Mô hình hóa trong quản lý môi trường

2.4.1. Khái quát về công cụ mô hình hóa môi trường

Tầm quan trọng của việc sử dụng mô hình trong công tác quản lý môi trường đang được khẳng định. Sự phát triển dấn số và nhu cầu tiêu thụ tài nguyên đang gia tăng là những động lực dẫn đến sự tác động mạnh mẽ của con người vào môi trường. Năng lượng các chất ô nhiễm được phát thải, xả thải vào môi trường sinh thái làm thay đổi cấu trúc sinh thái. Một hệ sinh thái bất kỳ đều rất phức tạp. Chính vì vậy việc tiên đoán các tác động lên môi trường là một nhiệm vụ khá nặng nề. Chính vì lý do này đã khiến mô hình hóa trở thành một công cụ hữu ích bởi vì mô hình hóa là bức tranh phản ánh thực tế.

Mô hình hóa là quá trình áp dụng những kiến thức cơ bản và kinh nghiệm để mô phỏng hay diễn tả một quá trình xẩy ra trong hệ thống tự nhiên nhằm đạt được một mục đích nào đó. Mô hình có thể trở thành một công cụ có hiệu quả và rất kinh tế khi nó thay thế được một hệ thống tự nhiên, thường là rất phức tạp. Đã từ lâu, việc sử dụng mô hình hóa đã trở thành một thành phần không thể thiếu trong công tác tổ chức, phân tích và sử dụng số liệu đo đạc, quan trắc các hiện tượng tự nhiên để có thể hiểu được bản chất và tác động của chúng.

Ngày nay khi mô hình trở thành một công cụ ngày càng được sử dụng để cung cấp luận cứ khoa học hướng vào giải quyết các vấn đề về môi trường và biến đổi khí hậu thì mối quan tâm của các nhà hoạch định chính sách, ra quyết định và công chúng nói chung cũng không ngừng tăng lên. Theo đó, mô hình hóa đang trở thành công cụ hỗ trợ đắc lực cho công tác bảo vệ môi trường và được ứng dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia trên thế giới (Mai Văn Trịnh và Mai Thị Lan Anh, 2011).

2.4.2. Ứng dụng mô hình hóa trong quản lý môi trường

Mô hình hóa ngày càng được ứng dụng nhiều ở trên thế giới và Việt Nam bởi các tính năng ưu việt của nó như có thể thí nghiệm trong một khoảng thời gian rất ngắn, giảm yêu cầu phân tích, mô hình dễ trình bày và biểu diễn. Xu thế phát triển mô hình hóa môi trường ngày càng được nhân rộng, đặc biệt là theo quy mô không gian như các diễn biến trong chu trình thủy văn là một trong các yếu tố quan trọng của các quan hệ môi trường – sinh thái. Sự biến đổi khí hậu diễn ra liên tục từ mức toàn cầu đến mức vi khí hậu trong một khoản thời gian nhỏ đều có những quan hệ tương tác. Ảnh hưởng này được một số nhà thủy văn môi trường mô phỏng từ nhiều cấp quy mô không gian.

Ngày nay có đã có rất nhiều mô hình ra đời và phát triển phục vụ cho công tác quản lý môi trường như:

- Mô hình biến đổi khí hậu, trong đó bộ mô hình khí hậu toàn cầu (Gilbal Cimate Models) là mô hình máy tính chuyên dự báo khí hậu toàn cầu, tìm hiểu khí hậu và phản ánh sự thay đổi khí hậu.

- Mô hình quản lý lưu vực (Watershed Management Model – WMM). Mô hình phát triển chủ yếu để tính toán khả năng dung nạp các chất ô nhiễm theo năm hoặc mùa theo dòng chảy tràn xuống lưu vực.

- Bộ mô hình thủy lực – thủy văn MIKE: Mô hình MIKE thực hiện tốt việc mô phỏng các bài toán liên quan đến thủy văn môi trường như nghiên cứu xâm nhập mặn; nghiên cứu diễn biến chất lượng nước trên hệ thống sông kênh; Nghiên cứu xới lở và bồi lắng dòng sông; nghiên cứu quan hệ mưa - dòng chảy một lưu vực.

- Mô hình ô nhiễm nước: mô hình QUAL2K ( hay Q2K ) là mô hình chất lượng nước sông được phát triển từ mô hình Q2E.

- Mô hình xói mòn do nước: Có rất nhiều các mô hình các mô hình xói mòn đất được xây dựng theo các phạm vi và tỷ lệ khác nhau như mô hình GUEST, WEPP, AGNPS…

- Mô hình lan truyền thấm sâu chất hóa học LEACHM: mô phỏng trạng thái của nước và mô phỏng quá trình vận chuyển của chất lỏng trong đất không bão hòa hoặc bão hòa 1 phần tới độ sâu 2m.

- Mô hình ô nhiễm không khí: Mô hình Gauss tính toán lan truyền chất ô nhiễm không khí, mô hình Berliand tính toán lan truyền chất ô nhiễm trong khí quyển.

2.4.3. Ứng dụng của mô hình hóa trong quản lý chất thải rắn sinh hoạt

Ngày nay, một thực trạng về ô nhiễm môi trường do rác thải gây ra đang là mối bận tâm rất lớn của tất cả các nước trên thế giới kể cả Việt Nam. Ở một số nước, ứng dụng mô hình hóa trong quản lý chất thải rắn sinh hoạt cũng bắt đầu được quan tâm với việc sử dụng một số mô hình động thái như:

- Mô hình dự báo chất thải rắn ở khu vực đô thị đang phát triển nhanh chóng, các thành phố trực thuộc trực thuộc Trung ương bằng hệ thống động thái trên phần mền Stella. Mô hình được áp dụng cho thành phố San Antonio, Texas (Mỹ). Khu vực này là một trong những khu vực phát triển nhanh nhất ở Bắc Mỹ do tác động kinh tế của Hiệp định Thương mại tự do Bắc Mỹ (NAFTA). Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng đó là một phương pháp dự báo mới gồm các mô hình là nguyên nhân gây ra và theo dõi những bất ổn không thể tránh khỏi mà các phương pháp hồi quy, thống kê thông thường không thể xử lý được các vấn dề như vậy (Dyson, 2005).

- Tiếp cận mô hình hóa động thái để đánh giá chất thải rắn đô thị, công suất phát điện bãi rác và các vấn đề liên quan đến chi phí quản lý. Mô hình động thái được thiết lập cho khu vực Nework một đô thị ở Mỹ để mô phỏng dự báo. Kết quả cho thấy tác động của các vấn đề phát sinh chất thải trong thành phố, khẳ năng sức chứa của bãi rác và chi phí kinh tế hay lợi ích thể hiện qua việc lựa chọn các cách xử lý chất thải khác nhau được khám phá thông qua cách tiếp cận này, cung cấp những thông tin quý giá cho quá trình quản lý chất thải rắn đô thị (Kollikkathara et al., 2010).

- Mô hình hóa hệ thống quản lý chất thải rắn đô thị: trường hợp của thành phố Dhaka, Bangladesh là mô hình động thái để dự đoán khả năng thu gom và sản xuất điện từ bãi rác để đánh giá nhu cầu quản lý chất thải rắn đô thị. Các kết quả mô phỏng cho thấy chất thải rắn phát sinh, thu năng lượng và tiềm năng phát điện từ chất thải rắn gia tăng theo thời gian. Dân số, chất thải chưa được xử lý, chỉ số tổng hợp và quan tâm của công chúng dự kiến sẽ tăng theo thời gian. Kết

quả mô phỏng cũng cho thấy việc tăng ngân sách cho việc thu gom không cải thiện chất lượng môi trường, việc tăng ngân sách là cần thiết cho thu gom và xử lý chất thải rắn của thành phố Dhaka. Mô hình này có thể sử dụng như một phòng thí nghiệm máy tính để phân tích các chính sách và quản lý chất thải rắn đô thị (USWM) (Sufian and Bala, 2007).

Việc ứng dụng mô hình hóa trong quản lý chất thải rắn nói chung và chất thải rắn sinh hoạt nói riêng vẫn chưa được áp dụng nhiều ở Việt Nam. Chất thải rắn sinh hoạt hiện đang là vấn đề cấp bách. Việc quản lý chất thải rắn sinh hoạt luôn là một bài toán khó đối các cấp quản lý. Không chỉ là riêng với các đô thị lớn mà cả các đô thị nhỏ và vùng nông thôn. Vì vậy, với các chức năng ưu việt của các công cụ mô hình hóa việc áp dụng mô hình hóa trong quản lý chất thải rắn sinh hoạt là hết sức cần thiết, nhằm đưa ra các giải pháp hợp lý nhất cho các cơ quan quản lý, các nhà môi trường; giảm thiểu tối đa tác động của rác thải đến đời sống con người, sinh vật và môi trường xung quanh.

Hiện nay, đã có nhiều phần mềm phục vụ mô hình hóa nhằm nâng cao hiệu quả quản lý môi trường trong đó có phần mền Nelogo. Netlogo được Uri Wilensky bắt đầu xây dựng vào năm 1999 và tiếp tục phát triển tại Center for Connected Learning and Computer-Based Modeling (Wilensky, 1999). NetLogo là một môi trường mô phỏng đồng thời nhiều đối tượng (agent) và được viết bằng ngôn ngữ Java đơn giản nhưng mạnh mẽ. Nó cho phép người thiết kế tập trung vào các thuộc tính và hành vi của môi trường và các agent hơn là đi sâu vào mã nguồn phức tạp. Agent được lập trình sao cho chúng có thể tương tác với các agent khác và môi trường, ví dụ như tác tử có thể "yêu cầu" agent đi trước nó. Nó cho phép chúng ta tạo giao diện tương tác cho mỗi mô hình với đầu vào để thay đổi các biến số và đầu ra để phân tích các hành vi.

Ngoài ra, NetLogo còn là phần mềm mã nguồn mở, miễn phí; thiết kế đơn giản, sử dụng ngữ pháp dễ hiểu, dễ tiếp cận.Vì vậy, tôi sử dụng phần mềm NetLogo để xây dựng mô hình đánh giá hệ thống quản lý rác thải tại địa bàn nghiên cứu.

PHẦN 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. ĐỊA ĐİỂM NGHİÊN CỨU

Nghiên cứu được thực hiện tại Thành phố Hưng Yên, Tỉnh Hưng Yên. Thành phố Hưng Yên có nhiều đặc điểm mang tính đại diện cho các thành phố vùng đồng bằng sông Hồng. Vì vậy, kết quản nghiên cứu trong đề tài này có thể áp dụng cho các thành phố trong vùng.

3.2. THỜİ GİAN NGHİÊN CỨU

Đề tài được thực hiện từ tháng 11/2017 - tháng 11/2018.

3.3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là chất thải rắn sinh hoạt phát sinh trên địa bàn Thành phố Hưng Yên, Tỉnh Hưng Yên.

3.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Các nô ̣i dung nghiên cứu chı́nh của đề tài bao gồm :

- Đánh giá thực trạng công tác quản lý chất thải rắn sinh hoạt tại địa bàn TP. Hưng Yên - tỉnh Hưng Yên; bao gồm:

+ Thực trạng phát sinh, thu gom, xử lý CTRSH + Thực trạng của hệ thống quản lý CTRSH.

- Tối ưu hóa mạng lưới thu gom chất thải rắn sinh hoạt theo các kịch bản về áp lực rác thải TP Hưng Yên.

- Đề xuất các giải pháp quản lý chất thải rắn sinh hoạt tại TP. Hưng Yên - tỉnh Hưng Yên.

3.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.5.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp 3.5.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp

Tiến hành thu thập số liệu tại các phòng ban về các vấn đề liên quan: - Địa hình, địa chất, khí hậu, thủy văn

- Các thông tin, số liệu về công tác quản lý, tình hình thu gom, lộ trình thu gom, vận chuyển chất thải rắn sinh hoạt.

- Hiện trạng quản lý rác thải tại địa phương.

3.5.2. Phương pháp điều tra

Khảo sát thực địa:

Phương pháp này được áp du ̣ng để thu thập số liê ̣u về các nô ̣i dung sau: - Vị trí (tọa độ) bãi đổ rác, điểm tập kết rác của địa phương.

- Các tuyến đường thu gom và vận chuyển CTRSH. - Phương thức thu gom và hình thức vận chuyển CTRSH.

Phương pháp phỏng vấn:

Phỏng vấn hộ gia đình và tổ vệ sinh môi trường qua phiếu điều tra. Tổng số hô ̣ được phỏng vấn là 170, được lấy ngẫu nhiên trên 7 phường và 10 xã. Nội dung phỏng vấn về tình hình quản lý rác thải tại địa phương (xem Phụ lục 1).

3.5.3. Phương pháp xác định định hệ số phát thải

Lượng rác thu gom được xác định bằng cách theo dõi việc tập kết rác thải tại các điểm tập kết rác thải của từng khu vực trong xã để đếm số xe đẩy tay chứa rác trong một ngày, tuần và trong tháng. Các xe đẩy tay được chở đến điểm tập kết vào đúng giờ quy định và cho lên xe chở rác chuyên dùng của công ty môi trường đô thị. Với phương pháp đếm số xe và cân để xác định thành phần, tỷ lệ rác thải sẽ giúp biết được khối lượng rác thải phát sinh hàng ngày. Do lượng rác thải thường là ổn định từ các nguồn thải, rất ít bị biến động. Nên tiến hành xác định khối lượng và sau đó tính trung bình.

Hệ số phát thải rác tại gia đình được xác định bằng cách cân hàng ngày. Số lượng hộ cân rác là 170, trùng với các hộ phỏng vấn. Do số lượng mẫu lớn nên chúng tôi yêu cầu các hộ hỗ trợ cân và ghi chép số liệu hàng ngày theo hướng dẫn sau:

+ Cân rác vào giờ cố định trong ngày 1 lần/ngày.

+ Số lần cân rác của mỗi hộ gia đình lặp lại 3 lần/tháng (cân trong 3 tháng). Giữa các ngày cân rác trong tuần, trong tháng có sự luân chuyển để cân được vào các ngày đầu tuần, giữa tuần, cuối tuần trong tháng.

Từ kết quả cân thực tế rác tại các hộ gia đình, tính được lượng rác thải trung bình của 1 hộ/ngày, và lượng rác thải bình quân/người/ngày.

3.5.4. Phương pháp xây dựng Sơ đồ

Sơ đồ phân bố nguồn thải:

Nguồn thải chính gồm các hộ gia đình và các điểm xả thải công cộng (chợ, cơ quan ...). Sơ đồ phân bố hộ gia đình được xây dựng dựa trên Sơ đồ sử dụng đất năm 2017 (trong đó có phân lớp khu dân cư) và số liệu thống kê về dân số năm 2017 của thành phố. Vì không có tọa độ gắn với các hộ gia đình nên thuật toán ngẫu nhiên được áp dụng để phân bổ vị trí của các hộ trong khu dân cư (Hình 3.1).

Đặc điểm nhân khẩu của mỗi hộ được gán cho các hộ dựa vào thống kê mô tả (giá trị trung bình, độ lệch chuẩn).

Hình 3.1. Sơ đồ phương pháp tạo Sơ đồ phân bố hộ gia đình

Bản đồ Sử dụng đất Tách lớp dân cư Bản đồ khu dân cư xã,phường Bản đồ hành chính Số liệu thống kê dân số Tổng hợp (Dân số theo cụm) Tổng hợp thống kê

Tạo điểm ngẫu nhiên và gán thuộc tính Số hộ và đặc điểm hộ gia đình theo phường xã Sơ đồ phân bố Hộ gia đình

Sơ đồ các nguồn thải công cộng khác được xây dựng đơn giản bằng cách nhập tọa độ thu được từ máy thu định vị GPS vào phần mền ArcGIS để tạo bản độ dạng điểm.

Sơ đồ hệ thống thu gom rác thải:

Các Sơ đồ thể hiện hệ thống thu gom rác thải bao gồm: Sơ đồ các điểm trung chuyển rác (bãi tập trung hoặc thùng rác lớn), các tuyến thu gom, các hộ trong phạm vi thu gom và khối lượng rác tập trung tại các điểm thu gom/trung chuyển. Các Sơ đồ này được tạo ra từ tọa độ đo bằng máy GPS và số liệu thống kê về tuyến thu gom của Công ty TNHH MTV Môi trường và công trình đô thị Hưng Yên (Hình 3.2).

Hình 3.2. Sơ đồ phương pháp tạo Sơ đồ điểm trung chuyển và tuyến thu gom CTRSH

Lượng rác tập trung tại mỗi điểm trung chuyển được xác định dựa vào thuật toán ước lượng khoảng cách gần nhất của các điểm phát sinh chất thải tới vị trí bãi tập trung hoặc thùng đựng rác. Sơ đồ phương pháp được thể hiện như trong Hình 3.3.

Tọa độ của các điểm trung

chuyển

Tạo sơ đồ điểm

Sơ đồ Các điểm trung chuyển Sơ đồ đường giao thông Số liệu thống kê rác theo tuyến Tách đối tượng Tổng hợp thống kê, gán thuộc tính Sơ đồ Các tuyến thu gom

Hình 3.3. Sơ đồ phương pháp xác định các hộ nằm trong phạm vi thu gom CTRSH

Sơ đồ khối lượng rác tập trung tại các điểm trung chuyển được tính toán bằng các cộng gộp rác của tất cả các hộ trong phạm vi thu gom của từng tuyến. Khối lượng rác thải của từng hộ được tính bằng cách nhân hệ số rác thải theo khu vực và nhân khẩu trong hộ (Hình 3.4).

Sơ đồ vị trí hộ gia đình Tính khoản cách (Proximity) Sơ đồ Các hộ trong phạm vi thu gom Số liệu thống kê rác theo tuyến Sơ đồ các điểm trung chuyển Xác định phạm vi thu gom của các tuyến