điểm dòng xe lưu thông gồm nhiều chủng loại, mật độ giao thông lớn (đứng thứ tuyến đường khảo sát) phát thải mơi trường nhiều khí độc bụi PM10 Do vậy, kết mô ô nhiễm phù hợp Tuyến đường Cầu Chương Dương lưu lượng xe lớn (lớn tuyến đường khảo sát), nhiên tuyến đường Cầu cao bắc qua sông (độ cao nguồn thải cao), đường cầu rộng nên khả phát tán chất ô nhiễm (PM10) xa, kết tính tốn mơ cho thấy nồng độ ô nhiễm lớn khoảng 61 µg/m (nồng độ PM10 cao thứ tuyến đường), (xem hình 3.2.5.19) Hình 3.2.5.1a.Nồng độ PM10 tuyến đường Kim Mã (kết mơ hình) 18 Hình 3.2.5.2a.Kết mơ nhiễm tuyến đường Kim Mã (Worst-Case) Hình 3.2.5.3a.Kết mơ nhiễm tuyến đường Kim Mã (hướng gió Bắc) Hình 3.2.5.1n.Mơ ô nhiễm nút giao thông Cầu Giấy (Worst-Case) Hình 3.2.5.2n Mơ nhiễm nút giao thơng Cầu Giấy (hướng gió 55º) Hình 3.2.5.3n Mơ nhiễm nút giao thơng Cầu Giấy (hướng gió 110º) 19 Hình 3.2.5.19.Nồng độ PM10 cực đại tuyến đường (Worst-Case) 3.3 Hàm cấu trúc bụi PM10 theo thời gian 3.3.1 Hàm cấu trúc bụi PM10 theo thời gian Hàm cấu trúc thời gian (D) biểu thị tính khả biến nồng độ bụi PM10 hai trạm quan trắc Láng Nguyễn Văn Cừ có xu thế: (1) Đối với trạm Nguyễn Văn Cừ: Đồ thị có cực trị (min max) đạt cực đại  = 5h-6h  = 16h-17h, đạt cực tiểu  = 10h vào mùa Xuân mùa Hạ (hình 3.3.1.1 3.3.1.2) ứng với năm 2012 Riêng mùa Thu (năm 2012) có điểm cực đại rõ nét vào khoảng  = 8h, vào mùa Đông đồ thị có cực đại vào khoảng  = 6h  = 17h, cực tiểu  = 10h (hình 3.3.1.4) Dáng điệu hàm cấu trúc PM10 thể tương tự vào năm 2011 (xem phụ lục) (2) Đối với trạm Láng: Nhìn chung đồ thị hàm cấu trúc biến đổi theo  có cực trị không biến đổi rõ nét trạm Nguyễn Văn Cừ (hình 5-8) Tuy nhiên làm trơn hàm cấu trúc, đồ thị có dáng điệu chung gồm điểm cực đại cực tiểu  Nhận xét chung: Từ hình 3.3.1.1-4 (đối với trạm Nguyễn Văn Cừ) hình 3.3.1.5-8 (đối với trạm Láng) cho thấy, biên độ hàm cấu trúc có khác hàm cấu trúc không tăng đơn điệu đạt trạng thái bão hịa trường hợp q trình X(t) giả thiết trình dừng Kết tính tốn thực tế này, cho thấy biến trình ngày đêm nhiệt độ nói riêng yếu tố khí tượng nói chung có ảnh hưởng lớn đến quy luật biến đổi bụi PM10, nên xem PM10 q trình dừng Do đó, khơng thể áp dụng mơ hình nội, ngoại suy PM10 theo q trình X(t) dừng mà phải sử dụng cơng thức nội, ngoại suy theo hàm cấu trúc tác giả thiết lập (công thức 2.20 chương 2) Đồ thị biểu diễn hàm cấu trúc PM10 trình bày hình 20  Trạm Nguyễn Văn Cừ Hình 3.3.1.1.Hàm cấu trúc chuẩn hóa bụi PM10, mùa Xuân-2012 (Trạm Nguyễn Văn Cừ) 3.3.2 Kết nội ngoại suy chuỗi số liệu bụi PM10 theo thời gian Mô hình nội, ngoại suy số liệu thiết lập, tính tốn để tìm cơng thức ngoại suy bổ khuyết số liệu theo chuỗi thời gian Kết nghiên cứu xác định công tức ngoại suy khoảng thời gian sau Kết ngoại suy số liệu trạm Nguyễn Văn Cừ áp dụng thử nghiệm cho tháng ứng với mùa năm (Xn, Hạ, Thu, Đơng) Sai số trung bình thống kê tính tốn sở so sánh số liệu ngoại suy với số liệu đo đạc thực tế khoảng từ 15 ngày-20 ngày tháng, tương ứng với từ 360 – 480 ốp số liệu, sai số mơ hình nội, ngoại suy giao động từ 13%-28% Bảng 3.3.2.1 Sai số trung bình mơ hình ngoại suy số liệu Tháng (ngoại suy số liệu) Tháng 1/2012 Tháng 2/2012 Tháng 3/2012 Tháng 4/2012 Tháng 5/2012 Tháng 6/2012 Sai số trung bình 13% 13% 14% 18% 28% 22% Tháng (ngoại suy số liệu) Tháng 7/2012 Tháng 8/2012 Tháng 9/2012 Tháng 10/2012 Tháng 11/2012 Tháng 12/2012 Sai số trung bình 27% 26% 21% 14% 18% - Một số đồ thị biểu diễn kết ngoại suy số liệu trình bày hình sau, kết khác trình bày phần phụ lục Hình Kết ngoại suy PM10 (10/2012) - Trạm Nguyễn Văn Cừ Hình Kết ngoại suy PM10 (1/2012) - Trạm Nguyễn Văn Cừ 21 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Từ kết nghiên cứu luận án, tác giả đưa số kết luận sau: Tính tốn, xác định đặc trưng thống kê tính biến động PM10 Hà Nội, tập trung vào đặc trưng như: Biến trình ngày đêm PM10; đặc trưng thống kê PM10 nồng độ trung bình, trung vị, số trội, độ lệch chuẩn, khoảng biến thiên, khoảng tứ phân vị, tần suất ô nhiễm, hàm cấu trúc thời gian hoa ô nhiễm PM10 Đã thiết lập mơ hình nội, ngoại suy bổ khuyết chuỗi số liệu PM10 theo thời gian cho trạm quan trắc chất lượng mơi trường khơng khí tự động cố định Hà Nội Kết đánh giá sai số tương đối mơ hình từ 13%-28%, ứng với hiệu suất mơ hình nội, ngoại suy đạt độ xác từ 72%-87% Đã ứng dụng mơ hình CAL3QHC mô lan truyền ô nhiễm PM10 từ số tuyến đường nội độ Hà Nội Khuyến nghị Qua trình thực đề tài kết nghiên cứu thu được, tác giả đề xuất số khuyến nghị sau: - Tiếp tục nghiên cứu đánh giá thống kê quy luật diễn biến nồng độ bụi sở số liệu từ trạm quan trắc khơng khí tự động cố định, đồng thời kết hợp với số liệu khí tượng thủy văn, tình hình đặc điểm thời tiết khu vực để có kết luận xác tính biến động chất ô nhiễm - Mở rộng phạm vi nghiên cứu cho tồn khu vực thành phố, tính toán so sánh số liệu với trạm quan trắc tự động khác địa bàn thủ đô - Tiếp tục nghiên cứu để ứng dụng ngoại suy số liệu quan trắc khoảng thời gian dài (48 72 giờ) - Chuỗi số liệu quan trắc trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động có độ tin cậy cao, cần thiết cho cơng trình nghiên cứu khoa học dễ dàng cập nhật sử dụng cho nhà quản lý để đưa định phù hợp kịp thời công tác bảo vệ môi trường, thành phố cần trì phát triển loại trạm đáp ứng yêu cầu phát triển thủ đô 22 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Phạm Ngọc Hồ, Dƣơng Ngọc Bách (2006), “Tính tốn đặc trưng biến động theo thời gian bụi PM10 thải từ nguồn giao thông dân sinh nội thành Hà Nội”, Tạp chí Khoa học Tự nhiên Cơng nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, T.XXII, Số 3B PT – 2006 Phạm Ngọc Hồ, Dƣơng Ngọc Bách, Phạm Thị Việt Anh, Nguyễn Khắc Long (2008), "Ứng dụng mơ hình hộp để đánh giá biến đổi nồng độ SO2, NO2 bụi PM10 theo thời gian địa bàn quận Thanh Xuân - Hà Nội", Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, chuyên san Khoa học Công nghệ tập 24 (1S), tr.87-95 Phạm Ngọc Hồ, Đồng Kim Loan, Dƣơng Ngọc Bách, Lương Thị Mai Ly, Phạm Thị Thu Hà, Nguyễn Khắc Long, Phạm Thị Việt Anh, Đàm Thị Thu, Nguyễn Đồng Qn (2010), "Ước tính phát thải nhiễm khơng khí từ nguồn dân sinh Thành phố Hà Nội", Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, chuyên san Khoa học Công nghệ tập 26 (5S), tr 748-753 Phạm Ngọc Hồ, Đồng Kim Loan, Dƣơng Ngọc Bách, Phạm Thị Thu Hà, Nguyễn Xuân Hải, Lương Thị Mai Ly, Nguyễn Khắc Long, Phạm Thị Việt Anh, Vũ Văn Hiếu (2010), "Kiểm kê phát thải nguồn giao thông đường địa bàn thành phố Hà Nội", Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, chuyên san Khoa học Công nghệ tập 26 (5S), tr 739-747 Phạm Ngọc Hồ, Dƣơng Ngọc Bách, Phạm Thị Việt Anh, Nguyễn Khắc Long (2011), “Phương pháp cải tiến mơ hình hộp để đánh giá q trình lan truyền chất ô nhiễm SO 2, NOx theo thời gian địa bàn thành phố Hà Nội”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, chuyên san Khoa học Công nghệ tập 27 (5S), tr 121-127 Pham Ngoc Ho, Tran Hong Con, Dong Kim Loan, Duong Ngoc Bach, Pham Thi Viet Anh, Luong Thi Mai Ly, Pham Thi Thu Ha and Nguyen Khac Long (2012) “Determination of the Emission Factors from Burning Common Domestic Cooking Fuels in Vietnam and its Application for Calculation of their Pollution Load”, Environment Asia Vol.6(1), pp 43-48 Dƣơng Ngọc Bách, Phạm Ngọc Hồ, Nguyễn Thị Ngoan, Phạm Thị Thu Hà (2013), “Tính tốn mơ lan truyền nhiễm khơng khí từ tổ hợp ống khói nhà máy xi măng Bỉm Sơn, tỉnh Thanh Hóa”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 29, Số 3S , tr 1-7 23 ... cứu ngồi nước nghiên cứu biến động bụi PM10 mô hình hóa q trình lan truyền bụi PM10 khí 1.2 Tổng quan ô nhiễm bụi Tổng quan nguồn gây ô nhiễm tác hại bụi PM10, đặc tính bụi PM10 khí 1.3 Tổng quan... động trình lan truyền bụi PM10 mơi trường khơng khí Hà Nội? ?? với hy vọng đóng góp phần kết nghiên cứu việc ứng dụng mơ hình hóa mơ q trình lan truyền bụi PM10 tuyến đường giao thơng tính biến động. .. nhiễm: bụi PM10; + Trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động Hà Nội; + Mơ hình hóa q trình lan truyền bụi PM10 từ nguồn giao thơng số tuyến đường khu vực nội thành Hà Nội Nội dung nghiên cứu -