Nghiên cứu ứng dụng tổ hợp phương pháp mô hình hóa và hệ thống thông tin địa lý (GIS) để đánh giá chất lượng môi trường không khí của các khu công nghiệp và đô thị ở tỉnh hải dương

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN KHẮC LONG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TỔ HỢP PHƢƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA VÀ HỆ THỐNG THƠNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG MƠI TRƢỜNG KHƠNG KHÍ CỦA CÁC KHU CÔNG NGHIỆP VÀ ĐÔ THỊ Ở TỈNH HẢI DƢƠNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN KHẮC LONG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TỔ HỢP PHƢƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG MƠI TRƢỜNG KHƠNG KHÍ CỦA CÁC KHU CƠNG NGHIỆP VÀ ĐƠ THỊ Ở TỈNH HẢI DƢƠNG Chun ngành : Mơi trường khơng khí Mã số LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS Phạm Ngọc Hồ PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch Hà Nội - 2014 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực ch-a đ-ợc công bố công trình khác Tác giả Nguyn Khc Long i Lời cảm ơn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS NGƯT Phạm Ngọc Hồ, ng-ời đà tận tình h-ớng dẫn giúp đỡ suốt thời gian thực luận án tiến sĩ Tôi xin chân thành cảm ơn quan tâm giúp đỡ nhiệt tình PGS TS Nguyn Ngọc Thạch; Sự giúp đỡ nhiệt tình tạo điều kiện thuận lợi Thầy, Cô giáo cán Trung tâm nghiên cứu Quan trắc Mô hình hóa Môi tr-ờng; Khoa Môi tr-ờng - Tr-ờng Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG Hà Nội thời gian học tập hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ Chi cục Bảo vệ Môi trờng, Sở Tài nguyên & Môi tr-ờng tỉnh Hải D-ơng đà tạo điều kiện cung cấp cho sè liƯu tỉnh Hải Dương phơc vơ cho ln án; Xin chân thành cảm ơn giúp đỡ Sở Tài nguyên Môi tr-ờng, Chi cục Bảo vệ Môi tr-ờng tỉnh Hòa Bình đà tạo điều kiện thuận lợi mặt giúp đỡ suốt trình thực luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đà luôn động viên, giúp đỡ khích lệ v-ợt qua khó khăn để hoàn thành luận án này./ Tác giả Nguyn Khc Long ii Mục lục Trang Mở đầu Tính cấp thiết đề tµi Mơc tiªu nghiªn cøu Đối t-ợng, phạm vi nghiên cøu Néi dung nghiªn cøu Ph-ơng pháp nghiên cứu Luận điểm bảo vệ Những điểm ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiƠn CÊu tróc ln ¸n Ch-¬ng 1: Tỉng quan VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ HIỆN TRẠNG MƠI TRƢỜNG KHƠNG KHÍ TỈNH HẢI DƢƠNG 1.1 Tỉng quan t×nh h×nh nghiên cứu môi tr-ờng không khí 1.1.1 Tình hình nghiên cứu môi tr-ờng không khí giới 1.1.2 Tình hình nghiên cứu môi tr-ờng không khí Việt Nam 11 1.2 Khái quát điều kiện tự nhiên & kinh tế xà hội tỉnh Hải D-ơng 16 1.2.1 Điều kiện tự nhiên 16 1.2.2 Đặc điểm kinh tế - xà hội 19 1.3 Khái quát trạng môi tr-ờng không khí khu công nghiệp đô thị tỉnh Hải D-ơng 25 1.3.1 C¸c nguån thải gây ô nhiễm môi tr-ờng không khí 25 1.3.2 Hiện trạng chất l-ợng môi tr-ờng không khí khu công nghiệp khu đô thị Hải D-ơng 29 Ch-¬ng Ph-¬ng pháp nghiên cứu 41 2.1 Cỏc ph-ơng pháp mô hình hóa môi tr-ờng để tinh toán dự báo lan truyền chất ô nhiễm 41 2.1.1 Cơ sở lý thuyết lan truyền chất nhiễm khơng khí 41 2.1.2 Nghiªn cứu, ứng dụng mô hình nguồn đ-ờng 44 2.1.3 Thiết lập mơ hình nguồn mặt để tính tốn, dự báo tải lượng chất nhiễm phát thải từ nguồn mặt (Nguồn đun nấu dân sinh) 51 iii 2.2 Ph-¬ng pháp đánh giá chất l-ợng môi tr-ờng tiêu tổng hợp 55 2.2.1 Đặt vấn đề 55 2.2.2 Phương pháp cải tiến tiêu tổng hợp TEQI 58 2.3 ThiÕt lËp chØ sè « nhiƠm kh«ng khÝ tỉng céng (TAPI) 59 2.3.1 Phương pháp xây dựng số ô nhiễm không khí tổng cộng (TAPI) 60 2.3.2 Xây dựng ngưỡng đánh giá TAPI 61 2.3.3 Thang phân cấp đánh giá mức độ ô nhiễm TAPI 62 2.3.4 Đánh giá mức độ phù hợp thực tế TAPI đối sánh với AQI (TCMT VN) số liệu giả định 63 2.4 Ph-ơng pháp Hệ thống thông tin địa lý (GIS) 67 2.4.1 CÊu tróc cđa GIS 67 2.4.2 Mơ hình cấu trúc liệu GIS 68 2.4.3 Tạo bề mặt thống kê phân tích không gian GIS 69 2.4.4 Các phương pháp ứng dụng dẫn suất nội suy 70 Ch-ơng Kết nghiên cứu thảo luận 75 3.1 Kết nghiên cứu ứng dụng mô hình Caline4 để tính toán, dự báo ô nhiễm bụi TSP khí CO từ nguồn đ-ờng giao thông 75 3.1.1 Kiểm chứng mơ hình Caline4 76 3.1.2 Số liệu đếm xe tuyến đường ước tính gia tăng lưu lượng giao thông đến năm 2015 80 3.1.3 Tải lượng nhiễm trung bình xe tuyến đường giao thông 81 3.1.4 Thơng số khí tượng đầu vào để tính tốn cho năm 2015 83 3.1.5 Tính tốn tham số đầu vào cho mơ hình Caline 84 3.2 KÕt tính toán, dự báo tải l-ợng chất ô nhiễm phát thải từ nguồn đun nấu dân sinh đô thị 96 3.2.1 Ước tính lượng nhiên liệu sử dụng từ nguồn đun nấu khu vực thành thị tỉnh Hải Dương năm 2010 96 3.2.2 Kết tính tốn lượng phát thải chất ô nhiễm từ nguồn đun nấu khu vực thành thị tỉnh Hải Dương năm 2010 99 3.2.3 Ước tính tải lượng ô nhiễm phát thải từ nguồn đun nấu khu vực thành thị tỉnh Hải Dương vào năm 2015 2020 103 iv 3.3 Kết nghiên cứu đánh giá diễn biến phân vùng ô nhiễm môi tr-ờng không khÝ khu vực nghiên cứu theo chØ sè « nhiƠm kh«ng khÝ tỉng céng 109 3.3.1 Đánh giá trạng, diễn biến chất lượng mơi trường khơng khí tỉnh Hải Dương số TAPI 109 3.3.2 Kết phân vùng ô nhiễm môi trường khơng khí năm 2011 theo tiêu tổng hợp (TAPI) phương pháp nội suy IDWI 125 3.4 Đề xuất biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi tr-ờng không khí phục vụ chiến l-ợc BVMT phát triển bền vững tỉnh Hải D-ơng đến năm 2020 131 3.4.1 Các giải pháp luËn 131 3.4.2 Các giải pháp công nghệ ®èi víi khÝ th¶i 132 3.4.3 Những tồn cơng tác qu¶n lý, b¶o vệ môi tr-ờng .135 3.4.4 Tăng c-ờng lực quan quản lý môi tr-ờng tỉnh Hải D-ơng 136 3.4.5 Một số giải pháp góp phần tăng c-ờng khả hiệu lực quan quản lý môi tr-ờng tỉnh Hải D-ơng 137 KÕt luËn vµ khuyÕn nghÞ 140 danh mục Các công trình khoa học tác giả liên quan đến luận án 143 tài liệu tham khảo 144 phơ lơc ln ¸n v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Bản đồ hành tỉnh Hải Dương 18 Hình 1.2 Sơ đồ vị trí lấy mẫu mơi trường khơng khí xung quanh khu dân cư mạng lưới quan trắc môi trường tỉnh Hải Dương 30 Hình 1.3 Diễn biến nồng độ bụi TSP trung bình từ năm 2008 đến năm 2011 31 Hình 1.4 Sơ đồ vị trí lấy mẫu khơng khí tuyến đường giao thơng mạng lưới quan trắc mơi trường tỉnh Hải Dương 34 Hình 1.5 Diễn biến nồng độ bụi PM10 TB khu vực giao thơng năm 2011 35 Hình 1.6 Sơ đồ vị trí lấy mẫu mơi trường khơng khí khu/cụm công nghiệp tập trung mạng lưới quan trắc môi trường tỉnh Hải Dương 37 Hình 2.1 Mơ tả cách thức mơ đối tượng CALINE4 46 Hình 2.2 Cách thức xác định đoạn thẳng mơ 47 H×nh 2.3 Mô hình tổ chức GIS 67 H×nh 2.4 Mô tả số khái niệm vector nguồn: điểm, đ-ờng vùng 68 Hình 2.5 Ma trận không gian file GIS Raster bảng thuộc tính raster 69 Hình 2.6 Thí dụ bề mặt thống kê: đ-ờng đồng mức độ cao hình 3D 69 Hình 2.7 Thống kê hướng chủ yếu điểm liệu 72 Hình 2.8 Mối quan hệ ảnh hưởng khoảng cách 73 Hình 2.9 Mạng phân bố không gian variogram grid điểm mẫu đo 73 Hình 3.1 Vị trí điểm tiếp nhận, điểm quan trắc đường TL194 78 Hình 3.2 So sánh nồng độ CO quan trắc nồng độ CO mơ hình Caline 79 Hình 3.3 Bản đồ nhiễm CO tuyến đường giao thơng tỉnh Hải Dương, mùa Đông – 2011 86 Hình 3.4 Bản đồ ô nhiễm CO tuyến đường giao thông tỉnh Hải Dương, mùa Hè – 2011 87 Hình 3.5 Bản đồ nhiễm CO tuyến đường giao thơng tỉnh Hải Dương, mùa Đông – 2015 88 vi Hình 3.6 Bản đồ ô nhiễm CO tuyến đường giao thơng tỉnh Hải Dương, mùa Hè – 2015 89 Hình 3.7 Bản đồ ô nhiễm TSP tuyến đường giao thông tỉnh Hải Dương, mùa Đông – 2011 90 Hình 3.8 Bản đồ nhiễm TSP tuyến đường giao thơng tỉnh Hải Dương, mùa Hè – 2011 91 Hình 3.9 Bản đồ ô nhiễm TSP tuyến đường giao thông tỉnh Hải Dương, mùa Đông – 2015 92 Hình 3.10 Bản đồ nhiễm TSP tuyến đường giao thơng tỉnh Hải Dương, mùa Hè – 2015 93 Hình 3.11 Phân bố tổng lượng nhiên liệu gas than tổ ong sử dụng ngày khu vực thành thị huyện địa bàn tỉnh Hải Dương, năm 2010 99 Hình 3.12 Phân bố tổng lượng phát thải chất ô nhiễm từ nhiên liệu gas than tổ ong khu vực thành thị huyện địa bàn tỉnh Hải Dương năm 2010 103 Hình 3.13 Biểu đồ so sánh tổng lượng phát thải chất ô nhiễm sử dụng nhiên liệu gas than tổ ong đun nấu kịch năm 2015 106 Hình 3.14 Biểu đồ so sánh tổng lượng phát thải chất ô nhiễm sử dụng nhiên liệu gas than tổ ong đun nấu qua kịch năm 2020 109 Hình 3.15 Biểu đồ TAPI (I I*) khơng khí xung quanh (trung bình giờ) Khu cơng nghiệp TB năm tỉnh Hải Dương giai đoạn 2007-2011 113 Hình 3.16 Biểu đồ TAPI (I I*) khơng khí xung quanh (trung bình giờ) Cụm cơng nghiệp tỉnh Hải Dương giai đoạn 2007-2011 116 Hình 3.17 Biểu đồ TAPI (I I*) khơng khí xung quanh (trung bình giờ) Giao thông TB năm tỉnh Hải Dương giai đoạn 2007-2011 120 Hình 3.18 Biểu đồ TAPI (I I*) khơng khí xung quanh (trung bình giờ) Khu dân cư TB năm tỉnh Hải Dương giai đoạn 2007-2011 123 Hình 3.19 Sơ đồ quy trình thành lập đồ phân vùng chất lượng MTKK 125 Hình 3.20 Bảng Exel liệu chất lượng môi trường 126 Hình 3.21 Bảng liệu điểm với đầy đủ thuộc tính 126 vii Hình 3.22 Cơng cụ nội suy IDWI Arcgis 127 Hình 3.23 Minh họa kết nội suy theo ranh giới khu vực nghiên cứu .128 Hình 3.24 Bản đồ phân vùng chất lượng khơng khí theo tiêu TAPI-2011 .129 Hình 3.25 Sơ đồ tổ chức quan quản lý môi trường tỉnh Hải Dương 138 viii Bảng 4.8: Kết tính tốn TAPI khu vực Giao thơng năm 2011 TT Vị trí quan trắc Đường 18 - khu vực nhà máy Phả Lại, P Sao Đỏ Đường 18 - khu vực xã Hồng Tiến – Chí Linh Đường 37 - điểm thu phí cầu Bình Đường 37, ngã thị trấn Gia Lộc Đường 37 - cầu Bía, huyện Ninh Giang Ký Kgt Kgt Kgt Kgt Kgt Đường 399 - Tại cầu Tràng Thưa, huyện Gia Lộc Kgt Đường 391, vị trí giao đường vào CNN Kỳ Sơn, huyện Tứ Kỳ Kgt Giao đường 391 với đường 191E xã Bình Lãng, H.Tứ Kỳ Kgt Đường 392B giao với đường 396 xã Ngũ Hùng,H.Thanh Miện Kgt 92 10 11 12 13 Đường 392, xã Nhân Quyền, huyện Bình Giang Đường 394, cầu Cậy, huyện Bình Giang Đường 5A – thị trấn Lai Cách, Cẩm Giàng Đường 5A - trạm thu phí cầu Phú Lương Kgt Kgt Kgt Kgt Đường 5A - thị trấn 14 Phú Thái, huyện Kim Kgt Thành Đường 388 - xăng 15 thị trấn Minh Tân, huyện Kinh Môn 16 17 18 Đường 388, cầu An Thái, huyện Kim Thành Đường Nguyễn Lương Bằng - Tp Hải Dương Đại lộ Hồ Chí Minh - Tp Hải Dương Kgt Kgt Kgt Kgt 19 20 Đường Bạch Đằng - Tp Kgt Hải Dương Đường Lê Thanh Nghị - Kgt Tp Hải Dương QCVN 05:2009/BTNMT QCVN 06:2009/BTNMT 93 Bảng 4.9: Kết tính tốn TAPI Khu cơng nghiệp năm 2011 T T Vị trí quan trắc Khu công nghiệp Đại An Kcn3 (a) Khu công nghiệp Đại An Kcn3 (b) Khu công nghiệp Đại An Kcn3 (c) Khu công nghiệp Lai Cách Kcn4 (a) Khu công nghiệp Nam Sách Khu công nghiệp Nam Sách Khu công nghiệp Nam Sách Khu cơng nghiệp Việt Hịa – Kenmark Khu cơng nghiệp Việt Hịa 10 – Kenmark Khu cơng nghiệp Việt Hịa – Kenmark 11 Ký hiệu Khu cơng nghiệp Phú Thái Kcn5 (a) Kcn5 (b) Kcn5 (c) Kcn6 (a) Kcn6 (b) Kcn6 (c) Kcn8 (a) 12 13 Khu công nghiệp Phú Thái Kcn8 (b) Khu công nghiệp Phú Thái Kcn8 (c) QCVN 05:2009/BTNMT 94 Bảng 4.10: Kết tính tốn TAPI Cụm cơng nghiệp năm 2011 TT Vị trí quan trắc CCN Văn An (Chí Linh) CCN Văn An (Chí Linh) CCN Cộng Hịa (Chí Linh) CCN Tân Dân (Chí Linh) CCN Hiệp Sơn (Kinh Môn) CCN Phú Thứ (Kinh Môn) CCN Duy Tân (Kinh Môn) CCN Long Xuyên (Kinh Môn) CCN Kim Lương (Kim Thành) 10 CCN Quỳnh Phúc (Kim Thành) 11 CCN Cộng Hòa (Kim Thành) 12 CCN An Đồng (Nam Sách) 13 CCN Việt Hòa (TP Hải Dương) 14 CCN Ba Hàng (TP Hải Dương) 15 CCN Việt Hịa (TP Hải Dương) 95 TT Vị trí quan trắc 16 CCN phía Tây (TP Hải Dương) 17 CCN Cao An (Cẩm Giàng) 18 CCN Lương Điền (Cẩm Giàng) 19 CCN Tân Hồng (Bình Giang) 20 CCN Hưng Thịnh (Bình Giang) 21 CCN Tráng Liệt (Bình Giang) 22 CCN Thạch Khôi – Gia Xuyên (Gia Lộc) 23 CCN Hoàng Diệu (Gia Lộc) 24 CCN Kỳ Sơn (Tứ Kỳ) 25 CCN Ngọc Sơn (Tứ Kỳ) 26 CCN Nguyên Giáp (Tứ Kỳ) 27 CCN Nghĩa An (Ninh Giang) QCVN 05:2009/BTNMT 4.2 CÁC BẢN ĐỒ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG KHƠNG KHÍ THEO CHỈ TIÊU RIÊNG LẺ & BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG THEO CHỈ TIÊU TỔNG HỢP (TAPI) TẠI CÁC KHU VỰC NGHIÊN CÚU TỈNH HẢI DƢƠNG NĂM 2011 (Các đồ trình bày trang sau) 96 Tỉ lệ 1:100 000 Hình 4.7 : Bản đồ bụi PM10 trung bình giờ, năm 2011 tỉnh Hải Dƣơng 97 Tỉ lệ 1:100 000 Hình 4.8: Bản đồ bụi TSP trung bình giờ, năm 2011 tỉnh Hải Dƣơng 98 Tỉ lệ 1:100 000 Hình 4.9: Bản đồ khí CO trung bình giờ, năm 2011 tỉnh Hải Dƣơng 99 Tỉ lệ 1:100 000 Hình 4.10: Bản đồ khí NO2 trung bình giờ, năm 2011 tỉnh Hải Dƣơng 100 Tỉ lệ 1:100 000 Hình 4.11: Bản đồ khí SO2 trung bình giờ, năm 2011 tỉnh Hải Dƣơng 101 Tỉ lệ 1:100 000 Hình 4.12: Bản đồ số TAPI trung bình giờ, năm 2011 tỉnh Hải Dƣơng 102 ... KHẮC LONG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TỔ HỢP PHƢƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA VÀ HỆ THỐNG THƠNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG MƠI TRƢỜNG KHƠNG KHÍ CỦA CÁC KHU CÔNG NGHIỆP VÀ ĐÔ THỊ Ở TỈNH HẢI DƢƠNG... phương pháp mơ hình hóa hệ thống thơng tin địa lý (GIS) để đánh giá chất lượng mơi trường khơng khí khu công nghiệp đô thị tỉnh Hải Dương? ?? Mục tiêu nghiên cứu Lựa chọn mơ hình tốn học thích hợp để. .. nguồn mặt tỉnh Hải Dương Chất lượng mơi trường khơng khí tỉnh Hải Dương đánh giá sở thiết lập số ô nhiễm không khí tổng cộng (TAPI) ngưỡng đánh giá Từ kết đánh giá, sử dụng công cụ GIS để phân