tóm tắt SỬDỤNG MÔ HÌNH GAUSS TÍNH TOÁN TẢI LƯỢNG PHÁT THẢI KHÍ TỪNGUỒN THẢI DO HOẠT ĐỘNG GIAO THÔNG TRÊN ĐOẠN ĐƯỜNG NGUYỄN VĂN CỪ - GIA LÂM – HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG MAI DUY TUÂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SỬ DỤNG MÔ HÌNH GAUSS TÍNH TOÁN TẢI LƯỢNG PHÁT THẢI KHÍ TỪ NGUỒN THẢI DO HOẠT ĐỘNG GIAO THÔNG TRÊN ĐOẠN ĐƯỜNG NGUYỄN VĂN CỪ - GIA LÂM – H

KHOA MÔI TRƯỜNG

MAI DUY TUÂN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SỬ DỤNG MÔ HÌNH GAUSS TÍNH TOÁN TẢI LƯỢNG PHÁT THẢI KHÍ TỪ NGUỒN THẢI DO HOẠT ĐỘNG GIAO THÔNG TRÊN ĐOẠN ĐƯỜNG NGUYỄN VĂN CỪ

- GIA LÂM – HÀ NỘI

HÀ NỘI, 2014

KHOA MÔI TRƯỜNG

MAI DUY TUÂN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SỬ DỤNG MÔ HÌNH GAUSS TÍNH TOÁN TẢI LƯỢNG PHÁT THẢI KHÍ TỪ NGUỒN THẢI DO HOẠT ĐỘNG GIAO THÔNG TRÊN ĐOẠN ĐƯỜNG NGUYỄN VĂN CỪ

- GIA LÂM – HÀ NỘI

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Môi trường

Mã ngành: 52510406

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS ĐỖ ĐÌNH CHIẾN

TS LÊ THỊ TRINH

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Tài nguyên

và Môi trường Hà Nội và Trung tâm Tư vấn Khí tượng Thủy văn và Môi trường – Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi Trường đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới TS Đỗ Đình Chiến và TS Lê Thị Trinh, đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu đồ án tốt nghiệp

Tôi xin cảm ơn các anh chị cán bộ Trung tâm Tư vấn Khí tượng Thủy văn và Môi trường - Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi Trường đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm

Ngoài ra tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn tới gia đình, thầy cô, bạn bè đã động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3

1.1 Khái quát về chất lượng không khí các thành phố lớn ở Việt Nam 3

1.1.1 Hiện trạng không khí các thành phố lớn 3

1.1.2 Các nguồn gây ô nhiễm không khí chính 4

1.1.3 Hiện trạng không khí tại Hà Nội 5

1.2 Đặc điểm hoạt động giao thông ở Hà Nội 5

1.2.1 Thực trạng hoạt động giao thông Hà Nội 5

1.2.2 Ảnh hưởng của hoạt động giao thông đến chất lượng không khí xung quanh tại Hà Nội 7

1.3 Các mô hình tính toán tải lượng và lan truyền ô nhiễm 8

1.4 Một số nghiên cứu trong nước và ngoài nước 13

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, ĐỊA ĐIỂM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16

2.1 Đối tượng và địa điểm nghiên cứu 16

2.2 Phạm vi nghiên cứu 17

2.3 Phương pháp nghiên cứu 17

2.3.1 Các phương pháp phân tích và xử lý số liệu 17

2.3.2 Cơ sở lý thuyết xác định hệ số phát thải 18

2.3.3 Các bước thực hiện 19

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21

3.1 Kết quả tổng hợp tài liệu và tính toán 21

3.1.1 Kết quả thu thập và đo số liệu khí tượng 21

3.1.2 Kết quả đếm xe tham gia giao thông 21

3.1.3 Tính tải lượng chất ô nhiễm 22

3.1.4 Sử dụng mô hình Gauss tính toán dự báo ô nhiễm môi trường không khí25 3.2 So sánh kết quả tính từ số liệu từ mô hình và trạm quan trắc tự động 27

3.2.1 Áp dụng mô hình Gauss tính tải lượng ô nhiễm trung bình 1 giờ ngày 7-8/1/2013 27

3.2.2 Kết quả quan trắc ngày 7-8/1/2013 30

3.2.3 So sánh kết quả mô hình và kết quả quan trắc 30

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 34

TÀI LIỆU THAM KHẢO 36

PHỤ LỤC 37

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường

EF Hệ số phát thải

HmCn Hơi xăng dầu

QCVN Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia

TCCP Tiêu chuẩn cho phép

VOCs Nhóm các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các cấp độ ổn định của khí quyển [7] 12

Bảng 3.1: Vận tốc gió trung bình tháng 1 và 7/2013 21

Bảng 3.2 : Nhiệt độ trung bình tháng1 và 7/2013 21

Bảng 3.3: Lưu lượng giao thông trên tuyến đường Nguyễn Văn Cừ 22

Bảng 3.4: Hệ số ô nhiễm môi trường không khí do giao thông của WHO, USEPA 23 Bảng 3.5 : Tải lượng các chất ô nhiễm do giao thông gây ra trên tuyến đường 1/2013 24

Bảng 3.6 :Tải lượng các chất ô nhiễm do giao thông gây ra trên tuyến đường 7/ 2013 24

Bảng 3.7: Tổng tải lượng các chất ô nhiễm 25

Bảng 3.8: Số liệu khí tượng dùng để tính toán mô hình 25

Bảng 3.9: Số liệu nguồn dùng để tính toán mô hình 25

Bảng 3.10: Tải lượng chất ô nhiễm phân bố theo khoảng cách hai tháng 1 và 7/2013 26

Bảng 3.11: Số liệu khí tượng dùng để tính toán mô hình 28

Bảng 3.12 : Tải lượng các chất ô nhiễm do giao thông gây ra trong 1 giờ ngày 7-8/1/2013 28

Bảng 3.13 : Tổng tải lượng các chất ô nhiễm trong 1 giờ ngày 7-8/1/2013 29

Bảng 3.14: Số liệu khí tượng dùng để tính toán mô hình 29

Bảng 3.15: Kết quả tính nồng độ các chất ô nhiễm ứng với các vận tốc vào ngày 7-8/1/2013 29

Bảng 3.16 : Kết quả quan trắc tại trạm tự động ngày 7-8/1/2013 30

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Tỷ lệ phát thải các khí gây ô nhiễm theo các nguồn phát thải chính của Việt Nam năm 2008 [2] 4 Hình 2.1: Bản đồ khu vực nghiên cứu 16 Hình 3.1 : So sánh nồng độ NO2 trung bình giờ giữa tính toán mô hình và quan trắc ngày 7-8/1/2013 31 Hình 3.2 : So sánh nồng độ SO2 trung bình giờ giữa tính toán mô hình và quan trắc ngày 7-8/1/2013 31 Hình 3.3 : So sánh nồng độ CO trung bình giờ giữa tính toán mô hình và quan trắc ngày 7-8/1/2013 32 Hình 3.4 : So sánh nồng độ Bụi (PM10) trung bình giờ giữa tính toán mô hình và quan trắc ngày 7-8/1/2013 32

MỞ ĐẦU

Ô nhiễm môi trường là tình trạng môi trường bị ô nhiễm bởi các tác nhân hóa học, sinh học, bức xạ, tiếng ồn gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và các cơ thể sống khác Cơ học môi trường là sự nghiên cứu sự truyền thải, phát tán các chất gây ô nhiễm trong không khí, nước có xét tới đặc tính của nguồn thải, các quá trình vật lý, hóa học, sinh học kèm theo Để đánh giá hiện trạng, mức độ ô nhiễm môi trường, bên cạnh các phương pháp quan trắc truyền thống, các hướng nghiên cứu sử dụng các mô hình tính toán đang là một công cụ phát triển trên thế giới và cho thấy những hiệu quả nhất định Một số mô hình tính toán ô nhiễm môi trường không khí hiện đang sử dụng ở Việt Nam là : Mô hình thống kê kinh nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết Gauss,

mô hình thống kê thủy động của Berliand và mô hình số trị

Một trong những mô hình được cho là hình thích hợp để phản ánh đầy

đủ hiện tượng lan truyền các chất ô nhiễm từ một nguồn thải ra môi trường xung quanh là mô hình Gauss Nguyên lý cơ bản của mô hình Gauss là, tác động ô nhiễm từ một nguồn thải được biểu diễn bằng sự phân bố nồng độ các chất trong không gian 3 chiều (x, y, z ), nồng độ ô nhiễm phân bố trên mặt cắt đứng theo hàm Gauss và đối xứng trục nguồn phát thải Phương trình khuyếch tán Gauss phụ thuộc vào cường độ thải các nguồn, tác động gió, chiều cao và đặc biệt là điều kiện khí quyển Chính vì sự lan truyền chất ô nhiễm ra môi trường xung quanh hết sức nhạy cảm với điều kiện khí quyển và mô hình Gauss phản ánh được yếu tố đó nên người ta sử dụng mô hình này để tính toán tải lượng, lan truyền các chất ô nhiễm trong không khí

Thực tế hiện nay có thể thấy chất lượng không khí dọc các tuyến đường giao thông đang suy giảm do những phương tiện vận chuyển chất thải, phế thải, vật liệu xây dựng không hề được che chắn đúng quy định, không được rửa sạch trước khi rời khỏi bãi tập kết làm rơi cát, sỏi, phế thải ra đường, kèm

theo sự phát thải các khí carbon oxide (CO), hỗn hợp các chất hữu cơ bay hơi (VOCs) và nitơ dioxide (NO2), tăng cùng số lượng phương tiện giao thông Theo các số liệu quan trắc thường niên, hàm lượng các khí ô nhiễm tại các nút giao thông vẫn duy trì ở mức cao, vượt QCVN 05-2013/BTNMT Khu vực đường Nguyễn Văn Cừ gần cầu Chương Dương, Hà Nội là một trong những điểm giao thông điển hình ở tình trạng đó do có số lượng phương tiện đi lại rất đông, đặc biệt giờ cao điểm, lượng khí thải và bụi phát sinh do hoạt động giao thông là rất lớn Để thực hiện quan trắc liên tục chất lượng không khí khu vực này đòi hỏi một lượng kinh phí khá lớn Do đó nếu kết hợp hoạt động quan trắc với việc sử dụng các mô hình tính toán lan truyền ô nhiễm có thể nâng cao hiệu quả của hoạt động quan trắc giảm kinh phí sử dụng

Với những lý do trên em chọn đề tài “Sử dụng mô hình Gauss tính

toán tải lượng phát thải khí từ nguồn thải do hoạt động giao thông trên

đoạn đường Nguyễn Văn Cừ - Gia Lâm - Hà Nội” làm đề tài nghiên cứu cho đồ án tốt nghiệp

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là: Sử dụng mô hình Gauss tính toán tải lượng phát thải khí từ nguồn thải do hoạt động giao thông trên đoạn đường Nguyễn Văn Cừ và so sánh với kết quả quan trắc thực tế

Đề tài đã thực hiện nghiên cứu các nội dung sau :

+ Thu thập và xử lý các số liệu (vị trí, điều kiện tự nhiên, các số

liệu về khí tượng, thống kê lưu lượng xe trên khu vực nghiên cứu)

+ Nghiên cứu và áp dụng mô hình Gauss cho đánh giá nguồn gây ô nhiễm không khí, xây dựng dữ liệu đầu vào cho mô hình

+ Nhận xét, đánh giá kết quả chạy mô hình Gauss và so sánh kết quả quan trắc thực tế

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Khái quát về chất lượng không khí các thành phố lớn ở Việt Nam

1.1.1 Hiện trạng không khí các thành phố lớn

Hiện nay môi trường không khí trên toàn lãnh thổ Việt Nam nói chung

là tương đối tốt, nhưng chất lượng môi trường không khí ở các thành phố lớn, tại một số khu công nghiệp và làng nghề đang ngày càng suy giảm

Ô nhiễm ở đô thị chủ yếu bởi bụi lơ lửng, bụi (PM10), tiếng ồn, SO2,

NO2, CO, hơi xăng dầu, chì Trong đó, đặc biệt đáng chú ý là vấn đề ô nhiễm bụi (bao gồm cả bụi tổng số và bụi (PM10)

Mức độ ô nhiễm không khí ở các thành phố thay đổi giữa các giờ trong ngày, giữa các tháng trong năm và giữa các năm Sự thay đổi này có nguyên nhân một phần do các hoạt động giao thông và sản xuất công nghiệp, một phần do các điều kiện thời tiết khí hậu trong khu vực

Trong các nguồn gây ô nhiễm không khí đô thị được phân tích, hoạt động giao thông vận tải đường bộ là nguồn chính, đóng góp khoảng 70% Hoạt động này phát thải chủ yếu CO, NO2, VOCs, HmCn Trong khi đó, hoạt động sản xuất công nghiệp lại là ngồn phát thải SO2 nhiều nhất, hoạt động xây dựng là nguồn phát thải bụi nhiều nhất

Trên cơ sở phát triển kinh tế xã hội ở nước ta trong những năm qua và dựa trên kế hoạch phát triển tổng thể của các nghành thì lượng phát thải các chất khí gây ô nhiễm cũng như phát thải khí nhà kính ở nước ta được dự báo

sẽ ngày càng tăng mạnh [1]

1.1.2 Các nguồn gây ô nhiễm không khí chính

Hoạt động giao thông vận tải, các ngành công nghiệp, thủ công nghiệp

và hoạt động xây dựng là những nguồn chính gây ô nhiễm không khí ở các khu đô thị Theo đánh giá của các chuyên gia, ô nhiễm không khí ở đô thị do giao thông gây ra chiếm tỷ lệ khoảng 70% Ở nông thôn ô nhiễm không khí

do các nguồn thải chủ yếu từ hoạt động nông nghiệp, sản xuất của làng nghề

và sinh hoạt của dân cư

Hình 1.1: Tỷ lệ phát thải các khí gây ô nhiễm theo các nguồn phát

thải chính của Việt Nam năm 2008 [2]

Xét các nguồn thải gây ra ô nhiễm không khí trên phạm vi toàn quốc (bao gồm cả khu vực đô thị và 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, các hoạt động công nghiệp là nguồn đóng góp chính là khí SO2 Ðối với NO2, hoạt động giao thông và hoạt động sản xuất công nghiệp có tỷ lệ

đóng góp ngang nhau Riêng đối với bụi (TSP) nghành sản xuất xi măng và vật liệu xây dựng là nguồn phát thải chủ yếu chiếm khoảng 70% [2]

1.1.3 Hiện trạng không khí tại Hà Nội

Tốc độ đô thị hoá diễn ra nhanh, mạnh đã gây ra hàng loạt các vấn đề liên quan đến môi trường nói chung và môi trường không khí nói riêng Theo thống kê của Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, mỗi năm thành phố Hà Nội phải tiếp nhận khoảng 80.000 tấn bụi, khói; 9.000 tấn khí SO2; 46.000 tấn khí CO2 từ các cơ sở công nghiệp thải ra Ngoài ra, các phương tiện giao thông ô tô, xe máy cũng được xác định như là một nguồn phát thải lớn Những kết quả nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng, chất lượng không khí ở khu vực ngoại thành Hà Nội chưa bị ô nhiễm bởi CO, SO2, NO2 và bụi lơ lửng (TSP), ngoại trừ tại các khu công nghiệp và các khu vực gần các tuyến đường giao thông liên tỉnh, đường cao tốc Còn khu vực nội thành thì hầu hết tại các khu công nghiệp, tuyến giao thông chính đều bị ô nhiễm nhưng ở các mức độ khác nhau Tại các tuyến giao thông, ô nhiễm bụi lơ lửng (TSP) là chủ yếu với nồng độ đo được cao hơn tiêu chuẩn cho phép từ 3 - 4 lần Những khu vực đang thi công các công trình xây dựng, giao thông, đô thị mới,… nồng độ TSP đo được thường cao hơn 7 - 10 lần so với tiêu chuẩn cho phép Nồng độ các khí SO2, NO2 trung bình hàng năm tăng khoảng từ 10 - 60%, nồng độ CO tại các trục giao thông chính cao hơn từ 2,5 đến 4,4 lần

so với tiêu chuẩn cho phép [4]

1.2 Đặc điểm hoạt động giao thông ở Hà Nội

1.2.1 Thực trạng hoạt động giao thông Hà Nội

a) Cơ sở hạ tầng giao thông :

Hệ thống đường bộ: Cho đến cuối năm 2011, Hà Nội hiện có 7.365 km đường giao thông, trong đó 20% là trục đường chính, 7 trục hướng tâm và 3 tuyến vành đai

Hệ thống đường sắt: Đường sắt Hà Nội là hệ thống giao thông quan trọng trong vận chuyển hàng hóa và hành khách, được nối liền với hầu hết với mọi miền ở Việt Nam Hà Nội là một đầu mút của đường sắt Thống Nhất Bắc Nam dài 1.726 km, nằm trong tổng chiều dài 2.600 km của hệ thống đường sắt Việt Nam, chủ yếu do Pháp xây dựng

Hệ thống cầu : Hà Nội hiện có năm cây cầu bắc qua sông Hồng, theo thứ tự lần lượt từ hướng bắc xuống nam: Cầu Thăng Long, Cầu Long Biên, Cầu Chương Dương, Cầu Vĩnh Tuy, Cầu Thanh Trì Và các cây cầu dự kiến xây trong thời gian tới như Cầu Tứ Liên, Cầu Nhật Tân Ngoài ra trong thành phố có các cầu nhỏ bắc qua các con sông nhỏ nội đô như cầu Giấy, cầu Hòa Mục, cầu Trung Hòa, cầu Cống Mọc, cầu Kim Ngưu và có cả những cây cầu không bắc qua sông nào như cầu Thê Húc

Hệ thống sông: Hà Nội có hệ thống sông ngòi khá lớn, thuận lợi cho việc vận tải bằng đường sông Các sông chảy qua địa bàn: Sông Hồng, Sông Đáy, Sông Đuống, Sông Cà Lồ, Sông Nhuệ, Sông Lừ, Sông Tô Lịch, Sông Kim Ngưu

Hệ thống hàng không: Hà Nội có hai sân bay: sân bay Nội Bài (quốc tế

và nội địa) và sân bay Gia Lâm (sân bay nhỏ, nơi có thể thuê trực thăng du lịch) Sân bay Nội Bài cách thành phố 45 km về phía Bắc Sân bay Gia Lâm cách trung tâm Hà Nội 8 km Ngoài ra, Hà Nội còn có một sân bay quân

sự hiện đang không sử dụng là sân bay Bạch Mai

Giao thông vận tải đường bộ : Tổng ô tô: 1.428.000 xe

+ Ô tô con: 659.500 xe + Ô tô khách: 102.800 xe + Ô tô tải: 609.200 xe + Tổng xe máy: ~ 30 triệu xe Giao thông vận tải đường sắt :

+ Đầu máy: 276 chiếc; Toa xe: 4.422 toa xe Giao thông đường thủy nội địa

+ 241.782 chiếc Giao thông vận tải đường biển

+ 1.637 tàu Giao thông vận tải đường hàng không

+ 95 tàu bay các loại ( trong đó có 42 tàu bay sở hữu) Giao thông đô thị

+ Hà Nội: 448.000 ô tô; 3,5 triệu xe máy + TPHCM: 437.000 ô tô; 5,0 triệu xe máy

1.2.2 Ảnh hưởng của hoạt động giao thông đến chất lượng không khí xung quanh tại Hà Nội

Số liệu quan trắc của Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội cho thấy không khí ở hầu hết các khu vực dân cư nội đô đều bị ô nhiễm Ðặc biệt, các khu vực như đường Khuất Duy Tiến, quốc lộ 32, đường Nguyễn Trãi, ô nhiễm bụi đang ở mức cao nhất Hà Nội và xu hướng ngày càng gia tăng Các khu vực ngã tư có mật độ xe lưu thông cao, nồng độ bụi cũng vượt quy chuẩn cho phép Theo kết quả quan trắc trên các giao thông sáu tháng đầu năm 2009