Ứng dụng công cụ mô hình chất lượng không khí nghiên cứu khả năng ảnh hưởng của Ozone quang hóa từ ô nhiễm không khí đến năng suất lúa khu vực Nam Bộ Việt Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LƢƠNG NGỌC TRUNG HẬU ỨNG DỤNG CƠNG CỤ MƠ HÌNH CHẤT LƢỢNG KHƠNG KHÍ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ẢNH HƢỞNG CỦA OZON QUANG HĨA TỪ Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ ĐẾN NĂNG SUẤT LÚA KHU VỰC NAM BỘ VIỆT NAM Chuyên ngành: Quản lý mơi trƣờng Mã số: 01260567 KHĨA LUẬN THẠC SĨ Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LƢƠNG NGỌC TRUNG HẬU ỨNG DỤNG CÔNG CỤ MÔ HÌNH CHẤT LƢỢNG KHƠNG KHÍ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ẢNH HƢỞNG CỦA OZON QUANG HĨA TỪ Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ ĐẾN NĂNG SUẤT LÚA KHU VỰC NAM BỘ VIỆT NAM Chun ngành: Quản lý mơi trƣờng Mã số: 01260567 KHĨA LUẬN THẠC SĨ Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2014 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN THẠC SĨ Họ tên học viên: LƢƠNG NGỌC TRUNG HẬU MSHV: 10260567 Ngày tháng năm sinh: 30 – 05 – 1985 Nơi sinh: TP.Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Quản Lý Môi Trƣờng Mã số: 608510 I TÊN ĐỀ TÀI : Ứng dụng cơng cụ mơ hình chất lƣợng khơng khí nghiên cứu khả ảnh hƣởng Ozone quang hóa từ nhiễm khơng khí đến suất lúa khu vực Nam Bộ Việt Nam II NHIỆM VỤ Đề tài đƣợc chia thành năm nội dung nghiên cứu chính: Nội dung 1: Tổng quan ảnh hƣởng ozone quang hóa nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng ozone quang hóa đến sản lƣợng nơng nghiệp giới Nội dung 2: Thu thập số liệu sản lƣợng lúa diện tích lúa, tính tốn suất lúa khuvực Nội dung 3: Xây dựng liệu đầu vào cho hệ thống mơ hình dự báo nồng độ ozone quang hóa áp dụng đề tài Nội dung 4: Chạy mơ hình dự báo nồng độ ozone quang hóa cho khu vực Nam Bộ Việt Nam Nội dung 5: Ƣớc tính mức độ ảnh hƣởng ozone quang hóa đến sản lƣợng lúa khu vực Nam Bộ III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Tháng năm 2013 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Ngày 21 tháng 02 năm 2014 V CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS LÊ HOÀNG NGHIÊM Tp HCM, ngày tháng 02 năm 2014 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƢỞNG KHOA MÔI TRƢỜNG -iLỜI CẢM ƠN Để hồn thành chƣơng trình học tập Khóa luận Cao học Quản lý Môi trƣờng Tôi xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu, Khoa Môi trƣờng; Thầy cô, giảng viên thỉnh giảng Trƣờng Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh trang bị kiến thức, tạo điều kiện học tập, thực Khóa luận; Thầy TS Lê Hoàng Nghiêm ThS Nguyễn Thanh Ngân tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn, bổ sung kiến thức, đóng góp ý kiến q trình thực Khóa luận; Ban Giám đốc Công ty, Quản lý trực tiếp nơi làm việc tạo điều kiện thuận lợi, đóng góp ý kiến; Bạn bè, đồng nghiệp gia đình quan tâm, chia sẻ, động viên, tạo điều kiện giúp tơi hồn thành tốt cơng việc học tập Trân trọng TP.HCM, ngày _ tháng _ năm 2014 Học viên Lƣơng Ngọc Trung Hậu - ii TÓM TẮT Ngày với phát triển mạnh mẽ kinh tế, từ tạo lƣợng lớn chất thải hoạt động sinh hoạt sản xuất Phần lớn lƣợng chất ô nhiễm gia tăng vào khơng khí, gây ảnh hƣởng nhiều tới đời sống ngƣời, cụ thể nơng nghiệp Vì vậy, khóa luận tác giả chọn nghiên cứu: “Ứng dụng công cụ mơ hình chất lƣợng khơng khí nghiên cứu khả ảnh hƣởng ozon quang hóa từ nhiễm khơng khí đến suất lúa khu vực Nam Bộ Việt Nam” Tác giả sử dụng hệ thống mơ hình khí tƣợng – chất lƣợng khơng khí MM5 (Mesoscale Meteorological Model) CMAQ (Community Multiscale Air Quality) với phƣơng pháp thu thập số liệu, thống kê, tính tốn để thực nghiên cứu Qua nghiên cứu, tác giả đƣợc khu vực Đơng Nam Bộ có nồng độ ozone quang hóa cao nên suất lúa thấp đáng kể so khu vực Tây Nam Bộ Điển hình thành phố Hồ Chí Minh có mức ô nhiễm ozone cao khoảng 29,26% có suất lúa thấp khoảng 34,29% so với Cần Thơ Tuy nhiên, khu vực Miền Tây Nam Bộ vùng trọng điểm sản xuất lúa nên tổn thất sản lƣợng lúa 652 417 cao hẳn so với Miền Đông Nam Bộ 25 552 Từ số liệu thống kê nghiên cứu đề tài, tác giả phân tích đƣa số khuyến nghị nhƣ: thiết lập biện pháp chế tài phù hợp, chuyển đổi cấu trồng, quy hoạch tổng thể, tiến hành nghiên cứu giống lúa có khả đạt suất cao điều kiện ozone quang hóa cao Đề tài hƣớng mở rộng cho đề tài khác để tính tóa cụ thể mức độ ảnh hƣởng ozone quang hóa đến loại trồng khác - iii - ABSTRACT Nowadays, to provide for continuous increasing human needs, our economies are growing faster and faster As a result, a huge pollution comes from producing and living activities to the environment and cause lots of effects on it, especially the raising of pollution to the atmosphere And then, the effects on the environment turn to the agriculture, which make human lives insecure That is the reason the author does the research: “Applying modeling air quality tool to study on the impacted possibility of photochemical ozone from air pollution to rice yield of Southern Vietnam” The research use MM5 (Mesoscale Meteorological Model), CMAQ (Community Multiscale Air Quality) and another methods of data collections, statistics, calculations The result of this research shows that the Southeast area has high photochemical ozone doses so its rice yield is much less than the Southwest area For example, Ho Chi Minh City has 29.26% higher photochemical ozone doses and 34.29% lower rice yield than Can Tho However, the Southest area grows the most rice of Vietnam, its rice yield losses 652 417 tons This lose is much higher than the Southwest area, which is mostly an industrial area and only losses 25 552 tons After doing the research, some solutions are recommended, such as using necessary sanctions, restructuring which crops should be planted in which areas, building master plan, and doing studies new crop species which provide high yields under high-photochemical-ozone-dose environment This research is opening a way for others researches about effects of photochemical ozone on another crops - iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii ABSTRACT iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ix DANH MỤC CÁC HÌNH xi DANH MỤC CÁC BẢNG xiii CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 TÍNH CẤP THIẾT 1.2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU .3 1.2.1 Tình hình nghiên cứu Thế giới 1.2.2 Một số nghiên cứu ứng dụng mô hình CMAQ giới 1.2.3 Một số nghiên cứu ảnh hƣởng biến đổi khí hậu đến chất lƣợng khơng khí giới 1.2.4 Một số nghiên cứu ảnh hƣởng chất lƣợng khơng khí đến suất trồng .5 1.2.5 Tình hình nghiên cứu Việt Nam .8 1.3 MỤC TIÊU – ĐỐI TƢỢNG – NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .8 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 1.3.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .10 1.4.1 Phƣơng pháp thu thập số liệu 11 -v1.4.2 Phƣơng pháp mơ hình hóa .12 1.4.3 Phƣơng pháp tổng hợp, phân tích đánh giá 13 1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI .14 15.1 Ý nghĩa khoa học: .14 1.5.2 Tính thực tiễn đề tài 14 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15 2.1 KHÓI QUANG HÓA 15 2.2 SỰ HÌNH THÀNH CÁC CHẤT Ô NHIỄM THỨ CẤP 16 2.2.1 Nito oxit quang hóa tầng đối lƣu 17 2.2.2 Quang hóa học khơng khí nhiễm 19 2.2.3 Peroxyacyl Nitrat (PANs) 22 2.3 TIỀN CHẤT CỦA OZONE VÀ CÁC CHẤT OXY HÓA KHÁC 22 2.3.1 Oxit Nito 22 2.3.1.1 Các nguồn phát thải từ hoạt động ngƣời .22 2.3.1.2 Các nguồn phát thải tự nhiên 23 2.3.2 Các hợp chất hữu dễ bay (VOCs) 23 2.3.2.1 Các nguồn phát thải từ hoạt động ngƣời 23 2.3.2.2 Các nguồn phát thải sinh học 24 2.4 ẢNH HƢỞNG CỦA OZONE ĐẾN SỨC KHỎE 24 2.4.1 Các ảnh hƣởng tiếp xúc với ozone thời gian ngắn (ít tiếng) 25 2.4.2 Các ảnh hƣởng tiếp xúc với ozone thời gian dài 27 2.5 ẢNH HƢỞNG ĐẾN CÂY TRỒNG 28 2.5.1 Những ảnh hƣởng ozone đến lƣơng thực 28 - 103 - Hình 4: Đồ thị nồng độ ozone trung bình tồn vùng từ ngày 10/2/2012 đến 20/2/2012 (Trƣờng hợp 1) Hình 5: Bản đồ phân bố nồng độ ozone Hình 6: Bản đồ phân bố nồng độ ozone trung bình vào lúc trung bình vào lúc 13/02/2012 UTC+0 (Trƣờng hợp 1) giờ14/02/2012UTC+0 (Trƣờng hợp 1) - 104 - Hình 7: Đồ thị nồng độ ozone trung bình tồn vùng từ ngày 10/3/2012 đến 20/3/2012 (Trƣờng hợp 1) Hình 8: Bản đồ phân bố nồng độ ozone Hình 9: Bản đồ phân bố nồng độ ozone trung bình vào lúc 14/03/2012 trung bình vào lúc 15/03/2012 UTC+0 (Trƣờng hợp 1) UTC+0 (Trƣờng hợp 1) - 105 - Hình 10: Đồ thị nồng độ ozone trung bình tồn vùng từ ngày 10/4/2012 đến 20/4/2012 (Trƣờng hợp 1) Hình 11: Bản đồ phân bố nồng độ ozone Hình 12: Bản đồ phân bố nồng độ trung bình vào lúc 16/04/2012 ozone trung bình vào lúc UTC+0 (Trƣờng hợp 1) 18/04/2012 UTC+0 (Trƣờng hợp 1) - 106 Trƣờng hợp 2: Hình 13: Đồ thị nồng độ ozone trung bình tồn vùng từ ngày 10/1/2012 đến 20/1/2012 (Trƣờng hợp 2) Hình 14: Bản đồ phân bố nồng độ ozone Hình 15: Bản đồ phân bố nồng độ ozone trung bình vào lúc 16/01/2012 trung bình vào lúc 19/01/2012 UTC+0 (Trƣờng hợp 2) UTC+0 (Trƣờng hợp 2) - 107 - Hình 16: Đồ thị nồng độ ozone trung bình tồn vùng từ ngày 10/2/2012 đến 20/2/2012 (Trƣờng hợp 2) Hình 17: Bản đồ phân bố nồng độ ozone Hình 18: Bản đồ phân bố nồng độ ozone trung bình vào lúc 13/02/2012 trung bình vào lúc 14/02/2012 UTC+0 (Trƣờng hợp 2) UTC+0 (Trƣờng hợp 2) - 108 - Hình 19: Đồ thị nồng độ ozone trung bình tồn vùng từ ngày 10/3/2012 đến 20/3/2012 (Trƣờng hợp 2) Hình 20: Bản đồ phân bố nồng độ ozone Hình 21: Bản đồ phân bố nồng độ ozone trung bình vào lúc 14/03/2012 trung bình vào lúc 15/03/2012 UTC+0 (Trƣờng hợp 2) UTC+0 (Trƣờng hợp 2) - 109 - Hình 22: Đồ thị nồng độ ozone trung bình tồn vùng từ ngày 10/4/2012 đến 20/4/2012 (Trƣờng hợp 2) Hình 23: Bản đồ phân bố nồng độ ozone Hình 24: Bản đồ phân bố nồng độ ozone trung bình vào lúc 16/04/2012 trung bình vào lúc 18/04/2012 UTC+0 (Trƣờng hợp 2) UTC+0 (Trƣờng hợp 2) - 110 Trƣờng hợp 3: Hình 25: Đồ thị nồng độ ozone trung bình tồn vùng từ ngày 10/1/2012 đến 20/1/2012 (Trƣờng hợp 3) Hình 26: Bản đồ phân bố nồng độ ozone Hình 27: Bản đồ phân bố nồng độ ozone trung bình vào lúc 16/01/2012 trung bình vào lúc 19/01/2012 UTC+0 (Trƣờng hợp 3) UTC+0 (Trƣờng hợp 3) - 111 - Hình 28: Đồ thị nồng độ ozone trung bình tồn vùng từ ngày 10/2/2012 đến 20/2/2012 (Trƣờng hợp 3) Hình 29: Bản đồ phân bố nồng độ ozone Hình 30: Bản đồ phân bố nồng độ ozone trung bình vào lúc 13/02/2012 trung bình vào lúc 14/02/2012 UTC+0 (Trƣờng hợp 3) UTC+0 (Trƣờng hợp 3) - 112 - Hình 31: Đồ thị nồng độ ozone trung bình tồn vùng từ ngày 10/3/2012 đến 20/3/2012 (Trƣờng hợp 3) Hình 32: Bản đồ phân bố nồng độ ozone Hình 33: Bản đồ phân bố nồng độ ozone trung bình vào lúc 14/03/2012 trung bình vào lúc 15/03/2012 UTC+0 (Trƣờng hợp 3) UTC+0 (Trƣờng hợp 3) - 113 - Hình 34: Đồ thị nồng độ ozone trung bình tồn vùng từ ngày 10/4/2012 đến 20/4/2012 (Trƣờng hợp 3) Hình 35: Bản đồ phân bố nồng độ ozone Hình 36: Bản đồ phân bố nồng độ ozone trung bình vào lúc 16/04/2012 trung bình vào lúc 18/04/2012 UTC+0 (Trƣờng hợp 3) UTC+0 (Trƣờng hợp 3) - 114 PHỤ LỤC CÁC HỆ SỐ CỦA CƠ CHẾ CBM-IV ĐƢỢC DÙNG TRONG MƠ HÌNH CLKK CMAQ CGRER compound MW OL E PA R Ethane 30,07 0,4 Propane 44,1 1,5 Butane 58,12 4,0 Pentane 72,15 5,0 Other Alkanes 86 6,0 Ethene 28,05 Propene 42,08 1,0 1,0 Terminal alkenes 56,2 1,0 2,0 Internal Alkenes 56,2 10 Acetylene 26,04 1,5 11 Benzene 78,11 1,0 12 Toluene 92,14 13 Xylene 106 14 Other Aromatics 117 15 Formaldehyde 30,03 16 Other Aldehydes 88 17 Ketone 126 18 Halocarbons 150 19 Other NMVOCs 72 20 SO2 64 21 NOx 46 22 CO2 44 23 CO 28 TO L XY L Molar Splits (moles CBM species/mole compound) TE FOR AL ET ISO NO NH RP NR NO M D2 H P B 1,6 PE C PM C PM FIN E PN O3 PO A PS O4 SO SU LF 1,0 0,02 1,5 1,0 2,0 1,5 1,0 1,0 0,5 0,5 1,0 2,5 4,0 1,3 0,9 0,1 CO - 115 - CGRER compound MW 24 CH4 16 25 BC 12 26 OC 12 27 NH3 17 28 PM2.5 -1,0 29 PM10 1,0 30 ISOP (GEIA) 31 TERP (GEIA) 32 OTHER BVOC (GEIA) carbons 10 carbons 10 carbons OL E PA R TO L XY L Molar Splits (moles CBM species/mole compound) TE FOR AL ET ISO NO NH RP NR NO M D2 H P B 1,0 PE C PM C PM FIN E PN O3 PO A PS O4 SO SU LF CO 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,5 6,0 0,5 8,5 1,5 1,0 0,5 (Nguồn: Fu đồng sự, 2004) *X *X - 116 PHỤ LỤC 10 CÁC MƠ HÌNH CHẤT LƢỢNG KHƠNG KHÍ QUANG HĨA ĐANG ĐƢỢC SỬ DỤNG VÀ CÁC THUỘC TÍNH CỦA CHÚNG Cơ chế hóa học Mơ hình Tên mơ hình Loại mơ hình UAM-IV Urban Airshed Model, version IV Mơ hình Euler, nhiều lớp CBM_IV CIT California / Carnegie Institute of Technology Model Mơ hình Euler, nhiều lớp SAPRC90/93 CALGRID California Air Resources Board Grid Model Mơ hình Euler, nhiều lớp CBM-IV, SAPRC90/93 SAQM SARMAP Air Quality Model CBM_IV MAQSIP Multiscale Air Quality Mơ hình Euler, nhiều lớp, nhiều vùng đồng thời Mơ hình CBM_IV Mục đích ứng dụng (Địa điểm/ Phạm vi Kích thƣớc lƣới nghiên cứu ứng dụng) Kích thƣớc lƣới thay đổi theo thức tế Bắc Mỹ, Châu Âu (giá trị điển hình 5km) Đây mơ hình đƣợc đề xuất sử dụng USEPA Kích thƣớc lƣới thay đổi theo thức tế Mỹ, Bắc Mỹ, Châu Âu, (giá trị điển hình 5km) để mơ hình Úc số nƣớc hóa sa lắng khô động học aerosol Châu Á Để nghiên cứu Ozone, bụi (PM), trình sa lắng phục vụ hoạch định sách Kích thƣớc lƣới thay đổi theo thức tế Mỹ (giá trị điển hình khoảng 4-5km) để mơ Để nghiên cứu ozone, hình hóa sa lắng khơ quy trình động bụi (PM), q trình sa học đám mây lắng phục vụ hoạch định sách Từ đến 80km Mỹ Để nghiên cứu ozone phục vụ hoạch định sách Từ đến 80km Mỹ - 117 - Mơ hình Tên mơ hình Loại mơ hình Simulation Program Euler, nhiều lớp, nhiều vùng đồng thời Mơ hình Euler, nhiều lớp, nhiều vùng đồng thời Mơ hình Euler, nhiều lớp, nhiều vùng đồng thời Mơ hình Euler, nhiều lớp, nhiều vùng đồng thời Mơ hình Euler, nhiều lớp, nhiều vùng đồng thời EURAD European Air Dispersion Model UAM-V Urban Airshed Model Variable CHIMERE Schmidt et al., 2001 MODELS –3 /CMAQ Community Multiscale Air Quality Model (Byun and Ching, 1999) Mục đích ứng dụng (Địa điểm/ Phạm vi nghiên cứu ứng dụng) Để nghiên cứu ozone, bụi (PM)và phục vụ hoạch định sách Cơ chế hóa học Kích thƣớc lƣới RADM2 Tƣơng tự nhƣ RADM/SAQM Châu Âu để nghiên cứu mƣa acid, ozone CBM_IV Từ đến 50km Mỹ Để nghiên cứu ozone phục vụ hoạch định sách MELCHIOR Từ đến 50km Châu Âu Để nghiên cứu ozone phục vụ hoạch định sách CBM_IV, RADM2, SAPRC Kích thƣớc lƣới thay đổi theo thức tế (giá trị điển hình 4-36km) để mơ hình hóa ozone, bụi, sa lắng khô động học aerosol Mỹ, Anh, Trung Quốc, Hàn Quốc Để nghiên cứu ozone, bụi (PM), trình sa lắng phục vụ hoạch định sách (Nguồn: Jimenez cộng sự, 2003) ... chọn nghiên cứu: ? ?Ứng dụng cơng cụ mơ hình chất lƣợng khơng khí nghiên cứu khả ảnh hƣởng ozon quang hóa từ nhiễm khơng khí đến suất lúa khu vực Nam Bộ Việt Nam? ?? Tác giả sử dụng hệ thống mơ hình khí. .. nghiên cứu khả ảnh hƣởng ozone quang hóa từ nhiễm khơng khí đến sản lƣợng lúa khu vực vựa lúa lớn nƣớc Nam Bộ Việt Nam Khu vực miền Đông Nam Bộ Tây Nam Bộ khu vực trọng điểm kinh tế nƣớc Khu vực. .. phát từ vấn đề trên, đề tài ? ?Ứng dụng công cụ mơ hình chất lƣợng khơng khí nghiên cứu khả ảnh hƣởng Ozon quang hóa từ nhiễm khơng khí đến suất lúa khu vực Nam Bộ Việt Nam? ?? đƣợc đề xuất nghiên cứu