Ứng dụng mô hình để dự báo phát thải CO từ hoạt động giao thông tại khu vực phía Nam thành phố Huế

Ứng dụng mô hình để dự báo phát thải CO từ hoạt động giao thông tại khu vực phía Nam thành phố Huế Mô hình tính toán phát thải MOBILE6 Mô hình tính toán nồng độ chất ô nhiễm CALINE4 Mô hình tính toán nồng độ chất ô nhiễm CAL3QHC

Chương 1 MỞ ĐẦU Không khí chính là môi trường mà con người phải hít thở hằng ngày và là một trong những yếu tố giúp duy trì sự sống của con người. Môi trường không khí có ý nghĩa rất quan trọng với con người bởi vì người ta có thể nhịn ăn 7 – 10 ngày, nhịn uống 2 – 3 ngày, nhưng chỉ sau 3 – 5 phút không hít thở không khí thì con người đã có nguy cơ bị tử vong. Việt Nam chúng ta đang trên đường công nghiệp hoá, hiện đại hóa đất nước, tốc độ đô thị hoá và mức độ tập trung dân số tại các đô thị tăng nhanh. Năm 1990, nước ta có 500 đô thị lớn nhỏ, đến năm 2005 thì đã lên tới 715 đô thị. Dân số đô thị cũng tăng lên theo từng năm và theo dự báo đến năm 2010 thì dân số đô thị là 30,4 triệu người, chiếm 33% dân số cả nước (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2007). Dân số tăng nhanh tất nhiên các nhu cầu phục vụ con người cũng tăng theo. Một nhu cầu rất quan trong đối với con người đó là giao thông vận tải, đây đang là một vấn đề rất được quan tâm ở nước ta. Trung bình, lượng ôtô hàng năm tăng 11% và xe máy tăng 15%. Tính đến tháng 6/2008, số lượng phương tiện đăng ký và quản lý tại thành phố Hồ Chí Minh là trên 3,1 triệu xe, trong đó có hơn 2,8 triệu xe máy (chiếm 91%) và gần 300 nghìn xe ô tô các loại, chiếm ¼ số phương tiện cả nước. Còn tại Hà Nội, tính đến hết tháng 6/2007 tổng số xe máy đã đăng ký của thành phố đã vượt 1,8 triệu chiếc, chưa tính khoảng 400.000 xe lai vãng từ các vùng lân cận hoạt động trên địa bàn (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2007). Hoạt động giao thông, sản xuất công nghiệp và xây dựng được coi là những nguyên nhân chính gây ô nhiễm không khí tại các đô thị, tuy nhiên theo đánh giá của các chuyên gia thì ô nhiễm không khí ở đô thị do giao thông gây ra chiếm 70%, đóng góp tới 85% CO, 95% VOC và một lượng lớn hydrocacbon (HC). Một đặc trưng của của các đô thị Việt Nam là xe máy chiếm tỷ trọng rất lớn, Thành phố Hồ Chí Minh có đến 98% hộ gia đình sở hữu xe máy. Còn tại Hà Nội, xe máy chiếm hơn 87% lưu lượng xe hoạt động trong nội thành ( Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2007). Số lượng phương tiện giao thông tăng nhanh, kèm theo đó là chất lượng xe thấp, đã qua nhiều năm sử dụng, chất lượng nhiên liệu chưa được kiểm soát chặt chẽ và hiện tượng tắc nghẽn giao thông đã phát thải vào không khí một lượng lớn các chất độc hại, gây ô nhiễm môi trường như bụi, CO, NO X , HC,…Bên cạnh đó cơ sở hạ tầng, chất lượng đường sá kém và các điều kiện khí tượng cũng đã góp phần làm cho môi trường không khí càng trầm trọng hơn. 1 Thành phố Huế là một thành phố du lịch và hoạt động giao thông, sản xuất công nghiệp chưa phát triển mạnh như một số đô thị lớn nên môi trường không khí tại đây vẫn chưa bị ô nhiễm nghiêm trọng. Tuy nhiên, giống như nhiều đô thị khác môi trường không khí tại thành phố Huế cũng đã có các dấu hiệu và nguy cơ bị ô nhiễm do hoạt động giao thông tăng nhanh, trong đó ô nhiễm bụi là nghiêm trọng nhất. Tính đến 24/3/2009 thì cả Tỉnh Thừa Thiên Huế có 320.383 mô tô và 12.235 ô tô. Tại các trục đường chính tại thành phố Huế nồng độ bụi đo được tại thời điểm tháng 4/2008 đều vượt quá tiêu chuẩn chất lượng không khí xung quanh 5937-2005, đặc biệt là đường Trần Hưng Đạo, Kim Long, Phạm Văn Đồng. Trong những năm qua, các nghiên cứu về chất lượng không khí ở Huế vẫn chưa đồng bộ và đầy đủ, chưa chú trọng đến việc nghiên cứu nguồn gây ô nhiễm không khí từ hoạt động giao thông. Đến nay vẫn chưa có nghiên cứu hoàn chỉnh nào đánh giá, ước tính tải lượng các chất ô nhiễm từ hoạt động giao thông và cũng như tính toán nồng độ các chất ô nhiễm thải ra từ hoạt động giao thông. Nhằm bước đầu đánh giá ảnh hưởng của hoạt động giao thông đến chất lượng không khí xung quanh, chúng tôi thực hiện đề tài: “Ứng dụng mô hình để dự báo phát thải CO từ hoạt động giao thông tại khu vực phía Nam thành phố Huế” với mục đích ước tính phát thải chất CO và ảnh hưởng của phát thải CO từ hoạt động giao thông đến chất lượng không khí xung quanh tại một số trục đường chính tại khu vực phía Nam thành phố Huế. 2 Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ TÌNH HÌNH Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ Ở CÁC ĐÔ THỊ Ở VIỆT NAM 2.1.1. Khái niệm và các tác nhân ô nhiễm không khí (1). Khái niệm ô nhiễm không khí Ô nhiễm môi trường không khí là một vấn đề tổng hợp, nó được xác định bằng sự biến đổi của môi trường theo hướng không tiện nghi, bất lợi đối với cuộc sống của con người, của động vật và thực vật, mà sự ô nhiễm đó lại chính là do hoạt động của con người gây ra với quy mô, phương thức và mức độ khác nhau, trực tiếp hoặc gián tiếp tác động, làm thay đổi mô hình, thành phần hoá học, tính chất vật lý và sinh học của môi trường không khí (Phạm Ngọc Đăng, 2003). (2). Các chất ô nhiễm đặc trưng gây ô nhiễm không khí Các chất ô nhiễm chính gây ô nhiễm không khí bao gồm: Lưu huỳnh điôxit (SO 2 ), Cácbon mônôxit (CO), Nitơ điôxit (NO 2 ), Bụi (bao gồm tổng bụi lơ lững TSP có đường kính khí động học dưới 50μm, bụi PM 10 có đường kính khí động học dưới 10μm và bụi hô hấp PM 2,5 có đường kính dưới 2,5μm), các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs), Chì (Pb), tiếng ồn (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2007). 2.1.2. Các tác động của ô nhiễm không khí (1). Ảnh hưởng đến sức khoẻ của con người Ô nhiễm không khí tác động đối với cơ thể con người trước hết là qua đường hô hấp, lên mắt và da. Chúng gây ra các bệnh như ngạt thở, viêm phù phổi, bệnh ho, hen suyển, lao phổi, ung thư phổi, gây cay chảy nước mắt, gây bệnh di ứng, ngứa trên da, mề đay,… và nguy hiểm nhất là một số chất ô nhiễm không khí gây ung thư (Phạm Ngọc Đăng, 2003). (2). Ảnh hưởng đến phát triển kinh tế - Thiệt hại kinh tế do ảnh hưởng đến sức khoẻ Thiệt hại kinh tế do ô nhiễm không khí ảnh hưởng đến sức khoẻ bao gồm các khoản chi phí: chí phí khám và thuốc chữa bệnh, tổn thất mất ngày công lao động do nghĩ ốm, tổn thất thời gian của người nhà chăm sóc người ốm, … (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2007). - Thiệt hại kinh tế do ảnh hưởng đến hoa màu 3 Bụi trong không khí hấp thụ những tia sóng cực ngắn làm cho cây không lớn và khó nảy mầm. Những nơi bị ô nhiễm nặng, lá cây hai bên đường quốc lộ bị phủ một lớp bụi dày đặc làm cho quá trình quang hợp khó khăn, do vậy cây cối ở đó còi cọc, không phát triển và rất cằn cỗi (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2007). - Thiệt hại kinh tế do ảnh hưởng đến chất lượng các công trình xây dựng và các dạng vật liệu Nói chung, ô nhiễm không khí có tác dụng xấu, làm vật liệu, kết cấu cũng như đồ dùng và thiết bị mau bị hư hỏng. Chúng làm gỉ sắt thép, làm hư hỏng các mối hàn kim loại và vật liệu xây dựng rất nhanh. Do đó làm giảm tuổi thọ công trình và tăng nhanh tốc độ phải sửa chữa nhà cửa (Phạm Ngọc Đăng, 2003). - Thiệt hại kinh tế do ảnh hưởng đến hoạt động du lịch Ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm không khí nói riêng đã và đang là một trong những yếu tố có ảnh hưởng đến hoạt động du lịch của Việt Nam. Điều đáng là ngại là môi trường du lịch tại nhiều khu vực đã bị ô nhiễm do nhiều ngành kinh tế, trong đó có tác động từ chính hoạt động du lịch (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2007). (3). Ảnh hưởng đến môi trường - Ảnh hưởng đến khí hậu Ô nhiễm môi trường không khí không những gây ảnh hưởng xấu đối với khí hậu khu vực mà còn gây ra ảnh hưởng tới khí hậu toàn cầu. Ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu thể hiện ở sự hình thành hiệu ứng “nhà kính” của tầng khí CO 2 , làm tăng nhiệt độ toàn cầu, nâng cao mực nước biển hay suy thoái tầng ozon, … - Ảnh hưởng đến các hệ sinh thái Cho đến nay, các nhà khoa học đều cho rằng ô nhiễm không khí là một nhân tố làm suy giảm đa dạng sinh học. Sự ảnh hưởng của ô nhiễm không khí liên quan chủ yếu đến việc làm suy giảm, làm yếu đi các loài mà không phải là gây ra tuyệt chủng. Tuy nhiên, với xu hướng tiếp tục ô nhiễm như hiện nay thì một số loài động, thực vật bị biến mất là điều không thể tránh khỏi (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2007). 2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố chất ô nhiễm trong không khí Mức độ ô nhiễm ở tầng không khí gần mặt đất không chỉ phụ thuộc trực tiếp vào mức độ thải, kích thước, thông số nguồn thải mà còn phụ thuộc vào các điều kiện khí tượng, địa hình khu vực và tính chất của hỗn hợp chất thải độc hại. Ảnh hưởng của điều kiện khí tượng quan trọng nhất là gió, nhiệt độ, độ ẩm và mưa. Tốc độ gió càng cao thì khả năng khuyếch tán chất ô nhiễm càng tốt, nồng độ chất ô nhiễm sẽ cao nhất ở cuối hướng gió. Nhiệt độ của không khí cũng ảnh hưởng đến sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm, trường hợp bất lợi nhất là khi xảy ra hiện tượng 4 nghịch đảo nhiệt. Độ ẩm cao và mưa có khả năng tăng cường quá trình lắng đọng các chất ô nhiễm. Địa hình cũng là nhân tố ảnh hưởng đến sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm, không khí ở phía sau các gò, đồi, phía sau gió có nồng độ chất ô nhiễm lớn hơn. Hướng chuyển động và lực của dòng không khí sát mặt đất trong khu vực có đồi núi khác xa với hướng và tốc độ gió ở các vùng trống trải. Nhà cửa và các công trình sẽ làm thay đổi trường vân tốc của không khí. Ở phía trên công trình vận tốc không khí sẽ tăng lên, ở phía sau công trình vận tốc không khí giảm xuống và có hiện tượng gió xoáy (Phạm Ngọc Đăng, 2003). 2.1.4. Tình hình ô nhiễm không khí tại các đô thị Việt Nam Hiện nay, môi trường không khí trên toàn lãnh thổ Việt Nam nói chung là tương đối tốt, nhưng chất lượng môi trường không khí tại một số thành phố lớn, tại một số khu công nghiệp và làng nghề đang ngày càng ô nhiễm. Ô nhiễm đô thị chủ yếu bởi bụi lơ lững, PM 10 , tiếng ồn, SO 2 , NO 2 , CO, hơi xăng dầu và bụi chì. Nguồn chủ yếu gây ô nhiễm tại các đô thị Việt Nam theo tính toán phần lớn là từ hoạt động giao thông vận tải (chiếm đến 70%), từ hoạt động công nghiệp (chiếm 20%), từ hoạt động xây dựng (chiếm 9%) và từ sinh hoạt của người dân trong các đô thị (chiếm 1%). Ở bảng 2.1 cho thấy hoạt động giao thông vận tải đóng góp một lượng lớn các chất ô nhiễm, đặc biệt là CO, NO 2 và VOCs vào môi trường không khí. Bảng 2.1. Ước tính tải lượng các chất ô nhiễm không khí từ các nguồn thải chính của Việt Nam (Đơn vị: tấn/năm) (Bộ Tài nguyên và Môi trường Việt Nam, 2007) TT Ngành sản xuất CO NO 2 SO 2 TSP VOCs 1 Nhiệt điện 4.562 57.263 123.665 22.329 1.389 2 Xi măng, gạch ngói nung 49.830 91.668 162.076 456.152 429 3 Các ngành công nghiệp, dịch vụ, sinh hoạt 4.174 59.363 110.421 151.424 425 4 Giao thông vận tải 301.779 92.728 18.928 16.003 47.462 Tổng cộng 360.34 5 301.02 2 415.090 645.908 49.705 Hiện nay, ô nhiễm bụi vẫn đang là vấn đề nổi cộm của chất lượng không khí đô thị, đặc biệt là tại các nút giao thông, các khu vực có công trường xây dựng và những nơi tập trung sản xuất công nghiệp. PM 10 trung bình năm của các thành phố lớn Việt 5 Nam như Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Hải Phòng đều vượt quá ngưỡng mà Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) khuyến nghị (20μg/m 3 ). Bụi lơ lững tổng số tại các thành phố này cũng vượt quá mức Tiêu chuẩn Việt Nam cho phép (TCVN 5937-2005: 0,3mg/m 3 ). Nhìn chung các khí độc hại trong không khí tại các đô thị vẫn nằm trong giới hạn cho phép. Tuy nhiên tại một số địa điểm và tại một số thời điểm thì nồng độ các chất này tăng lên. NO 2 và CO cao hơn tại các trục giao thông chính, trong khí đó SO 2 lại tăng lên tại các khu vực tập trung sản xuất. Kể từ khi có Chỉ thị của Chính phủ về triển khai sử dụng xăng không chì (sau 01/07/2001) thì nồng độ chì nằm trong giới hạn cho phép, tuy nhiên trong những năm gần đây chì có dấu hiệu tăng lên. Benzen, toluen, xylen có xu hướng tăng cao ở ven các trục giao thông. Ô nhiễm tiếng ồn tăng cao ven các trục giao thông, đặc biệt đối với những tuyến đường có mật độ giao thông lớn. Môi trường không khí Việt Nam không những bị ảnh hưởng bởi hoạt động công nghiệp, đô thị hoá trong nước mà còn bị ảnh hưởng bởi điều kiện tự nhiên như khí hậu, diện tích che phủ thực vật,…, sự nóng lên và biến đổi khí hậu toàn cầu (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2007). 2.2. CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN SỬ DỤNG TRONG KHOÁ LUẬN 2.2.1. Sơ lược về các mô hình khuyếch tán nguồn đường Hiện nay, với sự phát triển của công nghiệp và giao thông vận tải cũng như các hoạt động khác của con người đã làm cho môi trường không khí ngày càng bị ô nhiễm. Để đánh giá chính xác mức độ ô nhiễm không khí cũng như tác động của ô nhiễm không khí đến sức khỏe con người thì cần phải có các số liệu quan trắc môi trường liên tục, đồng bộ và lâu dài. Tuy nhiên quan trắc môi trường không khí liên tục rất tốn kém về cả nhân lực và vật lực. Sự xuất hiện các mô hình tính toán với độ chính xác cao đã cho phép thực hiện công việc này một cách có hiệu quả hơn và giảm được sự tốn kém về nhân lực và vật lực. Ngày nay, các mô hình tính toán sự khuyếch tán các chất ô nhiễm từ các nguồn đường đã được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới. Từ các mô hình đơn giản đến các mô hình phức tạp. Có thể kể ra một số mô hình được sử dụng phổ biến như sau: (1). Các mô hình không tính toán cụ thể các cơ chế động học của không khí Đặc điểm của các mô hình này không có hợp phần để tính toán quá trình tạo thành của các hợp chất như quá trình kết tinh và không tính đến các cơ chế động học của chất khí như quá trình lắng đọng, tạo bông, … Thuộc loại mô hình này gồm có 4 kiểu mô hình: 6 - Mô hình dựa trên nguyên lý của khối hộp (ví dụ mô hình AURORA, CPB). - Mô hình dựa trên mô hình vệt khói của Gauss (ví dụ như mô hình CALINE4, HYWAY2, CAR-FMI, OSPM). Trong 4 mô hình trên, có hai mô hình được sử dụng phổ biến nhất để tính toán phát thải từ giao thông là CALINE4 và HYWAY2. Đặc điểm của hai mô hình này là tính toán trên cơ sở chia nhỏ nguồn đường thành các đoạn thẳng. Hai mô hình này có ưu điểm là có tính đến sự xáo trộn của xe cộ (CALINE4 xem xét cả xáo trộn nhiệt và xáo trộn cơ học, trong khi đó HYWAY2 chỉ xét đến xáo trộn cơ học mà không xét đến xáo trộn nhiệt). Tuy nhiên nhược điểm của mô hình này là không xét đến ảnh hưởng của các công trình xung quanh (nhà cửa, cây, …) mà thay vào đó sử dụng hệ số gồ ghề của bề mặt. - Mô hình Lagrangian (ví dụ như mô hình GRAL). - Mô hình tính toán thay đổi động học (ví dụ như mô hình ARIA Local, MASKAM, MICRO-CALGRID). (2). Các mô hình có liên quan đến việc xem xét các cơ chế động học của chất khí. Đặc điểm của loại mô hình này là có tính toán các cơ chế động học của các chất khí, mô hình có thể tính toán đến quá trình kết tinh của bụi, các phản ứng quang hoá, ngưng tụ hơi nước, quá trình tạo bông, … Các mô hình đặc trưng cho loại mô hình này bao gồm mô hình GATOR, MONO32, UHMA (N.S. Holmes, L. Morawska, 2006). 2.2.2. Mô hình tính toán phát thải MOBILE6 (1). Giới thiệu chung MOBILE là một chương trình phần mềm ứng dụng dùng để ước tính hệ số phát thải ô nhiễm trên đường của các phương tiện giao thông cơ giới. MOBILE6 tính toán hệ số phát thải các loại chất ô nhiễm thải ra trong quá trình sử dụng nhiên liệu xăng, dầu diesel và khí đốt thiên nhiên của các loại xe ô tô con, xe tải, xe buýt và mô tô. Mô hình này do Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US_EPA) nghiên cứu và phát triển từ năm 1978. Phiên bản đầu tiên của MOBILE6 ra đời vào tháng 1/2001 và phiên bản mở rộng hiện này là MOBILE6.2. Các phiên bản đầu tiên của MOBILE cũng như phiên bản MOBILE6.2 được viết bằng ngôn ngữ lập trình máy tính Fortran . MOBILE được nghiên cứu và phát triển nhằm mục đích tạo ra một công cụ giúp US_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 của Luật không khí sạch (CAA- Clean Air Act). 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 7 cứu cho giáo dục cũng như các nghiên cứu trong công nghiệp (lĩnh vực chế tạo, sản xuất ô tô, nhiên liệu, …), sử dụng trong các báo cáo hiện trạng môi trường. MOBILE6 cho phép người sử dụng tính toán và xuất các thành phần trong tổng khí thải của mỗi quá trình tạo ra chất ô nhiễm như phát thải khí của động cơ khi khởi động, khi chạy, các chất ô nhiễm bay hơi khi tắt máy, bay hơi khi nhiệt độ cao,… xuất kết quả theo từng loại đường, thời gian trong ngày, loại xe và những đặc tính chi tiết khác (US_EPA, 2003). (2). Đặc điểm mô hình Mobile6 - MOBILE chia các phương tiện thông cơ giới thành 28 loại theo kiểu xe, tải trọng và nhiên liệu sử dụng như trình bày trong phụ lục 1. - Các chế độ phát thải khí ô nhiễm của phương tiện giao thông cơ giới đường bộ gồm 2 dạng: phát thải và bay hơi. Kết quả phát thải chất ô nhiễm gồm 10 dạng khác nhau, trình bày ở phụ lục 2. - Số lượng các dạng chất ô nhiễm của kết quả tính toán được là 19 dạng chất ô nhiễm và 5 dạng hợp chất Hydrocacbon (tổng Hydrocacbon, hydrocacbon không mêtan, hợp chất hữu cơ bay hơi, tổng hơi hữu cơ và hơi hữu cơ không mêtan), trình bày ở phụ lục 3. - Tất cả các kết quả phát thải, bay hơi đều được qui đổi thành đơn vị là gam trên dặm (g/mi) hoặc gam trên ngày (g/day). - Năm tính toán từ 1952 đến 2051. - Hệ thống đường giao thông được MOBILE phân thành 4 loại đường theo các chế độ vận tốc khác nhau được trình bày ở phụ luc 4. (3). Đầu vào, đầu ra của MOBILE6 Đầu vào của MOBILE6: File thông số đầu vào có tên phần mở rộng là *.IN, dạng mã ASCII, có cấu trúc 3 kiểu:command file, batch file, và file dữ liệu ngoài (file dữ liệu ngoài có một số yêu cầu riêng), chứa tất cả các lệnh trong đó có các lệnh bắt buộc và các lệnh tuỳ 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. Các thông số đầu vào cho mô hình được trình bày trong phụ lục 5. Đầu ra MOBILE6: File 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. 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. 8 File kết quả chỉ rõ phần “run” hay kịch bản được chạy, xuất ra các thông số đầu vào có hiệu chỉnh và không hiệu chỉnh, các loại phương tiện giao thông với hệ số VMT (quãng đường xe đi được) cho từng loại xe…, hệ số phát thải từng loại chất ô nhiễm tương ứng với từng loại xe đã phân loại (US_EPA, 2003) (4). Phương pháp tính toán hệ số phát thải của mô hình Mobile6 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. Sơ đồ tính toán hệ số phát thải được trình bày trong phụ lục 6. 2.2.3. Mô hình tính toán nồng độ chất ô nhiễm CALINE4 (1). Giới thiệu chung Mô hình phát tán nguồn đường California (California Line Source Dispersion Model – CALINE) là một trong những công cụ để định lượng các tác động từ các phát thải do hoạt động giao thông tạo ra. Mô hình này được thiết kế nhằm dự đoán nồng độ cácbon mônôxít (CO) dọc các đường giao thông dựa vào các thông số khí tượng và thông số về giao thông. Mô hình phát tán và vận chuyển CALINE ban đầu được lập trình dựa vào sự biến đổi của dạng phát tán vệt khói Gauss đối với nguồn điểm. Tuy nhiên đến phiên bản CALINE4 thì thuật toán này đã được kết hợp thêm ảnh hưởng của sự xáo trộn nhiệt do các phát thải ở nhiệt độ cao của xe cộ ( Elizabeth Ann Yura và nnk, 2007). CALINE4 là phiên bản gần đây nhất của mô hình chất lượng không khí nguồn đường, mô hình này được phát triển bởi Trung tâm Vận tải California (California Department of Transportation – CALTRANS). Mục đích của mô hình là để đánh giá tác động của các hoạt động giao thông đối với chất lượng không khí và giúp các nhà lập kế hoạch bảo vệ sức khoẻ cộng đồng, tránh các tác động có hại do tiếp xúc quá mức với CO. Dựa vào các thông số của nguồn phát thải, điều kiện khí tượng và vị trí của nguồn thải, Caline có thể dự báo được nồng độ chất ô nhiễm tại nguồn nhận với khoảng cách 500m từ đường giao thông (Benson, 1989; CALTRANS, 1998). Mô hình CALINE4 được sử dụng rộng rãi để tính toán nồng độ chất ô nhiễm gần các đường giao thông. Mô hình này đã được thử nghiệm và đánh giá để dự báo nồng độ các chất ô nhiễm phát thải từ giao thông trong các điều kiện khí tượng cụ thể, như CO, NOx, bụi lơ lững và các khí khác. Mô hình này có khả năng dự báo CO khá tốt (Hao Chen, và nnk, 2008). (2). Đặc điểm của mô hình CALINE4 9 - CALINE4 được thiết kế thành các cửa sổ giao diện đồ họa, giúp người sử dụng dễ dàng nhập số liệu và tạo điều kiện giúp đỡ trực tiếp từ mô hình (CALTRANS, 1998). - Mô hình được thiết kế dựa trên thuật toán vệt khói của Gauss và khái niệm “vùng xáo trộn” (trong vùng xáo trộn, các cơ chế xáo trộn được tạo ra từ chuyển động của xe và sự xáo trộn nhiệt do các phát thải ở nhiệt độ cao của xe) (Benson, 1989). - CALINE4 chia nguồn đường thành các đoạn thẳng (gọi là các link) và tính toán cho mỗi đoạn. Nồng độ chất ô nhiễm từ các nguồn nhận sẽ bằng tác động tổng hợp của các đoạn do ảnh hưởng của các điều kiện khí tượng. CALINE4 chỉ cho phép chia tối đa 20 đoạn nhỏ (CALTRANS, 1998). - CALINE4 có thể tính được nồng độ chất ô nhiễm ở khoảng cách tối đa là 500m tính từ đường giao thông. - CALINE4 có thể ứng dụng được cho cả các đường hẽm, các bãi đỗ xe. - CALINE4 có thể áp dụng được đối với các chất khí trơ, các chất ô nhiễm dạng hạt, các chất ô nhiễm thứ cấp (NO 2 ) và cho phép áp dụng cho cả hỗn hợp các chất phản ứng (NO, NO 2 , O 3 ). Kết quả có thể là trung bình 1giờ hay trung bình 8giờ (Kerstin L. Kenty và nnk, 2006). - CALINE4 chia kiểu đường thành 4 loại được trình bày ở phụ lục 7. - Hệ số gồ ghề sử dụng trong mô hình được trình bày ở phụ lục 8. (3). Đầu vào và đầu ra của mô hình CALINE4 chia các thông số đầu vào thành 5 nhóm với 5 giao diện giúp người sử dụng dễ dàng nhập trực tiếp dữ liệu vào: - Các thông số kịch bản (Job Parameters). - Các thông số địa lý của các đoạn (Link Geometry). - Các thông số hoạt động của các đoạn đường (Link Activity). - Điều kiện khí tượng (Run conditions). - Vị trí của điểm cần tính toán (Receptor position). Chi tiết về các thông số đầu vào được trình bày ở phụ lục 9. Đầu ra của mô hình ở dạng file text. Tùy theo việc thiết lập các thông số kịch bản mà kết quả đầu ra có thể là 1 trong 4 dạng sau: nồng độ trung bình 1 giờ, nồng độ trung bình 8 giờ, nồng độ trung bình 1 giờ do mô hình lựa chọn hướng gió bất lợi nhất hoặc nồng độ trung bình 8 giờ do mô hình lựa chọn hướng gió bất lợi nhất. Trong trường hợp tính toán cho trường hợp có điều kiện xấu nhất thì mô hình sẽ tính toán theo tất cả các hướng gió để tìm ra nồng độ cực đại tại vị trí tính toán (CALTRANS, 1998). 10 [...]... giao thông tại khu vực phía Nam thành phố Huế, bao gồm: + Thu thập số liệu về lượng xe, loại xe, loại hình đường + Đếm và thống kê số lượng xe lưu thông trên đường - Thu thập số liệu về điều kiện khí tượng của thành phố Huế - Nghiên cứu, tìm hiểu về mô hình tính toán phát thải thải ra từ giao thông (mobile6), mô hình tính toán nồng độ chất ô nhiễm thải ra từ hoạt động giao thông (Caline4, Cal3qhc) - Ứng. .. Ứng dụng mô hình Mobile6 để tính toán phát thải các chất ô nhiễm không khí từ các lọai hình phương tiện giao thông - Ứng dụng mô hình Caline4 và mô hình Cal3qhc để tính toán nồng độ các chất ô nhiễm không khí thải ra từ hoạt động giao thông 16 3.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1.1 Thu thập các tài liệu + Thu thập các tài liệu liên quan đến các mô hình tính toán: thông tin tổng quát về mô hình, ứng dụng. ..2.2.4 Mô hình tính toán nồng độ chất ô nhiễm CAL3QHC (1) Giới thiệu chung CAL3QHC là một mô hình được sử dụng để ước tính nồng độ cácbon mônôxít hay các chất ô nhiễm trơ khác từ hoạt động lưu thông của xe cộ tại các điểm giao nhau của các đường giao thông Mô hình này bao gồm mô hình phát tán nguồn đường CALINE3 (được phát triển bởi CALTRANS) và một thuật toán ước... xe lưu thông trên các đoạn đường bằng trung bình cộng của lưu lượng xe quan trắc được giữa hai điểm hai đầu đoạn Chiều dài các đoạn đường được trình bày ở phụ lục 24 24 Kết quả ước tính tải lượng phát thải CO từ hoạt động giao thông trên các đoạn đường được trình bày ở hình 4.1, hình 4.2 và trong phụ lục 25 Hình 4.1 Tải lượng thải CO trên các đoạn đường Hình 4.2 Tải lượng thải CO tổng cộng Từ kết quả... được trình bày ở hình 4.6 và phụ lục 30 Hình 4.6 Nồng độ CO trong ngày 20/03/2009 tại các điểm giao nhau 30 Hình 4.7 Nồng độ CO cực đại tại các điểm giao nhau Từ kết quả trên cho ta thấy: Nồng độ CO tại các nút giao thông vào ngày 20/03/2009 có lúc cao hơn các điểm không giao nhau, có lúc nồng độ CO tại các nút giao nhau thấp hơn tại các điểm không giao nhau Sự thay đổi này phụ thuộc vào vị trí tính toán... trong thành phố 4.3 ƯỚC TÍNH HỆ SỐ PHÁT THẢI VÀ TẢI LƯỢNG PHÁT THẢI CO THEO MÔ HÌNH MOBILE6 4.3.1 Thông số đầu vào và kết quả chạy mô hình Mobile6 Thông số đầu vào của mô hình được trình bày trong bảng 4.3 (xem thêm ví dụ file đầu vào ở phụ lục 42) Các số liệu khí tượng lấy theo bảng 4.1 Kết quả mô hình được trình bày trong phụ lục 23 (xem thêm ví dụ file kết quả đầu ra ở phụ lục 43) Bảng 4.3 Thông số... lưu lượng xe bão hòa, loại tín hiệu giao thông và loại hình tập trung xe Đầu vào của mô hình này bao tất cả các thông số đầu vào của mô hình CALINE3 như các yếu tố hình học của đường, vị trí cần tính toán nồng độ, điều kiện khí tượng, hệ số phát thải của xe Ngoài ra, mô hình này còn có thêm các thông số khác để tính toán cho những nơi có tín hiệu như hệ số phát thải lúc xe dừng lại, số làn đường trên... cứu: Môi trường không khí tại khu vực phía Nam Thành phố Huế - Phạm vi không gian nghiên cứu: Do thời gian hạn hẹp nên chúng tôi chỉ nghiên cứu tại một số trục đường có mật độ giao thông lớn ( Lê Lợi, Nguyễn Huệ, Hà Nội, Đường Hùng Vương, Bà Triệu, Phạm Văn Đồng ) - Phạm vi thời gian nghiên cứu: Từ 02/02/2009 đến 30/05/2009 - Các thông số nghiên cứu: CO 3.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Tìm hiều tình hình giao. .. đèn tín hiệu giao thông (4.10) Sự tương quan giữa nồng độ CO và lưu lượng xe theo từng cấp độ ổn định khí quyển tại các điểm giao nhau có đèn tín hiệu giao thông (Hình 4.11) và tại các điểm không có đèn tín hiệu giao thông (hình 4.12) 33 Cực đại 20/03/2009 R2=0,0636 R2=0,026 G G Hình 4.10 Sự tương quan giữa nồng độ CO và lưu lượng xe khi không xét đến độ ổn định của khí quyển tại các điểm giao nhau có... File đầu ra của mô hình có phần mở rộng là “.OUT” Kết quả đầu ra có thể chọn một trong hai dạng sau : dạng kết quả chi tiết (Long format) và dạng tóm tắt (Short format) (US_EPA, 1995) 2.3 KHÁI QUÁT VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 2.3.1 Điều kiện tự nhiên thành phố Huế (1) Ví trí địa lý, địa hình Thành phố Huế được hình thành ở trung tâm đồng bằng hẹp của hạ lưu sông Hương và được phân thành 2 khu vực chính là Bắc . trưng cho loại mô hình này bao gồm mô hình GATOR, MONO32, UHMA (N.S. Holmes, L. Morawska, 2006). 2.2.2. Mô hình tính toán phát thải MOBILE6 (1). Giới thiệu chung MOBILE là một chương trình phần. 02/02/2009 đến 30/05/2009. - Các thông số nghiên cứu: CO 3.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Tìm hiều tình hình giao thông tại khu vực phía Nam thành phố Huế, bao gồm: + Thu thập số liệu về lượng xe, loại xe,. chính là môi trường mà con người phải hít thở hằng ngày và là một trong những yếu tố giúp duy trì sự sống của con người. Môi trường không khí có ý nghĩa rất quan trọng với con người bởi vì người