Ứng dụng caline4 mô phỏng sự lan truyền thông số CO trong không khí

Nguyễn Trần Minh Triết-1210349 Báo cáo chuyên đề thực tập Chương 1: MỞ ĐẦU I.1 Đặt vấn đề: Ngày nay, ô nhiễm môi trường vấn nạn nhân loại Cả giới sát cánh cứu sống hành tinh Với nỗ lực quốc gia tổ chức quốc tế, thu kết định việc kiểm soát ô nhiễm môi truờng thể giới, nhiên kết đạt nhỏ nhoi phải đứng trước thời kì môi trường bị suy thoái nghiêm trọng nhiều nguyên nhân Nhưng nguyên nhân chủ yếu bắt nguồn từ người Việt Nam đường công nghiệp hoá, đại hóa đất nước, tốc độ đô thị hoá mức độ tập trung dân số đô thị tăng nhanh Dân số tăng nhanh tất nhiên nhu cầu phục vụ người tăng theo Một nhu cầu quan người giao thông vận tải, vấn đề quan tâm nước ta Thành phố Đà Lạt thành phố du lịch hoạt động giao thông, sản xuất công nghiệp chưa phát triển mạnh số đô thị lớn nên môi trường không khí chưa bị ô nhiễm nghiêm trọng Tuy nhiên, giống nhiều đô thị khác môi trường không khí Đà Lạt có dấu hiệu nguy bị ô nhiễm hoạt động giao thông tăng nhanh, ô nhiễm bụi nghiêm trọng Cũng đô thị khác lưu lượng giao thông Đà Lạt tập trung lớn tuyến đường trung tâm thành phố Xô Viết Nghệ Tĩnh, Ba Tháng Hai, Lê Đại Hành tuyến đường có trường học Bùi Thị Xuân, Nhà Chung,Trần Phú vào cao điểm 6h20, 11h50, 16h30 đến 18h Còn tuyến đường nhỏ, lẻ khác lưu lượng giao thông thường trung bình thấp Mặt khác, đặc điểm địa hình, tình hình phát triển kinh tế chức thành phố mức sống người dân chưa cao mà loại hình phương tiện giao thông chủ yếu xe máy, tỷ lệ xe ô tô chạy xăng, chạy dầu thấp nhiều so với thành phố lớn nước Nhằm bước đầu đánh giá ảnh hưởng hoạt động giao thông đến chất lượng không khí xung quanh, nhóm thực đề tài: “Mô hình hóa ô nhiễm không khí từ hoạt động giao thông” Để thực đề tài, nhóm ứng dụng mô hình CALINE4, phần mềm tính phát tán ô nhiễm khí CO hoạt động giao thông Kết hướng tới mục đích ước tính phát thải chất CO ảnh hưởng phát thải CO từ hoạt động giao thông đến chất lượng không khí xung quanh đưa giải pháp nhằm khắc phục I.2 Mục tiêu nghiên cứu: - Tìm hiểu mô hình CALINE4 - Ứng dụng mô hình CALINE4 mô trình phát tán khí CO phát thải từ phương tiện giao thông tuyến đường thành phố Đà Lạt - Đánh giá trạng ô nhiễm không khí hoạt động giao thông đề xuất biện pháp quản lý I.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu đề tài khí ô nhiễm từ hoạt động giao thông vận tải tuyến đường phạm vi thành phố Đà Lạt - Phạm vi: đường Xô Viết Nghệ Tĩnh, phường 8, thành phố Đà Lạt Nguyễn Trần Minh Triết-1210349 Báo cáo chuyên đề thực tập I.4 Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp thu thập số liệu: thu thập số liệu khí tượng số liệu đầu vào cho mô hình CALINE4 - Phương pháp đánh giá nhanh: tính toán hệ số phát thải khí CO trung bình phương tiện giao thông - Phương pháp mô hình hóa: Ứng dụng mô hình CALINE4 đánh giá ô nhiễm không khí từ hoạt động giao thông tuyến đường thành phố Đà Lạt - Phương pháp đánh giá kết quả: so sánh với QCVN 05:2013/BTNMT chất lượng môi trường không khí xung quanh để đưa kết luận mức độ ô nhiễm tuyến đường quan trắc Chương II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU II.1 Tổng quan đường Xô Viết Nghệ Tĩnh: Đường Xô Viết Nghệ Tĩnh tuyến đường gần trường học, nối liền với khu du lịch Langbiang thị trấn Lạc Dương nên có lưu lượng xe tham gia giao thông tương đối lớn đặc biệt vào cao điểm Hình 1: Mô tả tuyến đường Xô Viết Nghệ Tĩnh Đường Xô Viết Nghệ Tĩnh với chiều dài khoảng 5.8 km rộng 12m Đường có đầy đủ tiêu chuẩn để quan trắc tính toán thông số đầu vào cho mô hình CALINE4 sau: + Hướng đường vuông góc với hướng gió (hướng đông) + Lưu lượng giao thông trung bình (2000 – 4000 xe/giờ) + Các phương tiện lưu thông đường đa dạng (xe máy, ô tô, xe tải, xe buýt…) + Ô nhiễm không khí tuyến đường chịu ảnh hưởng từ hoạt động giao thông (ít bị tạp nhiễm từ nguồn gây ô nhiễm khác) Nguyễn Trần Minh Triết-1210349 Báo cáo chuyên đề thực tập Đường hở Độ rộng 12m suy giá trị Mixing zone With = 12m + 3x2m =18m II.2 Tổng quan chương trình quan trắc: Thu thập số liệu khí tượng: hướng gió, nhiệt độ,… Từ số liệu khí tượng thu thập được, tiến hành xác định tuyến đường vị trí quan trắc, sau xác định thời gian phân công nhiệm vụ đếm xe Tiến hành quan trắc lưu lượng giao thông giờ: + Chia phương tiện giao thông thành loại chính: xe máy, xe chạy xăng, xe chạy dầu + Phân công đếm tay để xác định lưu lượng giao thông: người đếm xe máy đường khác nhau, người đếm xe chạy xăng, người đếm xe chạy dầu + Ghi lại kết đếm thống kê số lượng theo loại xe II.3 Tổng quan phần mềm CALINE4: II.3.1 Giới thiệu phần mềm CALINE4: Mô hình phát tán nguồn đường California (California Line Source Dispersion Model – CALINE) công cụ để định lượng tác động từ phát thải hoạt động giao thông tạo Mô hình thiết kế nhằm dự đoán nồng độ CO dọc đường giao thông dựa vào thông số khí tượng thông số giao thông Mô hình phát tán vận chuyển CALINE4 lập trình dựa vào biến đổi dạng phát tán vệt khói Gauss nguồn điểm kết hợp với ảnh hưởng xáo trộn nhiệt phát thải nhiệt độ cao xe cộ CALINE4 phiên gần mô hình chất lượng không khí nguồn đường, mô hình phát triển Trung tâm Vận tải California (California Department of Transportation) Mục đích mô hình để đánh giá tác động hoạt động giao thông chất lượng không khí giúp nhà lập kế hoạch bảo vệ sức khoẻ cộng đồng, tránh tác động có hại tiếp xúc mức với CO Mô hình CALINE4 sử dụng rộng rãi để tính toán nồng độ chất ô nhiễm gần đường giao thông II.3.2 Đặc điểm mô hình CALINE4: - CALINE4 thiết kế thành cửa sổ giao diện đồ họa, giúp người sử dụng dễ dàng nhập số liệu tạo điều kiện giúp đỡ trực tiếp từ mô hình - Mô hình thiết kế dựa thuật toán vệt khói Gauss khái niệm “vùng xáo trộn” - CALINE4 tính nồng độ chất ô nhiễm khoảng cách tối đa 500m tính từ đường giao thông - CALINE4 ứng dụng cho đường hẽm, bãi đỗ xe - CALINE4 áp dụng chất khí trơ, chất ô nhiễm dạng hạt, chất ô nhiễm thứ cấp (NO 2) cho phép áp dụng cho hỗn hợp chất phản ứng (NO, NO2, O3) Kết trung bình 1giờ hay trung bình + + Nguyễn Trần Minh Triết-1210349 Báo cáo chuyên đề thực tập Chương III: PHƯƠNG PHÁP NGIÊN CỨU III.1 Phương pháp tính toán hệ số phát thải khí CO trung bình phương tiện giao thông: Tổng lưu lượng xe có từ chương trình quan trắc là: Trong đó: N “Tổng lưu lượng xe lưu thông tuyến đường thời gian quan trắc” N1 : Lưu lượng xe máy lưu thông tuyến đường thời gian quan trắc N2 : Lưu lượng xe chạy xăng lưu thông tuyến đường thời gian quan trắc N3 : Lưu lượng xe chạy dầu lưu thông tuyến đường thời gian quan trắc Hệ số phát thải tính công thức: Trong đó: E : hệ số phát thải CO trung bình E1: hệ số phát thải CO xe máy E2 : hệ số phát thải CO xe chạy xăng E3: hệ số phát thải CO xe chạy dầu Với E1 = 5.868 (g/km.xe); E2 = 5.745 (g/km.xe); E3 = 11.887 (g/km.xe) III.2 Công thức quy đổi đơn vị từ ppm sang mg/m3: Thực tính toán quy đổi đơn vị từ ppm sang mg/m3 theo công thức: III.3 Xây dựng liệu đầu vào cho mô hình: III.3.1 Dữ liệu địa hình: Đối với liệu địa hình, đề tài cần dạng liệu sau: + Vị trí tuyến đường quan trắc: dùng Google Map định vị trí cho tuyến đường + Hệ tọa độ điểm tiếp nhận xây dựng theo hệ tọa độ Cartesian Trong đó, có vị trí tiếp nhận vị trí cách điểm quan trắc 2m, 5m 10m dọc theo hướng gió III.3.2 Dữ liệu khí tượng: Độ ổn định khí quyển: xác định theo phương pháp Pasquill– Gifford dựa vào mức tốc độ gió bề mặt, ba mức xạ mặt trời tới ban ngày hai mức che phủ mây ban đêm Góc lệch hướng gió: hướng Đông (E) – 900 III.4 Ứng dụng phần mềm CALINE4 đánh giá ô nhiễm không khí từ hoạt động giao thông tuyến đường Xô Viết Nghệ Tĩnh: III.4.1 Thẻ Job Parameter (Thông số kịch bản): (Hình 1, phụ lục) Báo cáo chuyên đề thực tập Nguyễn Trần Minh Triết-1210349 Tiến hành nhập tên thư mục lưu liệu mục Job Filename Sau chọn tùy chỉnh: khí ô nhiễm “Carbon monoxide”, hệ số nhám khí động “Central Business District”, chế độ chạy “Standard”, đơn vị “meters”, độ cao so với mực nước biển “1500” III.4.2 Thẻ Run Conditions (Điều kiện khí tượng): (Hình 2, phụ lục) Nhập tất liệu khí tượng thu được: độ lệch chuẩn hướng gió: mặc định 20 0; chiều cao xáo trộn: mặc định 1000 m; nồng độ ô nhiễm nền: mặc định 1.8 ppm III.4.3 Thẻ Link Geometry (Thông số địa lý đoạn): (Hình 3, phụ lục) Nhập tọa độ điểm đầu điểm cuối tuyến đường quan trắc III.4.4 Thẻ Link Activity (Thông số hoạt động đoạn đường): (Hình 4, phụ lục) Nhập liệu lưu lượng xe hện số phát thải khí CO trung bình phương tiện giao thông tuyền đường Xô Viết Nghệ Tĩnh III.4.5 Thẻ Receptor Posittion (Vị trí điểm cần tính toán): (Hình 5, phụ lục) Nhập tọa đổ điểm quan trắc điểm tiếp nhận kèm theo giá trị độ cao Sau nhập toàn liệu đầu vào quay trở lại thẻ Job Parameters click vào ô “Run Caline4” để chạy mô hình Kết chạy mô hình hiển thị thẻ Result CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN IV.1 Kết chương trình quan trắc: + Thời gian: từ 16h30 đến 17h30 ngày 26/10/2015 + Địa điểm: Trước cửa hàng bánh mì 24h, Xô Viết Nghệ Tĩnh, Đà Lạt - Các thông số khí tượng lưu lượng xe tham gia giao thông tuyến đường: Bảng 1: Kết thu thập số liệu quan trắc Kết thu thập số liệu Hướng gió Vận tốc gió Góc lệch hướng gió Độ lệch chuẩn hướng gió Chiều cao xáo trộn Nhiệt độ không khí Áp suất không khí Nồng độ CO (ppm) Độ ổn định khí Đông 1.7 m/s 900 200 1000m 250C 0.85 atm 1.8 Kết đếm xe Loại xe Xe máy Xe chạy xăng Xe chạy dầu Tổng lưu lượng xe Số lượng xe 2810 67 128 3005 Bảng 2: Xác định vị trí: Vị trí Điểm đầu tuyến đường Điểm cuối tuyến đường Điểm quan trắc Điểm cách điểm quan trắc 2m Điểm cách điểm quan trắc 5m Điểm cách điểm quan trắc 10m Báo cáo chuyên đề thực tập Nguyễn Trần Minh Triết-1210349 Tọa độ X 108427684 108427684 108427684 108427673 108427656 108427628 Y 11969756 11969962 11969911 11969905 11969900 11969891 Z 0 2.0 2.0 2.0 2.0 Kết tính toán hệ số phát thải khí CO trung bình (E): với kết quan trắc lưu lượng xe tình toán hệ số phát thải theo phương pháp trình bày phần III.1 ta tính E = 9.85 (g/mile.xe) IV.2 Kết chạy mô hình: Phần mềm CALINE4 hiển thị kết thẻ Result: (Hình 6, phụ lục) - Theo công thức quy đổi từ đơn vị ppm sang mg/m3 (mục III.2), ta có nồng độ CO: Bảng 3: Kết nồng độ CO Vị trí Điểm quan trắc Điểm cách 2m Điểm cách 5m Điểm cách 10m Nồng độ (ppm) 2.2 2.2 2.2 1.9 Nồng độ CCO (mg/m3) 2.266 2.266 2.266 1.957 - So sánh với QCVN 05:2013/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng môi trường không khí xung quanh quy định nồng độ CO cho phép tồn khí 30000 µg/m3 = 30 mg/m3 Mà nồng độ CO không khí đường Xô Viết Nghệ Tĩnh đạt mức 2.266 mg/m3 thấp nhiều so với quy chuẩn cho phép - Ta có nồng độ ô nhiễm 1.8ppm Từ tính lượng phần trăm CO hoạt động giao thông đóng góp vào môi trường không khí xung quanh sau: Bảng 4: Giá trị % CO đóng góp vào môi trường Vị trí Nồng độ CO giao thông đóng góp CO (ppm) Phần trăm đóng góp CO vào môi trường không khí Điểm quan trắc Điểm cách 2m Điểm cách 5m Điểm cách 10m 2.2-1.8 = 0.4 2.2-1.8 = 0.4 2.2-1.8 = 0.4 1.9-1.8 = 0.1 IV.3 Giải pháp quản lý ô nhiễm: CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ V.1 Kết luận: Từ kết đạt trình thực mô hình ta rút kết luận sau: - Lượng xe lưu thông thành phố Đà Lạt chủ yếu xe máy (chiếm 93.5%) - Nồng độ khí CO môi trường không khí xung quanh dao động từ 1.957 đến 2.266 mg/m3 Kết cho thấy nồng độ khí CO thấp QCVN 05:2013/BTNMT – (30mg/m3) Nồng độ lớn điểm quan trắc sau giảm Nguyễn Trần Minh Triết-1210349 Báo cáo chuyên đề thực tập dần tới vị trí cách điểm quan trắc 2m, 5m, 10m dọc theo hướng gió Như nồng dộ CO chưa đáng báo động V.2 Kiến nghị: - Quy hoạch trường đại học, cao đẳng gần để giảm số lượng xe máy, thành phố ta tương đối nhỏ nên vận động người dân tích cực sử dụng xe đạp, tăng số lượng phương tiện giao thông công cộng để đưa đón người dân - Do hạn chế thời gian nên quan trắc khung định ngày, nên kết chưa xác Cần tiến hành quan trắc them nhiều khung tuần để có tranh tổng quát phát thải chất thải ô nhiễm từ hoạt động giao thông  ... phát thải hoạt động giao thông tạo Mô hình thiết kế nhằm dự đoán nồng độ CO dọc đường giao thông dựa vào thông số khí tượng thông số giao thông Mô hình phát tán vận chuyển CALINE4 lập trình dựa... thập số liệu: thu thập số liệu khí tượng số liệu đầu vào cho mô hình CALINE4 - Phương pháp đánh giá nhanh: tính toán hệ số phát thải khí CO trung bình phương tiện giao thông - Phương pháp mô hình... vào môi trường không khí xung quanh sau: Bảng 4: Giá trị % CO đóng góp vào môi trường Vị trí Nồng độ CO giao thông đóng góp CO (ppm) Phần trăm đóng góp CO vào môi trường không khí Điểm quan trắc