Ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông ở thành phố hồ chí minh xác định hệ số phát thải chất ô nhiễm và mô hình hóa chất lượng không khí

LỜI CAM ĐOAN Tôi tên là Hồ Minh Dũng – NCS, cán bộ nghiên cứu đang công tác tại Viện Môi Trường và Tài Nguyên – ĐHQG Tp HCM, xin cam đoan như sau: Luận án Tiến sĩ với đề tài “Ô nhiễm khô

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

VÀ MÔ HÌNH HÓA CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2011

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

-

HỒ MINH DŨNG

Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO HOẠT ĐỘNG GIAO THÔNG Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH: XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI CHẤT Ô NHIỄM

VÀ MÔ HÌNH HÓA CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ

Chuyên ngành: SỬ DỤNG VÀ BẢO VỆ TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG

Mã số: 62 85 15 01

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 GS.TS ALAIN CLAPPIER

2 PGS.TS ĐINH XUÂN THẮNG

TP HỒ CHÍ MINH - NĂM 2011

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

-

HỒ MINH DŨNG

Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO HOẠT ĐỘNG GIAO THÔNG Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH: XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI CHẤT Ô NHIỄM

VÀ MÔ HÌNH HÓA CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ

Chuyên ngành: SỬ DỤNG VÀ BẢO VỆ TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là Hồ Minh Dũng – NCS, cán bộ nghiên cứu đang công tác tại Viện Môi

Trường và Tài Nguyên – ĐHQG Tp HCM, xin cam đoan như sau:

Luận án Tiến sĩ với đề tài “Ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông ở

Thành phố Hồ Chí Minh: Xác định hệ số phát thải chất ô nhiễm và mô hình hóa chất

lượng không khí” là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của

GS TS Alain Clappier và PGS TS Đinh Xuân Thắng

Các số liệu khảo sát, tổng hợp, tài liệu tham khảo và kết quả nghiên cứu trình

bày trong luận án này là hoàn toàn trung thực

Tôi xin cam đoan rằng, luận án này là công trình nghiên cứu độc lập của riêng

tôi Nội dung của luận án không trùng lắp với các công trình khoa học khác đã được

thực hiện trước đây Nếu có gì sai phạm tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước

pháp luật của nhà nước đã ban hành

Trân trọng,

Tác giả

NCS Hồ Minh Dũng

LỜI CÁM ƠN

Để thực hiện và hoàn thành luận án này tác giả đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ các

cá nhân và đơn vị, tác giả xin gởi lời cám ơn đến:

GS TS Alain Clappier (EPFL, Thụy Sỹ) & PGS TS Đinh Xuân Thắng (IER)

hai hướng dẫn khoa học đã tận tình giúp đỡ trong thời gian thực hiện luận án

TS Oliver Furher và TS Luis Carlos Belalcazar của EPFL, Thụy Sỹ - hỗ trợ và

giúp đỡ trực tiếp về mặt chuyên môn

Ban Lãnh đạo Viện Môi Trường và Tài Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi

và hỗ trợ trang thiết bị phục vụ cho nghiên cứu

Dự án ABC (Asia Brown Cloud) đã hỗ trợ kinh phí cho tác giả trong các đợt

thực tập tại EPFL và trong việc thực hiện thí nghiệm cho nghiên cứu này

Sở Giao thông Công chánh Tp HCM, Chi Cục Bảo Vệ Môi trường Tp HCM cho

phép chúng tôi lắp đặt thiết bị và tiến hành thí nghiệm tại hiện trường

Cuối cùng, cám ơn đến các Thầy, Cô ở Viện Môi Trường và Tài Nguyên và các

bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ và động viên để tác giả hoàn thành luận án này

Tác giả

NCS Hồ Minh Dũng

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN ÁN

Trong những thập kỷ qua, ô nhiễm không khí từ hoạt động giao thông đã trở thành một vấn đề môi trường lớn ở Việt Nam Tình trạng này có xu hướng tập trung chủ yếu ở các thành phố lớn như thành phố Hồ Chí Minh (Tp HCM) - nơi có nhiều phương tiện giao thông hoạt động và kết quả là làm suy giảm chất lượng không khí

Vì vậy, việc tính toán tải lượng các chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông nhằm xây dựng bản đồ ô nhiễm cũng như phục vụ cho việc mô phỏng quá trình lan truyền chất ô nhiễm trong không khí tại Tp HCM là rất cần thiết

Tuy nhiên, một trong những hạn chế chính ở hầu hết các nghiên cứu đã thực hiện trong nước đến nay là bộ dữ liệu về hệ số phát thải chất ô nhiễm do hoạt động giao thông được sử dụng từ kết quả nghiên cứu của các nước bạn trong khu vực Ngoài

ra, do hoạt động giao thông là một trong những nguồn chính phát sinh ô nhiễm không khí tại Tp HCM Vì vậy, các kết quả mô phỏng chất lượng không khí trong các nghiên cứu trước đây ít nhiều bị hạn chế về độ chính xác

Trong khuôn khổ của luận án này, tác giả đã nghiên cứu xây dựng hệ số phát thải chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông tại Tp HCM Đây là bộ dữ liệu hệ

số phát thải được xác định trong điều kiện thực tế hoạt động giao thông ở Tp HCM,

vì vậy các kết quả mô phỏng chất lượng không khí sẽ có độ chính xác cao hơn Bên cạnh đó, một số kịch bản nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí tại Tp HCM cũng đã được đề xuất

Lần đầu tiên tại Việt Nam cũng như Tp HCM, việc đo đạc và thực nghiệm tại hiện trường đã được thực hiện nhằm tính toán, xây dựng hệ số phát thải chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông bằng phương pháp sử dụng mô hình tính ngược Quá trình nghiên cứu đã lựa chọn được phương pháp và chất đánh dấu phù hợp để xây dựng hệ số phát thải của 15 hợp chất VOCs (C2 – C6), CO và NOx do hoạt động giao thông tại Tp HCM Trong đó, ba hợp chất VOCs có hệ số phát thải trung bình cao nhất là n-hexane (59,7 ± 9,2 mg/km.xe), i-pentane (52,7 ± 7,4 mg/km.xe) và 3-

methylpentane (36,1 ± 3,6 mg/km.xe) Hệ số phát thải trung bình của CO là 23,37 ± 6,61 g/km.xe và NOx là 0,20 ± 0,03 g/km.xe Ngoài ra, hệ số phát thải của các chất ô nhiễm trên từng nhóm phương tiện giao thông (xe gắn máy, xe tải trọng nhẹ & xe tải trọng nặng) cũng được tính toán bằng phương pháp hồi qui tuyến tính đa biến

Kết quả nghiên cứu đã xây dựng được bộ dữ liệu phát thải chất ô nhiễm không khí

từ nguồn giao thông và các nguồn khác (công nghiệp và sinh hoạt) tại Tp HCM Bên cạnh đó, các mô hình FVM và TAPOM đã được sử dụng để mô phỏng các điều kiện khí tượng và chất lượng không khí tại Tp HCM So sánh các kết quả mô phỏng khí tượng và chất lượng không khí trong khoảng thời gian lựa chọn so với đo đạc thực tế đều cho kết quả tốt

Kết quả thống kê phát thải các chất ô nhiễm từ nguồn giao thông cho thấy tải lượng phát thải chất ô nhiễm của xe gắn máy chiếm một lượng đáng kể so với tổng tải lượng phát thải chất ô nhiễm từ nguồn này Kết quả mô phỏng chất lượng không khí cho kết quả tốt khi sử dụng dữ liệu thống kê phát thải tính toán từ hệ số phát thải xây dựng được ở Tp HCM

Thêm vào đó, 03 kịch bản đã được đề xuất nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí nói chung, đặc biệt là ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông Các kịch bản chỉ ra rằng, nếu giảm số lượng các phương tiện giao thông cá nhân – xe gắn máy 50% và tăng lượng phương tiện giao thông công cộng – xe buýt 10 lần, bên cạnh đó thay thế loại xe buýt đang sử dụng hiện nay (loại 55 – 85 chỗ) thành loại có kích thước nhỏ hơn (loại 30 – 40 chỗ) để phù hợp với kích thước đường, thì chất lượng không khí sẽ

có phần cải thiện hơn đồng thời góp phần giảm thiểu ùn tắc giao thông vào các giờ cao điểm như hiện nay

ABSTRACT

During the last decades, the number of vehicles and the traffic activity has significantly increased in Vietnam so that the air pollution has become a major environmental problem for the country This situation tends to focus mainly in big cities like Ho Chi Minh City (HCMC) and lead to an increasing deterioration of the air quality Therefore, it is necessary to estimate emission of air pollutants from traffic activities to develop the air pollution map as well as for simulating the air pollutants distribution in the atmosphere in HCMC

However, one of the major limitations of the air quality model in a city like HCMC

is due to the uncertainty on the emissions of air pollutants, especially those emitted

by road traffic because it is the main sources of air pollution in dense urban areas

In this thesis, the author has studied and estimated the air pollutants emission factors from road traffic in HCMC These emission factors are determined in real conditions

of road traffic using measurements done in the street of HCMC Besides, air quality has been simulated using models and some air pollution reduction scenarios have been proposed for HCMC

For the first time in Vietnam as well as HCMC, measurements and experiments have been implemented to estimate air pollutants emission factors form road traffic by inverse modeling method The result of this study is the selection of a suitable method and tracer for estimating emission factors of 15 volatile organic compounds

compounds with high average emission factors are hexane (59.7 ± 9.2 mg/km.veh.), iso-pentane (52.7 ± 7.4 mg/km.veh.) and 3-methylpentane (36.1 ± 3.6 mg/km.veh.) and the average emission factor of CO and NOx are 23.37 ± 6.61 g/km.veh and 0.20

± 0.03g/km.veh, respectively The emission factors of air pollutants for motorcycles, light-duty vehicles and heavy-duty vehicles are calculated by using the multi linear regression method

The emission factors have been used to calculate an emission inventory for the traffic and then it has been supplemented to take into account all the other sources of pollutants (industry and domestic) in HCMC Besides, an air quality model (TAPOM) and a meteorological model (FVM) model have been used to simulate the air pollution in HCMC The simulations have been validated comparising model results with the measurement

Emission inventory results from road traffic show that emission from motorcycles account for a significant amount of total emissions Simulation results of air quality give better results when using emission inventory with air pollutants road traffic emission factors were estimated in the real conditions of HCMC

In addition, three scenarios have been proposed to reduce air pollution in general and especially air pollution generated by road traffic The scenarios show that, a reduction of 50% of the number of motorcycles (private vehicles) and a 10 times increase of the number of buses (public transport), besides replacing the big size buses (type of 55-85 seats) by smaller buses (type 30-40 seats) which suitable with the size of the roads, air quality will improve and reduce traffic jam in rush-hours

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CÁM ƠN ii

TÓM TẮT iii

ABSTRACT v

MỤC LỤC vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xii

DANH MỤC CÁC BẢNG xv

DANH MỤC CÁC HÌNH xvii

MỞ ĐẦU 1

1.ĐẶTVẤNĐỀ 1

2.MỤCTIÊUNGHIÊNCỨU 2

3.ĐỐITƯỢNGVÀPHẠMVINGHIÊNCỨU 2

4.NỘIDUNGNGHIÊNCỨU 3

5.PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU 3

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN 5

7 TÍNH MỚI CỦA LUẬN ÁN 6

8.CẤUTRÚCCỦALUẬNÁN 7

CHƯƠNG 1 8

TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU 8

1.1.ÔNHIỄMKHÔNGKHÍỞCÁCĐÔTHỊ 8

1.1.1 Ô nhiễm không khí ở các đô thị lớn trên thế giới 8

1.1.1.1 Đặc điểm của quá trình đô thị hóa 8

1.1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm không khí ở các đô thị 9

1.1.2 Ô nhiễm không khí tại các thành phố lớn ở Việt Nam 11 1.1.2.1 Các nguồn ô nhiễm chính đối với không khí đô thị ở Việt Nam11

1.1.1.2 Đặc điểm hoạt động giao thông đô thị ở Việt Nam 12

1.1.1.3 Ô nhiễm không khí ở các đô thị lớn của Việt Nam 15

1.1.3 Đặc điểm hoạt động giao thông tại Tp HCM 18

1.1.4 Hiện trạng ô nhiễm không khí ở Tp HCM 22

1.1.4.1 Giới thiệu hệ thống quan trắc chất lượng không khí 22

1.1.4.2 Diễn biến chất lượng không khí ven đường 23

1.2.TỔNGQUANCÁCNGHIÊNCỨUXÁCĐỊNHHỆSỐPHÁTTHẢI 27

1.2.1 Nghiên cứu trên thế giới 27

1.2.1.1 Phương pháp đo đạc trong PTN 28

1.2.1.2 Phương pháp đo đạc trực tiếp trên đường 33

1.2.2 Nghiên cứu trong nước 40

1.3.TỔNGQUANNGHIÊNCỨUMÔPHỎNGCHẤTLƯỢNGKHÔNGKHÍ 43

1.3.1 Nghiên cứu trên thế giới 43

1.3.2 Nghiên cứu trong nước 44

1.4.TỔNGQUANNGHIÊNCỨUGIẢMTHIỂUÔNHIỄMKHÔNGKHÍ 48

1.4.1 Nghiên cứu trê thế giới 48

1.4.2 Nghiên cứu trong nước 49

CHƯƠNG 2 52

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 52

2.1 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI CHẤT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 52

2.1.1 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu 53

2.1.2 Cơ sở lý thuyết xác định hệ số phát thải 53

2.1.3 Thiết lập mô hình thực hiện thí nghiệm 56

2.1.3.1 Thiết lập mô hình thí nghiệm 56

2.1.3.2 Lựa chọn chất đánh dấu và tính toán tải lượng phát thải 56

2.14 Quá trình thí nghiệm 58

2.1.4.1 Vị trí lựa chọn 58

2.1.4.2 Đo đạc và thí nghiệm 59

2.2 THỐNG KÊ PHÁT THẢI CHẤT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 64

2.2.1 Các dữ liệu thống kê phát thải 65

2.2.2 Phương pháp và dữ liệu đầu vào 65

2.2.2.1 Nguồn giao thông 65

2.2.2.2 Nguồn công nghiệp 67

2.2.2.3 Nguồn sinh hoạt 69

2.2.3 Phân bố tải lượng ô nhiễm theo không gian và thời gian 70

2.2.3.1 Phân bố tải lượng theo không gian 70

2.2.3.2 Phân bố tải lượng theo thời gian 70

2.3 MÔ HÌNH HÓA KHÍ TƯỢNG VÀ CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ 71

2.3.1 Đặc điểm địa hình khu vực nghiên cứu 71

2.3.2 Đặc điểm khí tượng khu vực nghiên cứu 72

2.3.2.1 Nhiệt độ 72

2.3.2.2 Tốc độ gió và hướng gió 73

2.3.3 Cơ sở lý thuyết các mô hình sử dụng 74

2.3.3.1 Lựa chọn mô hình phục vụ cho nghiên cứu 75

2.3.3.2 Lựa chọn khoảng thời gian mô phỏng 76

2.3.3.3 Mô hình FVM 77

2.3.3.4 Mô hình TAPOM 80

2.3.4 Các thiết lập trong mô hình 82

2.3.4.1 Các miền tính và độ phân giải 82

2.3.4.2 Điều kiện biên và điều kiện ban đầu 83

2.3.4.3 Số liệu địa hình và sử dụng đất 83

2.3.5 Phương pháp đánh giá 83

2.4 KỊCH BẢN GIẢM THIỂU Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 86

2.4.1 Cơ sở khoa học đề xuất các kịch bản 86

2.4.2 Nội dung các kịch bản giảm thiểu ô nhiễm 87

2.4.2.1 Kịch bản dựa trên việc thay đổi số lượng các loại phương tiện 87 2.4.2.2 Kịch bản dựa trên phương án thay đổi nhiên liệu sử dụng 90

CHƯƠNG 3 96

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 96

3.1.TÍNHTOÁNHỆSỐPHÁTTHẢICHẤTÔNHIỄMKHÔNGKHÍ 96

3.1.1 Kết quả đo đạc, thực nghiệm 96

3.1.1.1 Phương tiện giao thông 97

3.1.1.2 Các thông số khí tượng 98

3.1.1.3 Nồng độ các chất ô nhiễm 100

3.1.1.4 Nồng độ chất đánh dấu 100

3.1.1.5 Diễn biến nồng độ chất ô nhiễm và dữ liệu giao thông 103

3.1.2 Xác định nguồn phát sinh các chất ô nhiễm 106

3.1.3 Tính toán hệ số phát thải 108

3.1.3.1 Hệ số phát thải trung bình các loại phương tiện giao thông 108

3.1.3.2 Hệ số phát thải cho từng loại phương tiện giao thông 113

3.2 THỐNG KÊ PHÁT THẢI CHẤT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 117

3.2.1 Các kết quả thống kê tải lượng 117

3.2.2 Đánh giá thống kê phát thải trong trường hợp cụ thể 117

3.2.2.1 Mô tả mô hình 118

3.2.2.2 So sánh các kết quả từ mô phỏng và đo đạc thực tế 118

3.2.3 Phân bố tải lượng ô nhiễm theo nguồn và vùng 120

3.2.3.1 Phân bố tải lượng ô nhiễm theo vùng 120

3.2.3.2 Phân bố tải lượng ô nhiễm theo nguồn 122

3.2.4 Giới hạn của phương pháp và thảo luận 123

3.3 MÔ PHỎNG KHÍ TƯỢNG VÀ CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ 125

3.3.1 Mô phỏng khí tượng 125

3.3.1.1 Các điều kiện biên và điều kiện ban đầu 125

3.3.1.2 Mô phỏng trên qui mô vùng 126

3.3.2 So sánh kết quả mô phỏng và đo đạc thực tế 127

3.3.2.1 Khí tượng tại lớp bề mặt 127

3.3.2.2 Khí tượng theo độ cao 131

3.3.3 Mô phỏng chất lượng không khí và các kết quả 131

3.3.3.1 Chất ô nhiễm sơ cấp 132

3.3.3.2 Chất ô nhiễm thứ cấp - Ozone 135

3.3.4 Thảo luận kết quả 138

3.4 CÁC KỊCH BẢN GIẢM THIỂU Ô NHIỄM 140

3.4.1 Kết quả mô phỏng chất lượng không khí 140

3.4.1.1 Nồng độ các chất ô nhiễm sơ cấp 141

3.4.1.2 Nồng độ các chất ô nhiễm thứ cấp 145

3.4.1.3 Thảo luận kết quả 148

3.4.2 Các biện pháp hổ trợ 148

3.4.2.1 Biện pháp kiểm soát khí thải 148

3.4.2.2 Biện pháp tuyên truyền 150

3.4.2.3 Biện pháp qui hoạch 150

KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 153

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 157

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BC Trạm quan trắc khí tự động Bình Chánh

CALINE 3&4 California Line Source Dispersion Model

Mô hình phát thải từ nguồn đường của California D2 Trạm quan trắc khí tự động UBND Quận 2

DO Trạm quan trắc khí tự động DOSTE

HB Trạm quan trắc khí tự động Hồng Bàng

Chi cục Bảo vệ Môi trường Thành phố Hồ Chí Minh

MC Motorcycles - Xe gắn máy

Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi không Methane

Cơ quan sức khỏe và an toàn lao động

Mô hình ô nhiễm từ hoạt động giao thông

Viện chiến lược và phát triển giao thông

TN Trạm quan trắc khí tự động Thống Nhất

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Nồng độ các chất ô nhiễm tại các thành phố lớn trên thế giới 9

Bảng 1.2 Thải lượng (tấn/năm) các chất ô nhiễm từ các nguồn thải ở Việt Nam, năm 2005 12

Bảng 1.3 Danh sách các trạm quan trắc không khí ở Tp HCM 22

Bảng 1.4 Hệ số phát thải của xe gắn máy theo phương pháp đo đạc trong PTN 31

Bảng 1.5 Hệ số phát thải của bụi hạt – phương pháp đo đạc trong PTN 31

Bảng 1.6 So sánh hệ số phát thải của các loại xe gắn máy (theo qui trình ECE) 32

Bảng 1.7 Hệ số phát thải chất ô nhiễm (g/km.xe) trong các nghiên cứu ở đường hầm 36

Bảng 1.8 Hệ số phát thải của bụi hạt – nghiên cứu trong đường hầm 37

Bảng 1.9 Hệ số phát thải chất ô nhiễm (g/km.xe) sử dụng mô hình tính ngược 39

Bảng 1.10 Hệ số phát thải trung bình chất ô nhiễm (g/km.xe) sử dụng mô hình

tính ngược 39

Bảng 1.11 Hệ số phát thải của bụi hạt - sử dụng mô hình tính ngược 40

Bảng 1.12 Hệ số phát thải chất ô nhiễm của các loại xe gắn máy (g/km.xe) theo CMDC của Tp Hà Nội 41

Bảng 1.13 Hệ số phát thải chất ô nhiễm của các loại xe gắn máy (g/km.xe) theo chu trình lái xe thực tế của Tp Hà Nội (HMDC) 42

Bảng 1.14 Hệ số phát thải chất ô nhiễm của các loại xe ô tô (g/km.xe) theo CMDC của Tp Hà Nội 42

Bảng 1.15 So sánh nghiên cứu của Luis Carlos Belalcazar (2009) và tác giả 46

Bảng 1.16 So sánh nghiên cứu của Hồ Quốc Bằng (2010) và tác giả 47

Bảng 2.1 So sánh các phương pháp xác định hệ số phát thải 53

Bảng 2.2 Một số phương pháp tính toán phát thải từ nguồn công nghiệp 69

Bảng 2.3 Các thông số thống kê được sử dụng và công thức tính toán 85

Bảng 3.1 Thống kê số lượng các loại phương tiện giao thông trên đường 3/2 97

Bảng 3.2 Nồng độ các chất ô nhiễm tại đường 3/2, Tp HCM 101

Bảng 3.3 Kết quả PCA của 17 hợp chất VOCs và các chất khí ô nhiễm khác 107

Bảng 3.4 Hệ số phát thải trung bình của các hợp chất VOCs (mg/km.xe) 110

Bảng 3.5 So sánh hệ số phát thải trung bình của NOx (g/km.xe) 112

Bảng 3.6 So sánh hệ số phát thải trung bình các hợp chất hữu cơ VOCs (mg/km.xe) 113

Bảng 3.7 Hệ số phát thải chất ô nhiễm trên các loại phương tiện giao thông 114

Bảng 3.8 So sánh hệ số phát thải (mg/km.xe) một số hợp chất VOCs 115

Bảng 3.9 So sánh hệ số phát thải của NOx trên các loại phương tiện giao thông 116 Bảng 3.10 Tải lượng các chất ô nhiễm không khí từ các nguồn ở Tp HCM 117

Bảng 3.11 Bảng tổng hợp thống kê sai số giữa kết quả mô phỏng (MH) và đo đạc thực tế (ĐĐ) từ kết quả mô hình FVM 130

Bảng 3.12 Bảng tổng hợp thống kê sai số giữa kết quả mô phỏng (MH) và đo đạc thực tế (ĐĐ) đối với CO, NOx và SO2 136

Bảng 3.13 Bảng thống kê sai số giữa kết quả mô phỏng và đo đạc đối với Ozon 139 Bảng 3.14 Tải lượng chất ô nhiễm không khí do giao thông theo các kịch bản 140

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Biểu đồ biểu diễn số lượng ô tô và xe máy đang lưu hành ở Việt Nam 14

Hình 1.2 Diễn biến chất lượng không khí tại Tp Nà Nội (2003-2008) 15

Hình 1.3 Diễn biến chất lượng không khí tại Tp HCM (2004-2009) 16

Hình 1.4 Diễn biến chất lượng không khí tại Tp Cần Thơ (2004-2009) 17

Hình 1.5 Diễn biến chất lượng không khí tại Tp Đà Nẵng (2004-2009) 18

Hình 1.6 Biểu đồ số lượng các phương tiện giao thông ở Tp HCM 19

Hình 1.7 Diễn biến nồng độ CO trung bình tháng qua các năm 2005-2007 23

Hình 1.8 Diễn biến nồng độ PM10 trung bình tháng qua các năm 2005-2007 24

Hình 1.9 Diễn biến nồng độ Ozon trung bình tháng qua các năm 2005-2007 24

Hình 1.10 Diễn biến nồng độ CO trung bình tháng qua các năm 2005-2009 25

Hình 1.11 Diễn biến nồng độ Bụi trung bình tháng qua các năm 2005-2009 26

Hình 1.12 Diễn biến nồng độ NO2 trung bình tháng qua các năm 2005-2009 26

Hình 1.13 Sơ đồ qui trình lấy mẫu khí thải của xe gắn máy 29

Hình 1.14 Qui trình thí nghiệm chuẩn cho chu trình vận hành xe theo ECE 30

Hình 1.15 Mô hình nghiên cứu thực nghiệm trong đường hầm ở Đài Loan 34

Hình 2.1 Sơ đồ qui trình nội dung nghiên cứu xây dựng hệ số phát thải chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông tại Tp HCM 52

Hình 2.2 (1): Các yếu tố chính liên quan trong mô hình tính ngược

(2): Xác định tải lượng ô nhiễm bằng mô hình tính ngược 55

Hình 2.3 Mô hình thực hiện thí nghiệm tại hiện trường 56

Hình 2.4 Vị trí đo đạc (hình trái: vị trí của điểm đo trên bản đồ Tp HCM;

Hình phải : vị trí của điểm đo trên đường 3/2) 59

Hình 2.5 Các thiết bị đo đạc liên tục bụi PM2.5, NOx và VOCs 59

Hình 2.6 Kết quả khảo sát tốc độ dòng tại các lỗ nhỏ phát thải 61

Hình 2.7 Hệ thống phát thải propane tại hiện trường 62

Hình 2.8 Thiết bị đo đạc liên tục các thông số khí tượng 63

Hình 2.9 Thiết bị ghi hình hoạt động giao thông 64

Hình 2.10 Tỷ lệ các loại phương tiện giao thông tại Tp HCM 67

Hình 2.11 Hệ số phân bố trung bình giờ các loại phương tiện giao thông trong ngày tại Tp HCM 67

Hình 2.12 Vị trí khu vực nghiên cứu phục vụ mô hình hóa 71

Hình 2.13 Sơ đồ qui trình mô phỏng khí tượng & chất lượng không khí 75

Hình 2.14 Biểu đồ diễn biến nồng độ các chất ô nhiễm trong ngày 19/01/2006 77

Hình 2.15 Dạng ô lưới đặc trưng thường được sử dụng trong mô hình Tapom 81

Hình 2.16 Các miền tính được sử dụng để mô phỏng khí tượng 82

Hình 2.17 Miền tính D5 được sử dụng để mô phỏng khí tượng và chất lượng

không khí 84

Hình 3.1 Sơ đồ qui trình các bước tính toán hệ số phát thải từ thực nghiệm 96

Hình 3.2 Diễn biến số lượng các phương tiện giao thông từ 10h – 22h 98

Hình 3.3 Hoa gió tháng 01 (A), 02 (B) & 03 (C) năm 2007 tại vị trí thực nghiệm 99

Hình 3.4 Nồng độ của propane đo được trong ngày có và không có phát thải 103

Hình 3.5 Diễn biến số lượng phương tiện giao thông, nồng độ các chất ô nhiễm không khí (trung bình 30 phút), 10h – 22h 105

Hình 3.6 So sánh kết quả từ mô hình và đo đạc của CO tại trạm HB các ngày

19-20/01/2006 119

Hình 3.7 So sánh kết quả từ mô hình và đo đạc của NOx tại trạm BC các ngày

19-20/01/2006 119

Hình 3.8 So sánh kết quả từ mô hình và đo đạc của O3 tại trạm HB các ngày

19-20/01/2006 120

Hình 3.9 Bản đồ phân bố kích thước đường theo từng ô lưới ở Tp HCM 121 Hình 3.10 Phân bố tải lượng ô nhiễm không khí từ các nguồn ở Tp HCM 122 Hình 3.11 Tỷ lệ đóng góp ô nhiễm từ các loại phương tiện giao thông ở Tp HCM 123 Hình 3.12 Kết quả mô phỏng trường gió tại lớp mặt đất trong miền tính D2, tại các

thời điểm 7h (1), 12h (2), 17h (3) và 23h (4) ngày 19/01/2006 125 Hình 3.13 Kết quả mô phỏng trường gió tại lớp mặt đất trong miền tính D4, tại

các thời điểm 7h (1), 12h (2), 17h (3) và 23h (4) ngày 19/01/2006 127 Hình 3.14 Kết quả mô phỏng trường gió tại lớp mặt đất trong miền tính D5, tại

các thời điểm 7h (1), 12h (2), 17h (3) và 23h (4) ngày 19/01/2006 128 Hình 3.15 So sánh (hình trái)/tương quan (hình phải) tốc độ gió từ mô phỏng và đo

đạc thực tế trong các ngày 19 - 20/01/2006 129 Hình 3.16 So sánh (hình trái)/tương quan (hình phải) hướng gió từ mô phỏng và đo

đạc thực tế trong các ngày 19 -20/01/2006 129 Hình 3.17 So sánh (hình trái)/tương quan (hình phải) nhiệt độ từ mô phỏng và đo

đạc thực tế trong các ngày 19-20/01/2006 129 Hình 3.18 So sánh hướng gió, tốc độ gió và nhiệt độ theo độ cao từ mô phỏng và

đo đạc thực tế tại trạm Tân Sơn Nhất, lúc 7h00 ngày 19/01/2006 132 Hình 3.19 Bản đồ phân bố nồng độ CO lúc 8h (1) & 20h (2) ngày 19/01/2006 132 Hình 3.20 Bản đồ phân bố nồng độ NOx lúc 8h (1) & 20h (2) ngày 19/01/2006 133 Hình 3.21 Bản đồ phân bố nồng độ SO2 lúc 8h (1) & 20h (2) ngày 19/01/2006 133 Hình 3.22 So sánh nồng độ CO từ mô phỏng và đo đạc tại trạm HB (hình trái) & do

(hình phải) các ngày 19 - 20/01/2006 134 Hình 3.23 Tương quan nồng độ CO từ mô phỏng và đo đạc tại trạm HB (hình trái)

& do (hình phải) các ngày 19 - 20/01/2006 134

Hình 3.24 So sánh (hình trái)/tương quan (hình phải) nồng độ NOx từ mô phỏng và

đo đạc tại trạm BC các ngày 19 - 20/01/2006 135

Hình 3.25 So sánh (hình trái)/tương quan (hình phải) nồng độ SO2 từ mô phỏng và

đo đạc tại trạm TN các ngày 19 - 20/01/2006 135

Hình 3.26 Bản đồ phân bố nồng độ Ozon trong miền tính có kích thước 35km x

35km lúc 10h (1), 12h (2), 14h (3) & 16h (4) ngày 19/01/2006 137

Hình 3.27 So sánh (hình trái)/tương quan (hình phải) nồng độ Ozon từ mô phỏng và

đo đạc tại trạm HB các ngày 19 - 20/01/2006 138

Hình 3.28 So sánh (hình trái)/tương quan (hình phải) nồng độ Ozon từ mô phỏng và

đo đạc tại trạm DO các ngày 19 - 20/01/2006 138

Hình 3.29 Bản đồ phân bố nồng độ CO (1,2), NOx (3,4) và SO2 (5,6) trong miền

tính 35 km x 35 km lúc 8h ngày 19&20/01/2006 theo kịch bản 1 142

Hình 3.30 Bản đồ phân bố nồng độ CO (1,2), NOx (3,4) và SO2 (5,6) trong miền

tính 35 km x 35 km lúc 8h ngày 19&20/01/2006 theo kịch bản 2 143

Hình 3.31 Bản đồ phân bố nồng độ CO (1,2), NOx (3,4) và SO2 (5,6) trong miền

tính 35 km x 35 km lúc 8h ngày 19&20/01/2006 theo kịch bản 3 144

Hình 3.32 Nồng độ CO từ mô phỏng và 03 kịch bản tại trạm HB, ngày 19 &

20/01/2006 145

Hình 3.33 nồng độ NOx từ mô phỏng và 03 kịch bản tại trạm BC, ngày 19 &

20/01/2006 145

Hình 3.34 Bản đồ phân bố nồng độ ozon trong miền tính 35 km x 35 km lúc 12h

ngày 19&20/01/2006 theo kịch bản 1 (1,2), 2 (3,4) và 3 (5,6) 146

Hình 3.35 Nồng độ ozon từ mô phỏng và 03 kịch bản tại trạm DO, ngày

19 – 20/01/2006 147

Hình 3.36 Nồng độ Ozon từ mô phỏng và 03 kịch bản tại trạm HB, ngày

19–20/01/2006 147

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ô nhiễm môi trường không khí là một trong những vấn đề đang được quan tâm hiện nay trên toàn cầu, đặc biệt ở các nước đang phát triển Cùng với các nguồn thải từ hoạt động công nghiệp, từ các quá trình đốt nhiên liệu phục vụ cho sinh hoạt, các phương tiện giao thông đã đóng góp một phần không nhỏ làm gia tăng mức độ ô nhiễm môi trường không khí Nồng độ các chất ô nhiễm thường vượt tiêu chuẩn cho phép của nhà nước đã ban hành Đây là một xu hướng tất yếu ở các nước đang phát triển mà Việt Nam không nằm ngoài quy luật đó

Cùng với sự phát triển kinh tế và xã hội, các phương tiện giao thông vận tải cũng không ngừng gia tăng Một khối lượng rất lớn các chất ô nhiễm chính sinh ra từ hoạt động của các phương tiện giao thông và từ các nguồn khác như sinh hoạt, công nghiệp, đã gây ảnh hưởng trực tiếp, gián tiếp hoặc tồn lưu trong môi trường, gây tác động không nhỏ đến môi trường

Ô nhiễm không khí từ hoạt động giao thông đã trở thành một vấn đề môi trường lớn

ở Việt Nam Tình trạng này có xu hướng tập trung chủ yếu vào các thành phố lớn - nơi có nhiều phương tiện giao thông hoạt động và kết quả là làm suy giảm chất lượng không khí

Thành phố Hồ Chí Minh (Tp HCM) là một trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa, khoa học kỹ thuật, giao thông và du lịch của cả nước Dân số thành phố tính đến nay (năm 2009) là trên 7 triệu người, dân số thực tế của thành phố trong những năm gần đây vẫn tăng hàng năm khoảng 110.000 người, chưa kể số dân nhập cư không hợp pháp và khách vãng lai, gây áp lực lớn đối với môi trường thành phố nói chung và hoạt động giao thông nói riêng Lượng xe cơ giới – nguồn gây ô nhiễm chủ yếu từ hoạt động giao thông ở Tp HCM tăng lên nhanh chóng trong các năm qua

Số lượng các phương tiện giao thông tại Tp HCM ngày càng tăng đã làm gia tăng tải lượng ô nhiễm cũng như nồng độ các chất ô nhiễm trong không khí do nguồn này

sinh ra Vì vậy, việc tính toán tải lượng các chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông nhằm xây dựng bản đồ ô nhiễm cũng như phục vụ mô phỏng quá trình lan truyền chất ô nhiễm trong không khí tại Tp HCM là rất cần thiết Tuy nhiên, một trong những hạn chế chính ở hầu hết các nghiên cứu đã thực hiện trong nước đến nay là bộ dữ liệu về hệ số phát thải chất ô nhiễm do hoạt động giao thông được sử dụng từ kết quả nghiên cứu của Trung Quốc hoặc các nước bạn trong khu vực Ngoài ra, do hoạt động giao thông là một trong những nguồn chính phát sinh ô nhiễm không khí tại Tp HCM Vì vậy các kết quả mô phỏng chất lượng không khí trong các nghiên cứu trước đây ít nhiều bị hạn chế về độ chính xác Do đó, việc nghiên cứu nhằm xác định hệ số phát thải phục vụ tính toán tải lượng ô nhiễm các chất ô nhiễm trong không khí do hoạt động giao thông tại Tp HCM là đáp ứng cho nhu cầu cấp thiết hiện nay

Trong khuôn khổ của luận án này, tác giả đã nghiên cứu xây dựng hệ số phát thải chất ô nhiễm do hoạt động giao thông tại Tp HCM Đây là bộ dữ liệu hệ số phát thải được xác định trong điều kiện thực tế hoạt động giao thông ở Tp HCM, vì vậy các kết quả mô phỏng chất lượng không khí sẽ có độ chính xác cao hơn

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Trên cơ sở xây dựng bộ dữ liệu hệ số phát thải chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông trong điều kiện thực tế tại Tp HCM, luận án sẽ sử dụng để tính toán tải lượng, mô phỏng chất lượng không khí và đề xuất các kịch bản nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí ở Tp HCM

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

− Đối tượng nghiên cứu là các thông số ô nhiễm không khí chính (phát sinh chủ yếu từ hoạt động giao thông) trong lớp biên khí quyển ở Tp HCM bao gồm các chất ô nhiễm sơ cấp (SO2, NOx, CO và VOCs) và chất ô nhiễm thứ cấp (O3)

− Phạm vi nghiên cứu: nội thành Tp HCM, khu vực có kích thước 35 km x 35 km

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Các phương pháp nghiên cứu sử dụng trong từng nội dung của luận án được cụ thể như sau:

1 Đối với nội dung 1: Tổng quan ô nhiễm không khí tại các đô thị, các nghiên cứu

về tính toán hệ số phát thải, mô phỏng chất lượng không khí và các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm

− Thu thập, tổng hợp tài liệu: Tổng hợp các tài liệu trong và ngoài nước về chất lượng không khí, các nghiên cứu xác định hệ số phát thải chất ô nhiễm, mô phỏng chất lượng không khí và giải pháp giảm thiểu ô nhiễm ở các thành phố lớn trên thế giới và trong nước;

− Thống kê và xử lý số liệu: Đánh giá hiện trạng chất lượng không khí ở các thành phố lớn đặc biệt là Tp HCM

2 Đối với nội dung 2: Xác định hệ số phát thải chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông ở Tp HCM

− Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu: Thu thập và kế thừa có chọn lọc các tài liệu trong và ngoài nước về phương pháp xác định hệ số phát thải các chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông;

− Phương pháp khảo sát thực địa: Khảo sát thực địa nhằm chọn ra vị trí thích hợp tại hiện trường để tiến hành thí nghiệm với chất đánh dấu và đo đạc nồng độ các chất ô nhiễm, phù hợp với điều kiện của Tp HCM và có thể áp dụng cho các thành phố khác có điều kiện tương tự;

− Phương pháp thực nghiệm: Thí nghiệm và đo đạc các thông số ô nhiễm không khí, khí tượng, tại hiện trường;

− Phương pháp xử lý số liệu:

+ Sử dụng công cụ PCA (Principle Component Analysis – Phân tích nhân tố chính) để xác định nguồn phát sinh ô nhiễm từ nồng độ các chất ô nhiễm không khí đo đạc được và số liệu về các phương tiện giao thông;

+ Sử dụng các phương pháp thống kê và phần mềm SPSS, EXCEL,…để xử

lý số liệu và tính toán hệ số phát thải

3 Đối với nội dung 3: Ứng dụng bộ hệ số phát thải để tính toán tải lượng ô nhiễm

do hoạt động giao thông và mô hình hóa chất lượng không khí tại Tp HCM

− Phương pháp tổng hợp tài liệu:

+ Thu thập và kế thừa có chọn lọc các số liệu trong và ngoài nước về các thống kê phát thải từ các nguồn tại Tp HCM;

+ Tổng hợp các tài liệu trong và ngoài nước về các mô hình mô phỏng khí tượng và chất lượng không khí đã được sử dụng;

− Phương pháp thu thập tài liệu: Thu thập các tài liệu giới thiệu cơ sở lý thuyết của các mô hình được sử dụng trong nghiên cứu

− Phương pháp dùng công cụ GIS: Sử dụng công cụ GIS (Mapinfor 7.5) để phân

bố tải lượng chất ô nhiễm từ các nguồn phát sinh lên bản đồ số làm dữ liệu đầu vào cho mô phỏng chất lượng không khí;

− Phương pháp mô hình hóa: Mô hình hóa các điều kiện khí tượng và chất lượng không khí tại Tp HCM trong thời gian nghiên cứu;

− Phương pháp xử lý số liệu: Sử dụng các phương pháp thống kê để xử lý số liệu

và so sánh với giá trị đo đạc thực tế (dùng phần mềm Excel và SPSS)

4 Đối với nội dung 4: Xây dựng các kịch bản và đề xuất các biện pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí tại Tp HCM

− Phương pháp thu thập tài liệu: Thu thập các tài liệu làm cơ sở khoa học để xây dựng các kịch bản và các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm không khí tại Tp HCM

− Phương pháp mô hình hóa: Mô hình hóa các điều kiện khí tượng và chất lượng không khí tại Tp HCM trong thời gian nghiên cứu;

− Phương pháp xử lý số liệu: Sử dụng các phương pháp thống kê để xử lý số liệu

và so sánh với giá trị đo đạc thực tế (dùng phần mềm Excel, SPSS, Minitab)

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN

1 Ý nghĩa khoa học của luận án:

− Kết quả nghiên cứu của luận án đã xây dựng được phương pháp tính toán hệ số phát thải chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông phù hợp với điều kiện thực tế tại Tp HCM

− Các kết quả mô phỏng chất lượng không khí trong luận án là tiền đề để mở ra những hướng nghiên cứu sâu hơn nhằm đánh giá một cách chính xác quá trình vận chuyển và phân bố nồng độ chất ô nhiễm không khí ở Tp HCM

2 Ý nghĩa thực tiễn của luận án:

− Đã đánh giá được hiện trạng ô nhiễm không khí, đặc biệt là ô nhiễm không khí từ hoạt động giao thông tại Tp HCM;

− Kết quả nghiên cứu xây dựng hệ số phát thải chất ô nhiễm do hoạt động giao thông có thể được triển khai và áp dụng cho các địa bàn tương tự trong điều kiện của Việt Nam;

− Kết quả mô phỏng chất lượng không khí tại Tp HCM và các kịch bản đề xuất nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí là phù hợp với tính khả thi cao, hoàn toàn có thể triển khai trong thực tiễn để giải quyết vấn đề nan giải do ô nhiễm không khí

từ nguồn giao thông nói riêng và ô nhiễm không khí nói chung tại Tp HCM

7 TÍNH MỚI CỦA LUẬN ÁN

Từ những kết quả nghiên cứu ở trên, luận án đã có những đóng góp quan trọng cả về

lý thuyết và thực nghiệm:

Về lý thuyết:

1 Đây là một trong những nghiên cứu chi tiết, cụ thể đầu tiên của Việt Nam để xây dựng được phương pháp luận và cơ sở lý thuyết để tính toán hệ số phát thải các chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông trong điều kiện thực tế của

Tp HCM; Kết quả nghiên cứu này có thể áp dụng cho các thành phố có điều kiện tương tự;

2 Một đóng góp khá quan trọng nữa về mặt lý thuyết đó là luận án đã ứng dụng được kết quả nghiên cứu trên thế giới và bổ sung các điều kiện thực tế của Tp HCM để mô phỏng quá trình lan truyền và phân bố nồng độ chất ô nhiễm trong không khí tại Tp HCM;

3 Từ kết quả nghiên cứu trên luận án đã đề xuất được các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm không khí phù hợp với điều kiện Tp HCM, có tính khả thi cao và có thể

áp dụng vào thực tế ở Tp HCM và các thành phố khác có điều kiện tương tự;

cho các cơ quan quản lý nhà nước có những định hướng, chiến lược phù hợp nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí

3 Các kết quả nghiên cứu này đã được thực hiện dựa trên các thiết bị thí nghiệm hiện đại bao gồm: trạm quan trắc khí tự động, di động, thiết bị đo VOCs tự động, trạm quan trắc khí tượng tự động,…là minh chứng cho các kết quả trong nghiên cứu có độ chính xác cao

8 CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN

− Mở đầu: Nêu lên tính cần thiết của luận án, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học thực tiễn và tính mới của luận án;

− Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu - Giới thiệu tổng quan ô nhiễm không khí

ở các đô thị trên thế giới và Việt Nam, tổng quan các nghiên cứu trên thế giới và trong nước liên quan đến nội dung nghiên cứu của luận án (xác định hệ số phát thải chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông, mô hình hóa chất lượng không khí và các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm không khí);

− Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu - Giới thiệu phương pháp và thực nghiệm để xây dựng hệ số phát thải chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông, tính toán thống kê tải lượng ô nhiễm, cơ sở lý thuyết mô hình khí tượng và chất lượng không khí sử dụng trong nghiên cứu và cơ sở khoa học các

đề xuất kịch bản giảm thiểu ô nhiễm không khí;

− Chương 3: Kết quả và thảo luận - Tính toán hệ số phát thải chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông, thống kê phát thải chất ô nhiễm không khí, mô phỏng khí tượng và chất lượng không khí và kết quả mô phỏng chất lượng không khí theo các kịch bản giảm thiểu ô nhiễm không khí tại Tp HCM;

− Kết luận & kiến nghị;

− Tài liệu tham khảo

− Phụ lục;

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU

1.1 Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ Ở CÁC ĐÔ THỊ

1.1.1 Ô nhiễm không khí ở các đô thị lớn trên thế giới

1.1.1.1 Đặc điểm của quá trình đô thị hóa

Trong vòng 50 năm qua, quá trình đô thị hóa đã làm nhân loại có nhiều thay đổi Ngoài những tác động tích cực trong việc phát triển kinh tế, văn hóa và xã hội, quá trình đô thị hóa đã mang lại nhiều vấn đề nan giải trong đó có cả ô nhiễm không khí Cùng với quá trình phát triển của thế giới, tốc độ đô thị hóa ngày càng tăng, với gấp đôi dân số sinh sống ở đô thị so với 50 năm về trước, mặc dù ở các nước đang phát triển vẫn có nhiều vùng nông thôn hơn, với 35% dân số sinh sống trong đô thị Đô thị hóa gắn liền với công nghiệp hóa, là nơi tiêu thụ nhiều tài nguyên thiên nhiên, năng lượng và các sản phẩm của xã hội và cũng là nơi làm phát sinh nhiều chất thải gây ô nhiễm môi trường đối với bản thân nó và vùng xung quanh

Ở các nước phát triển đã có nhiều nổ lực trong việc cải thiện chất lượng không khí thông qua các kế hoạch giảm thiểu ô nhiễm không khí bằng cách đưa ra các qui định

về tải lượng phát thải, chất lượng không khí, tiếp tục quan trắc chất lượng không khí

ở các vùng đô thị, khu công nghiệp và sử dụng nhiên liệu sạch Cùng lúc đó, ở những nước đang phát triển, một hiện tượng rất phổ biến là việc di dân từ vùng ngoại ô về đô thị, điều đó đồng nghĩa với việc mang theo nhiều hơn chất thải vào khí quyển ở khu vực đô thị, chủ yếu là hậu quả của việc tăng số lượng các phương tiện giao thông, thêm vào đó ở những nước này có đặc thù sử dụng các phương tiện giao thông cũ và chế độ bảo dưỡng kém

Hầu hết các thành phố lớn trên thế giới đều gặp vấn đề về chất lượng không khí, tình trạng này càng gia tăng từ thập niên trước Nguyên nhân chính ảnh hưởng đến chất lượng không khí là do sự gia tăng dân số cùng với việc thay đổi sử dụng đất do việc gia tăng các vùng đô thị

1.1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm không khí ở các đô thị

Các kết quả đo đạc chất lượng không khí ở các thành phố lớn trên thế giới (bảng 1.1) cho thấy: Các thành phố ở những nước đang phát triển có nồng độ các chất ô nhiễm nhìn chung đều cao hơn tiêu chuẩn cho phép (TCCP) của Tổ chức Y Tế thế giới (WHO) Ngược lại, ở các thành phố của những nước phát triển thì nồng độ các chất

ô nhiễm thấp và hầu hết đều thấp hơn TCCP của WHO

Bảng 1.1 Nồng độ các chất ô nhiễm tại các thành phố lớn trên thế giới

Ghi chú:

− Dân số, đơn vị triệu người; Nồng độ chất ô nhiễm sơ cấp (Bụi, PM10, SO 2 , NO 2 ) trung bình năm, đơn vị μg/m 3 ; Nồng độ Ozon trung bình giờ cực đại, đơn vị μg/m 3

− Tiêu chuẩn WHO: Tiêu chuẩn năm 2005

Nền kinh tế phát triển ở các thành phố lớn trên thế giới kéo theo việc tiêu thụ nhiều năng lượng mà hoạt động này phụ thuộc chủ yếu vào quá trình đốt nhiên liệu, chủ yếu là đốt dầu các loại Điều này sẽ kéo theo tạo thành một lượng lớn chất ô nhiễm thải vào khí quyển Mặc dù ô nhiễm không khí chỉ là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nói chung (các nguồn ô nhiễm khác có ô nhiễm nước, chất thải rắn, tiếng ồn và các nguồn khác), nhưng hiện nay nó là nguồn ô nhiễm môi trường được đặc biệt quan tâm ở các thành phố lớn Nguồn ô nhiễm này có thể ảnh hưởng đến mỗi người dân Có thể thấy rằng hít thở không khí có nồng độ chất ô nhiễm cao

là nguyên nhân làm ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, nhưng một câu hỏi đặt

ra là mức độ tác động đến sức khỏe là bao nhiêu? Một khía cạnh khác về những tác động đến môi trường là phá hủy các công trình, kiến trúc, phá hoại mùa màng, cây cối, làm giảm tầm nhìn và làm tăng tải lượng khí gây hiệu ứng nhà kính

Nhiều nghiên cứu ở qui mô địa phương và toàn cầu cho thấy hoạt động giao thông đường bộ là nguồn chủ yếu tạo nên ô nhiễm không khí ở các thành phố lớn Quá trình đô thị hóa làm tăng dân số và kéo theo làm tăng lượng phương tiện giao thông; tăng tải lượng các chất ô nhiễm không khí Phát thải từ các phương tiện giao thông thường xảy ra ở tầm thấp gần mặt đất và trong khu vực có mật độ ô nhiễm cao, đó là nguyên nhân làm cho con người dễ hít thở các chất ô nhiễm độc hại một cách nhanh chóng hơn là phát thải từ các nguồn khác như khí thải từ các ống khói của các nhà máy điện hoặc các nhà máy sản xuất công nghiệp nơi có các nguồn phát thải ở mức cao và thường phát tán ra xa nguồn ô nhiễm Các chất ô nhiễm chính phát thải từ các nguồn này bao gồm CO, NOx, các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs), Pb, bụi tổng Ngoài ra, ở các thành phố nơi có một lượng các phương tiện giao thông sử dụng nhiên liệu dầu diesel như Tp HCM, Bangkok, Manila,… thì còn phát thải thêm khói đen, SO2 và nhiều bụi

Phát thải các chất ô nhiễm từ các phương tiện gắn máy không những phụ thuộc vào mật độ giao thông mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như thói quen lái xe, tình trạng bảo dưỡng xe, tỷ lệ các loại phương tiện giao thông, chất lượng nhiên liệu, … Khi chỉ quan tâm đến nguồn ô nhiễm từ hoạt động giao thông, ở các nước đang phát triển thì tải lượng ô nhiễm có xu hướng gia tăng trong khi đó ở các nước phát triển thì tải lượng ô nhiễm có xu hướng ngược lại

1.1.2 Ô nhiễm không khí tại các thành phố lớn ở Việt Nam

1.1.2.1 Các nguồn ô nhiễm chính đối với không khí đô thị ở Việt Nam

Hoạt động giao thông vận tải, công nghiệp và sinh hoạt là những nguồn chính gây ô nhiễm không khí ở các đô thị lớn của Việt Nam Uớc tính hàng năm, hoạt động giao thông vận tải tiêu thụ khoảng 30% tổng lượng xăng dầu nhập khẩu và phát thải khoảng 70% tổng lượng khí thải tại các đô thị lớn [33]

Xét các nguồn thải gây ô nhiễm không khí trên phạm vi toàn quốc bao gồm cả khu vực đô thị và các khu vực khác, ước tính cho thấy hoạt động giao thông đóng góp tới gần 85% lượng khí CO, 95% lượng VOCs Trong khi đó hoạt động công nghiệp là nguồn đóng góp chính khí SO2 Đối với NOx, hoạt động giao thông và hoạt động công nghiệp có tỷ lệ đóng góp xấp xỉ nhau [3]

Phát thải khí ô nhiễm từ hoạt động giao thông vận tải là nguồn gây ô nhiễm không khí lớn nhất ở các đô thị, chủ yếu gây ra ô nhiễm bởi các khí CO, NOx, hơi xăng dầu (CxHy, VOCs), bụi chì, benzen và bụi PM2.5 Tỷ lệ phát thải các khí ô nhiễm của các phương tiện giao thông là khác nhau Xe gắn máy là nguồn đóng góp chính các khí như CO, CxHy và VOCs, trong khi đó xe tải lại thải ra nhiều SO2 và NOx [3] Đối với hoạt động công nghiệp, các khí thải phát sinh từ các nhà máy, xí nghiệp chủ yếu do quá trình đốt các nhiên liệu hóa thạch (than và dầu các loại) Đặc biệt khi chất lượng nhiên liệu của nước ta chưa tốt so với các nước trong khu vực, cụ thể là hàm lượng benzen trong xăng quá cao (2,5% so với ≤1%), hàm lượng lưu huỳnh (S) trong dầu diesel cao (500 ÷ 2.500 mg/kg so với 50 ÷ 350 mg/kg) Các hoạt động này

đã thải ra một lượng lớn bụi, các khí SO2, CO và NOx gây tác động xấu đến chất

lượng không khí đô thị Trong số các ngành sản xuất, luyện kim tạo ra một lượng

khí CO rất lớn, các nhà máy nhiệt điện lại đóng góp chính là khí thải SO2 và NOx

Ngoài ra, cũng phải kể đến nguồn gây ô nhiễm không khí từ hoạt động sinh hoạt và

dịch vụ Hoạt động của các hộ gia đình và cơ sở kinh doanh dịch vụ như đun nấu

bằng than, dầu, củi và LPG cũng góp phần gây ô nhiễm không khí

Bảng 1.2 Thải lượng (tấn/năm) các chất ô nhiễm từ các nguồn thải ở Việt Nam,

năm 2005

Nguồn: Cục Bảo Vệ Môi Trường [3]

1.1.2.2 Đặc điểm hoạt động giao thông đô thị ở Việt Nam

Hiện tại, Việt Nam có tỷ lệ đô thị hóa thấp, khoảng 24% vào năm 2000 và 30% vào

năm 2005, quá trình đô thị hóa đang có xu hướng tăng rất nhanh giống như quá trình

đã xảy ra ở các nước đang phát triển khác Quá trình đô thị hóa ở Việt Nam còn tiếp

tục tiếp diễn đến thời điểm tỷ lệ đô thị hóa trên toàn quốc đạt 70 - 80% Điều này có

nghĩa là Việt nam sẽ phải đối mặt với những vấn đề thách thức nảy sinh trong quá

trình đô thị hóa trong một thời gian các thập kỷ tới Theo ước tính thì số dân sinh

sống ở khu vực đô thị năm 2030 là 47 triệu người, tăng gấp đôi số dân sinh sống ở

khu vực đô thị năm 2005 và sẽ tiếp tục tăng thêm sau giai đoạn đó

Quá trình đô thị hóa ở Việt Nam hình thành chủ yếu do sự phát triển kinh tế mạnh

mẽ dựa vào công nghiệp hóa, thương mại quốc tế và đầu tư Ảnh hưởng của đô thị

hóa lên xã hội rất nhiều mặt bao gồm cả ảnh hưởng tích cực và tiêu cực Một mặt,

khi thu nhập đầu người tăng lên với sự gia tăng sở hữu ô tô và xe máy sẽ kéo theo

hàng loạt các ngành dịch vụ đa dạng và làm thay đổi lối sống của người dân Khả

năng tiếp cận thông tin và sự di chuyển thuận tiện của người dân được nâng cao, nhiều cơ hội việc làm hơn và chất lượng cuộc sống nói chung sẽ được nâng cao Mặt khác, quá trình này luôn kéo theo sự bùng nổ về dân số, sự phát triển không gian tại các đô thị nhanh hơn sự phát triển hạ tầng kỹ thuật đô thị; đất đai nông nghiệp bị mất dần, lưu lượng xe lưu thông tăng nhanh, khả năng quản lý xây dựng và cải tạo

đô thị chưa tăng kịp đà phát triển dẫn tới các nguồn gây ô nhiễm không khí chưa được kiểm soát cũng gia tăng rất nhanh, tạo áp lực làm biến đổi chất lượng không khí chưa được kiểm soát cũng gia tăng nhanh, gây ảnh hưởng xấu đến môi trường và tác động đến sức khỏe con người Vì vậy, mục tiêu của chính sách quản lý là phải tìm cách hợp lý hiệu quả nhằm gia tăng các tác động tích cực và giảm thiểu các tác động tiêu cực và hậu quả của đô thị hóa gây ra

Quá trình đô thị hóa ở Hà Nội và Tp HCM diễn ra nhanh hơn dự báo trong những thập kỷ vừa qua và hai thành phố này đang trở thành các khu vực đô thị rộng lớn Theo dự báo hai khu vực này sẽ trở thành các đại đô thị vượt ra ngoài địa giới quản

lý hành chính hiện nay với khoảng 5 triệu người ở Hà Nội và khoảng 10 triệu người

ở Tp HCM trước năm 2020 Cả hai đô thị này sẽ vẫn là động lực phát triển kinh tế, thu hút đầu tư và nguồn nhân lực cho phát triển công nghiệp và việc làm Thu nhập trung bình của hộ gia đình sẽ tăng hơn mức hiện nay từ 1.350-1.460 USD lên 5.000-6.000 USD Điều này sẽ dẫn tới nhu cầu đi lại, vận tải và tiêu thụ hàng hóa cũng tăng cao

Đến nay, tổng chiều dài mạng lưới giao thông đường bộ ở Việt Nam khoảng 223.290 km, trong đó quốc lộ là 17.295 km, tỉnh lộ là 21.762 km, đường trong quận, huyện là 45.031 km, đường ngoại thành là 124.943 km, đường đô thị là 6.654 km, các tuyến đặc biệt là 7.623 km Hầu hết các tuyến đường quốc lộ, tỉnh lộ có bề rộng hẹp, nhiều tuyến quá tải, không đáp ứng nhu cầu chuyên chở, hạn chế đến phát triển kinh tế Thực tế hạ tầng giao thông Việt Nam chưa có đường chất lượng cao, minh chứng cụ thể là hạ tầng giao thông tại 2 thành phố lớn nhất nước là Hà Nội và Tp HCM Hệ thống giao thông tại các địa phương khác, nhất là vùng sâu, vùng xa, đường liên thôn, xã, huyện càng không thể có chất lượng cao Hiện tại, Việt Nam

chưa có nhiều đường cao tốc thật sự ngoại trừ tuyến từ Tp HCM đến Trung Lương được coi là đường cao tốc đầu tiên của Việt Nam

c) Xe gắn máy Xe ô tô các loại

Hình 1.1 Biểu đồ biểu diễn số lượng ô tô và xe máy đang lưu hành ở Việt Nam

Nguồn: Ủy Ban an toàn giao thông quốc gia

Theo số liệu của Ủy ban an toàn giao thông quốc gia, Cảnh sát giao thông và Cục đường Bộ (hình 1.1) xe máy và ô tô là 2 phương tiện giao thông chủ đạo tại Việt Nam về số lượng cũng như khối lượng vận chuyển hàng hóa trên toàn quốc, đặc biệt tại các khu đô thị cũng như các khu vực kinh tế phát triển, trong đó xe máy chiếm vị trí quan trọng nhất Tính đến cuối năm 2009, Việt Nam có 29.967.000 xe máy và 1.535.087 xe ô tô đã đăng ký sử dụng Nếu so sánh với năm 1990, số lượng xe máy tăng 10,5 lần và ô tô tăng 6,1 lần

Sự gia tăng nhanh các phương tiện giao thông, tập trung lớn tại các đô thị, nhất là đối với Hà Nội và Tp HCM Tại Tp HCM, năm 2009 có trên 4 triệu xe mô tô, xe gắn máy, tăng 159% so với cuối năm 2000, trên 400 nghìn xe ô tô, tăng 211% so cuối năm 2000 Tại Tp Hà Nội, năm 2009 có trên 300 nghìn xe ô tô và gần 4 triệu xe mô

tô, xe gắn máy, tốc độ tăng phương tiện cá nhân 12 - 15%/năm) Trung bình lượng ô

tô hàng năm tăng 11%, xe máy tăng 15% [34]

Sự gia tăng nhanh chóng xe máy ở Việt Nam đặc biệt là ở các thành phố lớn dẫn đến nhiều hậu quả như tắc nghẽn giao thông, ô nhiễm môi trường về không khí, tiếng ồn

và không kinh tế Tuy vậy, sự phát triển của xe máy ở Việt Nam là tất yếu do các phương tiện vận tải công cộng lớn (tàu điện ngầm, đường sắt trên cao…) chưa phát triển Tình trạng gia tăng nhanh các phương tiện giao thông cá nhân (ôtô và xe máy) trong khi phát triển cơ sở hạ tầng giao thông chưa theo kịp nhu cầu dẫn đến tắc nghẽn giao thông nghiêm trọng đối với các thành phố lớn hiện nay cũng như trong thời gian tới

1.1.2.3 Ô nhiễm không khí ở các đô thị lớn của Việt Nam

Tình hình ô nhiễm không khí tại Việt Nam thường tập trung ở một số thành phố lớn

và các khu công nghiệp Các thành phố lớn và khu công nghiệp của Việt Nam so với nhiều nước trên thế giới tuy quy mô và tầm cỡ chưa bằng, nhưng tình trạng ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm môi trường không khí nói riêng đang có nguy cơ ngày một tăng, có nơi đã ở mức trầm trọng

Nồng độ Bụi tại Tp Hà Nội (2003-2008)

Giao thông Công nghiệp Dân cư

Giao thông Công nghiệp Dân cư

Hình 1.2 Diễn biến chất lượng không khí tại Tp Hà Nội (2003-2008)

(a), (b), (c), (d) Biểu đồ biểu diễn nồng độ Bụi, CO, SO 2 và NO 2

Nguồn: Viện Khoa Học và Kỹ Thuật Môi Trường [31]

(c)

(d)

Nồng độ Bụi tại Tp Hồ Chí Minh (2004-2009)

Giao thông Công nghiệp Dân cư

Giao thông Công nghiệp Dân cư

Hình 1.3 Diễn biến chất lượng không khí tại Tp HCM (2004-2009)

(a), (b), (c), (d) Biểu đồ biểu diễn nồng độ Bụi, CO, SO 2 và NO 2

Nguồn: Viện Môi trường và Tài Nguyên [33]

Công tác điều tra, đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường mới được các cơ quan chức năng thực hiện trong những năm của thập niên 90 thông qua các trạm quan trắc quốc gia, các mạng lưới kiểm soát và giám sát ô nhiễm môi trường của các tỉnh, các khu công nghiệp Vì thế chưa có đủ số liệu để đánh giá một cách đầy đủ tình hình ô nhiễm không khí của nước ta Mặt khác, nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước nên diện mạo khu đô thị và công nghiệp thay đổi rất nhanh, do vậy phải thường xuyên cập nhật thông tin, điều tra, giám sát bổ sung thì mới có cơ sở để đánh giá và đề xuất các chính sách quản lý và giám sát thích hợp Khác với các quốc gia khác nơi có tỷ lệ ô tô cao, tại Việt Nam xe máy chiếm tỷ trọng lớn nhất trong số các phương tiện giao thông đường bộ Mật độ xe máy ở Hà Nội và Tp HCM dày đặc làm gia tăng mức độ ô nhiễm và nguy cơ phơi nhiễm của người dân tại các thành phố này

(d) (c)

Nồng độ Bụi tại Tp Cần Thơ (2004-2009)

Giao thông Công nghiệp Dân cư

Giao thông Công nghiệp Dân cư

Hình 1.4 Diễn biến chất lượng không khí tại Tp Cần Thơ (2004-2009)

(a), (b), (c), (d) Biểu đồ biểu diễn nồng độ Bụi, CO, SO 2 và NO 2

Nguồn: Viện Môi trường và Tài Nguyên [33]

Số liệu quan trắc môi trường không khí ở các đô thị lớn như Tp Hà Nội (hình 1.2),

Tp HCM (hình 1.3), Tp Cần Thơ (hình 1.4) và Tp Đà Nẵng (hình 1.5) trong giai đoạn 2003-2009 cho thấy diễn biến nồng độ các chất ô nhiễm như sau:

− Nồng độ Bụi tại khu vực giao thông thường xuyên vượt TCCP (TCVN 5937:2005, trung bình 1h) tại các đô thị lớn, đây được xem là đặc điểm chung thường xảy ra ở các đô thị lớn đặc biệt là Tp HCM Ở khu vực công nghiệp, nồng độ Bụi có thời điểm cũng vượt TCCP ở các đô thị

− Ở Tp HCM, nồng độ NO2 tại khu vực giao thông có nhiều thời điểm vượt TCCP,

do tại đây lưu lượng các phương tiện giao thông là khá đông đúc

− Nồng độ các chất khí CO và SO2 tại tất cả các khu vực quan trắc đều thấp hơn TCCP ở các đô thị