Phương pháp chỉ số chất lượng môi trường

- Phương pháp này dùng để đánh giá chất lượng môi trường theo chỉ tiêu riêng lẻ và tổng hợp.

- Ứng dụng chỉ số chất lượng môi trường tổng hợp để phân vùng chất lượng môi trường và đánh giá tính khả biến của chất lượng môi trường đối với từng làng nghề.

30

2.2.5. Ứng dụng cơ sở lý thuyết hàm ngẫu nhiên

Để thiết lập mạng lưới điểm quan trắc tối ưu (hàm tương quan và hàm cấu trúc không gian của chỉ số tổng hợp P (xem công thức 2.1 trang 32) và cải tiến Pj (công thức 2.4 trang 37).

2.2.6. Ứng dụng kĩ thuật (công nghệ) tin học môi trường và GIS

Để xây dựng đồ thị, biểu đồ và bản đồ phân bố mạng lưới điểm quan trắc cho làng nghề.

2.2.7. Phương pháp chuyên gia

Lấy ý kiến, góp ý của các chuyên gia nhằm bổ sung, sửa chữa những thiếu sót của luận văn.

2.3. Phƣơng pháp luận của việc thiết lập mạng lƣới điểm quan trắc tối ƣu trên địa bàn TP Hà Nội đến năm 2020, định hƣớng đến 2030

2.3.1. Cơ sở khoa học

Để đưa ra một hệ thống điểm quan trắc môi trường cùng với qui trình hoạt động của nó, chúng tôi dựa vào các cơ sở lý luận sau đây:

- Yêu cầu khoa học về chất lượng số liệu.

- Đánh giá nguồn thải và hiện trạng môi trường khu vực nghiên cứu.

- Khả năng lan truyền và biến đổi của các chất gây ô nhiễm từ nguồn thải vào môi trường xung quanh.

- Nghiên cứu cấu trúc mạng lưới điểm quan trắc môi trường địa phương của các nước đang phát triển có điều kiện tương tự như nước ta, từ đó rút ra kinh nghiệm cần thiết.

2.3.1.1. Yêu cầu khoa học về chất lượng số liệu

Chất lượng số liệu quan trắc môi trường không khí được đánh giá thông qua các khía cạnh sau:

 Độ chính xác

Độ chính xác của số liệu được đánh giá thông qua khả năng phản ánh đúng thực tế đến mức độ nào. Điều này phụ thuộc vào trang thiết bị máy móc, quy trình, quy phạm quan trắc, xử lý bảo quản mẫu và trình độ chuyên môn của người thực hiện.

31

 Tính đồng nhất của số liệu

Tính đồng nhất của số liệu là đòi hỏi bắt buộc để có thể so sánh giữa các số liệu theo diễn biến thời gian, không gian. Điều này rất quan trọng trong trường hợp cần nghiên cứu sự biến đổi theo không gian và thời gian của một yếu tố môi trường không khí nào đó. Để đảm bảo tính đồng nhất của số liệu cần phải:

Thống nhất phương pháp đo đạc. Hiện nay các yếu tố môi trường không khí có thể quan trắc bằng nhiều loại thiết bị khác nhau, và mỗi loại lại có một phương pháp đo riêng của nó. Vì thế, việc lựa chọn thiết bị và thống nhất phương pháp đo là hết sức cần thiết [9].

Thống nhất quy trình, quy phạm quan trắc. Các yếu tố môi trường không khí biến đổi liên tục theo không gian và thời gian, do đó thống nhất vị trí quan trắc và thời điểm lấy mẫu sẽ thu được chuỗi số liệu đủ độ tin cậy về mặt thống kê, làm cơ sở cho việc xử lý và đồng nhất dữ liệu.

Trên thực tế, chúng ta không thể đặt trạm ở tất cả mọi điểm, do vậy chỉ chọn một số điểm nhất định mà từ đó có thể khống chế cho toàn bộ khu vực. Vấn đề đặt ra cần tìm được một hệ thống điểm đo sao cho số điểm là ít nhất mà vẫn đảm bảo

yêu cầu trên. Tùy theo các điều kiện cho phép, mà chúng ta có thể giải quyết vấn đề

này theo các phương thức khác nhau.

 Tính liên tục của chuỗi số liệu

Do tính chất của môi trường không khí biến đổi liên tục theo cả không gian và thời gian, vì vậy một trong những nhiệm vụ đặt ra cho công tác thiết lập mạng lưới là phải thu thập các dãy số liệu ứng với một điểm không gian xác định để từ đó có thể đánh giá được tính khả biến của các yếu tố môi trường theo thời gian. Vấn đề đặt ra cần lựa chọn các thời điểm quan trắc phù hợp sao cho khoảng cách giữa các thời điểm đó (còn gọi là chu kỳ quan trắc) không quá nhỏ mà vẫn cho phép xác định được một cách gần đúng các yếu tố môi trường ở bất kỳ thời điểm nào.

 Tính tổ hợp của các thông số (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Hiện nay, để đánh giá tác động môi trường không khí ứng dụng trong quy hoạch mạng lưới điểm quan trắc, người ta thường không đánh giá tác động từng yếu tố riêng biệt mà dùng chỉ tiêu tổng hợp P (còn gọi là tổ hợp các chỉ số chất lượng

32

không khí) được tiếp cận bằng nhiều phương thức khác nhau. Tuy nhiên, các phương thức tiếp cận này đều xuất phát từ tổ hợp các chỉ số hoặc từ công thức sau:

n i i=1 io C P= C 

trong đó Ci là nồng độ của thông số (chất) thứ i, Cio là nồng độ giới hạn cho phép tương ứng của thông số i. Để đánh giá tác động bằng chỉ tiêu tổng hợp bắt buộc phải quan trắc đồng thời các thông số i. Mặt khác, thông số i lại chịu sự chi phối mạnh mẽ của các điều kiện tự nhiên khác. Do vậy, ngoài quan trắc các thông số còn cần phải quan trắc các yếu tố môi trường tự nhiên có liên quan. Ví dụ trong quan trắc môi trường không khí còn phải quan trắc gió, nhiệt độ, độ ẩm, v.v.

 Tính đặc trƣng (đại diện) của số liệu

Số liệu thu được tại điểm của mạng lưới sẽ mất hết ý nghĩa nếu nó không đặc trưng cho cả một miền lân cận xung quanh điểm quan trắc. Độ lớn của miền lân cận phụ thuộc vào đặc điểm tự nhiên của khu vực. Để đảm bảo tính đặc trưng của vị trí đặt điểm quan trắc phải chọn sao cho môi trường tại đó tương tự như môi trường chung cho toàn khu vực cần được quan trắc.

Trong quan trắc môi trường không khí nền, điểm quan trắc phải ở xa các nguồn thải địa phương.

2.3.1.2. Đánh giá nguồn thải và hiện trạng môi trường

Xuất phát từ quan điểm thực tiễn của công tác quan trắc môi trường thì cần phải quan tâm đến các khu vực phát triển kinh tế (KCN, CCN, làng nghề, giao thông) và khu dân cư quan trọng mà tại đó môi trường đang là vấn đề thời sự nóng bỏng.

Đánh giá nguồn thải và chất lượng môi trường giúp cho việc xác định được các khu vực cần quan tâm trước. Điều này giúp cho việc xác định mạng lưới điểm với số lượng ít mà vẫn đáp ứng được yêu cầu công tác bảo vệ môi trường. Bảo đảm tính thực tiễn không chỉ được chú ý đối với các nước kinh tế khó khăn mà cả những nước kinh tế hùng mạnh. Trong hệ thống giám sát môi trường toàn cầu GEMS về không khí, các khu vực được kiểm soát chặt chẽ là những khu vực phát thải ô nhiễm liên quốc gia gây nên hiệu ứng nhà kính ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu toàn cầu.

33

2.3.1.3. Đánh giá tác động của các điều kiện tự nhiên đến môi trường

Chất lượng môi trường tại một khu vực nhất định, không chỉ được qui định bởi nồng độ thải, mà còn phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện tự nhiên chi phối quá trình di chuyển và biến đổi của các chất gây ô nhiễm. Thông thường các khu vực tương đối đồng nhất về địa hình, chế độ khí tượng thủy văn thì môi trường không khí nền trong khu vực đó cũng tương đối đồng nhất.

Địa hình của một khu vực nhất định lại quy định chế độ khí tượng thủy văn và môi trường sinh thái trong khu vực đó. Ở khu vực đô thị nói riêng và TP nói chung, các đặc điểm tự nhiên sau đây đáng được chú ý trong nghiên cứu thiết lập mạng lưới điểm quan trắc môi trường:

- Đặc điểm địa hình;

- Điều kiện khí tượng thủy văn; - Chế độ khí hậu;

- Các tai biến do bão lụt, xói mòn trượt lở.

Trong quan trắc môi trường không khí, việc phân thành các địa hình nói trên sẽ giúp cho việc lựa chọn đặt các điểm/trạm thích hợp.

2.3.2. Tính toán vị trí tối ưu của mạng lưới điểm quan trắc

Cơ sở lý thuyết của việc tìm khoảng cách tối ưu giữa hai điểm quan trắc là dựa trên tính khả biến của chỉ số chất lượng không khí tổng cộng (TAQI) của các thông số môi trường tại khu vực nghiên cứu. Tính khả biến này được đánh giá bằng hàm tương quan hay hàm cấu trúc không gian của chỉ số tổng cộng P theo hiệu khoảng cách r giữa 2 điểm trong không gian r1và r2, xác định bởi công thức sau:

- Đối với hàm tương quan không gian:

2 1

R(r) = P'(r )×P'(r ) (2.2)

- Đối với hàm cấu trúc không gian:

2

2 1

D(r) = [P(r )-P(r )] (2.3)

trong đó, P' r 1 , P' r 2 và P r 1 , P r 2 là các nhiễu động và giá trị của chỉ số tổng cộng tương ứng tại 2 điểm quan trắc r1và r2; r là khoảng cách giữa hai điểm r1và r2

34 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

(r = r - r1 2 ); gạch ngang ứng với phép lấy trung bình hóa thống kê. Do hàm tương quan R(r) chỉ biểu thị mối tương quan thống kê của P tại 2 điểm r1 và r tốt hay 2

không tốt, nhưng không chỉ rõ định lượng tính khả biến của P đến mức độ nào. Bởi vậy, ta sử dụng hàm cấu trúc làm thước đo đánh giá khả năng biến đổi tổng hợp của chất lượng môi trường theo khoảng cách r giữa các cặp điểm r1 và r2 tương ứng.

Nếu tính khả biến của hàm cấu trúc D(r) đối với các thông số khảo sát được đặc trưng bởi chỉ số tổng cộng P phụ thuộc vào khoảng cách r thỏa mãn điều kiện cực trị, thì khoảng cách giữa cặp điểm được xem là tối ưu. Khi đó, sơ đồ mạng lưới điểm quan trắc được mô phỏng bằng các đường tròn đồng tâm như sau:

Hình 2.2. Sơ đồ mô phỏng lựa chọn mạng lưới điểm quan trắc tối ưu cho TP Hà Nội đối với đối làng nghề Hà Nội

Trong đó:

ONE1=ONE’1=OSE1=OSE’1= ON1=OE1=OS1=OW1= rmax1 ONE2=ONE’2=OSE2=OSE’2= ON2=OE2=OS2=OW2= rmin2

W2 N1 O E3 N2 N4 S1 S2 S3 S4 N3 NE4 Hướng gió thịnh hành (Đông Nam)

SE4 Hướng gió thịnh hành (Đông Bắc) E1 W1 W3 E4 W4 E2 SE’4 SE’1 SE’2 SE’3 SE1 SE2 SE3 NE1 NE2 NE3 NE’1 NE’2 NE’3 NE’4

35

ONE3=ONE’3=OSE3=OSE’3= ON3=OE3=OS3=OW3= rmax3 ONE4=ONE’4=OSE4=OSE’4= ON3=OE3=OS3=OW3= rmin4, v.v.

- Các điểm rmin và rmax ở hình 2.1 là khoảng cách cực tiểu và cực đại của đường trung bình tính khả biến D(r) thực tế của chỉ số tổng cộng P theo không gian, được tính toán trên dãy số liệu quan trắc không khí ở Hà Nội trong 04 năm 2007- 2010 (hình 2.3).

Hình 2.3. Đồ thị biểu diễn các giá trị rmin và rmax

- Giải thích ý nghĩa vật lý sơ đồ mô phỏng đặt điểm quan trắc tối ưu trên hình 2.2 và hình 2.3:

Vì hàm tương quan R(r) và hàm cấu trúc không gian D(r) của chỉ số tổng cộng P là hai hàm ngược nhau, nên khi D(r) đạt cực đại thì tương ứng với hàm tương quan có giá trị nhỏ nhất (tương quan yếu) và ngược lại, khi D(r) đạt min thì hàm tương quan có giá trị lớn nhất (tương quan tốt nhất). Vì lẽ đó, khi hàm cấu trúc biến đổi trong khoảng từ min đến max đã khái quát được bức tranh định lượng tổng quát về tính khả biến của P từ nhỏ nhất đến lớn nhất. Do các khoảng cách rmax, rmin tính từ điểm trung tâm của khu vực nghiên cứu, nên điểm O được lựa chọn làm gốc tọa độ để tính toán. Với cách phân bố hệ thống mạng lưới điểm quan trắc tối ưu theo sơ đồ ở hình 2.1 sẽ tạo ra được trường dữ liệu đủ độ tin cậy về mặt thống kê, làm cơ sở cho việc nội, ngoại suy làm giàu chuỗi số liệu ở các điểm khác nằm trong miền giới hạn bởi hai đường tròn, không cần phải quan trắc. Đó chính là ý tưởng

cơ bản của việc thiết lập mạng lưới điểm quan trắc, nó là cơ sở tiến hành lựa chọn

36

những điểm thừa và bổ sung những điểm mới hoặc kế thừa những điểm từ mạng

lưới điểm quan trắc cũ để có mạng lưới điểm tối ưu.

Sơ đồ mô phỏng hệ thống điểm quan trắc mới chỉ tối ưu về mặt lý thuyết, nên cần phải kết hợp với việc lựa chọn các nhóm đại diện cho từng đối tượng nghiên

cứu để lựa chọn hệ thống điểm phù hợp và khảo sát địa hình thực tế để hiệu chỉnh

những điểm không có tính khả thi, ví dụ điểm dự định quan trắc theo mô phỏng rơi vào đỉnh tòa nhà, hay sông, hồ, ao, v.v..

2.3.3. Một số phương pháp đánh giá chất lượng môi trường tổng hợp đối với không khí. với không khí.

Để thiết lập mạng lưới điểm quan trắc môi trường không khí tối ưu, ta cần phải sử dụng công thức (2.3), nghĩa là cần phải sử dụng các chỉ số chất lượng môi trường tổng hợp.

2.3.3.1. Những hạn chế của các phương pháp đánh giá chất lượng môi trường tổng hợp đã và đang sử dụng ở nước ngoài

- Phương pháp chỉ số tổng cộng P (Liên Xô cũ) [15] cũng như chỉ số ô nhiễm chuẩn PSI (Mỹ) và chỉ số chất lượng không khí AQI của Mỹ, Anh, Hồng Kông, Trung Quốc.v.v.. [11] được ứng dụng để đánh giá chất lượng môi trường không khí đều chưa tính đến trọng số Wi (mức độ độc hại) của từng chất khảo sát. Ngoài ra, trong phương pháp chỉ số tổng cộng P (Liên Xô cũ) lại quy định quá nghiêm ngặt P≤1. Trên thực tế, có thể xảy ra một chất nào đó vượt TCCP, nhưng chưa đến mức gây ô nhiễm nghiêm trọng ảnh hưởng đến chất lượng môi trường tổng thể nói chung và tới sức khỏe cộng đồng nói riêng; đặc biệt phương pháp P chưa phân hạng đánh giá chi tiết mức độ ô nhiễm. Việc phân hạng đánh giá theo mức độ ô nhiễm của PSI, AQI không xuất phát từ công thức lý thuyết, không phụ thuộc vào số các thông số khảo sát và tự quy định nên còn mang tính chủ quan, vả lại các phương pháp này chủ yếu dùng để đánh giá CLKK từ chuỗi số liệu tự động liên tục (các trạm quan trắc tự động cố định).

- Phương pháp chỉ số chất lượng không khí (AQI) do Tổng cục Môi trường mới ban hành ngày 01/07/2011 (Quyết định 878/QĐ-TCMT) lại quy định sử dụng AQI để đánh giá CLKK cho các trạm tự động [14]. Xét điều kiện thực tế ở các tỉnh thành nói chung và Hà Nội nói riêng, hiện tại và trong tương lai đến năm 2020, loại

37

hình quan trắc định kỳ theo thiết bị thông dụng và thụ động vẫn là chủ yếu, chưa thể thay thế ngay bằng tất cả các trạm quan trắc tự động liên tục.

2.3.3.2. Phương pháp chỉ số chất lượng không khí tổng cộng (TAQI)

Để khắc phục những hạn chế nêu trên, GS.TS Phạm Ngọc Hồ (2011) [19, 20], đã xây dựng phương pháp chỉ số chất lượng môi trường tổng cộng (TEQI) đối với từng thành phần môi trường (đất, nước, không khí) bằng chỉ tiêu tổng hợp có trọng số và quy chuẩn về một thông số (chất) tại cùng một mốc tính toán ban đầu, làm cơ sở cho việc phân cấp đánh giá CLMT. Áp dụng TEQI để đánh giá CLMT không khí theo chỉ số chất lượng không khí tổng cộng TAQI, nội dung được trình bày tóm tắt dưới đây. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Thiết lập công thức chỉ số tổng cộng Pj

Phương pháp cho phép xem xét tại một điểm cho trước ứng với một thời điểm t cho trước thì chất lượng môi trường chịu tác động đồng thời của n chất. Khi đó theo [19], ta có: n n j1 ji j1 ji 11 11 11 j * i * i j * i=1 i=1 11 11 j1 11 11 j1 11 q C C C C C C P = ( W )= ( W ) α C q  C C C  C  C (2.4) n j1 ji j i i=1 11 j1 C C α W C C   (2.4’)

ở đây, qj1 và q11 được suy ra từ chỉ số chất lượng môi trường qji của chất i, xác định bởi công thức: ji

ji * ji C q =

C , với Cji – nồng độ trung bình từ tổng số mẫu theo thiết bị tự động hoặc lấy mẫu phân tích của chất i tại điểm quan trắc j; C*ji - giá trị giới hạn

cho phép của chất i tại j theo quy chuẩn quốc gia của mỗi nước; Pj - chỉ tiêu tổng hợp tại điểm j;

αj - được gọi là hệ số quy chuẩn tổng cộng tại điểm j bất kỳ;