Xây dựng mạng lưới quan trắc bụi Pm,10 tỉnh Vĩnh Phúc

Xây dưṇ g g lướ i quan trắ c buị Vĩnh Phúc maṇ PM 10 tỉnh Nguyên Đình Phú c Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn Thạc sĩ ngành: Khoa môi trườ ng ; Mã số: 60 85 02 hoc̣ Người hướng dẫn: TS Vu Văn Mạnh Năm bảo vệ: 2012 Abstract: Tổng quan : Hoạt động quan trắc môi trường ; Mạng lưới quan trắc môi trườ ng; Tổ ng quan về buị PM 10; Tổ ng quan về bà n nghiên cứ u Tiến hành Xây điạ dựng mạng lưới quan trắc bụi PM10 tỉnh Vĩnh Phúc Kết nghiên cứu : Thiế t lâp̣ traṇ g ô mạng lưới quan trắc sơ bô ; Đá nh giá buị PM 10 môi trườ ng nhiêm̃ hiêṇ không khí tin̉ h Viñ h Phú c ; Xây dưṇ g bả n đồ phân bố hà m lươṇ g buị PM 10 điạ bàn tỉnh Vĩnh Phúc Keywords: Khoa học môi trường; Quan trắc; Vĩnh Phúc; Quan trắc bụi Content LỜ I MỞ ĐẦ U Sự phát triển kinh tế trình thị hó a diễn mạnh mẽ năm qua ở Viêṭ Nam tạo tiền đề thú c đẩ y quá trình chuyển đổi cấ u kinh tế cá c khu vưc̣ từ nông sang kinh tế công nghiệp, thương mại - dịch vụ nông nghiệp Tuy nhiên , với phát triển kinh tế áp lực tình trạng nhiễm mơi trường gia tăng , diễn biến phức tạp một nguyên nhân đế n suy giả m chấ t lươṇ g số ng củ a dâñ cuôc̣ côṇ g đồ ng nhữ ng năm gầ n Sự suy giả m chấ t lươṇ g cá c thà nh phầ n môi trườ ng môṭ cách đáng báo động đo co chất lượng môi trường không với yếu kém hạn chế hoạt động quan trắc đặt yêu cầu ngày cao h ơn đố i vớ i công tá c quan trắ c môi trườ ng Trướ c tế đó , môṭ nhữ ng yêu cầ u quan troṇ g thưc̣ hàng đầu bổ sung thiết lập lại mạng lưới điểm quan trắc một cách hợp ly để đaṭ hiê quả quan trắ c tối ưu đươc̣ ụ Là một tỉnh nằm đỉnh tam giác châu thổ sông Hồng thuôc đồng bằng Bắc Bô , Vĩnh Phúc là môṭ nhữ ng phương có tố c đô ̣ phát triển kinh tế nhanh nhất củ a Viêṭ điạ Nam Từ môṭ tỉnh thuầ n nông , Vĩnh Phúc đã c o bước tiến thần kỳ vươn lên đứng thứ nhất miền Bắc, thứ ba nước giá trị sản xuất công nghiệp , phát triển rông rãi hệ thống công khu và Sự thay đổ i nhanh chó ng đó đã là m thay đổ i tić h giá tri ḳ inh tế nghiêp̣ cuṃ cưc̣ vùng, nhiên nó cũng ké o theo nhiề u về măṭ xã hôị và môi trườ ng; đó , co ̣ luỵ môṭ tế quan troṇ g và rấ t đá ng lưu tâm là sự suy giả m chấ t lươṇ g môi trườ ng không thưc̣ khí ở mứ c bá o đôṇ g vù ng co tốc Theo thố ng kê khảo sát sơ bô , môi trường đô thị và khu công nghiêp̣ đô ô nhiễm ngày một cao , bu Nguyên nhân khu vực xây dựng biêṭ là ô đăc̣ ị nhiêm̃ chưa co biện pháp giảm bụi, chưa áp dụng chặt chẽ quy định xây dựng; chất lượng phương tiện giao thơng kém , chưa co chế kiểm sốt dẫn đến gây bụi tiếng ồn ngày nhiều ; khu công nghiệp chưa co hệ thống xư ly thải , bụi thải triệt để , sở ̣ tầ ng yế u ké m , số lươṇ g cá c sở sả n xuấ t tăng nhanh, việc chấp hành văn pháp quy bảo vệ môi trường đơn vị sản xuất chưa cao Môi trườ ng nông thôn đặc biệt , làng nghề ngày phát triển , gây ô nhiễm ngày rộng cũ ng sự gia tăng hà m lươṇ g chấ t ô nhiễm thải vào môi trường không Măṭ khać , mạng lưới trạm quan trắc Việt Nam nói chung Vĩnh Phúc nói riêng thường chỉ được xây dựng theo kinh nghiệm , khu vực dân cư phân bố đông hay hình Vì vậy, mạng lướ i phân bớ cũ nà y chưa có tính ̣ thố ng và khoa quan ạ hoc̣ Viêc̣ trắ c chủ yế u chỉ dừ ng laị ở đo môṭ số thông số khí tươṇ g và môi trườ ng ; số lươṇ g đac̣ viêc̣ trạm quan trắc không đủ khả phản ánh trạng ô nhiễm vùng biêṭ là ô nhiêm̃ (đăc̣ bụi) Nói chung, ̣ thố ng cá c quan trắ c môi trườ ng taị củ a vù ng vừ a thiế u laị phân traṃ hiêṇ bố chưa lý , chưa đá p ứ ng nhữ ng thay đổ i về yêu cầ u củ a hoaṭ đôṇ g quan trắ c hơp̣ đươc̣ hiên giai đoaṇ Trướ c nhữ ng yêu cầ u cấ p thiế t đó , chúng thực đề tài nghiên cứu : "Xây dưṇ g mạng lưới quan trắc bụi PM10 tỉnh Vĩnh Phúc" Chƣơng - TỞ NG QUAN 1.1 Hoạt đợng quan trắ c môi trƣờ ng 1.1.1 Mô số khá i niệm vê quan trắc môi trƣờng ṭ 1.1.2 Lịch sư hình thành và phát triển quan trắc môi trƣờng 1.1.2.1 Hoạt động quan trắc môi trƣờng thế giớ i 1.1.2.1 Hoạt động quan trắc môi trƣờng Viêṭ Nam 1.2 Mạng lƣới quan trắc môi trƣờng 1.2.1 Khái niệm và tầm quan trọng của mạng lƣới quan trắc môi trƣờng 1.2.2 Các nghiên cứu vê thiế t lâp̣ a) Các nghiên cứu thê giới b) Các nghiên cứu Việt Nam maṇ g lƣớ i quan trắ c môi trƣờ ng 1.2.3 Hiê traṇ g mạng lƣới quan trắc môi trƣờng Việt Nam ṇ - Mạng lƣới quan trắc môi trƣờng Quốc gia - Mạng lƣới QTMT các Bộ, ngành 1.3 Tổ ng quan về buị PM10 1.3.1 Điṇ h nghiã và đăc̣ PM10 trƣng củ a buị PM10 a) Điṇ h nghiã b) Đặc trƣng của PM10 1.3.2 Nguồ n gố c củ a ô nhiêm̃ buị PM10 1.3.3 Tác hại của ô nhiễm bụi PM10 1.4 Tổ ng quan về bà n nghiên cƣ́ u điạ 1.3.1 Vị tri địa ly 1.4.2 Điều tƣ ̣ nhiên kiêṇ a) Đặc điểm địa hình - chất điạ - Đi hiǹ h ạ : - Đi chất ạ b) Đặc điểm hậu - thủy văn c) Tài nguyên thiên nhiên 1.4.3 Điều kinh tế - xa hội kiêṇ a) Dân số và nguồ n nhân lưc̣ b) Kinh tế c) Y tế, giáo dục d) Cơ sở ̣ tầ ng e) Công tá c vê ̣ sinh mơi trườ ng Chƣơng2 - ĐỚI TƢƠNG, MUCTIÊU VÀ PHƢƠNG PHÁ P NGHIÊN CƢ́ U 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu - Đối tương nghiên cứu: Bụi PM10 môi trườ ng không khí tỉnh Viñ h Phú c - Phạm vi nghiên cứu : Tồn bơ diện tích tỉnh Vĩnh Phúc 2.2 Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu tổ ng quá t : thiế t maṇ g lướ i cá c quan trắc bụi PM lâp̣ traṃ Phúc sơ đánh giá biến động theo không gian số liệu quan trắc - Mục tiêu cụ thể: traṇ g ô buị PM 10 tỉnh Vĩnh Phúc + Đá nh giá nhiêm̃ hiêṇ + Xây dựng đồ trạng buị PM 10 thổ tin̉ h Viñ h Phú c + Thiế t maṇ g lướ i điể m quan trắ c sơ bô lâp̣ + Tối ưu hóa số lươṇ g vị tri điểm quan trắc bụi PM 10 10 cho tỉnh Viñ h 2.3 Phƣơng phá p nghiên cƣ́ u 2.3.1 Phƣơng phá p thu thâp̣ , kế thƣ̀ a Thu thập, tổng hợp, phân tich, đánh giá tài liệu từ nghiên cứu khác , kế thừa co chọn lọc tài liệu 2.3.2 Phƣơng phá p điều tra, khảo sát, phân tích , điề u tra chung về Tiế n hà nh khả o sá t traṇ g môi trườ ng không khí, hiêṇ ạ hiêṇ thưc̣ trạng ô nhiễm bụi PM 10, đo và lấ y kế t quả hà m lươṇ g buị PM 10 không khí đac̣ 2.3.3 Phƣơng phá p nôị suy Trong bài toán này , để xác định điểm xây dựng trạm quan trắc , chúng tơi tiếp cận tốn theo phư ơng phá p nôị suy và giả i bà i toá n bằ ng phương phá p tố i ưu bầ y kiế n Theo thiế t lư chon loại bo m điểm quan đó , maṇ g quan trắ c sẽ tiế n hà nh sở lâp̣ ạ viêc̣ viêc̣ trắ c maṇ g lướ i quan trắ c sơ bô ̣ ban đầ u để kết nôị suy từ maṇ g quan trắ c mớ i giố ng vớ i kế t quả nôị suy từ maṇ g quan trắ c ban đầ u nhấ t Các bước tiến hành co thể tóm tắt sau: - Đầu tiên, tiế n hà nh đo buị cho taị 60 điể m quan trắ c và xây dưṇ g bả n đồ ô đac̣ nhiêm̃ tỉnh Viñ h Phú c sở phương phá p nôị suy - Sử duṇ g thuâṭ toá n tố i ưu bầ y kiế n xá c điṇ h loaị bỏ m điểm quan trắ c nào sẽ cho viêc̣ sai số nôị suy so vớ i maṇ g lướ i quan trắ c ban đầ u là thấ p nhấ t - Tổ ng kế t quả nhữ ng maṇ g lướ i quan trắ c tố i ưu nhấ t vớ i từ ng giá tri ̣m cu ̣ hơp̣ thể quan trắ c (60-m) cung vị tri - Lư cho maṇ g lướ i tố i ưu nhấ t về số lươṇ ạ ṇ g traṃ đăṭ 60-m quan trắ c này traṃ Nôị suy Kriging Kriging một nhom kỹ thuật sư dụng địa thống kê để nôi suy một giá trị trường ngẫu nhiên điểm không được đo đạc thực tế từ điểm đươc đo đạc gần đo 2.3.4 Thiế t maṇ g lƣớ i quan trắ c sở tố i ƣu hó a sai số nôị suy bằ ng lâp̣ phƣơng phá p tố i ƣu bầ y kiế n ướ c lươṇ g nồ ng đô ̣ taị môṭ điể m bấ t kì xá c điṇ h bằ ng Trong nghiên cứ u nà y , đươc̣ viêc̣ phương phá p nôị suy Kriging Vớ i muc̣ đić h là m giả m số lươṇ g điể m quan trắ c mà sai số dữ đo đac̣ liêụ so vớ i maṇ g t tiếp lướ i r vào quan trắ c ban ngu đầ u là c yên nhỏ nhấ t ̣ nhâ nghiên n cứ u nà y làm đã tiế p câṇ x sai số u giả m số lươṇ â g cá c điể ́ m quan trắ c : t chinh việc h nội suy số i liệu vùng ê n ̣ n môṭ số g lươṇ g nhỏ h cá c i điể m quan ê trắ c so vớ i n 60 điể m ban đầ u c ́ u d ạ Khi loaị bỏ l môṭ điể m i quan trắ c sơ ê bô ̣ i bấ t kì u maṇ g ̣ lướ i quan trắ c ban đầ u , số điểm i được nội suy từ điểm khác mạng lưới quan trắc Và trình làm xuất sai số so sánh kết nội suy điểm i (trong maṇ g lướ i quan trắ c mớ i) vớ i t kế t quả í quan trắ c taị điể m i n maṇ g lướ i h ban đầ u Mứ c chênh t lêc̣ h đươc̣ cơng thứ c: h e o • nơị suy từ cá c điể m cò n laị ; q rắ b uc a taị ̣ • nồng đô quan trắc đươc điểm i n to maṇ g lướ i ban đầ u àn t Tuy nhiên , nế u chỉ sử duṇ g cơng mứ c ̣ • thứ c nà y sẽ không thể đá nh giá biế n đươc̣ thiên củ ở nhữ ng điể m có nồ ng đô ̣ k hác a dữ Chẳ ng haṇ , sự thay đổ i 0.05mg/m n liêụ ồ điể m có nồ ng đô ̣ 0,1mg/m co y nghĩa rất n nhiều so với điểm co nồng đô g 1mg/m Từ đó, đề tài tính sai số nội suy đ d điểm bằng cách sư dụng công thức : ô η = tạ i Trong i đó: đ = • d iể Trong đó , chênh m loaị bỏ môṭ điể m quan trắ c lệch ηi sai số i sơ bô ̣ i bấ t kỳ - hay cũ ng dữ liêụ đ nồng co thể gọi sai số nội suy tương đối đô Nế u sai số nôị suy ηi lớn co nghĩa ợ quan khơng thể nợi suy nồng đô điểm i từ c trắc điểm xung laị , nế u sai số nôị suy η nho i n trực tiếp với quanh ; ngươc̣ chứng to nờng điểm ợ i co thể nội suy từ điểm xung quanh nồng i một tro ng những điểm bi ̣loaị bỏ tiềm đô nội s Khi tiế n hà nh loaị bỏ m điể m quan trắ c sơ suy từ u bô ̣ y điểm , sự mấ t má t thông tin (hay sai lêc̣ h so t khác ; vớ i kết quả ban đầ u ) co thể được định lượng dựa l đ sai số nợi suy trung bình (AIE - average interpolation c error) c n c đ ồ AIE = ̣ iể n Trong nghiên cư u ́ m g củ a toà n nôị suy nồ ng đô ̣ đó: đ • AIE là bơ ̣ khu taị c vưc̣ m o t sai số n dữ liêụ lạ i điể m dưạ 60 điểm gia tri ́ i đ ̣quan trắ c taị i cá c điể m ể • m cò n laị so vớ i dữ liêụ i nồng đô quan trắc được điểm i Mục tiêu tổng thể trình xây dựng mạng lưới điểm quan trắc tối ưu giảm s t 60 điểm o a ban đầu ị Vì thế, vị v tri điểm quan trắc bị loại bo ́ được xác i định d ̃ l i ê u ̣ giá trị AIE nho nhất tứ c AIE hút nhiều kiến theo đường e là ̣số pheromones ưu thế , số (e=5) lươṇ g kiế n ưu thế môṭ lầ n lăp̣ 4.h quy trình , vớ i i thờ i ê gian , n môṭ qua số ́ ̣ trình liên lươṇ g kiế n và tuc̣ s củ a c tuyế n đườ ố kiế n h ng tố i ưu o nhấ t mà v xá c ò điṇ h n kiế n đã ̣ n Sau taọ g đó lưạ l ă p̣ hà nh triǹ h củ a c mình , xác định h điểm nằm tuyến o n đường đo ̣ ; sau đó lưạ điể m đó để loaị bỏ khỏ i maṇ g lướ i quan trắ c Sơ đồ tó m tắ t toà n bô ̣ thuâṭ toá n có thể đươc̣ trình bày hình 7: 18 Bắt đầu Kiế tiếm p ngẫ theou Lựa chọ nntrạ nhiên Trạm tiếp theo m Tcó nằm η < ? vị edge N Trạ Y trí Y biên? N N Xư lý bơi kiến Trạm đươc giữ lại Tất cả các trạm đã đến thă m? đươc̣ N Tí hhtoá n tổ g lương Tínn toá n nAIE và 2các pheromone λ = (T/AIE) tuyến Xem xét AIE có lớn λ ≥ Tìm tuyến có lương pheromone cao nhấλ t