ỨNG DỤNG MÔ HÌNH AERMOD VÀ KỸ THUẬT GIS MÔ PHỎNG CHẤT LƢỢNG KHÔNG KHÍ TẠI KHU VỰC SÔNG THỊ VẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG MÔ HÌNH AERMOD VÀ KỸ THUẬT GIS MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ TẠI KHU VỰC SÔNG THỊ VẢ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH AERMOD VÀ KỸ THUẬT GIS

MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ

TẠI KHU VỰC SÔNG THỊ VẢI

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Ngành: Hệ thống thông tin địa lý

Niên khóa: 2012 - 2016

Tháng 6/2016

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng Kỹ sư ngành Hệ Thống Thông Tin Địa Lý

Giáo viên hướng dẫn:

TS Hồ Quốc Bằng

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 6 năm 2016

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn tốt nghiệp này, tôi

đã nhận được sự giúp đỡ, động viên, chỉ bảo tận tình của quý thầy cô, các cơ quan, gia đình và bạn bè Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến:

 Quý thầy cô trường Đại Học Nông Lâm Tp.HCM đã dạy, đào tạo trong suốt 04 năm qua

 Thầy TS Hồ Quốc Bằng – Trưởng phòng Ô nhiễm không khí và Biến đổi khí hậu, viện Môi trường và Tài nguyên, ĐHQG – HCM đã tận tình hướng dẫn thực hiện luận văn này

 Chị Khuê, anh Phước – Phòng Ô nhiễm không khí và Biến đổi khí hậu, Viện Môi trường và Tài nguyên, ĐHQG – HCM đã tận tình chỉ dẫn, hỗ trợ thực hiện luận văn này

 Thầy PGS.TS Nguyễn Kim Lợi, các thầy cô trong Bộ môn Tài nguyên và GIS, đã tận tình giảng dạy truyền đạt kiến thức cho tôi trong thời gian học tập tại trường

 Gia đình, bạn bè, đặc biệt phòng 27b-Cư xá B- Đại học Nông Lâm Tp HCM đã động viên, và giúp đỡ trong suốt thời gian qua

Xin chân thành cảm ơn!

Nguyễn Thị Hồng Nhung Khoa Môi trường và Tài nguyên Trường Đại Học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh

TÓM TẮT

Khóa luận tốt nghiệp “Ứng dụng mô hình AERMOD và kỹ thuật GIS mô phỏng chất lượng không khí tại khu vực sông Thị Vải” đã được thực hiện trong khoảng thời gian từ ngày 01/03/2016 đến ngày 31/05/2016

Khu vực sông Thị Vải rất thuận lợi về giao thông, cảng biển nên thu hút nhiều nhà đầu tư Trên lưu vực sông Thị Vải có nhiều KCN đang hoạt động như: KCN Nhơn Trạch 1, 2, 3, 4, KCN Gò Dầu, Cái Mép, Mỹ Xuân A, Phú Mỹ 3 Và nhiều dự án công nghiệp khác đang được đề xuất Với sự phát triển ngành công nghiệp, kéo theo những vấn đề khó khăn về công tác quản lý môi trường Do đó việc đánh giá chất lượng không khí là rất cần thiết Mục tiêu của đề tài là mô phỏng chất lượng không khí, từ đó đánh giá và thành lập bản đồ chất lượng không khí khu vực nghiên cứu năm 2014 Dữ liệu cần thiết cho nghiên cứu bao gồm: thông tin về 50 điểm nguồn ; thông số về các chất SO2, CO, NOx, TSP, THC/VOC và dữ liệu khí tượng Điểm nguồn được chia thành 2 cụm: cụm 1 phân bố tập trung ở KCN Nhơn Trạch; cụm 2 tập trung chủ yếu KCN Gò Dầu, Mỹ Xuân A Kết quả chạy mô hình lan truyền ô nhiễm không khí AERMOD cho thấy trong năm 2014, tại khu vực nghiên cứu mức độ lan truyền không khí trên khu vực nghiên cứu diễn biến khá phức tạp, phân bố nồng độ các chất SO2,

CO, NOx, TSP, THC/VOC ở bán kính 1000m về hướng Bắc (so với điểm nguồn thải) cao hơn và cao nhất so với các hướng còn lại, về hướng Tây Nam là thấp nhất Riêng nồng độ THC/VOC thấp nhất tập trung về hướng Đông Nam Nguyên nhân do khu vực nghiên cứu nằm ở vị trí địa lý chịu ảnh hưởng của gió tín phong quanh năm, kết hợp với yếu tố địa hình phía Đông giáp biển, phía Tây là đồi núi thấp Do đó khu vực này thường xuyên có gió Tây Nam và Đông Nam Kết quả phân bố nồng độ các chất ô nhiễm ở 2 cụm, không có sự khác biệt nhiều Các chất gây ô nhiễm như: SO2, CO,

NOx, TSP ở cụm 1 thấp hơn cụm 2, nhưng sự chênh lệch giữa 2 cụm không vượt quá 1(µg/m3) Chất gây ô nhiễm THC/VOC ở cụm 1 cao hơn cụm 2, cao hơn 0,1 (µg/m3

)

Do các yếu tố tự nhiên như địa hình, vị trí địa lý, khí tượng không có sự khác biệt lớn

ở 2 cụm điểm nguồn thải và loại nguồn thải chủ yếu là lò Đốt, lò Hơi, lò Sấy Kết quả kiểm định mô hình AERMOD với chất NOx và CO như sau: hệ số tương quan R2 là 0,9(NOx) và 0,9(CO) ; chỉ số NSI là 0,6(NOx) và 0,7(CO) nằm trong khoảng giá trị chấp nhận Tuy nhiên mặt hạn chế là không kiểm định được các chất sau: SO2, TSP,

THC/VOC Cuối cùng tiến hành so sánh kết quả nồng độ các chất SO2, CO, NOx, TSP, THC/VOC với quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về chất lƣợng không khí xung quanh (QCVN 05: 2013/BTNMT) Cho thấy các thông số đều thấp hơn so với quy chuẩn Do

đó chất lƣợng không khí tại khu vực nghiên cứu tốt

MỤC LỤC

DANH MỤC VIẾT TẮT vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 2

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 2

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

1.4.1 Ý nghĩa khoa học 3

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Tổng quan về chất lượng không khí 4

2.1.1 Những thuật ngữ chất lượng không khí xung quanh 4

2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng không khí 4

2.2 Giới thiệu sơ lược về các chất nghiên cứu (CO, SO2, NOx, TSP, THC/VOC) 5

2.3 Tổng quan về mô hình AERMOD 8

2.3.1 Giới thiệu về mô hình AERMOD 8

2.3.2 Nguyên lý của mô hình AERMOD 9

2.4 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 10

2.4.1 Điều kiện tự nhiên 10

2.4.2 Tình hình chất lượng không khí trên khu vực nghiên cứu 12

2.5 Một số nghiên cứu trong và ngoài nước 13

CHƯƠNG 3 DỮ LIỆU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15

3.1 Dữ liệu nghiên cứu 15

3.1.1 Cấu trúc dữ liệu đầu vào cho mô hình AERMOD 15

3.1.2 Thông tin điểm nguồn phát thải 20

3.2 Phương pháp nghiên cứu 25

3.2.1 Sơ đồ quy trình phương pháp nghiên cứu 25

3.2.2 Phương pháp mô hình AERMOD 26

3.2.3 Phương pháp kiểm định mô hình 27

3.2.4 Phương pháp công cụ GIS 28

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30

4.1 Kết quả kiểm định mô hình AERMOD 30

4.1.1 Thông số kiểm định 30

4.1.2 Kết quả kiểm định 30

4.2 Kết quả mô phỏng lan truyền ô nhiễm không khí 31

4.2.1 Kết quả nồng độ trung bình 1 giờ của SO2 năm 2014 33

4.2.2 Kết quả nồng độtrung bình 1 giờ của CO năm 2014 35

4.2.3 Kết quả nồng độ trung bình 1 giờ của NOx năm 2014 37

4.2.4 Kết quả nồng độ trung bình 1 giờ của TSP năm 2014 39

4.2.5 Kết quả nồng độ trung bình 1 giờ của THC/VOCnăm 2014 41

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 44

5.1 Kết luận 44

5.2 Kiến nghị 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

DANH MỤC VIẾT TẮT

AERMAP : AMS/EPA Regulatory Map (Công cụ địa hình) AERMET : AMS/EPA Regulatory meteorology (Công cụ khí tượng ) AERMIC : AMS/EPA Regulatory Model Improvement Committee

(Mô hình phân tán) AERMOD : AMS/EPA Regulatory Model

(Mô hình Lan truyền ô nhiễm không khí) ASM : American Meteorological Society (Hiệp hội khí tượng Mỹ) BTNMT : Bộ Tài nguyên Môi trường

CTV : Cộng tác viên ĐHQG : Đại học Quốc Gia EPA : United States Environmental Protection Agency

(Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ) GIS : Geographic Information System (Hệ thống thông tin địa lý) GPS : Global Positioning System (Hệ thống định vị toàn cầu)

TP HCM : Thành phố Hồ Chí Minh KCN : Khu công nghiệp

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam TAMP : The Air Pollution Model (Mô hình ô nhiễm không khí) TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

UBND : Ủy Ban Nhân Dân TSP : Tổng bụi lơ lững VOC : Volatile Organic Compounds

(tạm dịch là hàm lượng các chất hữu cơ độc hại dể bay hơi) THC : Total hydrocarbons (Tạm dịch là tổng khí thải hydrocarbon)

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu 11

Hình 3.1: Cấu trúc dữ liệu của tập tin (*.sfc) 18

Hình 3.2: Cấu trúc dữ liệu của tập tin (*.pfc) 18

Hình 3.3: Bản đồ vị trí 50 điểm nguồn tại khu vực nghiên cứu 20

Hình 3.4: Tiến trình thực hiện nghiên cứu 25

Hình 4.1: Phân chia hướng theo độ 32

Hình 4.2: Biểu đồ thể hiện nồng độ trung bình 1 giờ của SO2 năm 2014 (cụm 1) 33

Hình 4.3: Biểu đồ thể hiện nồng độ trung bình 1 giờ của SO2 năm 2014 (cụm 2) 33

Hình 4.4: Bản đồ hiện trạng nồng độ trung bình 1 giờ của SO2 năm 2014 34

Hình 4.5: Biểu đồ thể hiện nồng độ trung bình 1 giờ của CO năm 2014 (cụm 1) 35

Hình 4.6: Biểu đồ thể hiện nồng độ trung bình 1 giờ của CO năm 2014 (cụm 2) 35

Hình 4.7: Bản đồ thể hiện nồng độ trung bình 1 giờ của CO năm 2014 36

Hình 4.8: Biểu đồ thể hiện nồng độ trung bình 1 giờ của NOx năm 2014 (cụm 1) 37

Hình 4.9: Biểu đồ thể hiện nồng độ trung bình 1 giờ của NOx năm 2014 (cụm 2) 37

Hình 4.10: Bản đồ thể hiện nồng độ trung bình 1 giờ của NOx năm 2014 38

Hình 4.11: Biểu đồ thể hiện nồng độ trung bình 1 giờ củaTSP năm 2014 (cụm 1) 39

Hình 4.12: Biểu đồ thể hiện nồng độ trung bình 1 giờ của TSP năm 2014 (cụm 2) 39

Hình 4.13: Bản đồ thể hiện nồng độ trung bình 1 giờ của TSP năm 2014 40

Hình 4.14: Biểu đồ thể hiện nồng độ trung bình 1 giờ của THC/VOC năm 2014

(cụm 1) 41

Hình 4.15: Biểu đồ thể hiện nồng độ trung bình 1 giờ của THC/VOC năm 2014

(cụm 2) 41

Hình 4.16: Bản đồ thể hiện nồng độ trung bình 1 giờ của THC/VOC năm 2014 42

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Danh sách các xã, thị trấn thuộc khu cực nghiên cứu 11 Bảng 3.1: Thông tin vị trí về điểm nguồn 21 Bảng 3.2: Thông số phát thải của các điểm nguồn 23 Bảng 3.3: Giá trị giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh 29 Bảng 4.1: Kết quả kiểm định mô hình AERMOD với thông số NOX 30 Bảng 4.2: Kết quả kiểm định mô hình AERMOD với thông số CO 31

Nguồn thải từ KCN là một trong những tác nhân quan trọng chi phối đến chất lượng không khí Công nghiệp hoá càng phát triển thì nguồn thải gây ô nhiễm môi trường không khí càng nhiều, áp lực làm biến đổi chất lượng không khí theo chiều hướng xấu càng lớn, yêu cầu bảo vệ môi trường không khí càng quan trọng

Sông Thị Vải chảy qua ranh giới giữa Đồng Nai và Bà Rịa - Vũng Tàu Sông được bắt nguồn từ huyện Long Thành, chảy theo hướng Đông Nam, qua Nhơn Trạch, đến huyện Tân Thành đổi hướng theo hướng Nam đổ ra biển tại vịnh Gành Rái Khu vực sông Thị Vải rất thuận lợi về giao thông, cảng biển nên thu hút nhiều nhà đầu tư Trên khu vực sông Thị Vải có nhiều KCN đang hoạt động như: KCN Nhơn Trạch 1, 2,

3, 4; Gò Dầu; Cái Mép; Mỹ Xuân A, A2, B1; Phú Mỹ 1, 3

Theo số liệu thống kê quan trắc tại 16 KCN trên địa bàn tỉnh Đồng Nai, nhiều KCN chất lượng môi trường không khí bị ô nhiễm, có thể gây ảnh hưởng đến sức khoẻ của người dân Cụ thể, qua quan trắc tự động tại 34 vị trí của 16 KCN đã cho kết quả các thông số môi trường không khí không đạt quy chuẩn và có thể gây tác động đến sức khoẻ con người vượt từ 1 đến hơn 9 lần so với quy định Tại KCN tập trung Nhơn

Trạch (huyện Nhơn Trạch) thông số bụi tổng hợp vượt 2,56 lần so với quy chuẩn cho phép (Thông tấn xã Việt Nam, 2013)

Diễn biến tình hình ô nhiễm không khí do các hoạt động của KCN trên khu vực sông Thị Vải ngày càng trở nên phức tạp và là một vấn đề cấp bách, đang được các phương tiện thông tin đại chúng đề cập tới rất nhiều Việc đánh giá chất lượng không khí dựa theo phương pháp trước đây chỉ mang ở cấp độ số liệu, tại vị trí lấy mẫu ô nhiễm, tuy nhiên ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ mô hình lan truyền ô nhiễm AERMOD và GIS đã giúp chúng ta đánh giá một cách tổng

quát về bức tranh toàn cảnh về vấn đề ô nhiễm Chính vì vậy, đề tài” Ứng dụng mô hình AERMOD và kỹ thuật GIS mô phỏng chất lượng không khí tại khu vực sông Thị Vải” đã được thực hiện

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chung của đề tài là mô phỏng chất lượng không khí cho khu vực nghiên cứu từ đó đánh giá và thành lập bản đồ chất lượng không khí do hoạt động công nghiệp khu vực sông Thị Vải Đề tài tập trung nghiên cứu vào các mục tiêu cụ thể sau:

- Tìm hiểu, ứng dụng mô hình AERMOD mô phỏng lan truyền chất lượng không khí của các nhà máy tại khu vực nghiên cứu

- Sử dụng kỹ thuật GIS thành lập bản đồ mô phỏng chất lượng không khí của khu vực sông Thị Vải

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là các thông số SO2, CO, NOx, TSP, THC/VOC từ nhà máy, KCN

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu

Khu vực nghiên cứu gồm các xã, thị trấn thuộc một phần lưu vực sông Thị Vải: một phần thuộc tỉnh Đồng Nai (gồm 07 xã, 1 thị trấn) và một phần thuộc tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu (gồm 01 xã), thuộc 03 huyện giáp nhau là: huyện Nhơn Trạch, Long Thành thuộc tỉnh Đồng Nai và huyện Tân Thành thuộc tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.4.1 Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu ứng dụng mô hình AERMOD và GIS để thành lập bản đồ phân bố

ô nhiễm không khí là tiền đề, cơ sở cho việc phát triển khai thác và áp dụng mô hình

AERMMOD trên nhiều địa bàn tương tự

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn

Xây dựng bản đồ chất lượng không khí giúp cho các nhà quản lý môi trường

dễ dàng phân tích, theo dõi từ đó đưa ra các biện pháp quản lý môi trường tối ưu

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về chất lượng không khí

2.1.1 Những thuật ngữ chất lượng không khí xung quanh

Theo TCVN 5966:1995 về chất lượng không khí - những vấn đề chung - thuật ngữ, những thuật ngữ về chất lượng không khí xung quanh được giải nghĩa như sau:

Không khí xung quanh: là không khí ngoài trời mà con người, thực vật, động

vật hoặc vật liệu có thể tiếp xúc với nó

Chất lượng không khí xung quanh: là trạng thái của không khí xung quanh

được biểu thị bằng độ nhiễm bẩn

Tiêu chuẩn chất lượng không khí xung quanh: Chất lượng không khí xung

quanh được qui định có tính pháp lí, thường được xác định thống kê bằng cách đặt một giới hạn nồng độ của một chất ô nhiễm không khí trong một thời gian trung bình qui định

2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng không khí

Chất lượng không khí xung bị ảnh hưởng bởi các yếu tố tự nhiên và con người

(Đinh Xuân Thắng, 2007) Trong đó yếu tố con người là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất

a) Yếu tố tự nhiên

- Ảnh hưởng của gió: Gió gây ra dòng chảy rối của không khí ở lớp sát mặt đất Nhờ có gió chất ô nhiễm được khuếch tán rộng ra làm cho nồng độ chất ô nhiễm giảm xuống rất nhiều so với ban đầu Tốc độ gió càng lớn thì thể tích không khí trong một đơn vị thời gian càng lớn và nồng độ các chất càng nhỏ hơn Nồng độ các chất gây

ô nhiễm phụ thuộc theo hướng gió cường độ, tốc độ của dòng khí Điều kiện tối ưu nhất để ô nhiễm không khí cao là khi có gió yếu, vì trong trường hợp này dịch chuyển

có trật tự theo phương ngang và khuếch tán rối là yếu nhất

- Ảnh hưởng của nhiệt độ: Sự lan truyền chất ô nhiễm theo phương thẳng đứng trong không khí chủ yếu phụ thuộc vào mức độ ổn định của khí quyển Đối lưu

tự do gây ra sự phát tán mạnh của chất ô nhiễm theo thể tích và độ dày của lớp xáo trộn Do vậy, tốc độ xáo trộn tăng khi bầu trời quang mây hoặc nắng vào mùa hè Và ngược lại, vì vậy nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến chất lượng không khí

- Ảnh hưởng của độ ẩm và mưa: Trong điều kiện độ ẩm lớn, các chất lơ lửng trong không khí có thể liên kết với nhau thành các hạt to hơn và rơi nhanh xuống đất

Từ mặt đất, các vi sinh vật phát tán vào không khí, độ ẩm lớn tạo điều kiện vi sinh vật phát triển nhanh chóng trong không khí lan truyền đi xa, truyền nhiễm bệnh Độ ẩm còn có các tác dụng hóa học với các chất khí thải công nghiệp, ví dụ SO2, SO3 hóa hợp với hơi nước trong không khí tạo thành H2SO3 và H2SO4

Mưa có tác dụng làm sạch môi trường không khí nhưng các hạt mưa kéo theo các hạt bụi và hòa tan một số chất độc hại rồi rơi xuống đất, gây ô nhiễm đất và ô nhiễm nước Mưa làm sạch bụi ở các lá cây, dó đó làm tăng khả năng hút bụi của các dải cây xanh cách ly bảo vệ khu dân cư

- Ảnh hưởng của địa hình: Phát tán chất ô nhiễm có biểu hiện phụ thuộc vào địa hình rất rõ nét bởi vì phân bố hướng và tốc độ gió, nhiệt độ rất khác so với địa hình vùng bằng phẳng hay đồi núi, thung lũng

b) Yếu tố con người Con người là một trong những yếu tố rất quan trọng, có sức ảnh hưởng cao Ví

dụ, sự chuyển động của không khí cùng với các nồng độ các chất chứa trong nó khác với ở vùng trống trải (không có vật cản) Nhà cửa, công trình sẽ làm thay đổi trường vận tốc của không khí Ở phía trên công trình vận tốc của chuyển động không khí tăng lên; phía sau công trình, vận tốc không khí giảm xuống và đến khoảng cách xa nào đó vận tốc gió mới đạt tới trị số ban đầu Ở phía trước công trình, một phần động năng của gió biến thành thế năng và tạo thành áp lực dư; ở phía sau công trình có hiện tượng gió xoáy và làm loãng không khí, tạo ra áp lực âm Ngoài ra, trong khu công nghiệp, còn có các dòng không khí chuyển động do các nguồn nhiệt công nghiệp thải ra, cũng như các lượng nhiệt bức xạ mặt trời đốt nóng các mái nhà, đường sá và sân bãi gây nên sự chênh lệch nhiệt độ và tạo thành sự chuyển động của không khí ảnh hưởng trực tiếp đến sự phân bố các chất ô nhiễm

2.2 Giới thiệu sơ lược về các chất nghiên cứu (CO, SO 2 , NO x , TSP, THC/VOC)

Các chất nghiên cứu có tính chất vật lý - hóa học khác nhau, từ đó hình thành những tác hại riêng biệt và ảnh hưởng đến môi trường, sức khỏe con người Sau đây là

sơ lượt về 5 chất nghiên cứu:

a) Đioxit Sunfua (SO2): Khí SO2 là chất ô nhiễm được xem là quan trọng nhất trong họ sunfua oxit Đây là loại khí không màu, có mùi vị hăng, không cháy, có độ

tan lớn ,tập trung chủ yếu ở tầng đối lưu

- Nguồn phát thải: Đioxit sunfua sinh ra do các hoạt động: núi lửa phun, đốt nhiên liệu có chứa lưu huỳnh trong sản xuất và trong sinh hoạt, nung và luyện pirit sắt, quặng lưu huỳnh, công nghiệp luyện kim, sản xuất axit sunfuaric, sản xuất sunfit (tẩy len, sợi, tơ lụa, trùng hợp, sản phẩm cao su, phân bón, sản xuất khí lò cao, lò cốc, vv…)

- Tác hại: SO2 rất độc hại đối với sức khoẻ của người và sinh vật, gây ra các bệnh về phổi khí phế quản, hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của rau quả (Đinh Xuân Thắng, 2007)

b) Cacbon monoxit (CO): là loại khí không màu, không mùi, không vị, nhẹ hơn không khí, nhiệt độ sôi – 192oC Ở nồng độ thấp, CO không độc đối với thực vật

vì cây xanh có thể chuyển hóa CO thành CO2 Nhưng ở nồng độ cao CO là loại khí rất độc

- Nguồn phát thải: Khí CO sinh ra do quá trình đốt nhiên liệu (trong sản xuất công nghiệp và trong sinh hoạt), khí sinh ra nhiều hơn trong trường hợp cháy không hoàn toàn từ các ống khói nhà máy, ống xả của xe máy, ô tô Khí thải từ các động cơ

xe máy là nguồn gây ô nhiễm CO chủ yếu ở các thành phố Hàng năm trên toàn cầu sản sinh khoảng 600 triệu tấn CO

- Tác hại: CO không độc với thực vật vì cây xanh có thể chuyển hoá CO thành

CO2 và sử dụng nó trong quá trình quang hợp Vì vậy, thảm thực vật được xem là tác nhân tự nhiên có tác dụng làm giảm ô nhiễm CO Khi con người ở trong không khí có nồng độ CO khoảng 250 ppm sẽ bị tử vong Đối với người thường xuyên hít thở không khí có nồng độ CO, thậm chí không cao ví dụ nồng độ thường có trên đường phố có xe

cộ hoạt động với cường độ cao thường bị ngộ độc CO mãn tính ảnh hưởng đến ngực, phổi, tuyến giáp và tâm thần (Đinh Xuân Thắng, 2007)

c) Nitơ oxit (NOx): Có nhiều loại Nitơ oxit như NO, NO2, NO3, N2O, N2O3,

N2O4, N2O5 do hoạt động của con người thải vào khí quyển nhưng chỉ NO và NO2 là

có số lượng quan trọng nhất trong khí quyển Chúng được hình thành do phản ứng hóa học của khí Nitơ với oxi trong khí quyển khi đốt cháy ở nhiệt độ cao

- Nguồn phát thải: Môi trường không khí bị ô nhiễm chất khí NOx chủ yếu là

ở các thành phố và khu công nghiệp

- Tác hại: N2O là loại khí gây hiệu ứng nhà kính, được sinh ra trong quá trình

đốt các nhiên liệu hoá thạch Một lượng nhỏ N2O khác xâm nhập vào khí quyển do kết quả của quá trình nitrat hoá các loại phân bón hữu cơ và vô cơ N2O xâm nhập vào không khí sẽ không thay đổi dạng trong thời gian dài, chỉ khi đạt tới những tầng trên của khí quyển nó mới tác động một cách chậm chạp với nguyên tử oxy Con người tiếp xúc với NO2 khoảng 0,06 ppm đã bị trầm trọng thêm các bệnh về phổi (Đinh Xuân

Thắng, 2007)

d) Tổng bụi lơ lửng (TSP) là tập hợp các hạt bụi có kích thước ≤ 10 μm Do

kích thước nhỏ nên tốc độ rơi của hạt bụi không đáng kể, coi như bằng 0.Bụi lơ lửng

có thể chia thành các loại bụi sau:

do khớp nối và sự mài mòn khi ngừng hoạt động

- Tác hại: Tổn thương đường hô hấp Các bệnh đường hô hấp như viêm mũi, viêm họng, viêm phế Một số bụi như bụi kim loại, sỏi đá, các hydrocacbon thơm đa chức là những tác nhân gây bệnh ung thư đối với người và động vật Bụi gây tác hại làm gỉ kim loại, bẩn nhà cửa, quần áo, vải vóc Ngoài ra còn gây thiệt hại cho một số công nghiệp vô trùng như công nghiệp dược phẩm và công nghệ thực phẩm (Đinh Xuân Thắng, 2007)

e) Volatile Organic Compounds (VOC): thực chất là các hóa chất có gốc Carbon, bay hơi rất nhanh Khi đã lẫn vào không khí, nhiều loại VOC có khả năng liên kết lại với nhau hoặc nối kết với các phần tử khác trong không khí tạo ra các hợp chất mới Một số hỗn hợp có nguồn gốc thiên nhiên, một số khác không độc hại lắm Ví dụ:

Một quả cam vừa được cắt cũng có thể thải ra không khí các VOC

Có đến 9% hợp chất gây ô nhiễm môi trường là do hàm lượng VOC từ trong sơn thải ra Tất cả các loại sơn đều có 4 thành phần chính: Tinh bột, chất liên kết, phụ

gia và dung môi Trong đó, dung môi và phụ gia là 2 thành phần chính thải ra VOC Tại thị trường Việt Nam hiện nay, nhiều loại sơn có tác hại xấu đến sức khỏe và môi trường sống vẫn đang được sử dụng để sơn nhà ở, nơi làm việc, các tòa cao ốc, các căn

hộ cao cấp Đó là những loại sơn có hàm lượng VOC rất cao như sơn dầu, sơn Polyurethane (PU), sơn Nitro Cellulose (NC) Thậm chí, nhiều thương hiệu sơn có tên tuổi vẫn sản xuất những dòng sơn dầu hoặc sơn nước độc hại gây ô nhiễm môi trường

Tác hại: Nhiều kết quả nghiên cứu trên thế giới đã chứng minh rằng: Một số hóa chất được tìm thấy trong những dòng sơn không tốt đã gây tác hại xấu đến thai nhi Con người dễ bị dị ứng, đau đầu, chóng mặt, nhức mắt, khó thở khi vừa tiếp xúc với các loại sơn đó Theo báo cáo của của Hiệp hội các bệnh về phổi ở Mỹ (American Lung Association), VOC có thể gây khó chịu mắt và da, các vấn đề liên quan đến phổi

và đường hô hấp, gây nhức đầu, chóng mặt, các cơ bị yếu đi hoặc gan và thận bị hư

tổn (Mai Duy Khánh, 2011)

2.3 Tổng quan về mô hình AERMOD

2.3.1 Giới thiệu về mô hình AERMOD

Mô hình AERMOD là chữ viết tắt của cụm từ The ASM/EPA Regulatory Model Mô hình AERMOD được phát triển dựa trên mô hình AERMIC bởi cơ quan khí tượng và cục bảo vệ môi trường Hoa Kì Một nhóm làm việc hợp tác của các nhà khoa học từ AMS và EPA, AERMIC bước đầu đã được hình thành trong năm 1991 Sau đó AERMIC phát triển thành AERMOD Và được chính thức sử dụng vào ngày 9/12/2005

Mô hình AERMOD là một hệ thống tích hợp bao gồm ba phần:

 Mô hình phân tán (AERMIC) là trạng thái ổn định thiết kế cho tầm ngắn (lên đến 50 km) phân tán của các chất gây ô nhiễm không khí phát thải từ các nguồn công nghiệp

 Công cụ khí tượng (AERMET): xử lý các số liệu khí tượng bề mặt trên các tầng khác nhau Sau đó nó sẽ tính toán thông số đặc trưng của khí quyển cần thiết của mô hình phân tán, chẳng hạn như không khí hỗn loạn, tầm cao, vận tốc ma sát, và thông lượng nhiệt bề mặt

 Công cụ địa hình (AERMAP) có mục đích chính là để thể hiện cho một mối quan hệ vật lý giữa các tính năng địa hình và hoạt động của đám ô nhiễm không

khí Nó tạo ra các dữ liệu và chiều cao cho từng vị trí Nó cũng cung cấp thông tin cho phép các mô hình phân tán để mô phỏng tác động của không khí

AERMOD được áp dụng cho các vùng nông thôn, thành thị, bằng phẳng, phức tạp và các loại nguồn thải như nguồn điểm, nguồn đường, nguồn diện tích Kết quả mô phỏng dưới dạng hình ảnh không gian 2 chiều, 3 chiều, giúp người dùng dể dàng nhận thấy những tác động của khí thải lên nơi khảo sát (Akula Venkatram, 2008)

2.3.2 Nguyên lý của mô hình AERMOD

2.3.2.1 Phương trình cơ bản để tính nồng độ chất ô nhiễm trong khí quyển

Khi mô tả quá trình khuyếch tán chất ô nhiễm trong không khí bằng mô hình toán học thì mức độ ô nhiễm không khí thường được đặc trưng bằng trị số nồng độ chất ô nhiễm phân bố trong không gian và biến đổi theo thời gian

Trong trường hợp tổng quát, trị số trung bình của nồng độ ô nhiễm trong không khí phân bố theo thời gian và không gian được mô tả từ phương trình chuyển tải vật chất (hay là phương trình truyền nhiệt) và biến đổi hoá học đầy đủ như sau:

C : Nồng độ chất ô nhiễm trong không khí

x,y,z: Các thành phần toạ độ theo trục Ox, Oy, Oz

Lượng chất ô nhiễm trong luồng khói có thể được xem như tổng hợp của vô số khối phụt tức thời, những khối phụt đó được gió mang đi và dần dần nở rộng ra không khí ra xa ống khói

Lượng chất ô nhiễm trong từng “lát” mỏng trong luồng khói có thể được xem như nhau, tức là bỏ qua sự trao đổi chất từ “lát” này sang “lát” nọ kề bên nhau Nếu ta thiết lập sự cân bằng vật chất trong từng “lát” khói có bề dày 1m theo chiều x vá các chiều y, z là vô cực khi các lát khói chuyển động cùng với vận tốc gió u thì thời gian

để từng lát đi qua khỏi ống khói là 1 m/u và do đó lượng chất ô nhiễm chứa trong “lát” khói sẽ là Q = M x 1/u

Ngoài ra, cần lưu ý rằng bài toán hai chiều ở đây là chiều y và z thay vì cho chiều x và y

Khi đó công thức:

2 2

1 4 1/ 2

z y

t k k z

2.4 Tổng quan về khu vực nghiên cứu

2.4.1 Điều kiện tự nhiên

a) Vị trí địa lý Khu vực nghiên cứu kéo dài từ xã Phước Thiền, huyện Nhơn Trạch tỉnh Đồng

Nai (10°45′29″B 106°55′36″Đ) đến xã Mỹ Xuân, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa –

Vũng Tàu (10°37′54″B 107°2′35″Đ) Gồm 07 xã, 01 thị trấn

Hình 2.1: Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu Bảng 2.1: Danh sách các xã, thị trấn thuộc khu cực nghiên cứu

STT Ðơn vị hành chính (Thị

trấn/xã - Huyện) Tỉnh Diện tích tự nhiên (ha)

1 Hiệp Phước - Nhơn Trạch Đồng Nai 1813,58

2 Phú Hội - Nhơn Trạch Đồng Nai 1918,86

3 Phước Thiền - Nhơn Trạch Đồng Nai 1701,79

4 Long Thọ - Nhơn Trạch Đồng Nai 2427,51

5 Phước An - Nhơn Trạch Đồng Nai 14939,86

6 Long Phước - Long Thành Đồng Nai 4060,18

7 Phước Thái - Long Thành Đồng Nai 1677,82

8 Mỹ Xuân - Tân Thành Bà Rịa -Vũng

Sông Thị Vải là con sông làm ranh giới tự nhiên giữa Đồng Nai và Bà Rịa Vũng Tàu Sông được bắt nguồn từ huyện Long Thành, chảy theo Hướng Đông Nam, qua Nhơn Trạch, đến huyện Tân Thành đổi hướng theo hướng Nam đổ ra biển tại vịnh Gành Rái Sông có tổng chiều dài khoảng 76 km, chiều rộng trung bình 400 đến 650

m, độ sâu trung bình 22 m, nơi sâu nhất 60 m Các lưu vực sông với địa hình trũng thấp tạo thành khu chứa nước mặn rộng lớn khi triều cường

b) Đặc điểm khí hậu-thủy văn Thuộc vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa; một năm chia hai mùa rõ rệt Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 10, thời gian này có gió mùa Tây Nam Mùa khô bắt đầu

từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, thời gian này có gió mùa Đông Bắc Nhiệt độ trung bình hàng năm là 27 độ C, tháng thấp nhất khoảng 24,8 độ C, tháng cao nhất khoảng 28,6 độ C Số giờ nắng rất cao, trung bình hàng năm khoảng 2400 giờ Lượng mưa trung bình 1500 m3 Chịu ảnh hưởng chế độ thủy văn bán nhật triều của biển Đông Mực nước sông trung bình thay đổi từ - 39cm đến -35cm Độ ẩm tương đối trung bình của khu vực là 73% đến 85%

2.4.2 Tình hình chất lượng không khí trên khu vực nghiên cứu

- Hiện trạng chất lượng không khí trên địa bàn tỉnh Đông Nai (năm 2013) nhìn chung tốt Chất lượng không khí tại 16 KCN với 34 vị trí xung quanh các KCN khá tốt Mức độ tác động sản xuất công nghiệp đến không khí xung quanh các KCN còn thấp Trung tâm Quan trắc và Kỹ thuật Môi trường (Sở Tài nguyên và Môi trường Đồng Nai) cho biết qua quan trắc tại 16 khu công nghiệp đóng trên địa bàn 6 huyện, thành phố cho thấy tại nhiều khu công nghiệp chất lượng môi trường không khí bị ô nhiễm, có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân Cụ thể, qua quan trắc tự động tại 34 vị trí của 16 khu công nghiệp đã cho kết quả các thông số môi trường không khí không đạt quy chuẩn, vượt từ 1 đến hơn 9 lần so với quy định Tại khu công nghiệp tập trung Nhơn Trạch (huyện Nhơn Trạch) thông số bụi tổng hợp vượt 2,56 lần; quan trắc tại khu công nghiệp Long Thành cho thấy chỉ số bụi tổng hợp vượt 1,15 lần; khu công nghiệp Xuân Lộc vượt 1,23 lần; khu công nghiệp Hố Nai vượt 1,16 lần; khu công nghiệp Tam Phước vượt 1,19 lần; khu công nghiệp Amata vượt 1,35 lần; khu công nghiệp Biên Hoà 1 vượt 1,37 lần, khu công nghiệp Biên Hòa 2 vượt 1,34 lần so với quy chuẩn cho phép

Ngoài ra, qua quan trắc tại khu vực bãi rác tạm Đồng Mu Rùa - huyện Nhơn Trạch cho thấy chỉ số môi trường về bụi tổng hợp tại khu vực này vượt quy chuẩn 9,19 lần so với tiêu chuẩn cho phép Cũng tại nút giao thông ngã tư Hiệp Phước, huyện Nhơn Trạch thông số môi trường về tiếng ồn vượt 1,11 lần, thông số bụi tổng hợp vượt 1,42 lần so với quy chuẩn cho phép

Chất lượng không khí trên địa bàn tỉnh Đồng Nai còn tốt Ô nhiễm phát hiện chủ yếu tại khu dân cư là ô nhiễm bụi Nguyên nhân do: Hoạt động giao thông, sinh hoạt, vận chuyển vật liệu xây dựng (Trung tâm Quan trắc và Kỹ thuật Môi trường

Đồng Nai, 2013)

Từ danh mục các nguồn ô nhiễm chính ở Bà Rịa-Vũng Tàu và các chất ô nhiễm chỉ thị được thống kê bởi Sở Khoa học Công nghệ tỉnh Bà rịa Vũng tàu Một số khu công nghiêp nằm trong khu vực nghiên cứu được tóm tắt như sau:

- Công nghiệp năng lượng: nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ (1, 2, 3, 4), các chất gây ô nhiễm chủ yếu THC, tiếng ồn

- Công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng: các xí nghiệp sản xuất gạch ngói, khai thác dá xây dựng, khai thác quanh núi Thị Vải, nhà máy nghiền xi măng Chinfon, Phú Mỹ, Tân Thành Các chất gây ô nhiễm chủ yếu bụi, khói, SOx, COx (Viện Kỹ

thuật Nhiệt đới và Bảo vệ Môi trường Bà Rịa - Vũng Tàu, 2004)

2.5 Một số nghiên cứu trong và ngoài nước

a) Trong nước Các nghiên cứu mô phỏng chất lượng không khí ở phạm vi trong nước đến nay

đã được thực hiện khá ít Sau đây là một số đề tài nghiên cứu sử dụng mô hình

AERMOD:

- Bùi Tá Long và ctv (2010) “Mô phỏng ô nhiễm không khí từ nguồn thải công nghiệp tại khu vực có địa hình đồi núi – trường hợp nhà máy xi măng Bỉm Sơn, Thanh Hóa” Phương pháp của đề tài là sử dụng mô hình AERMOD để tính toán mô phỏng ô

nhiễm không khí từ nhóm các ống khói công nghiệp, và đánh giá các yếu tố địa hình ảnh hưởng tới sự lan truyền ô nhiễm không khí tại nhà máy xi măng Bỉm Sơn, Thanh Hóa Kết luận của đề tài là khẳng định mô hình AERMOD có thể áp dụng đối với địa hình Bỉm Sơn, Thanh Hóa

- Hồ Thị Ngọc Hiếu và CTV (2011) “Xây dựng hệ thống tích hợp đánh giá ô nhiễm không khí do các phương tiện giao thông đường bộ tại Huế” Phương pháp nghiên cứu của đề tài là kết hợp truyền thông, AERMOD và GIS Kết quả là bản đồ phân bố ô nhiễm do giao thông cho Huế

- Nguyễn Thị Lan Anh (2015) “ Ứng dụng mô hình AERMOD mô phỏng và đánh giá ô nhiễm không khí từ hoạt động sản xuất của nhà máy gang thép Formosa

Hà Tĩnh đến môi trường” Luận văn tập trung nghiên cứu vào các vấn đề sau: Đánh

giá hiện trạng chất lượng môi trường không khí tại khu vực dự án, thu thập số liệu về nguồn thải dự kiến của nhà máy, số liệu khí tượng và dữ liệu làm bản đồ địa hình Ngoài ra, còn thu thập thông tin về các khu vực nhạy cảm quanh khu dự án Trên cơ sở kết quả chạy mô hình AERMOD, đã thực hiện dự báo và xây dựng bản đồ phân bố ô nhiễm NO2, SO2, TSP theo các kịch bản để đánh giá ô nhiễm trong trường hợp xấu nhất

b) Ngoài nước

Mô hình AERMOD được phát triển dựa trên mô hình AERMIC bởi cơ quan khí tượng và cục bảo vệ môi trường Hoa Kì Một nhóm làm việc hợp tác của các nhà khoa học từ AMS và EPA, AERMIC bước đầu đã được hình thành trong năm 1991 Sau đó AERMIC phát triển thành AERMOD Và được chính thức sử dụng vào ngày 9/12/2005 Kết quả mô phỏng dưới dạng hình ảnh không gian 2 chiều hoặc 3 chiều, giúp người dùng dể dàng nhận thấy những tác động của khí thải lên nơi khỏa sát Sau đây là một số ứng dụng trên thế giới:

- Farzana Danish(2013), “Application of GIS in visualization and assessment

of ambient air quality for SO2 in Lima Ohio” Phương pháp là chạy ứng dụng mô hình

AERMOD và hiển thị phân bố không gian bằng ArcGIS Kết quả là chất lượng không khí ở thành phố Lima là kém

- Vishwa H.Shukla và Varandan, 2104 “Performance Study of AERMOD under Indian Condition” nghiên cứu tập trung vào đánh giá hiệu suất mô hình

AERMOD, kết quả phù hợp với mọi địa hình

Những nghiên cứu trong và ngoài nước đã đánh dấu sự thành công của mô hình AERMOD Và GIS trong lĩnh vực môi trường đặt biệt là môi trường không khí

CHƯƠNG 3 DỮ LIỆU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Dữ liệu nghiên cứu

3.1.1 Cấu trúc dữ liệu đầu vào cho mô hình AERMOD

Dữ liệu đầu vào được kế thừa từ dữ liệu khí tượng đầu ra của mô hình TAMP Kết quả kế thừa dựa trên cơ sở của nghiên cứu “Ứng dụng mô hình khí tượng TAMP

tại khu vực Thị Vải năm 2014” (Hồ Quốc Bằng, 2014) Nghiên cứu đã tiến hành mô

phỏng khí tượng, hiệu chỉnh và kiểm định kết quả mô hình khí tượng TAPM thông qua giá trị đo đạc khí tượng thực tế Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình khí tượng so với giá trị quan trắc có hệ số R2

khoảng 0,96 là khá tốt và phù hợp để làm đầu vào cho

mô hình mô phỏng lan truyền ô nhiễm không khí AERMOD

Dữ liệu đầu vào cho mô hình AERMOD bao gồm:

 Tập tin khí tượng (*.pfl) và (*.sfc) Định dạng mặc định của tập tin (*.sfc) bao gồm các số liệu sau:

1 Năm

2 Tháng

3 Ngày

4 Số thứ tự ngày trong 1 năm

10 Chiều cao của lớp biên đối lưu

11 Chiều cao của lớp biên tạo ra

20 Chiều cao của nhiệt độ (m)

Mô tả cụ thể cấu trúc dữ liệu của tập tin (*.sfc), số thứ tự từ 1 đến 20 các số liệu tương ứng với thứ tự từ trái sang phải từ trên xuống dưới ở hình 3.1

Hình 3.1: Cấu trúc dữ liệu của tập tin (*.sfc)

Định dạng mặc định của tập tin (*.pfl) bao gồm các số liệu sau:

7 Hướng gió cho mức hiện tại (độ)

8 Tốc độ gió cho mức hiện hành

9 Nhiệt độ ở mức hiện tại (K)

10 Độ lệch chuẩn của hướng gió (độ)

11 Độ lệch chuẩn của tốc độ gió dọc

Mô tả cụ thể cấu trúc dữ liệu của tập tin (*.pfc), số thứ tự từ 1 đến 11 các số liệu tương

ứng với thứ tự từ trái sang phải ở hình 3.2

Hình 3.2 : Cấu trúc dữ liệu của tập tin (*.pfc)

 Tập tin thiết lập dữ liệu đầu vào (*.inp)

Ví dụ: Thứ tự thiết lập cho 1 nguồn phát thải như sau:

- CO : Xác định các tùy chọn tổng quát

CO STARTING TITLEONE A Simple Example Problem for the AERMOD

MODELOPT CONC FLAT AVERTIME 1 PERIOD POLLUTID THC/VOC RUNORNOT RUN

ERRORFIL ERRORS.OUT

CO FINISHED

** Parameters: -(1)- -(2)- -(3)- -(4)- (5)- SRCPARAM STACK1 0.00015 20.00 320 4.44 0.75 SRCGROUP ALL

PROFFILE aermet2.pfl SURFDATA 66666 2014 UAIRDATA 66666 2014 PROFBASE 0.0

ME FINISHED

- OU : Tùy chọn đầu ra cho mô hình

OU STARTING RECTABLE ALLAVE FIRST

MAXTABLE ALLAVE 50 PLOTFILE 1 ALL FIRST firstmodel.PLT SUMMFILE firstmodel.SUM

OU FINISHED