Ph ng pháp mô hình hóa đ c s d ng trong đánh giá ô nhi m môi tr ng không khí thông qua vi c gi i bƠi toán v quá trình lan truy n ch t ô nhi m trong môi
26
tr ng không khí có ngu n g c phát th i t các ho t đ ng s n xu t công nghi p, giao thông v n t i, sinh ho t vƠ các ngu n ô nhi m khác.
C s c a ph ng pháp nƠy lƠ dùng mô hình lan truy n ch t ô nhi m k t h p v i các tham s v s khu ch tán r i khí quy n đ xơy d ng bƠi toán v quá trình lan truy n ch t ô nhi m trong môi tr ng khu ch tán r i [15, 24, 31]. K t h p v i vi c kh o sát, đo đ c th c t t i m t s đi m th nghi m đ ki m tra đ chính xác c a mô hình. Mô hình sau khi ki m nghi m đ c s d ngđ tính toán phơn b n ng đ ch t ô nhi m cho c vùng nghiên c u vƠ các vùng khác có tính t ng t .
N u nh mô hình khu ch tán gi i bƠi toán lan truy n ch t ô nhi m t ngu n th i đ xác đ nh n ng đ ch t ô nhi m t i n i ti p nh n thì mô hình n i ti p nh n l i xu t phát t k t qu đo, phơn tích cácy u t t i n i ti p nh n đ nh n d ng các ngu n gơy ô nhi m. Hi n t i, th gi i đang s d ng 2 mô hình n i ti p nh n lƠ mô hình CBM vƠ PMF [8].
1.2.2.1. CáẾ h ng mô hình hóa
Theo tƠi li u c a T ch c Khí t ng th gi i (WMO), Ch ng trình Môi tr ng c a Liên hi p qu c (UNEP), T ch c Y t th gi i (WHO) thì hi n nay th gi i có kho ng h n 20 mô hình tính toán quá trình khu ch tán ch t ô nhi m trong môi tr ng không khí, đ c phơn thƠnh 3 h ng chính [24, 31]:
- ả ng 1: Mô hình th ng kê kinh nghi m d a trên c s lỦ thuy t c a Gauss (g i t t lƠ mô hình Gauss). Các nhƠ khoa h c đư có công phát tri n mô hình này là Taylor (1985), Sutton (1925-1953), Tunner (1961-1964), Pasquill (1962-1971), vv... vƠ ti p t c đ c các nhƠ khoa h c khác hoƠn thi n;
- ả ng 2: Mô hình th ng kê thu đ ng l c. Mô hình này s d ng lỦ thuy t khu ch tán r i trong khí quy n có phơn t ng k t nhi t (g i t t lƠ mô hình K). Mô hình đ c Berliand hoƠn thi n nên còn g i lƠ mô hình Berliand;
- ả ng 3: Mô hình s tr. Xu t phát t h ph ng trình khu ch tán r i, k t h p v i ph ng trình nhi t đ ng h c, ph ng trình cơn b ng m, t đó gi i m t h
27
t 7 đ n 9 ph ng trình. Vi t Nam h ng nƠy m i ti p c n trong nh ng n m g n đơy nên k t qu nghiên c u còn h n ch .
Trên c s các h ng nghiên c u nói trên, các nhƠ khoa h c trên th gi i đư đ a ra h ng b sung, c i ti n các mô hình đ phù h p v i đi u ki n môi tr ng c a t ng khu v c nghiên c u c th . Các mô hình Berliand vƠ Gauss, Sutton (d ng c i ti n c a Gauss) hi n nay đ c s d ng r ng rưi nh t trên th gi i vƠ Vi t Nam đ đánh giá và d báo các ch t ô nhi m không khí th i ra t các ngu n th i công nghi p, đô th , dơn sinh, giao thông, xơy d ng vƠ khai khoáng.
1.2.2.2. Các d ng mô hình trong đánh giá ô nhi m môi tọ ng không khí a) Mô hình lan tọuy n Ếh t ô nhi m tọongmôi tọ ngkhông khí đ iv ingu n
đi mliên t Ế
i v i các mô hình tính toán lan truy n ch t ô nhi m cho ngu n đi m trên m t đ t, mô hình Gauss vƠ Sutton (m t d ng c i ti n c a Gauss) đ c s d ng ph bi n các n c ph ng Tơy. Mô hình Berliand đ c s d ng nhi u các n c ông Ểu vƠ Liên xô (c ). C ba mô hình trên c ng đ c s d ng r t r ng rưi Vi t Nam. N ng đ ch t ô nhi m tính đ c theo các mô hình nƠy cho ngu n đi m liên t c (đ c tr ng lƠ ng khói c a nhƠ máy) đ c trình bƠy chi ti t trong các tƠi li u [15, 24, 31]. Ngoài vi c áp d ng đ đánh giá cho các ngu n đi m có đ cao h (nh ng khói c a các nhƠ máy), các mô hình trên còn đ c áp d ng đ i v i ngu n đi m ngaym t đ t (h = 0). b) Mô hình lan tọuy n Ếh t ô nhi m tọong môi tọ ng không khí đ i v i ngu n
đ ng
Ngu n đ ng có th xem lƠ t p h p các ngu n phát th i liên t c trên m t tuy n đ ng h u h n ho c vô h n, ch ng h nnh ngu n ô nhi m giao thông do các xe ch y trên tuy n đ ng hay t p h p các ng khói c a khu công nghi p n m kéo dƠi trên tri n sông ho c b bi n [15].
Mô hình Gauss hay Sutton th ng đ c s d ng đ tính phơn b ô nhi m do ngu n đ ng. mô t b c tranh v ô nhi m môi tr ng không khí đ i v i ngu n đ ng, ng i ta v các đ ng đ ng tr (đ ng đ ng m c) c a các ch t ô nhi m thông
28
qua tính toán các giá tr C(x, z) ng v i x bi nthiên trong kho ng 2 m; z bi n thi n trong kho ng 0,5 m; r i n i các đi m có cùng giá tr n ng đ ch t ô nhi m v i nhau s đ c h các đ ng đ ng tr v n ng đ ch t gơy ô nhi m không khí đ i v i ngu n đ ng.Mô hình ngu n đ ng đ c trình bƠy chi ti t trongtƠi li u [15, 24].
c) Mô hình lan tọuy n Ếh t ô nhi m môi tọ ng không khí đ i v i ngu n m t Ngu n m t lƠ t p h p các ngu n phát th i trên m t đ n v di n tích r ng, ch ng h n nh s phát th i khí đ c t khu công nghi p, các sông, ao, h , bưi rác,.. [15] Tr ng h p ngu n m t đ c t o nên b i m t s không l n ngu n đi m thì có th s d ng mô hình tính toán đ i v i t ng ngu n riêng r , sau đó tính t ng đ xác đ nh n ng đ ch t ô nhi m không khí các đi m c n kh o sát, đánh giá. Di n tích b m t có th đ c chia ra thƠnh các d i ngu n đ ng song song đ s d ng công th c tính đ i v i ngu n đ ng r i c ng l i nh mxác đ nh n ng đ ch t ô nhi m đ i v i ngu n m t.
NgoƠi các ph ng pháp nêu trên, vi c đánh giá ô nhi m không khí t ngu n m t (thƠnh ph , đô th , vùng m ...) còn có th s d ng mô hình h p. Coi kh i không khí trên vùng đô th có d ng hình h p v i kích th c chi u dƠi L(m), chi u r ng d (m), chi u cao H(m) b ng chi u cao l p xáo tr n c a khí quy n, công su t phát th i c a ngu n m t b ng Ms (mg/m2/s). H ng gió th i vuông góc v i chi u r ng có t c đ trung bình là u (m/s) mang theo dòng ch t ô nhi m có n ng đ Cv (mg/m3), n ng đ ch t ô nhi m bên trong hình h p lƠ C (mg/m3). Mô hình h p đ c trình bƠy chi ti t trong tƠi li u [15, 24].
1.2.2.3. M t s ph n m m đánh giá ô nhi m môi tọ ng không khí
Hi n nay trên th gi i có r t nhi u ch ng trình vƠ ph n m m đ c xơy d ng trên c s các mô hình toán h c đang đ c nghiên c u, th nghi m vƠ áp d ng đ đánh giá ô nhi m môi tr ng không khí. D a theo m t s đ c thù tính toán, c ng có th phơn chia các ph n m m qu n lỦ CLKK thành 4 nhóm chính:
29
a) Nhóm ẾáẾ ịh n m m tính toán ế a tọên mô hình Ảausshi n nay đang đ c ng d ng r ng rưi nh t vƠ t ra có u th trong vi c tính toán d báo n ng đ các ch t ô nhi m trong nh ng đi u ki n thông th ng;
b) Nhóm ẾáẾ ịh n m m ế a tọên ẾáẾ mô hình s h Ếnh các mô hình m ng l i ho c mô hình hình h p đ c s d ng nhi u trong nghiên c u các ch t ô nhi m t i các đô th , khu công nghi p vƠ b chi ph i nhi u b i các hi u ng nh hi u ng quang hoá;
c) Nhóm ẾáẾ ịh n m m bao g m ẾáẾ ịh n m m tính toán đ Ế ịhát tọi n t ẾáẾ mô hình th ng kê th Ế nghi m;
d) Nhóm ẾáẾ mô hình v t lý đ c nghiên c u áp d ng m c đ t ng đ i chuyên sơu vƠ th ng g n v i m t m c đích c th .
Hi n nay trên th gi i vƠ Vi t Nam, m t s ph n m mđ c xơy d ng trên c s mô hình v t khói Gauss đang đ c s d ng r ng rưi trong trong đánh giá ô nhi m môi tr ng không khí cho khu công nghi p vƠ đô th trên th gi i nh mô hình ISC, AERMOD,...
Ph n m m ISC (Industrial Source Complex Model) đ c l p trình d a theo mô hình v t khói Gauss. Ph n m m nƠy đ c đánh giá lƠ t ng đ i m nh, có th áp d ng trong nghiên c u tính toán, d báo n ng đ các ch t ô nhi m t các lo i ngu n công nghi p đi n hình nh ngu n đi m, ngu n đ ng, ngu n di n ho c ngu n kh i c ng nh các t h p công nghi p ph c t p. Các y u t khí t ng nh l ng đ ng, m a, hi n t ng nâng v t khói, tr ng h p gió qu n c ng đ c đ a vƠo ph n m m nh nh ng tu ch n tính toán. Trong tính toán quá trình lan truy n, phát tán và d báo n ng đ m t đ t, các y u t đ a hình c ng đ c tính đ n. c bi t, ph n m m ISC có kh n ng tính toán và d báo ng n h n ho c dài h n.
Mô hình AERMOD (The AMS/EPA Regulatory Model) đ c phát tri n b i C quan Khí t ng vƠ C c B o v môi tr ng Hoa K (EPA) - đ c thi t k đ c bi t đ h tr cho ch ng trình qu n lỦ c a EPA. Mô hình g m 3 thƠnh ph n: AERMOD (Mô hình phát tán AERMIC), AERMAP (Công c đ a hình c a AERMOD) vƠ AERMET (Công c khí t ng c a AERMOD). Mô hình AERMODcó th đ c ng
30
d ng cho các vùng nông thôn, đô th , đ a hình b ng ph ng, ph c t p vƠ các lo ingu n th inh ngu n đi m, ngu n đ ng, ngu n di n, xơy d ng các l a ch n ph bi n cho nhi u ng d ng. AERMET x lỦ các d li u khí t ng b m t vƠ trên các t ng khác nhau, cho phép tính các tham s đ c tr ng c a khí quy n theo mô hình Monin ậ Obukhov. u đi m c a AERMOD lƠ đư tính đ n đ cao xáo tr n vƠ đ c bi t đ n y u t đ a hình ph c t p ậkh c ph c đ c nh ng h n ch c a m t s mô hình khác trong đó có ISC.
1.2.3. Ph ng pháp đánh giás d ng ch s ch t ệ ng Ệhông Ệhí
Trên th gi i, hi n nay đa s các n c đ u đư có quy đ nh v ch s CLKK và có hai xu h ng đánh giálƠ đánh giá theo ch tiêu riêng l vƠ ch tiêu t ng h p [18, 24, 33, 41, 58, 63, 84, 89].
1.2.3.1. ánh giá theo Ếh tiêu riêng l
Ph ng pháp đánh giá ch t l ng môi tr ng (CLMT) theo ch tiêu riêng l hay còn g i lƠ ph ng pháp truy n th ng đánh giá CLMT thƠnh ph n đ c trình bày trong [24] v i n i dung nh sau:
Ph ng pháp này d a trên vi c đ i sánh gi a giá tr c a các thông s (các ch t) đ c tr ng cho môi tr ng Ci (i=1,2,3,ầ,n) v i các giá tr Cio theo TCCP (đ i v i m i n c có TCCP riêng). D a vƠo các s li u đi u tra, đo đ c, kh o sát, phơn tích nhanh theo thi t b t đ ng, ho c l y m u phơn tích trong phòng thí nghi m, ho c tính toán t các mô hình đ thu đ c dưy s li u Cit i các đi m không gian r , sau đó l p các b t đ ng th c Ci ≤ Cio hay Ci > Ciođ t đó suy ra ch t l ng môi tr ngđ i v i ch t Cit i đi m r lƠ t t, trung bình hay x u. Trên c s đó, có th phơn c p đánh giá chi ti t h n khi chu n hóa v thang đánh giá 100 b ng cách xơy d ng các ch s (index) cho t ng ch t. Giá tr 100 c a các ch s th ng t ng đ ng v i tiêu chu n môi tr ng m t gi ho c m t ngƠy (24 gi ).
Ph ng pháp nƠy có u đi m lƠ l p đ c ma tr n chi ti t cho t ng thông s Ciso v i Cio. Tuy nhiên, không th mô t đ c b c tranh t ng quát, khó
31
phơn tích, đánh giá vƠ nh n xét chung cho nhóm các thông s Cibi n đ i trên mi n không gian đ c kh o sát; không đánh giá đ c đ ng th i các thông s cùng tác đ ng lên đ i t ng đ c nghiên c u. c bi tph ng pháp này không th mô ph ng đ c b c tranh ch t l ng môi tr ng t ng h p d i d ng b n đ , bi u đ vƠ đ th c ng nh không so sánh đ c ch t l ng không khí gi a đi m nƠy v i đi m khác; không thu n l i cho vi c phơn vùng (khoanh vùng) ô nhi m c a c khu v c nghiên c u. kh c ph c h n ch nƠy, c n ph i b sung ph ng pháp đánh giá ch t l ng môi tr ng b ng ch tiêu t ng h p [18, 24].
1.2.3.2. ánh giá ch t l ng không khí theo ch tiêu t ng h p
Cùng v i vi c đánh giá CLKK theo ch tiêu riêng l , ng i ta còn s d ng ph ng pháp đánh giá CLKK b ng ch tiêu t ng h p(hay các ch s CLKK). Ph ng pháp đ c ng d ng đ đánh giá t ng h p đ i v i ch t l ng môi tr ng thƠnh ph n t nh ng n m 80 m t s n c nh Liên Xô c , Canađa, c, M ầ [24, 25]. Ph ng pháp ch tiêu t ng h p ngƠy cƠng đ c phát tri n ng d ng r ng rưi trên th gi i, v i ý t ng ch đ o lƠ xem xét t i m t đi m cho tr c ng v i m t th i đi m t nƠo đó thì CLKK ch u tác đ ngđ ng th ic a n thông s . Giá tr n ng đ Ci c a ch t i có đ c t dưy s li u đo đ c, phơn tích th c t hay tính t mô hình s đ c s d ng đ xác đ nhgiá tr max c a AQI (ch s CLKK) ho c các ch s t ng h p P. Cách tính AQI hay P đ c trình bƠy chi ti t trong tƠi li u [24]. Ph ng pháp ch tiêu t ng h p có u đi m h n ph ng pháp truy n th ng các khía c nh sau:
- So sánh đ c ch t l ng môi tr ng các v trí kh o sát.
- D nh n xét, phơn tích đánh giá v b c tranh phơn b t ng quát c a ch t l ng môi tr ng trên mi n không gian kh o sát t i th i đi m t.
- Thu n l i trong vi c xơy d ng các b n đ hi n tr ng môi tr ng thƠnh ph n nói riêng vƠ t ng h p nói chung, đ m b o đ tin c y vƠ t i u v m t kinh t .
- Thu n l i trong vi c xơy d ng các mô hình tính toán, d báo ch t l ng môi tr ng t ng h p.
32
1.3. Tình hình nghiên c u ch t l ng không khí trên th gi i vƠ Vi t Nam
1.3.1. Tình hình nghiên c u trên th gi i
Nhi u nghiên c u chuyên sâu v CLKK đư đ c th c hi n nhi u n c trên th gi i. Các ph ng pháp đánh giá ch y u đ c s d ng thông qua s li u quan tr c, tính toán b ng mô hình hóa. Nh ng n m g n đơy, xu h ng đánh giá s d ng các ch s đánh giá t ng h p CLKK d a vào các s li u tính đ c t s li u quan tr c