Tài liệu Nghiên cứu đánh giá, khoanh vùng chất lượng không khí theo chỉ số aqi và đề xuất các giải pháp cải thiện chất lượng không khí thành phố hà nội

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG NCS: Th.S. Nguyễn Thị Thanh Trâm NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ, KHOANH VÙNG CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ THEO CHỈ SỐ AQI VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ THÀNH PHỐ HÀ NỘI CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 62 52 03 20 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - Năm 2015 2 MỞ ĐẦU Ô nhiễm môi trường đã và đang trở một trong những thách thức to lớn trên phạm vi toàn cầu. Quá trình công nghiệp hóa nền kinh tế và phát triển đô thị ở hầu hết các quốc gia đều kéo theo những vấn đề về ô nhiễm môi trường trong đó có ô nhiễm không khí. Ô nhiễm không khí ở các đô thị lớn có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cuộc sống và sức khỏe con người. Ở nước ta, ô nhiễm không khí tại các đô thị lớn như thủ đô Hà Nội đang đặt ra nhiều vấn đề cấp bách và đang là đối tượng nghiên cứu của nhiều đề tài, dự án về bảo vệ môi trường (BVMT). Cùng với tốc độ tăng trưởng kinh tế không ngừng tăng lên trong 10-15 năm tới, Hà Nội sẽ phải đối mặt với tình trạng nghiêm trọng hơn về ô nhiễm không khí. Do vậy, vấn đề kiểm soát chất lượng không khí, xác định các vấn đề thách thức ô nhiễm không khí, khoanh vùng ô nhiễm và đề xuất các giải pháp, cải thiện chất lượng không khí ở thủ đô Hà Nội là công việc hết sức cần thiết. Kinh nghiệm giải quyết những vấn đề tương tự trên thế giới cho thấy cần phải xây dựng các mô hình tính toán dựa trên mô hình chỉ số chất lượng không khí tổng hợp có cơ sở khoa học và phù hợp với thực tế của quốc gia. Tính cấp thiết của đề tài luận án: Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, đi theo là quá trình đô thị hóa, Hà Nội từ một thành phố nhỏ chỉ có khoảng 300.000 dân vào năm 1954, nay dân số thành phố Hà Nội đã tăng lên khoảng 6,5 triệu người. Với diện tích đất khoảng 3.347 km2, là một thành phố Thủ đô có diện tích lớn thứ 4 trên thế giới, kinh tế xã hội phát triển mạnh, đã hình thành 19 khu công nghiệp, khoảng 50 cụm công nghiệp và khoảng 60 cụm tiểu thủ công nghiệp, số lượng phương tiện giao thông cá nhân phát triển nhanh chóng. Từ một thành phố đi lại chủ yếu bằng xe đạp đến nay Hà Nội đã có khoảng trên 4 triệu xe mô tô-xe máy, khoảng 400.000 xe ô tô cá nhân, hàng năm xây dựng mới và sửa chữa nâng cấp hàng triệu m2 diện tích công trình xây dựng và hàng chục nghìn mét đường giao thông. Đô thị hóa và phát triển kinh tế-xã hội mạnh mẽ nêu trên đã tác động gây ô nhiễm môi trường nói chung và môi trường không khí nói riêng ngày càng nặng nề. 3 Trước tình hình đó việc nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm không khí Hà Nội một cách định lượng, có cơ sở khoa học, phân vùng Hà Nội theo các mức ô nhiễm khác nhau, xác định khu vực nào là bị ô nhiễm nhất, thành phần ô nhiễm môi trường không khí nào là đáng lo ngại nhất, v.v... từ đó đề xuất các giải pháp cấp bách nhằm giảm thiểu ô nhiễm, cải thiện chất lượng môi trường không khí là vấn đề môi trường rất cần thiết phải giải quyết đối với TP. Hà Nội. Vì vậy đề tài luận án có tính cấp thiết. Mục tiêu nghiên cứu: - Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và kinh nghiệm thực tiễn về chỉ số đánh giá chất lượng không khí của các nước trên thế giới, lựa chọn và đề xuất mô hình đánh giá chất lượng không khí theo chỉ số chất lượng không khí (AQI) phù hợp với điều kiện của Việt Nam. - Áp dụng mô hình đánh giá chất lượng không khí theo chỉ số AQI trên cơ sở phân tích các số liệu quan trắc môi trường không khí thực tế của Hà Nội thu thập được, xây dựng phần mềm tính toán Chỉ số chất lượng không khí và khoanh vùng chất lượng không khí để đánh giá thực trạng chất lượng không khí Hà Nội và từ đó đề xuất các giải pháp kiểm soát chất lượng môi trường không khí nhằm giảm thiểu ô nhiễm và cải thiện chất lượng môi trường không khí tại thành phố Hà Nội. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Luận án tập trung nghiên cứu đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường không khí xung quanh tại các khu vực đặc trưng có số liệu quan trắc môi trường trong những năm gần đây trong phạm vi ranh giới hành chính của thành phố Hà Nội hiện nay (mở rộng sau năm 2008). Các thông số ô nhiễm được xem xét trong luận án là các thông số ô nhiễm cơ bản của môi trường không khí xung quanh gồm: trước mắt là TSP, SO2, NO2, và CO và tương lai là PM10, SO2, NO2, CO và O3. Nội dung nghiên cứu: 1. Tổng quan về ô nhiễm môi trường không khí và các công trình nghiên cứu có liên quan đối với môi trường không khí thành phố Hà Nội; 2. Nghiên cứu đề xuất mô hình đánh giá chất lượng môi trường không khí theo các chỉ số chất lượng không khí (AQI) phù hợp với điều kiện Việt Nam; 4 3. Xây dựng phần mềm tính toán, khoanh vùng và vẽ bản đồ phân bố đồng mức chất lượng không khí Hà Nội theo chỉ số AQI; 4. Phân tích thực trạng, đánh giá chất lượng và khoanh vùng ô nhiễm môi trường không khí thành phố Hà Nội theo chỉ số chất lượng không khí (AQI); 5. Đề xuất các giải pháp kiểm soát nhằm cải thiện chất lượng môi trường không khí thành phố Hà Nội. Phương pháp nghiên cứu: Luận án được thực hiện dựa trên cơ sở áp dụng các phương pháp nghiên cứu sau: Phương pháp thu thập, tổng hợp và phân tích số liệu quan trắc môi trường thực tế: đã thu thập các số liệu quan trắc môi trường không khí từ các trạm quan trắc và phân tích môi trường của Trung ương, vùng và của Hà Nội trong những năm gần đây. Đã tập hợp, phân tích đánh giá diễn biến môi trường không khí Hà Nội giai đoạn 2006-2013 và đồng bộ hóa các số liệu để đưa vào mô hình và phần mềm tính toán các chỉ số AQI của Hà Nội đối với một năm điển hình là năm 2010. Phương pháp mô hình hóa: trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và kinh nghiệm thực tế của các nước trên thế giới, xác định ô nhiễm môi trường không khí theo các chỉ số chất lượng không khí AQI, tiến hành nghiên cứu lựa chọn và xây dựng mô hình tính toán ô nhiễm không khí theo Chỉ số AQI phù hợp với điều kiện Việt Nam. Phương pháp tham vấn chuyên gia: đã áp dụng phương pháp tham vấn chuyên gia để xây dựng mô hình tính toán ô nhiễm không khí thông qua việc xây dựng và gửi Phiếu Tham vấn đến hầu hết các chuyên gia liên quan đến lĩnh vực môi trường không khí. Phương pháp ứng dụng công nghệ thông tin và mô hình toán học: đã tiến hành xây dựng một cơ sở dữ liệu và phần mềm riêng được đặt tên là AQUIS (Air Quality Index Software). AQUIS cho phép quản lý số liệu cũng như tính toán, khoanh vùng ô nhiễm dựa vào số liệu quan trắc môi trường không khí hiện có và vẽ bản đồ phân vùng ô nhiễm theo các đường đồng mức chỉ số AQI. 5 Ý nghĩa khoa học của đề tài luận án: Luận án đã nghiên cứu và đề xuất được 2 mô hình đánh giá tổng hợp chất lượng không khí phù hợp với điều kiện Việt Nam hiện nay. Đã xây dựng phần mềm AQUIS và sử dụng các số liệu quan trắc thực tế môi trường không khí Hà Nội, áp dụng phần mềm này dùng để tính toán AQI và vẽ các bản đồ khoanh vùng chất lượng không khí Hà Nội theo các mô hình tính toán khác nhau. AQUIS đã hiển thị trực quan và nhanh chóng các bản đồ phân vùng hiện trạng chất lượng không khí Hà Nội. Từ phân tích kết quả tính toán theo phần mềm AQUIS, đã đề xuất các giải pháp quản lý cấp bách để giảm thiểu ô nhiễm và cải thiện chất lượng không khí thành phố Hà Nội. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài luận án: Mô hình đánh giá và khoanh vùng chất lượng không khí theo chỉ số AQI và công thức tính toán chỉ số chất lượng không khí tổng hợp được xây dựng có xét đến sự đóng góp bởi tất cả các thông số ô nhiễm môi trường không khí, chứ không chỉ do một thông số nào quyết định. Mô hình tính toán chỉ số chất lượng không khí được đề xuất đưa ra kết quả có tính định lượng, là mức đánh giá hợp lý về ô nhiễm không khí của khu vực nghiên cứu cũng như cung cấp bức tranh về mức độ ô nhiễm không khí khu vực tỉnh/thành hay quốc gia để công bố cảnh báo cho cộng đồng và phục vụ công tác kiểm soát ô nhiễm và nâng cao chất lượng không khí của vùng nghiên cứu. Sử dụng phần mềm AQUIS được đề xuất trong luận án để tính chỉ số chất lượng không khí là phương pháp khoa học đáng tin cậy để đánh giá và khoanh vùng ô nhiễm không khí theo chỉ số AQI, không chỉ dùng cho thành phố Hà Nội mà có thể áp dụng cho bất kỳ tỉnh/thành phố hoặc khu vực nào nếu có mạng lưới quan trắc đủ dày các điểm đo tại khu vực cần đánh giá. Các giải pháp giảm thiểu được đề xuất trong luận án là các giải pháp có tính khả thi, nếu được cơ quan quản lý thành phố Hà Nội áp dụng thì sẽ có tác dụng giảm thiểu ô nhiễm, cải thiện chất lượng không khí Hà Nội. 6 Những đóng góp mới của luận án: 1. Trên cơ sở tổng quan về các mô hình chỉ số chất lượng không khí của nhiều nước trên thế giới, NCS đã nghiên cứu lý thuyết và tham vấn chuyên gia để lựa chọn mô hình tính toán chỉ số chất lượng không khí đơn lẻ (AQIi) cũng như chỉ số chất lượng không khí tổng hợp (AQI0) của môi trường không khí phù hợp với điều kiện Việt Nam. NCS đã đề xuất 2 mô hình tính toán chỉ số chất lượng không khí tổng hợp, đó là: - Đề xuất mô hình 1 (MH1): Chỉ số chất lượng không khí tổng hợp (AQI0) bằng trị số trung bình cộng có trọng số của các chỉ số chất lượng không khí đơn lẻ (AQIi). - Đề xuất mô hình 2 (MH2): Chỉ số chất lượng không khí tổng hợp (AQI0) bằng ½ trị số chỉ số chất lượng không khí đơn lẻ lớn nhất (AQIi,max) cộng với trị số trung bình cộng của các chỉ số chất lượng không khí đơn lẻ còn lại 1 m 1  AQI i . Nói cách khác mô hình 2 này chính là mô hình trung m  1 t 1 gian của mô hình lấy trị số chỉ số chất lượng không khí tổng hợp bằng trị m số trung bình cộng các chỉ số đơn lẻ AQI 0  1  AQI i và mô hình lấy trị m i 1 số chỉ số chất lượng không khí đơn lẻ lớn nhất là trị số của chỉ số chất lượng không khí tổng hợp (mô hình 3: AQI 0  AQI i, max , được tính theo Quyết định số 878/QĐ-TCMT, ngày 1/7/2011 của Tổng cục Môi trường). - Đã nghiên cứu xác định các điều kiện phù hợp để áp dụng mô hình tính toán 1 (MH1), mô hình tính toán 2 (MH2) hay áp dụng mô hình tính toán 3 (MH3) để xác định chỉ số chất lượng không khí tổng hợp. 2. NCS đã xây dựng phần mềm AQUIS dùng để quản lý dữ liệu cũng như tiến hành tính toán, khoanh vùng ô nhiễm dựa vào số liệu quan trắc môi trường không khí hiện có. Phần mềm AQUIS hỗ trợ cho các nhà nghiên cứu cũng như các nhà quản lý môi trường không khí đánh giá nhanh các chỉ số AQIi, AQI0 tại các vị trí quan trắc khác nhau của vùng nghiên cứu và vẽ các đường đồng mức AQIi, AQI0.. AQUIS là công cụ đánh giá trên cơ sở đưa dữ liệu môi trường kết hợp mô hình tính toán và hiển thị trực tiếp trên bản đồ số hiển thị màu sắc dễ nhận biết mà người 7 sử dụng không nhất thiết phải có chuyên sâu về từng công cụ tính toán hay lập trình trên công cụ đó. 3. Đánh giá và khoanh vùng ô nhiễm môi trường không khí theo AQIi đơn lẻ và AQI0 tổng hợp: Dựa trên các số liệu quan trắc môi trường không khí Hà Nội năm 2010 và sử dụng mô hình và phần mềm AQUIS để tính toán và khoanh vùng ô nhiễm môi trường không khí, NCS đã tính toán và khoanh vùng ô nhiễm môi trường không khí thành phố Hà Nội theo AQIi đơn lẻ và AQI0 tổng hợp (theo các mô hình xác định AQI0 khác nhau). 4. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu của Luận án, NCS đã đề xuất một số giải pháp quản lý có tính cấp bách nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí Hà Nội. Bố cục của luận án: Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và các phụ lục, luận án được bố cục thành 4 chương sau: Chương 1. Tổng quan về ô nhiễm và sử dụng chỉ số chất lượng không khí ở Hà Nội Chương 2. Xây dựng mô hình chỉ số chất lượng không khí AQI phù hợp với điều kiện Việt Nam Chương 3. Xây dựng phần mềm AQUIS để tính toán, đánh giá và khoanh vùng ô nhiễm môi trường không khí thành phố Hà Nội theo các chỉ số chất lượng không khí (AQI) Chương 4. Đề xuất một số giải pháp cấp bách về quản lý để giảm thiểu ô nhiễm không khí thành phố Hà Nội. Luận án được trình bày trong 141 trang A4, 11 bảng số liệu, 23 hình vẽ, danh mục 11 công trình khoa học của NCS đã được công bố liên quan đến luận án, 108 tài liệu tham khảo tiếng Việt và tiếng nước ngoài. 8 NỘI DUNG LUẬN ÁN Chương 1 TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM VÀ SỬ DỤNG CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ Ở HÀ NỘI 1.1. Tổng quan về mô hình đánh giá chất lượng không khí theo chỉ số chất lượng không khí Vào các năm thập niên 70 của thế kỷ trước, ở Hoa Kỳ, Liên Xô và ở nhiều nước trên thế giới đều sử dụng chỉ số chất lượng không khí tổng hợp là tổng tuyến tính các chỉ số chất lượng không khí đơn lẻ. Mô hình này có nhiều nhược điểm nên đến nay không có nước nào dùng mô hình này nữa. Hiện nay có 3 loại mô hình tính toán chỉ số chất lượng không khí tổng hợp AQI0 được sử dụng ở các nước trên thế giới là (1) Mô hình tính chỉ số AQI0 tổng hợp theo trung bình cộng các chỉ số AQIi đơn lẻ, các nước đang sử dụng mô hình này là một số nước châu Âu, Mê hi cô, Hồng Kông, Singapore, Malaysia, Ấn Độ,...; (2) Mô hình xác định chỉ số tổng hợp (AQI0) theo trị số chỉ số đơn lẻ lớn nhất (AQImax), các nước đang sử dụng mô hình này là Hoa Kỳ, Canada, Trung Quốc, Thái Lan và (3) Mô hình tương tác đơn giản, chỉ có một số thành phố trên thế giới áp dụng mô hình này. Nghiên cứu xây dựng các chỉ số để đánh giá một cách định lượng chất lượng môi trường không khí, cũng như áp dụng các mô hình tính toán chỉ số chất lượng không khí đã được nhiều nhà khoa học các nước trên thế giới tiến hành từ những năm đầu thập kỷ 70 của thế kỷ 20, nhưng ở nước ta thì cho đến nay vẫn còn là vấn đề mới mẻ, chưa được xác định rõ ràng và chưa hoàn thiện. Các nước khác nhau áp dụng các mô hình tính toán chỉ số chất lượng không khí khác nhau. Nhìn chung các mô hình tính toán chỉ số chất lượng không khí ở các nước khác nhau thường chỉ khác nhau về sự lựa chọn các thông số ô nhiễm nào để đưa vào mô hình tính toán, phương pháp tính chỉ số chất lượng không khí tổng hợp để đánh giá tình trạng chất lượng tổng thể của môi trường không khí, phân mức chất lượng không khí và khác nhau về hệ số quy ước đối với chỉ số chất lượng không khí. 9 1.2. Tổng quan về ô nhiễm không khí ở Hà Nội Luận án đã nghiên cứu tổng quan về điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội của Hà Nội, diễn biến ô nhiễm không khí tại Hà Nội và các công trình nghiên cứu liên quan, đặc biệt là tổng quan về mô hình đánh giá và khoanh vùng chất lượng không khí theo chỉ số chất lượng không khí ở trên thế giới và ở Việt Nam. Thực trạng ô nhiễm môi trường không khí ở thành phố Hà Nội đang là mối lo ngại cho các cơ quan quản lý nhà nước về môi trường cũng như toàn thể dân cư Hà Nội. Đến nay Hà Nội đã hình thành 19 KCN, khoảng 50 CCN, khoảng 60 CTTCN, phương tiện giao thông cá nhân đã tăng nhanh như vũ bão, mô tô- xe máy đã tăng lên khoảng 4 triệu chiếc và xe ô tô các loại tăng lên khoảng 400 000 xe, hàng năm xây dựng mới và sửa chữa nâng cấp hàng triệu m2 diện tích công trình xây dựng và hàng chục nghìn mét đường giao thông v.v... Tất cả các hoạt động phát triển KT-XH này đã tác động mạnh mẽ và gây ra ô nhiễm môi trường không khí Hà Nội, đặc biệt là ô nhiễm bụi TSP, PM10 rất nặng nề. Trong điều kiện phát triển kinh tế - xã hội và đô thị hóa Hà Nội mạnh mẽ như nêu ở trên, cùng với vị trí và vai trò đặc biệt của Thủ đô Hà Nội, ô nhiễm không khí đang là một trong những tâm điểm của các vấn đề nhức nhối về môi trường. Do đó nghiên cứu đánh giá chất lượng không khí và đề xuất các giải pháp để kiểm soát và cải thiện chất lượng không khí của thành phố Hà Nội là vấn đề cấp thiết, đó không chỉ là trách nhiệm của các cơ quan quản lý nhà nước về môi trường mà là trách nhiệm của cả cộng đồng. 10 Chương 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ (AQI) PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM 2.1. Mô hình chỉ số chất lượng không khí cơ bản, đơn lẻ AQIi Công thức cơ bản để xác định chỉ số chất lượng không khí đơn lẻ đối với chất ô nhiễm i, đối với một địa điểm nào đó trong khu vực nghiên cứu là: 1 z C i ,t (2.1a) AQI i   z t 1 C i , 0 trong đó: Ci,t là nồng độ chất ô nhiễm i tại thời điểm t của địa điểm nghiên cứu; Ci,0 là nồng độ cho phép của chất ô nhiễm i; C Nếu thời gian “t” đã được xác định thì (2.1b) AQI i  i Ci , 0 AQI i  Ci  aQuy uoc Ci , 0 (2.1c) Người ta thường định giá chỉ số chất lượng không khí theo số nguyên chẵn nên thường nhân chỉ số chất lượng không khí với hệ số quy ước (aQuyuoc) nhằm chuyển từ số thập phân thành số nguyên hàng chục hay hàng trăm để dễ dàng phân mức ô nhiễm. Trị số aQuyuoc tương ứng với trường hợp nồng độ chất ô nhiễm thực tế Ci,t đúng bằng nồng độ tối đa cho phép Ci,0. Kết quả điều tra theo phiếu tham vấn chuyên gia cho kết quả lấy hệ số quy ước đối với các chỉ số chất lượng không khí ở nước ta là aQuyuoc = 100. 2.2. Phân chia các mức ô nhiễm không khí theo chỉ số chất lượng không khí Tùy theo quy định ở các nước khác nhau, người ta thường phân chia các mức ô nhiễm khác nhau và thể hiện bằng các màu sắc chỉ định khác nhau. Nước có mức phân chia ít nhất là là 3 mức (không bị ô nhiễm, bị ô nhiễm và bị ô nhiễm nặng), trung bình là 4 mức, nhiều nước phân thành 5 mức, 6 mức. Số lượng phân chia mức ô nhiễm nhiều nhất là 10 mức. 11 Theo kết quả điều tra theo phiếu tham vấn chuyên gia thì ở nước ta nên chia thành 5 mức ô nhiễm (1) chất lượng không khí tốt: AQI≤50 (màu xanh da trời); (2) Không bị ô nhiễm:50≤AQI≤100 (màu vàng); (3) Bị ô nhiễm 100300 (màu nâu). 2.3. Chỉ số chất lượng không khí tổng hợp AQI0 Hiện nay trên thế giới thường áp dụng theo 3 mô hình tính AQI0 (Wayne R.Ott) như sau: * Mô hình tính toán chỉ số chất lượng không khí tổng hợp theo công thức trị số trung bình cộng có trọng số các chỉ số đơn lẻ: 1 m 1 m C (2.2) AQI 0   AQI i   i  aQuyuoc m i 1 m i 1 Ci , 0 Mô hình này lấy trung bình cộng của các chỉ số chất lượng không khí đơn lẻ là phù hợp và cho kết quả đáng tin cậy khi các giá trị của các chỉ số chất lượng không khí đơn lẻ khác nhau không quá lớn, nhưng lại có thể xảy ra trường hợp bất thường, đó là hiệu ứng “che khuất” (eclipsing). Trong công thức 2.2, m là tổng số chất ô nhiễm được xét đến khi tính AQI0. Theo kết quả điều tra theo phiếu tham vấn chuyên gia thì trong thời gian trước mắt ở nước ta tính AQI0 với 4 chất ô nhiễm là bụi (TSP hay PM10), SO2, NO2 và CO. Trong tương lai tính AQI0 với 5 chất ô nhiễm là PM10, SO2, NO2, CO và O3. *Mô hình lấy giá trị chỉ số đơn lẻ lớn nhất (toán tử tối đa) Để khắc phục vấn đề hiệu ứng “che khuất” nêu trên, Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (USEPA) đã xây dựng phương pháp lấy trị số AQIi lớn nhất làm chỉ số chất lượng không khí tổng hợp, mô hình này đã được một số nước áp dụng, trong đó có Việt Nam: (2.3) AQI 0  AQI i , max Tính toán AQI0 theo mô hình lấy giá trị AQIi lớn nhất tuy có tính an toàn sức khỏe, nhưng có tính phiến diện, không xét đến tác động tổng hợp của nhiều thông số ô nhiễm, dẫn đến đánh giá mức ô nhiễm cao hơn thực tế, có thể dẫn đến đưa ra các giải pháp ô nhiễm quá tốn kém. Điển hình là Đại học Yale và Colombia (Hoa Kỳ) đã công bố tại Diễn đàn Kinh tế Thế giới tại Davos (Thụy Sĩ - tháng 2/2012), rằng Việt Nam là một trong mười nước có môi trường không khí ô nhiễm nhất trên thế giới, bởi vì họ coi AQIbụi, max là AQI0. *Mô hình tương tác đơn giản (SIM): 12 Mô hình tương tác đơn giản SIM được áp dụng ở một số thành phố trên thế giới. Tính toán chỉ số chất lượng không khí theo mô hình này là theo phương pháp lấy trung bình cộng của các chỉ số chất lượng đơn lẻ và coi đây là chỉ số chất lượng không khí tổng hợp, đại diện cho chất lượng không khí của thành phố. 2.4. Đề xuất 2 mô hình tính toán chỉ số chất lượng không khí tổng hợp AQI0 Như ở mục 2.3 đã phân tích: Mô hình tính toán chỉ số chất lượng không khí tổng hợp theo trung bình cộng (công thức 2.2) và mô hình lấy trị số đơn lẻ lớn nhất (công thức 2.3) đều còn một số tồn tại. Vì vậy NCS đã đề xuất 2 mô hình sau đây để tính toán chỉ số chất lượng không khí ở Việt Nam. 2.4.1. Mô hình 1 – Mô hình tính chỉ số chất lượng không khí tổng hợp theo trị số trung bình cộng các chỉ số đơn lẻ có trọng số Công thức tính AQI0 có xét đến trọng số có dạng: AQI 0  m 1   k i AQI i  m k i 1 i 1 i m 1   ki  m k i 1 Ci aQuyuoc C i ,0 (2.4) i i 1 trong đó: ki là trọng số đối với từng chỉ số chất lượng không khí đơn lẻ. Trong thời gian trước mắt nếu chỉ xét đến 4 thông số ô nhiễm Bụi, SO2, NO2 và CO thì theo kết quả điều tra theo phiếu tham vấn chuyên gia cho các trị số ki như sau: Trọng số đối với AQIbụi là kbụi=1,00; đối với AQI SO2 là k SO2 =1,10; đối với AQI NO2 là k NO2 =0,97 và đối với AQI CO là kCO =0,93. 2.4.2. Mô hình 2 – Mô hình trung gian c ủa mô hình trung bình c ộ ng và mô hình lấy tr ị số chỉ số đơn lẻ lớ n nh ất Theo mô hình 2 này, chỉ số chất lượng không khí tổng hợp AQI0 được xác định bằng ½ tổng của trị số chỉ số chất lượng không khí lớn nhất (AQIi,max) cộng với trị số trung bình tổng của các chỉ số chất lượng không m 1 khí đơn lẻ còn lại ( 1  AQI i ). m  1 11 Công thức tính AQI0 theo mô hình 2 là: 1 1 m 1  (2.5) AQI 0   AQI i , max  AQI i   2 m  1 i 1  2.5. Xác định các điều kiện để áp dụng phù hợp đối với mô hình tính AQI0 13 NCS đã tiến hành tính toán áp dụng 3 mô hình (Mô hình 3 là mô hình lấy theo trị số AQIi,max) tính toán AQI0 với ma trận gồm 135 tổ hợp 5 thông số ô nhiễm PM10, SO2, NO2, CO và O3, trong đó trị số trung bình cộng các trị số chất lượng không khí đơn lẻ ( 1 m 1  AQI m  1 11 i , viết tắt là AQI i(1) không bao gồm AQIi,max) bằng từ 50 (chất lượng môi trường tốt) đến 400 (môi trường bị ô nhiễm nặng) và tỉ lệ giữa AQIi,max và AQI i(1) bằng từ 1 đến 10 lần, đã xác định được các điều kiện áp dụng phù hợp đối với mỗi mô hình tính toán AQI0 như sau: - Khi AQI i(1) ≤ 200 và tỉ lệ AQIi,max/ AQI i(1) ≤ 2 thì áp dụng mô hình 1; - Khi AQI i(1) < 300 và tỉ lệ AQIi,max/ AQI i(1) < 5 thì áp dụng mô hình 2; - Khi AQI i(1) < 300 và tỉ lệ AQIi,max/ AQI i(1) ≥ 5 thì áp dụng mô hình 3; - Khi AQI i(1) ≥ 300 thì không cần tính AQI0 mà có thể kết luận ngay là môi trường không khí đã bị ô nhiễm rất nặng; 14 Chương 3 XÂY DỰNG PHẦN MỀM AQUIS ĐỂ TÍNH TOÁN, ĐÁNH GIÁ VÀ KHOANH VÙNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ HÀ NỘI THEO CÁC CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ (AQI) 3.1. Xây dựng phần mềm phân mức và khoanh vùng ô nhiễm không khí Hà Nội theo các chỉ số chất lượng không khí (AQI) Nghiên cứu về phân mức và khoanh vùng ô nhiễm theo chỉ số chất lượng môi trường AQI sẽ rất khó triển khai vào thực tế nếu thiếu ứng dụng công nghệ thông tin trong phát triển một hệ thống cơ sở dữ liệu với các kỹ thuật tin học để xử lý số liệu. Theo nhiều nghiên cứu, hệ thống thông tin môi trường được định nghĩa như một hệ thống dựa trên máy tính để lưu trữ, quản lý và phân tích các thông tin môi trường và các dữ liệu liên quan. Vai trò nền của công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) là quan trọng trong hệ thống thông tin môi trường: thành phần cốt lõi của hệ thống thông tin môi trường là một cơ sở dữ liệu không gian được cấu trúc chặt chẽ và dễ truy xuất, trong đó chứa đựng các thông tin phân bố không gian cùng với các thông tin thuộc tính liên quan của nó. Với việc ứng dụng công nghệ GIS, công nghệ Web và được xây dựng theo các module cho phép liên kết, tích hợp, chia sẻ thông tin được dễ dàng. Sản phẩm được ứng dụng trong Luận án này là phần mềm AQUIS (Air Quality Index Software), được NCS hợp tác với các cộng sự của Phòng Tin học, Đại học quốc gia TP HCM, xây dựng vào năm 2013 dưới sự hướng dẫn của PGS.TSKH. Bùi Tá Long. Phần mềm AQUIS sử dụng dữ liệu bản đồ đã được số hóa từ phần mềm GIS thông dụng là Mapinfo. Các bước ứng dụng GIS trong nghiên cứu này gồm xây dựng bản đồ nền với 5 lớp chính: ranh giới hành chính thủ đô Hà Nội; ranh giới hành chính huyện, quận; xã; vị trí các khu công nghiệp, cụm công nghiệp, khu đô thị, làng nghề; đường quốc lộ. Tiếp theo là xây dựng các lớp chuyên đề được lựa chọn trong nghiên cứu. Các lớp chuyên đề này được xây dựng dựa trên mục tiêu và những nội dung được đặt ra cho nghiên cứu này. Các vị trí quan trắc được chấm theo các ký hiệu khác nhau. Lưu ý rằng cho đến năm 2010, số liệu quan trắc chất lượng không khí của Hà 15 Nội được phân thành 5 loại: Khu dân cư, Khu công nghiệp, Khu đô thị, Cụm công nghiệp, Làng nghề. Các bước vận hành AQUIS được thể hiện trên hình 1. Hình 1. Các bước thực hiện vận hành AQUIS 3.2. Mô tả dữ liệu, số liệu được sử dụng trong luận án Để đánh giá phân bố các chỉ số chất lượng môi trường không khí và khoanh vùng ô nhiễm cần thiết có đầy đủ thông tin, dữ liệu quan trắc môi trường với mạng lưới các điểm quan trắc phải đủ dày, và thời gian quan trắc phải đủ dài. Trong quá trình thực hiện nghiên cứu này, NCS đã nỗ lực thu thập hầu hết số liệu quan trắc chất lượng không khí ở thành phố Hà Nội trong thời gian từ 2006 đến năm 2013. Hình 2. Bản đồ các vị trí quan trắc chất lượng không khí trên địa bàn Hà Nội 16 Phân tích số liệu quan trắc môi trường không khí Hà Nội từ năm 2006-2013 thấy rằng vị trí điểm đo có sự thay đổi theo từng năm và chỉ có năm 2010 là năm có nhiều điểm đo nhất và có số liệu đầy đủ nhất (hình 2). Do đó NCS sử dụng số liệu quan trắc môi trường năm 2010 để áp dụng thử nghiệm mô hình tính toán và khoanh vùng ô nhiễm không khí đối với thành phố Hà Nội. Bộ số liệu quan trắc môi trường không khí của Hà Nội được sử dụng trong nghiên cứu được thu thập từ hai nguồn: địa phương quan trắc và Tổng cục môi trường đo đạc theo chương trình quốc gia. Qua nghiên cứu, một số bất cập có thể nhận thấy như vị trí quan trắc giữa địa phương và trung ương không trùng nhau, bên cạnh đó thời gian đo cũng không thống nhất. Do đó trong nghiên cứu này NCS đã thực hiện bước chỉnh lý bộ số liệu, đồng bộ hóa theo thời gian thành 2 đợt để phân tích tính toán chỉ số AQI. Mặt khác bổ sung các điểm quan trắc theo nguồn của Tổng cục Môi trường và nguồn của Trạm Quan trắc và Phân tích môi trường Vùng đất liền để làm dày thêm các điểm quan trắc. 3.3. Kết quả tính toán và thảo luận 3.3.1. Kết quả tính toán khoanh vùng ô nhiễm không khí Hà Nội theo chỉ số chất lượng không khí đơn lẻ Kết quả tính toán khoanh vùng ô nhiễm không khí theo chỉ số chất lượng không khí đơn lẻ bằng phần mềm AQUIS được thể hiện trên hình 3 đối với SO2, hình 4 đối với NO2, hình 5 đối với CO và hình 6 đối với TSP. Kết quả tính toán AQI theo từng thông số ô nhiễm cho thấy tại cùng một điểm quan trắc, giá trị AQI của thông số ô nhiễm bụi TSP và SO2 thường cao hơn so với AQIi đối với NO2 và CO. Điều này phù hợp với những phân tích và đánh giá về ô nhiễm môi trường không khí trước đây, Hà Nội bị ô nhiễm bụi là chủ yếu và nặng nhất. Ô nhiễm SO2 ở Hà Nội cũng đã tương đối cao. Các địa điểm ô nhiễm nặng nề nhất về bụi bao gồm Làng nghề kim khí Rùa Hạ; làng nghề kim khí thôn Liễu Nội; khu vực Bến xe Hà Đông; đường Phùng Hưng; khu dân cư Trung hoà - Nhân Chính; KCN Thăng Long; khu dân cư Nhà máy Bia Hà Đông; KCN Nội Bài; làng nghề Sơn mài Hạ Thái; làng nghề Luyện kim gò hàn Phú Thứ. Các địa 17 điểm bị ô nhiễm nặng về SO2 gồm khu vực Bến xe Hà Đông; khu dân cư Nhà máy Bia Hà Đông; đường Phùng Hưng; KCN Ba La; làng nghề kim khí Rùa Hạ; khu dân cư Trung hoà - Nhân Chính, trong đó khu vực Bến xe Hà Đông và khu dân cư Nhà máy Bia Hà Đông là các khu vực bị ô nhiễm rất nặng về SO2. Hình 3. Bản đồ AQI SO2 năm 2010 Hình 5. Bản đồ AQICO năm 2010 Hình 4. Bản đồ AQI NO 2 năm 2010 Hình 6. Bản đồ AQITSP năm 2010 18 3.3.2. Kết quả tính toán khoanh vùng ô nhiễm không khí theo chỉ số chất lượng không khí tổng hợp (AQI0) theo các mô hình tính toán khác nhau Phần mềm AQUIS đã được sử dụng để tính toán và phân vùng ô nhiễm theo chỉ số chất lượng không khí tổng hợp được thể hiện trong các Hình 7 – Hình 9). 3.3.2.1. Kết quả tính toán toán chỉ số chất lượng không khí tổng hợp theo cách tính AQI0 trung bình cộng có trọng số (MH1) Hình 7. Bản đồ phân vùng (khoanh vùng) ô nhiễm không khí Hà Nội theo mô hình AQI0 trung bình cộng có trọng số trên cơ sở số liệu quan trắc năm 2010 Hình 8. Bản đồ phân vùng (khoanh vùng) ô nhiễm không khí Hà Nội theo mô hình tính AQI0 là trung gian giữa trị số trung bình cộng và trị số AQIi,max trên cơ sở số liệu quan trắc năm 2010 Kết quả tính toán AQI0 theo mô hình trung bình cộng có trọng số của các chỉ số AQIi (MH1) được thể hiện trên hình 7. Theo cách tính này Hà Nội đã bị ô nhiễm không khí với 89/140 điểm quan trắc là bị ô nhiễm, chiếm tỉ lệ 64% các điểm quan trắc bị ô nhiễm, trong đó có một điểm có giá trị AQI nằm trong khoảng bị ô nhiễm không khí rất nặng là làng nghề kim khí Rùa Hạ (huyện Thanh Oai) với giá trị AQI0 là 635.58 và 6 điểm 19 quan trắc khác bị ô nhiễm nặng với giá trị AQI0 theo tính toán nằm trong khoảng từ 200-300. Các địa điểm bị ô nhiễm nặng là làng nghề kim khí thôn Liễu Nội; khu vực Bến xe Hà Đông; đường Phùng Hưng; KDC Trung hoà - Nhân Chính; KDC Nhà máy Bia Hà Đông và làng nghề Sơn mài Hạ Thái. 3.3.2.2. Kết quả tính toán toán chỉ số chất lượng không khí tổng hợp AQI0 theo phương pháp trung gian giữa phương pháp trung bình cộng và phương pháp lấy trị số AQIi,max (MH2) Kết quả tính toán AQI0 theo mô hình trung gian (MH2) được thể hiện trên hình 8. Kết quả tính toán AQI tổng hợp theo MH2 và bản đồ khoanh vùng ô nhiễm không khí thành phố Hà Nội (Hình 8) cho thấy Hà Nội bị ô nhiễm không khí trên diện tích khá lớn, có 96 điểm quan trắc (chiếm tỉ lệ 68,6%) bị ô nhiễm (thể hiện trên bản đồ là các khu vực có màu da cam). Các địa điểm bị ô nhiễm rất nặng bao gồm: làng nghề Kim khí Rùa Hạ; làng nghề Kim khí thôn Liễu Nội; khu vực Bến xe Hà Đông; đường Phùng Hưng; KDC Trung hoà - Nhân Chính. Các địa điểm bị ô nhiễm nặng gồm: KCN Thăng Long; KDC Nhà máy Bia Hà Đông; KCN Nội Bài; làng nghề Luyện kim Gò hàn Phú Thứ; và KCN Ba La. 3.3.2.3. Kết quả tính toán toán chỉ số chất lượng không khí tổng hợp AQI0 theo phương pháp của Tổng cục Môi trường (MH3) Hình 9. Bản đồ phân vùng (khoanh vùng) ô nhiễm không khí Hà Nội theo cách tính AQI0 của Tổng cục Môi trường trên cơ sở số liệu quan trắc năm 2010 20 Kết quả tính toán AQI0 theo phương pháp của Tổng cục Môi trường (MH3) được thể hiện trên hình 9. Theo cách tính này hầu như toàn thành phố Hà Nội bị ô nhiễm môi trường không khí nghiêm trọng và chỉ có 5/140 điểm quan trắc là không bị ô nhiễm không khí, chiếm tỉ lệ rất nhỏ là 3,6%. 3.3.2.4. So sánh kết quả tính toán AQI0 theo 3 mô hình MH1, MH2, MH3 Theo các kết quả tính toán giá trị AQI0 được tính theo phương pháp trung bình cộng có trọng số (MH1), phương pháp trung gian giữa trị số trung bình cộng AQIi và trị số AQIi,max (MH2), và phương pháp lấy trị số AQIi,max là rất khác nhau. Tại cùng một vị trí quan trắc AQI0 tính theo phương pháp MH2 cao hơn AQI0 tính theo phương pháp trung bình cộng có trọng số (MH1) dao động trong khoảng từ 20-50%, đối với các vị trí có AQI0 nằm trong khoảng bị ô nhiễm. Trong khi đó tại các vị trí tương tự AQI0 được tính theo phương pháp lấy trị số AQIi,max (MH3) thường có giá trị lớn hơn tính theo MH2 và cao hơn phương pháp trung bình cộng có trọng số (MH1) dao động khoảng từ 60-130%. Kết quả tính toán AQI0 theo 3 phương pháp cũng cho thấy khi các chỉ số AQI0 nhỏ (nằm trong khoảng không bị ô nhiễm, nghĩa là các số liệu quan trắc chưa vượt ngưỡng cho phép thì kết quả tính AQI0 theo 3 mô hình này là có giá trị gần nhau. Như vậy là giá trị của chỉ số AQI0 tính theo cách tính của Tổng cục Môi trường cao hơn rất nhiều so với phương pháp tính trung bình cộng có trọng số.