Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5973:1995 - ISO 9359:1989 giới thiệu về chất lượng không khí - phương pháp lấy mẫu phân tầng để đánh giá chất lượng không khí xung quanh. Tiêu chuẩn này quy định phương pháp đánh giá một số khía cạnh của chất lượng không khi xung quanh biểu diễn theo phân vị bách phân và giá trị trung bình bằng cách sử dụng nguyên tắc lấy mẫu phân tầng.
TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5973 : 1995 ISO 9359 : 1989 CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ - PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU PHÂN TẦNG ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ XUNG QUANH Air quality - Stratifed sampling method for assessment of ambient air quality Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn quy định phương pháp đánh giá số khía cạnh chất lượng khơng xung quanh biểu diễn theo phân vị bách phân giá trị trung bình cách sử dụng nguyên tắc lấy mẫu phân tầng Đấy theo cách đánh giá phân vị bách phân giá trị trung bình phân bố tần số phép đo đặc trưng chất lượng khơng khí xung quanh Tuy nhiên việc áp dụng để đánh giá phương pháp bị hạn chế trường hợp mà giả thiết định phân bố tần số đặc trưng chất lượng khơng khí xung quanh thực đựợc sử dụng điều hiểu biết trước có sẵn phép đo độc lập đủ số lớn vễ mặt thống kê xem ISO 2854 ISO 2602) Các kết thu suốt thời gian đo giám sát dùng để đánh giá chất lượng khơng khí (về độ dài thời gian xem ISO 7168) Bằng cách dùng thông tin kiện xẩy thời gian dài tầng khác nhau, đánh giá cho khoảng thời gian dài sở liệu Do vậy, điều kiện khí tượng có ảnh hưởng sâu sắc đến nồng độ phân bố chất ô nhiễm không khí, cách lấy mẫu phân tầng cho kết độc lập với điễu kiện khí tượng khoảng thời gian đo đạc cho phép tính tốn cho thời gian dài Tiêu chuẩn trích dẫn Những điều khoản tiêu chuẩn sau sử dụng với tiêu chuẩn TCVN 5973: 1995 này: - ISO 2602: 1980 Trình bày thống kê kết qua thí nghiệm - Ước lượng giá trị trung bình - Khoảng tin cậy - ISO 2854: 1976 Trình bày thống kê liệu - Những kĩ thuật ước lượng thí nghiệm liên quan đến giá trị trung bình phương sai - TCVN 3691: 81 (ISO 3534: 1997) Thống kê - Thuật ngữ kí hiệu - ISO 7168: 1985 Chất lượng khơng khí - Thể hệu chất lượng khơng khí xung quanh dạng chữ số Định nghĩa Tiêu chuẩn áp dụng định nghĩa sau đây: 3.1 Phân vị bách hơn: Là giá trị Xp tách dãy tập hợp cửa thơng số thành nhóm mức phần trăm P 3.2 Phân vị Là giá trị Xp tách dãy tập hợp thơng số thành nhóm mức phân số f = p/100, p phần trăm cho 3.3 Lấy mẫu phân tầng Một tập hợp có thề chia tập hợp nhỏ khác (được gọi tầng (lớp)), việc lấy mẫu tiến hành cách cho từ tầng khác tỉ lệ xác định mẫu lấy (ISO 3534) 3.4 Tầng(lớp) Tập hợp nhỏ tập hợp đặc trưng đặc điểm định Kí hiệu Kí hiệu ý nghĩa f Phân giá trị fi ft Giới hạn tin cậy f r- Giới han tin cấy f fi Phân giá trị đo tầng thứ i nằm (hoặc trên) giá trị cho k Số tầng n Tổng số phép đo ni Số phép đo tầng thứ i mi Số phép đo tầng thứ i có giá trị giá trị cho pi Phần trăm giá trị đo tầng thứ i nằm (hoặc trên) giá trị cho (p1 = 100fi) S2(f) Ước lượng phương sai f S2(X) Ước lượng phương sai cửa X Si (f) Ước lượng phương sai fi Si2(Xij) Ước lượng phương sai Xij ty, - α Giá trị tra bảng phân bố t cho phép thử phía mức có nghĩa α số bậc tự (xem ISO 2602) u1-α Giá trị tra bảng phân bố chuẩn cho phép thử phía mức có nghĩa α X Trung bình trọng lơng giá trị Xi X+ Giới hạn tin cậy giá trị trung bình trọng lượng X- Giới hạn tin cậy giá trị trung bình trọng lượng Xi Trung bình số học phép đo tầng thứ i Xij Phép đo thứ j tầng thứ i Wi Xác suất xẩy tầng thứ i dùng hệ số trọng lượng Xp Phân vị, phân vị bách phân α Mức có nghĩa 1-α Mức tin cậy Biên sai số μ Trung bình tạp hợp μi Trung bình tầng thứ i v Số bậc tự δi2(fi) δi (Xi) Phương sai fi Phương sai Xi Hướng dẫn phân tầng Sơ đồ phân tầng cần thiết kế cho giá trị trung bình tầng, μ i, khác phương sai nhỏ phương sai tổng thể Xác suất xảy tầng W i cần biết trước (xem 5.1 đến 5.6) Để tính kết cuối cần phải dùng hệ số trọng lượng Wi liên quan tới khoảng thời gian tiến hành đánh giá chất lượng khơng khí xung quanh Nếu cần đánh giá khoảng thời gian dài mà dựa vào khoảng thời gian đo tương đối ngắn phải dùng hệ số trọng lượng W i thích hợp cho thời gian dài để xác định kiện tầng câc hệ số trọng lượng Wi cho khoảng thời gian đo Tương tự đùng phương pháp để đánh giá triển vọng chất lượng khơng khí xung quanh thường u cầu – ví dụ liên quan đến dự án tăng luồng giao thơng lúc cần dùng đến hệ số trọng lượng dự báo Wi Thường có chút không chắn hệ số trọng lượng, W i điều có ảnh hưởng tới phân vị bách phân trị số trung bình tính tốn Sẽ cần phải xác định cách dùng phương pháp (A.6) (A.7) (xem phụ lục A) Để phân táng phù hợp, cần có trước thơng tin quan hệ đặc tính cần nghiên cứu khơng khí xung quanh yếu tố ảnh hưởng đến hiệu sinh từ Thơng tin dùng để ước lượng μi, δi Wi Các yếu tố thông tin thường dựa vào mơ hình khơng gian thời gian phát thải vận chuyển phân tán liên kết với chất nhiễm khơng khí khác ảnh hưởng chất ô nhiễm không khí cần quan tâm Dưới nêu ví dụ sử dụng yếu tố nêu để phân tầng: 5.1 Mơ hình phát thải Một số nguồn phát thải, có biến đổi rõ rệt theo thời gian theo mơ hình khơng gian Thí dụ: 1) Sự phát thải SO2 sản phẩm đốt cháy khác kết đốt nóng khơng gian có biến đổi mạnh theo mùa Vì cần xác định cách phù hợp tầng phủ kín thời gian khác năm, ví dụ mùa hè mùa đông đánh giá chất lượng không khí xung quanh tiến hành bị ảnh hưởng phát thải theo mùa Sự xả khí phương tiện giao thơng đường thường biến đổi mạnh ngày: nguồn coi tuyến dọc đường giao thông khu vực vùng thị Nếu mức chì khơng khí đánh giá lân cận đường cao tốc tầng dùng dựa vào khoảng cảch từ đường cao tốc thời gian ngày lưu lượng giao thông cực đại Sự phân tầng không gian thời gian dùng để đánh giá mức CO vùng đô thị 5.2 Vận chuyển phân tán Khi chọn tiêu chuẩn cho sơ đồ phân tầng liên quan đến vận chuyển phân tán chất nhỉễm khơng khí khí cần phải xem xét liệu có phải vận chuyển chất nhiễm khơng khí xa nhiều yếu tố chi phối nguồn phát gần, tác động khí tượng địa hình, ảnh hưởng đến ,đặc trưng chất lượng khơng khí xung quanh lưu tâm Khi phân tầng dựa yếu tố sau: - Địa hình địa phương - Nhiệt độ khơng khí; - Tốc độ gió hướng gió; - Độ ổn định khí quyển; - Chiều cao hồ trộn; - Bức xạ mặt trời; - Kiểu thời tiết; - Kiểu khối khơng khí Hoặc dựa vào kết mơ hình phân tán Những mơ hình dùng phát thải liệu khí tượng để tiên đốn mơ hình khơng gian thời gian chất lượng khơng khí xung quanh dùng mơ hình để vạch sơ đồ phân tầng Thí dụ: 1) Khí xem xét ảnh hưởng nguồn phát riêng lẻ khoảng cách vùng xem xét phân tầng dựa vào tốc độ gió hướng gió hữu ích (xem mục B1) 2) Sự đánh giá chất lượng khơng khí xung quanh u cầu khu cơng nghiệp có nhiều nguồn phát thải đây, có vơ số thơng số cần phải xem xét tính phù hợp chúng, ví dụ độ ổn định khí quyển, ảnh hưởng mùa, tốc độ gió hướng gió (xem điều B2) 3) Nếu cần đánh giá nồng độ CO đường phố vùng có nhiều tồ nhà cao, ví dụ trung tâm thành phố lớn, tốc độ gió hướng gió sử dụng với thời gian ngày (xem 5.1, ví dụ 1) 4) Nếu cần đánh giá chất oxy hóa phân tầng dựa vào xạ mặt trời, hướng gió nhiệt độ có ích 5) Đối với chất nhiễm khơng khí chuyển vận xa vùng khái niệm khối khơng dùng 5.3 Sự kết hợp với chất ô nhiễm không khí khác Một số đặc trưng chất lượng khơng khí xung quanh thị điều kiện khí gắn liền với đặc trưng chất lượng không khí xung quanh khác quan tâm Nồng độ số chất nhiễm liên quan chặt chẽ với lấy mẫu phân tầng chất ô nhiễm quan tâm lúc tiến hành sở mức chất nhiễm thị Ví dụ: nồng độ chất ô nhiễm quan tâm đo l trạm quan trắc liên tục, cố định dùng để xác định tầng lấy mẫu ngẫu nhiên thực (xem điều B.3) 5.4 ảnh hưởng ảnh hưởng nhiễm khơng khí tự dẫn đến việc thiết lập phân tầng Thí dụ 1) Những ảnh hưởng đến phát triển cối mùa màng đưa đến phân tầng theo thời gian khu vực 2) Tần số xuất khiếu nại từ công chúng mùi sử dụng 3) Cây cối thời gian phát triển 5.5 Khảo sát quy mô nho (pilôt) Nếu định phân tầng sở hiểu biết có chất lượng khơng khí xung quanh yếu tố chi phối biểu đổi vùng quan tâm lúc cần phải triển khai khảo sát quy mô nhỏ chất lượng khơng khí xung quanh tiến hành tính tốn cách đùng mơ hình chất lượng khơng khí xung quanh Những mơ hình chúng dựa phân tầng 5.6 Mơ hình chất lượng khơng khí xung quanh Các mơ hình chất lượng khơng khí xung quanh đùng liệu khí tượng nguồn chất thải để dự báo mơ hình phát thải khơng gian thời gian chất lượng khơng khí xung quanh dùng để đặt sự' phân tầng Hướng dẫn đo đạc 6.1 Số tầng số phép đo tầng Khi chọn tiêu chuẩn phân tầng sau cần phải chọn số tầng dùng phép đo phải làm tầng để đạt giới hạn tin cậy cần thiết đánh giá Kinh nghiệm kĩ thuật lấy mẫu phân tầng cho thấy giảm phương sai cách tăng số tầng K lên nhiều sai K = hoặc thường đủ Nếu xác suất Wi ước lượng phương sai tầng S,2 biết trước từ hiểu biết có sẵn (xem 5.1 đến 5.4) từ khảo sát pilốt (xem 5.5) tổng số phép đo, n, tính theo phương trình (1) (với giới hạn sai số cho ) Lí thuyết lấy mẫu phân tầng rằng, tổng số phép đo phải làm định phân phối phép đo vào tầng khác để đạt phương sai tối thiểu kết tính cho tổng thể Nếu trung bình số học xác định phân bố tối ưu đạt Và phần xác định, lúc Nói cách khác, số lớn phép đo phải tiến hành tầng cá biệt tầng có xác suất lớn (cho Wi) có phương sai lớn (cho Si2 fi (1-fi) Để tính số phép đo ni tầng thứ i cách xác hiểu biết W i i (hoặc fi) cân thiết Trong lúc hệ số trọng lượng Wi xác định trước phép đo bắt đầu lại có khơng có thơng tin i (hoặc fi) Do nên cân nhắc kĩ ni phép đo tiếp tục cách tính Si (hoặc fi) sau sử dụng chúng phương trình (2) (3) Chú thích: Tính đắn vài phương trình cko phụ lục A phụ thuộc vào số phép đo làm tầng cá biệt Do phương trình (A9) cần nị > 15 dựa vào phép phân tích nhị thức gần đúng: điều khơng thố măn phâi dùng lí thuyết xác Phương trình đưa giới hạn tin cậy giá trị trung bình lượng [phương trình (A.10) ln ln n i >5; ni phân bố tần số đặc trưng chất lượng khơng khí tầng thứ i phân bố gauss Trong trường hợp thông tin phương sai khơng có phân phối tỉ lệ W phù hợp 6.2 Sự độc lập phép đo Để áp dụng phương trình phương pháp tính tốn mơ tả tiêu chuẩn phép đo cần tiến hành theo cách để chúng coi độc lập Chú thích: Các phép đo chất lượng khơng hhí xung quanh nơi đo cá biệt thường có tính tự tương quan cao cần bảo đảm khoảng thời gian phép đo phải đủ lâu Ví dụ, mối tự tương quan mạnh quan sát Trung âu với nhang thời kì đến ngày Khi lẫy mẫu phân tầng áp dụng, giá trị đo độc lập thu tốt khoảng thời gian ngắn hơn, hiệu ứng tương quan biến đổi từ tầng sang tầng bị loại trừ 6.3 Khoảng thời gian vị trí phép đo Khi thiết lập phân tầng, số tầng dùng số phép đo phải làm phương pháp phân phối phép đo tầng khác nhau, sau cần phải chọn sơ đồ để thu phép đo tầng ngẫu nhiên không gian thời gian tương ứng Khoảng thời gian l phép đo phai ngắn thời gian tồn điều kiện cửa tầng Chú thích: 1) Sự ngẫu nhiên thời gian đạt cách đơn giản dùng bảng số ngẫu nhiên lí thực tế nên cần phải giới hạn khoảng thời gian phép đo, chẳng hạn làm việc bình thường ban ngày Trong trường hợp điều cần quan tâm lớn bảo đảm để lệch lạc không bị đưa vào giá trị đọc đo mơ hình thời gian đặc trưng chất lượng khơng khí đánh giá, ví dụ biến đổi ngày đêm phát khí xả giao thơng Dạng phân tầng thời gian nên chọn có ảnh hưởng đáng kể Lúc phép đo phải thực ngồi làm việc bình thường 2) Nếu ngẫu nhiên khơng gian sử dụng, đạt cách đồng hóa vị trí đo hhi dùng mạng lưới từ vị trí đo ước định liệt kê đánh số Những vị trí đo đọc dùng để đo đạc chọn cách dùng bảng số ngẫu nhiên Một phương pháp khác dùng để chọn nơi đo sẵn đủ thông tin từ lần nghiên cứu trước dể nhận biết vị trí đo đại diện từ cho phép giảm số phép đo Phương pháp tính toán Các ước lượng phân vị bách phân, giá trị trung bình, phân tổng thể tính tổng giá trị lượng tương ưng tầng khác Phương sai tổng thu cách tính tổng lượng tương ứng phương sai tầng Chúng thường bể phương sai thu nhờ lấy mẫu ngẫu nhiên không phân tầng Những công thức phù hợp để sử dụng trình bày phụ lục A Các thí dụ việc áp dụng tiêu chuẩn với kết tính tốn đưa phu lục B Phụ lục A (thơng tin) Các phương trình tốn học Các kí hiệu dùng phụ lục định nghĩa điều Phần giá trị đo tầng thứ i thấp giá trị phân vị Xp xác định từ phương trình (A.1) Trung bình số học phép đo tầng thứ i thu từ phương trình (A.2) ước lượng phương sai phần tầng thứ i cho phương trình (A.3) ước lượng phương sai Xij cho phương trình (A.4) Ước lượng cho tỉ lệ giá trị đo thấp hơn: ngưỡng phân phần tầng so với tổng thể, tính tổng tích phần fi với hệ số trọng lượng Wj theo phương trình (A.5) Giá trị trung bình củs tập hợp, μ, ước tính tổng trung bình trọng lượng từ phương trình (A.6) Phương sai phần có trọng lượng ước lượng dùng phương trình (A 7) Giới hạn tin cậy phần có lượng cho phương trình (A 8) Phương sai trung bình trọng lượng đánh giá dùng phương trình (A.9) (xem thích l) Giới hạn tin cậy cho giá trị trung bình trọng lượng cho phương trình (A.10) (xem thích 6.1) Phụ lục B Thí dụ áp dụng B1 Một nguồn phát thải cạnh cộng đồng nông thôn B.1.1 Nhiệm vụ Một nhà máy hóa chất nhỏ có đặt thiết bị làm khí để giàm phát thải hợp chất C Cần đánh giá chất lượng khơng khí xung quanh để chứng minh rằng: cạnh cộng đồng nông thôn nhỏ, giá trị nồng độ khối lượng C trongkhông khí xung quanh nhỏ 190Pg/m 85% thời gian với giới hạn tin cậy lằ 90% Có nhiều nguồn phát thải khắc vùng khoảng cách xa cố ảnh hưởng đến nồng độ khối lượng C khơng khí xung quanh khơng quan trọng nhà máy hố chất ống khói cao đỉnh mái 20m, nhiệt độ khí xác định 45 0C Dựa vào phép tính phân tán tìm thấy với hướng gió Bắc Đơng bắc tốc độ gió nhỏ lm/S có tượng nghịch đảo nhiệt độ nồng độ khối lượng C cao Còn nống độ trung bình C có lẽ hướng gió Tây bắc đến Bắc Đơng đến Nam miễn tốc độ gió khơng vượt 3m/s Còn điều kiện khí tượng khác đưa đến mức thấp B.1.2 Sơ đố phân tầng Có ba tầng đặc trưng dựa điều kiện khí tượng mô tả kiện nhiệt độ, tốc độ gió hướng gió lấy từ trạm khí tượng gần dùng để tính hệ số trọng lượng Wi như' ghi bảng B.1 xem sai số hệ số trọng lượng W, đủ nhỏ để bỏ qua Bảng B.1 - Sơ đồ phân tầng Số tầng Đặc trưng tầng W1 Hướng gió 0C đến 450C 0,29 Tốc độ gió đến >100 0,04 100 > đến > 50 0,16 50 > đến > 0,78 * Các hệ số trọng lượng Wi đánh giá từ nghiên cứu trước Thí dụ, nồng độ khối lượng vị trí 413 100μg/m 150μg/m3, mẫu lấy vị trí xe lưu động coi tầng không phụ thuộc vào kết có Xác suất Wi mà tầng tìm thấy khoảng thời gian đo khơng biết trước, song tần số xác định từ thời đo trước với giả thiết phân bố nồng độ không thay đổi nhanh chóng từ năm qua năm khác Nếu xẩy biến đổi nhanh phương pháp có giá trị phương pháp có giá trị phương pháp lấy mẫu hiệu phần Để tính giá trị cuối phần trăm f mức 150μg/m3 bị trượt 10 vị trí giá trị thời Wi thu từ liệu thời vị trí 413 năm xem xét dùng tới B.3.3 Sơ đồ lấy mẫu Sơ đồ phép đo có liên quan thực tầng i thu từ phương trình (2) Các giá trị f trước lúc lấy mẫu Sự đánh giá thu từ kết nghiên cứu riêng (thông tin biết trước) Sơ đồ lấy mẫu đưa bảng B.6 thu dùng phương trình (3) Bảng B.6 – Sơ đồ lấy mẫu Tầng f đánh giá dùng thông tin biết trước ni/n n i* 0,50 0,11 17 0,16 0,10 15 0,03 0,21 32 0,01 0,58 89 n =∑ni = 153 *xuất phát từ số phép đo tối thiểu đề nghị tầng thứ i ni = 15 (xem thích 6.1) B.3.4 Kết Với địa điểm, f tính dùng phương trình (A.5) S2(f) từ phương trình (A.7) Giới hạn tin cậy tính từ phương trình (A.8) (A.10) Phần trăm thời gian trung bình nồng độ khối lượng SO2 150μg/m bị vượt 10 vị trí xung quanh vùng cơng nghiệp đưa cột bảng B.7 Có thể phát biểu độ tin cậy 90%, vị trí 401 mức 150μg/m bị vượt 1,75% thời gian Sự vượt mức 150μg/m3 cao đáng kể địa điểm gần với vùng công nghiệp phát thải SO2, thí dụ địa điểm 416 (xem hình B.2) Bảng – Kết Vị trí số fi P =100f % S% P+ = 100f+* P- = 100f-* Tầng 0,319 0,04 0,006 1,20 0,43 0,65 – 1,75 402 0,381 0,048 0,002 1,27 0,41 0,75 – 1,79 404 0,419 0,216 0,051 0,001 2,84 0,85 1,75 – 3,39 405 0,557 0,121 0,008 2,12 0,54 1,43 – 2,81 408 0,382 0,092 0,007 0,001 1,53 0,52 0,86 – 2,19 411 0,514 0,150 0,022 0,004 2,64 0,82 1,59 – 3,69 416 0,786 0,344 0,124 0,037 8,29 1,83 5,88 – 10,70 418 0,424 0,176 0,056 0,014 3,80 1,26 2,19 – 5,41 420 0,329 0,105 0,100 0,031 5,30 1,70 3,12 – 7,48 427 0,367 0,095 0,023 0,006 Wi 0,028 0,036 0,159 0,777 ui 17 15 32 89 2,20 * Giới hạn tin cậy 80% phía 0,89 1,06 – 3,34 ... tầng dựa yếu tố sau: - Địa hình địa phương - Nhiệt độ khơng khí; - Tốc độ gió hướng gió; - Độ ổn định khí quyển; - Chiều cao hoà trộn; - Bức xạ mặt trời; - Kiểu thời tiết; - Kiểu khối khơng khí... Si2(Xij) Ước lượng phương sai Xij ty, - α Giá trị tra bảng phân bố t cho phép thử phía mức có nghĩa α số bậc tự (xem ISO 2602) u 1- Giá trị tra bảng phân bố chuẩn cho phép thử phía mức có nghĩa... hạn tin cậy f phía 90% Vì quan tâm giới hạn f giá trị thích hợp cho α 0,10 từ u1 - α = 1,28 Do f-= 0,98 - 0,04 - 0,89 Và giới hạn tin cậy 89% Mục đích đặt với giá trị giới hạn tin cậy 90% phải