Chất lượng môi trường, Môi trường không khí, Khoa học môi trường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN _ PHẠM THỊ VIỆT ANH NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ KHU VỰC HÀ NỘI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN _ PHẠM THỊ VIỆT ANH NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP CHẤT LƯỢNG MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ KHU VỰC HÀ NỘI Chun ngành: Mơi trường khơng khí Mã số: 62.85.02.10 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS HOÀNG XUÂN CƠ Hà Nội – 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nghiên cứu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả Phạm Thị Việt Anh LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc PGS.TS.NGƯT Hoàng Xuân Cơ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội - người tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm Quan trắc Mơ hình hóa mơi trường; Khoa Mơi trường - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi q trình học tập tổ chức nội dung nghiên cứu khoa học Luận án Tôi xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo Trung tâm Quan trắc Mô hình hóa mơi trường, Khoa Mơi trường, Khoa Khí Tượng - Thủy văn - Hải dương, Khoa Địa lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đóng góp ý kiến q báu giúp tơi hồn thiện luận án Tơi xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp, người thân gia đình quan tâm, động viên, giúp đỡ tơi suốt trình làm luận án Tác giả Phạm Thị Việt Anh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 15 1.1 Các vấn đề chung liên quan đến chất lượng khơng khí 15 1.1.1 Chất lượng khơng khí nhiễm khơng khí 15 1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng khơng khí 17 1.1.3 Ảnh hưởng yếu tố xanh mặt nước chất lượng khơng khí 20 1.1.4 Quản lý chất lượng khơng khí 23 1.2 Tổng quan phương pháp đánh giá chất lượng không khí 25 1.2.1 Phương pháp thực nghiệm .25 1.2.2 Phương pháp mô hình hóa .25 1.2.3 Phương pháp đánh giá sử dụng số chất lượng khơng khí 30 1.3 Tình hình nghiên cứu chất lượng khơng khí giới Việt Nam 32 1.3.1 Tình hình nghiên cứu giới 32 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước Hà Nội 41 1.4 Khái quát điều kiện tự nhiên trạng chất lượng khơng khí thành phố Hà Nội 49 1.4.1 Một số đặc điểm tự nhiên thành phố Hà Nội 49 1.4.2 Hệ sinh thái đô thị cảnh quan xanh 52 1.4.3 Hiện trạng chất lượng khơng khí thành phố Hà Nội .54 Tiểu kết luận chương .57 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ KHU VỰC HÀ NỘI .59 2.1 Phương pháp mơ hình hóa đánh giá chất lượng khơng khí 59 2.1.1 Cơ sở lý thuyết lan truyền chất ô nhiễm mơi trường khơng khí 59 2.1.2 Mơ hình lan truyền chất nhiễm ISC3 60 2.1.3 Mơ hình phát tán chất ô nhiễm từ nguồn điểm liên tục Sutton 63 2.2 Phương pháp tính tần suất vượt chuẩn 64 2.2.1 Nội dung phương pháp 64 2.2.2 Phương pháp tính TSVC để tính tốn mức độ nhiễm TSP nhiều nguồn thải điểm công nghiệp sở số liệu 66 2.3 Phương pháp tính tốn xây dựng đồ chuyên đề công cụ Hệ thống thông tin địa lý (GIS) 72 2.3.1 Sử dụng công cụ GIS xây dựng sở liệu đầu vào cho mơ hình lan truyền nhiễm TSP từ nguồn thải điểm công nghiệp 73 2.3.2 Sử dụng công cụ GIS xây dựng đồ phân bố mức độ ô nhiễm TSP từ nguồn thải điểm công nghiệp 74 2.3.3 Sử dụng GIS xây dựng đồ chuyên đề đánh giá tổng hợp chất lượng khơng khí 74 2.4 Phương pháp chập đồ môi trường 75 2.5 Phương pháp phân hạng CLKK theo tiêu chí lượng hóa tiêu chí 76 2.6 Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập số liệu phân tích tổng hợp tài liệu thứ cấp .76 Tiểu kết luận chương .77 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ KHU VỰC HÀ NỘI TÍNH VỚI TSP 79 3.1 Ứng dụng mơ hình ISC3 để đánh giá chất lượng mơi trường khơng khí khu vực Hà Nội (tính với TSP) 79 3.1.1 Các kịch tính tốn .79 3.1.2 Kết tính tốn nhận xét 82 3.1.3 Khả ứng dụng ISC3 đánh giá mức độ ô nhiễm khu vực đô thị 87 3.2 Nghiên cứu, đánh giá tổng hợp chất lượng khơng khí có tính đến yếu tố giảm nhẹ ô nhiễm TSP 88 3.2.1 Phương pháp luận 88 3.2.2 Xây dựng qui trình đánh giá tổng hợp chất lượng khơng khí có tính đến yếu tố giảm nhẹ ô nhiễm TSP .92 3.2.3 Ứng dụng qui trình đánh giá tổng hợp chất lượng khơng khí có tính đến yếu tố giảm thiểu ô nhiễm TSP cho khu vực thành phố Hà Nội 96 3.2.4 Khả ứng dụng phương pháp đánh giá tổng hợp CLKK có tính đến yếu tố giảm nhẹ ô nhiễm TSP xanh mặt nước 125 3.3 Đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng khơng khí Hà Nội .127 3.3.1 Xây dựng hệ thống hỗ trợ định để quản lý chất lượng khơng khí thị Hà Nội 127 3.3.2 Áp dụng “ Hệ thống kiểm soát phát thải cho thành phố phát triển Hà Nội” 127 3.3.3 Giải pháp liên quan đến xanh mặt nước 130 Tiểu kết luận chương 132 KẾT LUẬN 134 KIẾN NGHỊ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .136 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO 139 PHỤ LỤC LUẬN ÁN i DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT AIRPET Dự án nâng cao chất lượng khơng khí nước phát triển châu Á API Chỉ số ô nhiễm khơng khí AQI Chỉ số chất lượng khơng BNZ Benzene BVOCs Các chất hữu sinh học dễ bay CMAQ Mơ hình chất lượng khơng khí đa qui mô CLMT Chất lượng môi trường CLKK CLKK CSDL Cơ sở liệu DBCLKK Dự báo CLKK DANIDA Cơ quan Phát triển Quốc tế Đan Mạch EPA Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System) GPS Hệ thống định vị toàn cầu (Global Position System) HAIDEP Chương trình Phát triển tổng thể đô thị thủ đô Hà Nội (The Comprehensive Urban Development Programme in Hanoi Capital City) ISC Mơ hình khuếch tán chất ô nhiễm từ nguồn công nghiệp phức hợp (Industrial Source Complex Dispersion Models) JICA Cơ quan Hợp tác quốc tế Nhật Bản (The Japan International Cooperation Agency) NOAA Cơ quan Khí tượng Hải dương Hoa Kỳ (National Oceanic and Atmospheric Administration) Obs: Kỳ quan trắc (Observation) PM10 Bụi có đường kính ≤ 10 µm PM2,5 Bụi có đường kính ≤ 2,5 µm QCVN Qui chuẩn Việt Nam QCCP Qui chuẩn cho phép SMOKE Mơ hình kiểm kê phát thải TCCP Tiêu chuẩn cho phép TAPI Chỉ số nhiễm khơng khí tổng cộng TSVC Tần suất vượt chuẩn TSP Bụi lơ lửng tổng số (Total suspended particulate) VOCs Các chất hữu dễ bay WHO Tổ chức Y tế giới DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Khả giữ bụi trung bình số 22 Bảng 2.1 Các giá trị n, Cy, Cz theo Sutton……………………………………… 65 Bảng 2.2 Mức phân tầng kết nhiệt theo Pasquil .65 Bảng 3.1 Dự báo lượng thải chất nhiễm khơng khí năm 2020 theo phương pháp sử dụng dự án JICA theo kịch phát thải thấp 81 Bảng 3.2 Dự báo lượng thải chất nhiễm khơng khí năm 2020 theo phương pháp sử dụng dự án JICA theo kịch phát thải cao 81 Bảng 3.3 Chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm TSP nguồn thải công nghiệp .100 Bảng 3.4 Chỉ tiêu đánh giá mật độ đường giao thông 108 Bảng 3.5 Chỉ tiêu đánh giá tỷ lệ diện tích che phủ xanh 109 Bảng 3.6 Chỉ tiêu đánh giá tỷ lệ diện tích mặt nước 112 Bảng 3.7 Trọng số tương đối yếu tố ảnh hưởng đến 115 CLKK khu vực đô thị Hà Nội (tính cho TSP) 115 Bảng 3.8 Bảng phân hạng mức độ ô nhiễm TSP tác động tổng hợp nguồn thải công nghiệp giao thông 116 Bảng 3.9 Phân cấp đánh giá khả cải thiện CLKK xanh mặt nước khu vực Hà Nội .119 Bảng 3.10 Phân hạng đánh giá CLKK tổng hợp khu vực Hà Nội cũ - địa giới hành trước 1/8/2008 (tính với TSP) 121 (2013), “Modeled PM2.5 removal by trees in ten U.S cities and associated health effects”, Environmental Pollution, pp 395-402 84 Pham Ngoc Ho (2011), “Weighted and Standardized Total Environmental Quality Index (TEQI) Approach in Assessing Environmental Components (Air, Soil and Water)”, Proceedings of International Conference on Environmental Planning, Land use change and Monitoring, DAAD, Hanoi, pp 58-67 85 Pham Ngoc Ho, Tran Hong Con, Dong Kim Loan, Duong Ngoc Bach, Pham Thi Viet Anh, Luong Thi Mai Ly, Pham Thi Thu Ha and Nguyen Khac Long (2012), “Determination of the Emission Factors from Burning Common Domestic Cooking Fuels in Vietnam and its Application for Calculation of their Pollution Load”, Environment Asia Vol.6 (1), pp 43-48 86 Schnoor Jerald L (1990), Environmental modeling, Fate and Transport of pollutants in Water, Air and Soil, A willey-interscience publication, John Wiley and Sons, INC 87 Sutton O.G., (1932),“A theory of eddy diffusion in the atmosphere”, Proceedings of the Royal Society of London, (A135), pp 143-165 88 Sutton O.G (1947), “The theoretical distribution of airborne pollution from factory chimneys”, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 73, pp 426436 89 Technical Assistance Document for the Reporting of Daily Air Quality (2009), the Air Quality Index (AQI), EPA-454/B-09-001 90 Tetske H., Hans J A., Frank A.A (1989), “Air pollution Modeling and its Application”, Plenum Press, pp 99-109 91 Tolga Elbir , Nizamettin Mangir , Melik Kara , Sedef Simsir , Tuba Eren , Seda Ozdemir (2010), “Development of a GIS-based decision support system for urban air quality management in the city of Istanbul”, Atmospheric Environment 44, pp 441-454 148 92 Turner D.B (1967), Workbook of Atmospheric Dispersion Estimates, U.S Public Health Service, National Air Pollution Control Administration 93 Turner D.B (1994), Workbook of Atmospheric Dispersion Estimates: An Introduction to Dispersion Modeling , CRC Press 94 US Environmental Protection Agency (1995), The User's Guide for the ISC3 Models- Volume I - User instructions, Pacific Environmental Services, Inc 95 Venkatram A (1996), “An examination of the Pasquill-Gifford-Turner dispersion scheme”, Atmospheric Environment 30, pp 1283-1290 96 Wang Xiwen (2010), “The research of Urban air pollution forecast base on GIS technology”, ICACTE Vol.4, pp 200-202 97 Wen-xing Wang., Fa-he Chai., Kai Zhang., Shu-lan Wang., Yi-zhen Chen., Xuezhong Wang., Ya-qin Yang (2008), “Study on ambient air quality in Beijing for the summer 2008 Olympic Games”, Air Quality Atmosphere & Health Vol.1 (1), pp 31-36 98 Zuzana Hrdlicˇkova´, Jaroslav Micha´ lek, Miroslav Kola´ rˇ, Vı´teˇzslav Vesely´ (2010), “Identification of factors affecting air pollution by dust aerosol PM10 in Brno City, Czech Republic”, Atmospheric Environment 44, pp 441-454 149 PHỤ LỤC LUẬN ÁN PHỤ LỤC 1: GIAO DIỆN MỘT SỐ KẾT QUẢ CHẠY MƠ HÌNH  MƠ HÌNH ISC  MƠ HÌNH SUTTON THEO CÁCH TÍNH TSVC PHỤ LỤC 2: CÁC BẢN ĐỒ CHUYÊN ĐỀ PHỤ LỤC 3: GIAO DIỆN BIỂU DIỄN BẢN ĐỒ TRONG MAPINFO 10.5 PHỤ LỤC 4: GIAO DIỆN THỂ HIỆN DỮ LIỆU THUỘC TÍNH CỦA CÁC BẢN ĐỒ CHUYÊN ĐỀ VÀ TỔNG HỢP TRONG MAPINFO 10.5 PHỤ LỤC 1: GIAO DIỆN MỘT SỐ KẾT QUẢ CHẠY MƠ HÌNH Hình 1.1 Giao diện kết chạy mơ hình ISC3 i Hình 1.2 Giao diện Kết tính tần suất ngày có nồng độ TSP vượt QCCP (TSVC) theo mơ hình Sutton cho nguồn điểm công nghiệp năm (thể dạng bảng) Hình 1.3 Giao diện Kết tính tần suất ngày có nồng độ TSP vượt QCCP (TSVC) theo mơ hình Sutton cho nguồn điểm cơng nghiệp năm (thể dạng sơ đồ) ii PHỤ LỤC 2: CÁC BẢN ĐỒ CHUYÊN ĐỀ Hình 2.1 Bản đồ thể mức độ ô nhiễm TSP nguồn thải cơng nghiệp tính phần trăm số ngày có nồng độ vượt QCCP (cả năm) (Thang đánh giá mức chi tiết đến > 2%) iii Hình 2.2 Bản đồ thể mức độ ô nhiễm TSP nguồn thải cơng nghiệp tính phần trăm số ngày có nồng độ vượt QCCP (mùa nóng) - (Thang đánh giá mức chi tiết đến > 2%) iv Hình 2.3 Bản đồ thể mức độ nhiễm TSP nguồn thải cơng nghiệp tính phần trăm số ngày có nồng độ vượt QCCP (mùa lạnh) (Thang đánh giá mức chi tiết đến > 2%) v Hình 2.4 Bản đồ tỉ lệ che phủ diện tích xanh khu vực nội thành Hà Nội (qui mơ tính cho 0,0625 km2 = 6,25 ha) – Thang đánh giá có độ chi tiết đến < 2% vi Hình 2.5 Bản đồ phân bố tỉ lệ diện tích mặt nước khu vực nghiên cứu (qui mơ tính cho 0,0625 km2 = 6,25 ha) - Thang đánh giá có độ chi tiết đến > 1% vii PHỤ LỤC 3: GIAO DIỆN BIỂU DIỄN CÁC BẢN ĐỒ TRONG MAPINFO Hình 3.1 Giao diện biểu diễn đồ tổng hợp CLKK tổng hợp tạo mapinfo 8.5 (Bản đồ Hình 3.16 – Chương 3) Hình 3.2 Giao diện chia lưới khu vực nghiên cứu viii PHỤ LỤC 4: GIAO DIỆN THỂ HIỆN DỮ LIỆU THUỘC TÍNH CỦA CÁC BẢN ĐỒ CHUYÊN ĐỀ VÀ TỔNG HỢP TRONG MAPINFO 10.5 Hình 4.1.Dữ liệu thuộc tính đồ mức độ nhiễm TSP đánh giá thơng qua TSVC, tính cho năm (Hình 3.7 - chương 3) Hình 4.2.Dữ liệu thuộc tính đồ mức độ ô nhiễm TSP đánh giá thông qua TSVC vào mùa nóng (Hình 3.8 - chương 3) ix Hình 4.3.Dữ liệu thuộc tính đồ mức độ nhiễm TSP đánh giá thông qua TSVC vào mùa lạnh (Hình 3.9 - chương 3) Hình 4.4 Dữ liệu thuộc tính đồ mật độ giao thơng (Hình 3.11- chương 3) x Hình 4.5 Dữ liệu thuộc tính lớp mật độ che phủ xanh (Hình 3.12 – chương 3) Hình 4.6 Dữ liệu thuộc tính lớp tỉ lệ diện tích mặt nước (Hình 3.13- chương 3) xi Hình 4.7 Dữ liệu thuộc tính nguồn thải khu vực Hà Nội (Hình 3.6 - chương 3) Hình 4.8 Dữ liệu thuộc tính đồ nhiễm tổng hợp TSP (Hình 3.14 -chương 3); khả cải thiện CLKK xanh, mặt nước (Hình 3.15 - chương 3) CLKK tổng hợp (Hình 3.16 - chương 3) xii ... Mơ hình hóa mơi trường; Khoa Môi trường - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ trình học tập tổ chức nội dung nghiên cứu khoa học Luận án Tôi... giáo Trung tâm Quan trắc Mơ hình hóa mơi trường, Khoa Mơi trường, Khoa Khí Tượng - Thủy văn - Hải dương, Khoa Địa lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đóng góp ý kiến q...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN _ PHẠM THỊ VIỆT ANH NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ KHU VỰC HÀ NỘI Chun ngành: Mơi trường