ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------------------------------------
Dƣơng Ngọc Bách
NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG TÍNH BIẾN ĐỘNG VÀ QUÁ TRÌNH LAN TRUYỀN BỤI
PM10 TRONG MÔI TRƢỜNG KHÔNG KHÍ Ở HÀ NỘI
Chuyên ngành:
Môi trường không khí
Mã số:
62 85 02 10
DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG
Hà Nội, 2014
1
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH
TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN, ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
Người hướng dẫn khoa học:
GS.TS.Phạm Ngọc Hồ
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án án sẽ đƣợc bảo vệ tại Hội đồng cấp ĐHQG chấm luận án Tiến sĩ họp tại Trƣờng
Đại học Khoa học Tự nhiên vào hồi
giờ ngày
tháng
năm
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thƣ viện Quốc gia Việt Nam;
- Trung tâm Thông tin- Thƣ viện, Đại học Quốc gia Hà Nội.
2
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những thập kỷ gần đây, Hà Nội đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi
trường, trong đó có môi trường không khí. Đặc biệt là tại các khu công nghiệp, các trục
đường giao thông lớn đều bị ô nhiễm với các cấp độ khác nhau. Đó cũng là hệ quả của sự
gia tăng dân số, gia tăng đột biến của các phương tiện giao thông (ôtô, xe máy), cũng như sự
phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp làm gia tăng lượng
phát thải các chất ô nhiễm, trong đó có các chất khí độc hại như NOx, SO2, CO và bụi
PM10. Trong khi đó, mặc dù vơi vị thế là thành phố thủ đô nhưng cơ sở hạ tầng của thành
phố còn lạc hậu, hơn nữa công tác bảo vệ môi trường chưa được chú trọng quan tâm đúng
mức nên nhìn chung vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm không khí đang là vấn
đề bức xúc trong xã hội.
Trong nỗ lực kiểm soát ô nhiễm, bảo vệ môi trường tại địa phương, từ những năm
2000 thành phố Hà Nội và Bộ Tài nguyên Môi trường đã lắp đặt nhiều trạm quan trắc chất
lượng không khí tự động cố định để giám sát, đo đạc liên tục nồng độ các chất ô nhiễm
không khí như NOx, SO2, CO, bụi PM10 v.v. Hoạt động của các trạm quan trắc này đã cung
cấp một nguồn số liệu rất lớn và là cơ sở cho thấy được bức tranh ô nhiễm và diễn biến chất
lượng môi trường không khí của thủ đô, giúp các nhà quản lý đưa ra những quyết sách kịp
thời để kiểm soát chất lượng môi trường không khí.
Thực tế cho thấy, việc duy trì và phát triển mạng lưới các trạm quan trắc chất lượng
không khí tự động cố định trên địa bàn thủ đô là rất đúng đắn và cần thiết. Tuy nhiên, sau
một thời gian hoạt động nhiều trạm đã dừng quan trắc do nhiều nguyên nhân khác nhau như
hỏng hóc thiết bị, thiếu kinh phí duy trì hoạt động hoặc vận hành không ổn định, cung cấp
số liệu không đồng bộ, rời rạc, ngắt quãng, thiếu tin cậy v.v.
Vì lẽ đó, tác giả đã lựa chọn hướng nghiên cứu với tên luận án: “Nghiên cứu mô
phỏng tính biến động và quá trình lan truyền bụi PM10 trong môi trường không khí ở Hà
Nội” với hy vọng đóng góp một phần kết quả nghiên cứu của việc ứng dụng mô hình hóa
mô phỏng quá trình lan truyền bụi PM10 trên các tuyến đường giao thông chính và tính biến
động làm cơ sở cho việc thiết lập mô hình nội, ngoại suy bổ khuyết chuỗi số liệu bụi PM10
tại các trạm quan trắc chất lượng không khí tự động cố định ở Hà Nội, nhằm góp phần thiết
thực vào công tác quản lý và bảo vệ môi trường không khí ở thủ đô nói riêng và nước ta nói
chung.
3
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu đặc tính biến động của bụi PM10 trong môi trường không khí ở Hà Nội;
- Thiết lập mô hình nội, ngoại suy bổ khuyết chuỗi số liệu PM10 theo thời gian cho trạm
quan trắc chất lượng môi trường không khí tự động cố định tại Hà Nội;
- Ứng dụng mô hình để mô phỏng lan truyền ô nhiễm bụi PM10 ở Hà Nội.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: ô nhiễm bụi, mô hình lan truyền ô nhiễm và nội, ngoại suy bụi
PM10 trong lớp khí quyển sát đất;
- Phạm vi nghiên cứu: khu vực nội đô thành phố Hà Nội;
- Giới hạn phạm vi nghiên cứu:
+ Thông số ô nhiễm: bụi PM10;
+ Trạm quan trắc chất lượng không khí tự động tại Hà Nội;
+ Mô hình hóa quá trình lan truyền bụi PM10 từ nguồn giao thông trên một số tuyến
đường chính tại khu vực nội thành Hà Nội.
4. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan tài liệu liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu, thu thập số liệu quan trắc bụi
PM10 tại các trạm quan trắc tự động cố định trên địa bàn thành phố Hà Nội;
- Điều tra khảo sát, thu thập lưu lượng xe tại một số tuyến đường tại khu vực nội đô
thành phố Hà Nội;
- Ứng dụng lý thuyết hàm ngẫu nhiên để đánh giá tính biến động và thiết lập mô hình
nội ngoại suy bổ khuyết chuỗi số liệu bụi PM10 tại các trạm quan trắc chất lượng không khí
tự động cố định tại thành phố Hà Nội;
- Nghiên cứu ứng dụng phương pháp mô hình hóa để mô phỏng lan truyền bụi PM10
từ nguồn giao thông tại khu vực nội thành Hà Nội;
- Đề xuất một số giải pháp trong quản lý, kiểm soát ô nhiễm bảo vệ môi trường
không khí thành phố Hà Nội.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phương pháp hồi cứu;
- Phương pháp điều tra khảo sát thực địa;
- Phương pháp xử lý số liệu thống kê;
- Phương pháp mô hình hoá để mô phỏng lan truyền bụi PM10 trong môi trường
không khí;
4
- Ứng dụng lý thuyết quá trình ngẫu nhiên để thiết lập mô hình nội, ngoại suy bổ
khuyết số liệu quan trắc tự động.
6. Luận điểm bảo vệ
- Ứng dụng lý thuyết hàm ngẫu nhiên để đánh giá tính biến động và thiết lập mô hình
nội ngoại suy bổ khuyết chuỗi số liệu bụi PM10 tại các trạm quan trắc chất lượng không khí
tự động cố định tại thành phố Hà Nội;
- Nghiên cứu ứng dụng mô hình CAL3QHC để mô phỏng lan truyền bụi PM10 từ
nguồn giao thông tại một số tuyến đường chính khu vực nội thành Hà Nội.
7. Những điểm mới của luận án
- Thiết lập mô hình nội, ngoại suy bổ khuyết chuỗi số liệu bụi PM10 trên cơ sở xác
định quá trình biến đổi không dừng của hàm cấu trúc PM10;
- Lựa chọn mô hình CAL3QHC để mô phỏng lan truyền bụi PM10 từ nguồn giao
thông tại thành phố Hà Nội. Đây là mô hình được Cục Bảo vệ môi trường Mỹ phát triển để
nghiên cứu mô phỏng lan truyền ô nhiễm bụi từ nguồn giao thông đường bộ.
8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
a) Ý nghĩa khoa học
- Kết quả nghiên cứu về tính biến động của bụi PM10 cho thấy một bức tranh về hiện
trạng và quy luật biến đổi của nồng độ bụi PM10 trong không khí tại Hà Nội;
- Mô hình nội, ngoại suy cho phép bổ khuyết số liệu quan trắc bụi PM10 bị thiếu hụt
tại các trạm quan trắc chất lượng không khí tự động cố định ở Hà Nội, góp phần vào hướng
nghiên cứu nội, ngoại suy bổ khuyết số liệu ngày càng hoàn thiện hơn;
- Mô hình CAL3QHC mô phỏng lan truyền ô nhiễm bụi PM10 cho thấy tác động rõ
nét của hoạt động giao thông đô thị tới chất lượng môi trường không khí xung quanh, làm
cơ sở cho việc áp dụng mô hình này tại các đô thị của Việt Nam.
b) Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả nghiên cứu về tính biến động và mô phỏng ô nhiễm bụi PM10 từ nguồn giao
thông giúp cho người dân và các nhà quản lý có thêm thông tin hữu ích để phòng tránh ô
nhiễm, cũng như đưa ra những quyết định kịp thời trong công tác kiểm soát ô nhiễm không
khí và bảo vệ môi trường;
- Áp dụng mô hình nội, ngoại suy để bổ khuyết, khôi phục số liệu quan trắc bụi PM10
đang bị thiếu hụt trầm trọng tại các trạm quan trắc chất lượng không khí tự động cố định ở
Hà Nội nói riêng và tại các đô thị tỉnh thành trên phạm vi cả nước nói chung.
5
9. Cấu trúc luận án:
Cấu trúc của luận án, ngoài phần mở đầu và kết luận gồm 3 chương, bố cục luận án
gồm:
-
Mở đầu
-
Chương I. Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu
-
Chương II. Phương pháp nghiên cứu
-
Chương III. Kết quả và thảo luận
-
Kết luận và kiến nghị
-
Tài liệu tham khảo
-
Phụ lục
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về nghiên cứu biến động của
bụi PM10 và mô hình hóa quá trình lan truyền bụi PM10 trong khí quyển.
1.2. Tổng quan về ô nhiễm bụi
Tổng quan về nguồn gây ô nhiễm và tác hại của bụi PM10, cũng như đặc tính của
bụi PM10 trong khí quyển.
1.3. Tổng quan mạng lƣới quan trắc chất lƣợng không khí tự động cố định
(Trạm QTCLKKTĐCĐ)
Trạm quan trắc chất lượng không khí tự động cố định tại Hà Nội là loại trạm quan
trắc có khả năng đo tự động liên tục (24h/24h) các thông số chất lượng không khí
(SO2;NOx;CO;O3;TSP;PM10) và các thông số khí tượng (nhiệt độ; độ ẩm; áp suất; bức
xạ; tốc độ và hướng gió).
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
2.1. Cơ sở lý thuyết hàm ngẫu nhiên
Phƣơng pháp tính các đặc trƣng thống kê của yếu tố Bụi PM10
Nếu coi yếu tố Bụi PM10 như một quá trình ngẫu nhiên X(t), khi đó để khảo sát tính
khả biến của nó theo thời gian, ta tính các đặc trưng số và hàm tương quan (tự tương quan),
hàm cấu trúc (hàm cấu trúc chuẩn hóa) theo các công thức đã được trình bày ở phần trên.
Vì số liệu quan trắc và quy toán đối với yếu tố Bụi PM10 là rời rạc, không liên tục
nên ta không thể sử dụng tính Egodic mà phải tiến hành trung bình hóa theo tập hợp các thể
hiện, đồng thời thay thế các tích phân bằng các tổng tương ứng sau:
6
1 N
xi
N i=1
Giá trị trung bình:
X=
Phương sai:
σ 2x =
Độ lệch chuẩn:
σx =
1 N
(x i -X)2
N-1 i=1
Hệ số biến động:
C vx =
σx
X
1 N
(x i -X) 2
N-1 i=1
Hàm tương quan thời gian:
R x (Kτ1 )=
1 N-K
(xi -X)(xi+k -X)
N-K i=1
Hàm tương quan chuẩn hoá:
rx (Kτ1 )=
R x (Kτ1 )
σ 2x
Hàm cấu trúc thời gian:
Dx (Kτ1 )=
Hàm cấu trúc chuẩn hoá:
d x (Kτ1 )=
1 N-K
(x i+K -x i ) 2
N-K i=1
D x (Kτ1 )
X
2
Trong đó:
xi: là các giá trị của yếu tố Bụi PM10 quan trắc được trong ngày;
N: là tổng số các giá trị xi;
= K1.
Ứng dụng các đặc trƣng thống kê của quá trình ngẫu nhiên để thiết lập
mô hình nội, ngoại suy bổ khuyết chuỗi số liệu bụi PM10
Đối với quá trình ngẫu nhiên X(t) thỏa mãn tính dừng :
Trong trường hợp này giá trị trung bình X(t) = const với mọi (t),còn các hàm
tương quan R(t1,t2) và hàm cấu trúc D(t1,t2) chỉ phụ thuộc vào hiệu giữa hai thời điểm
= t1 – t2. Các hàm này là những hàm chẵn, nghĩa là R() = R(-) và D() = D(-).
Đối với hàm tương quan R() là hàm giảm đơn điệu, khi → ∞ thì R() → 0, ngược
lại hàm cấu trúc D() là hàm tăng đơn điệu đến một giá trị ∞ thì D() đạt trạng thái
bão hòa, nghĩa là khi →∞ thì D() = const (hình 2.1)
Ứng dụng tính chất dừng của X(t), người ta đã xây dựng các mô hình nội,
ngoại suy dựa trên hàm tương quan R() [ ]. Trong [ ] đã sử dụng mối quan hệ giữa
hàm tương quan R() và hàm cấu trúc D() để thiết lập mô hình nội, ngoại suy cho
7
quá trình X(t) dừng thông qua hàm cấu trúc D(). Các mô hình đó được trình bày tóm
tắt dưới đây:
(1) Sử dụng hàm tương quan thời gian, mô hình có dạng sau (2.16):
n
BC (t * t K ) BCC* (t * t K ) j [ BC (t j t K ) BC* (t j t K ) BCC* ( t j t K ) BC*C (t j t K )] 0
j1
k = 1,2,..., n.
Công thức (2.16) dùng để xác định các nhân tố nội, ngoại suy (các trọng lượng
αj), sau khi xác định các nhân tố αj, thay vào công thức nội, ngoại suy giá trị X(t*) =
(2) Sử dụng hàm cấu trúc thời gian (2.18):
n
DC () DC (t * t K ) j [ DC () DC (t j t K )] 0
(2.18)
j 1
k = 1,2,...n
Dễ thấy rằng sai số bình phương trung bình 2n không vượt quá độ tán
(phương sai) C2 của đại lượng C(t), do đó để việc đánh giá sai số của phương pháp
dự báo trong trường hợp này được thuận lợi hơn, ta sử dụng đại lượng vô thứ nguyên
n có dạng sau:
n2
n2
n2
n 2
c BC (0) 1 D ()
C
(2.19)
2
Đối với quá trình X(t) không thỏa mãn tính dừng:
Đây là trường hợp thường xảy ra trong thực tế, khi hàm tương quan hoặc hàm
cấu trúc tính từ số liệu quan trắc bị tác động lớn của biến trình ngày đêm hoặc biến
trình mùa, biến trình năm của trường nhiệt độ hoặc các yếu tố khí tượng khác làm
phá vỡ cấu trúc thời gian không theo qui luật của tính dừng (xem hình 2.1). Vì vậy,
các hàm tương quan và các hàm cấu trúc của quá trình X(t) xảy ra có cực trị (min và
max) trong độ dài thời gian lấy trung bình T.
Để phép nội, ngoại suy đạt được độ chính xác nhất định, nghiên cứu sinh dưới
sự tư vấn của người hướng dẫn đã thiết lập công thức nội, ngoại suy theo hàm cấu
trúc thời gian có dạng sau:
X(t+ )-X(t)= D( )
(2.20)
Trong đó:
8
X(t+): là giá trị nội/ngoại suy theo giá trị quan trắc X(t) tại thời điểm t;
: là hiệu giữa hai thời điểm (t+ - t = ) tương ứng của hàm cấu trúc D();
Dấu “+” ứng với D() là hàm đồng biến;
Dấu “-“ ứng với D() là hàm nghịch biến (hình 2.2)
2.2. Phƣơng pháp mô hình hóa
2.2.1.Phần mềm CALRoads View
Phần mềm CalRoads View 6.2.6 là phần mềm mô phỏng lan truyền ô nhiễm không
khí cho giao thông đường bộ, đây là phần mềm có bản quyền được phát triển bởi hãng
Lakes Environmental (Canada).Phần mềm CalRoads View 6.2.6 cho phép tính toán mô
phỏng lan truyền ô nhiễm khí và bụi cho các loại đường giao thông khác nhau như đường
bộ, nút cắt giao thông, cầu vượt, đường hầm, bãi đỗ xe.
Trong phần mềm này có tích hợp 3 mô hình lan truyền ô nhiễm không khí khác nhau
như: (1) mô hình CALINE4, (2) mô hình CAL3QHC và (3) mô hình CAL3QHCR, trong đó
mô hình CALINE4 được phát triển bởi Sở Giao thông Vận tải bang California (Mỹ), hai mô
hình còn lại được phát triển bởi Cục Bảo vệ môi trường Mỹ (USEPA).
2.2.2.Mô hình CAL3QHC
Cơ sở lý thuyết mô hình CAL3QHC được trình bày chi tiết trong tài liệu
[52;53].
Lý do lựa chọn mô hình CAL3QHC để mô phỏng lan truyền ô nhiễm bụi
PM10 từ nguồn giao thông Hà Nội là:
-
Mô hình CAL3QHC được phát triển trên cơ sở cải tiến từ mô hình CALINE3 và
được nâng cấp để có thể ứng dụng mô phỏng lan truyền ô nhiễm bụi do nguồn
giao thông;
-
Mô hình CAL3QHC cho phép tính toán mô phỏng lan truyền ô nhiễm khí, bụi với
các loại đường giao thông khác nhau như đường nội đô, đường cao tốc, cầu trên
-
cao, bãi đỗ xe và tại các nút giao thông.
Mô hình CAL3QHC đã được thẩm định bởi Cục Bảo vệ môi trường Mỹ và được
tích hợp trong phần mềm CALRoads View 6.2.6 có bản quyền của hãng Lakes
Environmental (Canada).
2.3.Điều kiện địa lý tự nhiên kinh tế xã hội thành phố Hà Nội
Tóm tắt đặc điểm điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội thành phố Hà Nội.
2.4. Hiện trạng môi trƣờng không khí Hà Nội
2.4.1.Các nguồn gây ô nhiễm không khí
2.4.2.Hiện trạng ô nhiễm không khí
9
- Môi trường khu công nghiệp, cụm công nghiệp và làng nghề;
- Môi trường giao thông.
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Đánh giá tính biến động động của PM10 theo thời gian
3.1.1. Đánh giá sơ bộ về số liệu thu thập từ trạm Láng và trạm Nguyễn Văn Cừ
Bảng 3.1.1.2. Tỷ lệ số giờ quan trắc đƣợc tại 2 Trạm trong giai đoạn 2010-12
Trạm
Trạm Láng
Trạm Nguyễn Văn Cừ
Năm
TSP
PM10
PM2.5
PM1
(%)
(%)
(%)
(%)
2010
81
81
-
-
2011
57
57
-
-
2012
53
53
-
-
2010
-
76
76
76
2011
-
87
87
87
2012
-
92
92
92
3.1.2.Đặc trưng thống kê bụi PM10
Bảng 3.1.2.1.1. Đặc trƣng thống kê bụi PM10 (µg/m³) tại Trạm LÁNG
Đặc trưng thống kê
Năm
2010
2011
2012
Trung bình
95
95
81
Sai số chuẩn
0.6
0.9
0.7
Trung vị
84
80
71
Số trội
73
59
61
Độ lệch chuẩn
52
61
49
302
337
278
Giá trị nhỏ nhất
5
6
8
Giá trị lớn nhất
307
343
286
Số giờ quan trắc
7099
4988
4609
Khoảng biến thiên
10
Bảng 3.1.2.2. Đặc trƣng thống kê bụi PM10 (µg/m³) tại Trạm Nguyễn Văn Cừ
Đặc trưng thống kê
Năm
2010
2011
2012
Trung bình
109
110
53
Sai số chuẩn
0.9
0.7
0.4
Trung vị
92
99
46
Số trội
46
136
71
Độ lệch chuẩn
72
60
35
327
297
225
Giá trị nhỏ nhất
8
9
10
Giá trị lớn nhất
334
306
235
Số giờ quan trắc
6676
7663
8096
Khoảng biến thiên
3.1.3. Diễn biến nồng độ bụi
Biến trình ngày của bụi PM10:
Trạm Láng
-
Biến trình ngày của bụi PM10 tại trạm Láng nhìn chung có xu thế giống nhau, nồng
độ cao nhất trong hai khoảng thời gian từ (7g00-9g00) và (19g00-21g00), thấp nhất
vào khoảng thời gian (14g00-16g00).Trị số nồng độ trung bình giờ lớn nhất và thấp
nhất trong ngày chênh lệch từ 1,4-1,6 lần.
-
Trị số nồng độ trung bình các ốp thời gian gian giữa các năm (2009-2012) biến động
trong khoảng 10%-25%.
-
Trong giai đoạn 2009-2011, trị số nồng độ biến trình ngày mùa Đông cao hơn các
mùa khác và thấp nhất vào mùa Hạ.
Trạm Nguyễn Văn Cừ
-
Trong giai đoạn 2009-2012, biến trình ngày của bụi PM10 tại trạm Nguyễn Văn Cừ
nhìn chung có xu thế giống nhau, nồng độ cao nhất trong hai khoảng thời gian từ
(8g00-9g00) và (18g00-20g00), thấp nhất vào khoảng thời gian (13g00-15g00).Trị số
nồng độ trung bình giờ lớn nhất và thấp nhất trong ngày chênh lệch từ 1,4-1,7
lần.Trong khi đó, biến trình ngày của bụi PM10 trong năm 2010 không theo qui luật
này, nồng độ cao nhất vào lúc 12g00 và 20g00, thấp nhất vào lúc 15g00.
11
-
Trị số nồng độ trung bình các ốp thời gian gian giữa các năm (2009-2011) biến động
trong khoảng 20%-50%, trong khi đó năm 2012 trị số nồng độ trung bình các ốp thời
gian tương ứng chỉ bằng 44%-63% so với trung bình ba năm trước đó.
-
Trong giai đoạn 2011-2012, trị số nồng độ biến trình ngày mùa Đông cao hơn các
mùa khác và thấp nhất vào mùa Thu, trong khi đó năm 2010 trị số nồng độ biến trình
ngày cao nhất vào mùa Xuân và thấp nhất vào mùa Thu.
-
Đặc trưng biến trình ngày của bụi PM10 tại trạm Nguyễn Văn Cừ được trình bày
trong các hình 3.1.3.1b-5b.
Hình 3.1.3.7a. Nồng độ bụi PM10 trung bình ngày,
năm 2010 (Trạm Láng)
Hình 3.1.3.7b. Nồng độ bụi PM10 trung bình tháng,
năm 2010 (Trạm Láng)
Hình 3.1.3.7c. Tần suất nồng độ bụi PM10 trung
bình ngày, năm 2010 (Trạm Láng)
12
Hình 3.1.3.11a. Nồng độ bụi PM10 trung bình
ngày, năm 2011 (Trạm NVC)
Hình 3.1.3.11b. Nồng độ bụi PM10 trung bình
tháng, năm 2011 (Trạm NVC)
Hình 3.1.3.11c. Tần suất nồng độ bụi PM10
trung bình ngày, năm 2011 (Trạm NVC)
Phân bố ô nhiễm bụi PM10 theo hƣớng gió
- Hoa ô nhiễm bụi PM10 thể hiện phân bố nồng độ bụi PM10 trung bình giờ theo các hướng
gió khác nhau (16 hướng).
- Tại trạm Láng trong giai đoạn từ 2004-2012, hướng gió mang đến nồng độ bụi PM10 lớn
nhất là hướng Bắc-Tây Bắc, Tây Bắc và hướng Tây-Tây Bắc. Tuy nhiên, số liệu quan trắc
chế độ gió trong giai đoạn 2010-12 cho thấy tại khu vực Láng tần suất xuất hiện các hướng
gió Bắc-Tây Bắc, Tây Bắc và hướng Tây-Tây Bắc rất thấp, chỉ khoảng 5% ((xem hình
3.2.4.9(a,b,c,d,e) đến hình 3.2.4.15(a,b,c,d,e)).
-
Tại trạm Nguyễn Văn Cừ trong giai đoạn từ 2010-2012, hướng gió mang đến nồng độ bụi
PM10 lớn nhất là hướng Tây Nam, hướng Tây và hướng Tây-Tây Nam. Tuy nhiên, số liệu
quan trắc chế độ gió trong giai đoạn 2010-12 cho thấy tại khu vực Láng tần suất xuất hiện
các hướng gió Tây Nam, hướng Tây và hướng Tây-Tây Nam rất thấp, dưới 1% ((xem hình
13
3.2.4.1(a,b,c,d,e) đến hình 3.2.4.7(a,b,c,d,e)).
-
Trong năm 2012, tại trạm Nguyễn Văn Cừ, hướng gió Bắc cũng là hướng mang đến nồng độ
bụi PM10 rất lớn, trong khí đó tần suất gió hướng Bắc ở khu vực này chiếm khoảng 3,3%.
Từ các hình 3.1.3.22a -3.1.3.24a cũng cho thấy hoa ô nhiễm bụi PM10, bụi PM2.5 và bụi
PM1 đều có hình dáng giống nhau, điều này cho thấy có thể bụi PM10, PM2.5 và bụi PM1
tại khu vực này do cùng một số nguồn mang đến.
Hình 3.1.3.20a. Hoa ô nhiễm PM10 năm 2011 (Trạm Láng)
Hình 3.1.3.21a. Hoa ô nhiễm PM10 năm 2012 (Trạm Láng)
Hình 3.1.3.22a. Hoa ô nhiễm PM10 năm 2010 (Trạm NVC)
3.2. Ứng dụng phần mềm CALRoads View mô phỏng ô nhiễm giao thông từ một
số tuyến đƣờng tại Hà Nội
3.2.1. Thông tin tuyến đường khảo sát tại Hà Nội
Bảng 3.2.1.1a. Thông số tuyến đường khảo sát
KH
R11
R12
R21
R22
R31
R32
R41
R42
R51
R52
R61
R62
R71
R71
B81
B82
B91
B92
Tên đƣờng
Kim Mã
Kim Mã
Giải Phóng
Giải Phóng
Tây Sơn
Tây Sơn
Chùa Bộc
Chùa Bộc
Trường Chinh
Trường Chinh
Nguyễn Văn Cừ
Nguyễn Văn Cừ
Nguyễn Chí Thanh
Nguyễn Chí Thanh
Cầu Chương Dương
Cầu Chương Dương
Cầu Thăng Long
Cầu Thăng Long
Hƣớng
đi
Độ rộng lòng
đƣờng
Vỉa hè
Dải phân
cách
Hƣớng
←
→
↑
↓
↑
↓
←
→
←
→
←
→
↑
↓
↑
↓
↑
↓
(m)
9.5
9.2
14
15
5.5
6.5
7
6
6
6
10
10
10.5
10
10
10
10
10
(m)
5
5
5
5
3
3.5
6
6
4
4
6
6
5
5
-
(m)
2.5
2.5
1
1
2
2
14
14
-
(độ)
81
81
3
3
29
29
115
115
105
105
(62);(40)
(62);(40)
30
30
70
70
5
5
14
Bảng 3.2.1.1b. Thông số nút giao thông khảo sát
Tên đƣờng
KH
R10a
R10b
R11a
R11b
R12a
R12b
R13a
R13b
R14a
R14b
R15a
R15b
R16a
R16b
Phạm Văn Đồng
Phạm Văn Đồng
Trần Cung
Trần Cung
Cổ Nhuế
Cổ Nhuế
Láng
Láng
Kim Mã (Cầu Giấy)
Kim Mã (Cầu Giấy)
Bưởi
Bưởi
Cầu Giấy
Cầu Giấy
Hƣớng
đi
Độ rộng lòng
đƣờng
Vỉa hè
Dải phân
cách
Hƣớng
↑
↓
↑
↓
↑
↓
↑
↓
←
→
↑
↓
↑
↓
(m)
10
10
5
5
6
6
7
10
10
12
5
10
12
13
(m)
3
3
2
2
2
2
3
3
4
4
2
2
4
4
(m)
2
2
-
(độ)
11
11
165
165
165
165
40
40
112
112
35
35
135
135
Dữ liệu phương tiện tham gia giao thông được xử lý, tổng hợp trên cơ sở thực hiện
khảo sát thực tế (tuyến đường Nguyễn Chí Thanh và Nguyễn Văn Cừ) và đếm xe từ cơ sở
dữ liệu (băng video) thu thập từ Ban biện tập kênh VOV giao thông-Đài Tiếng nói Việt
Nam (các tuyến đường còn lại). Dữ liệu đếm xe tại hai nút giao thông Cầu Giấy và Cổ
Nhuế-Phạm Văn Đồng thu thập từ tài liệu “Đánh giá tình hình ô nhiễm không khí trên các
trục giao thông trọng yếu tại 05 thành phố lớn” MS: MT113004.
Bảng 3.2.2.1. Lưu lượng phương tiện giao thông trong khung giờ cao điểm
Tuyến
đƣờng
Kim
Mã
Giải
Phóng
Tây
Sơn
Chùa
Bộc
Trƣờng
Chinh
Hƣớng Từ
Sơn Tây
Núi Trúc
Trường
Chinh
Đuôi Cá
Hƣớng Đến
Núi Trúc
Nguyễn Thái
Học
Đuôi Cá
Trường Chinh
Xe
Xe
con khách
784
32
Xe
tải
0
Xe
buýt
19
Xe
máy
5488
Tổng
6323
6689
8278
1497
41
0
51
2281
73
0
70 12177 14601
996
37
1
36
934
1930
489
612
1101
18
55
12
24
36
0
1
0
0
0
38 6623 7613
74 13411 15471
25 5924 6450
28 5639 6303
53 11563 12753
6788
7858
Ô Chợ Dừa
Chùa Bộc
Ngã Tư Sở
Ô Chợ Dừa
Phạm Ngọc
Thạch
Thái Hà
599
6
0
41
6852
7498
Thái Hà
Phạm Ngọc
Thạch
590
14
0
47
6174
6825
Giải Phóng
Ngã Tư Sở
1189
1001
854
1855
20
36
32
68
0
0
0
0
88 13026 14323
35 10400 11472
31 7523 8440
66 17923 19912
Ngã Tư Sở
Giải Phóng
15
Nguyễn
Văn Cừ
Cầu CD
Cầu Chui
Cầu Chui
Cầu CD
Nguyễn
Chí
Thanh
Huỳnh Thúc
Đê La Thành
Kháng
Đê La
Huỳnh Thúc
Thành
Kháng
Long Biên
Nội Thành
Cầu
Nội
Thành
Long Biên
Chƣơng
Dƣơng
Nội Thành
Đông Anh
Cầu
Đông Anh
Nội Thành
Thăng
Long
Nút giao Cổ Nhuế - Phạm Văn Đồng
Nút giao Cầu Giấy
557
486
1043
97
86
183
0
0
0
592
41
0
25
6589
7247
835
59
0
31
6651
7576
1427
933
536
1469
1324
1222
2546
5991
5105
100
119
89
208
370
339
709
529
377
0
0
0
0
20
17
37
0
0
56
119
89
208
36
40
76
0
0
13240
18949
6532
25481
1
1
2
16709
16407
14823
20120
7246
27366
1751
1619
3370
23229
21889
16
75 6359 7088
56 6754 7382
131 13113 14470
Hình 3.2.2.3.Tỷ lệ phương tiện giao thông cơ giới đường bộ tại nội thành Hà Nội
Hình 3.2.2.4.Tỷ lệ phương tiện trong dòng xe lưu thông trên các tuyến đường
Dữ liệu khí tượng (chế độ gió, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất khí quyển và bức xạ mặt trời) được tập hợp,
xử lý trên cơ sở dữ liệu thu thập từ hai Trạm Quan trắc chất lượng không khí tự động cố định đặt tại khu vực
Láng và Long Biên, Hà Nội (Trạm Láng và Trạm Nguyễn Văn Cừ).
Dữ liệu khí tượng được đưa vào xử lý, phân tích bao gồm chuỗi số liệu quan trắc liên tục 24 giờ/1
ngày, trong vòng 3 năm từ 2010-2012.
Bảng 3.2.4.1.Tốc độ gió trung bình tại trạm Nguyễn Văn Cừ (2010-12)
Đơn vị
2010
Xuân
Hạ
Thu
Đông
Tốc độ gió tb
m/s
1.65
1.92
2.07
1.38
1.22
Dữ liệu sử dụng
%
99.24
96.96
97.05
97.04
96.99
Tổng giờ đo có số liệu
ốp
8693
2135
2202
2198
2158
Tốc độ gió tb
Dữ liệu sử dụng
Tổng giờ đo có số liệu
Đơn vị
m/s
%
ốp
2011
1.28
98.58
8636
Xuân
1.46
94.51
2135
Hạ
1.63
94.67
2202
Thu
1.13
94.56
2154
Đông
0.9
94.54
2145
Tốc độ gió tb
Dữ liệu sử dụng
Tổng giờ đo có số liệu
Đơn vị
m/s
%
ốp
2012
1.4
98.16
8599
Xuân
1.47
92.98
2134
Hạ
1.67
93.2
2208
Thu
1.29
93.18
2201
Đông
1.17
92.74
2056
Tốc độ gió tb
Dữ liệu sử dụng
Tổng giờ đo có số liệu
Đơn vị
m/s
%
ốp
2010-12
1.44
98.66
25928
Xuân
1.62
94.79
6404
Hạ
1.79
94.95
6612
Thu
1.26
94.9
6553
Đông
1.1
94.75
6359
Bảng 3.2.4.2. Tốc độ gió trung bình tại trạm LÁNG (2010-12)
Tốc độ gió tb
Dữ liệu sử dụng
Tổng giờ đo có số liệu
Đơn vị
m/s
%
ốp
2010
1.11
99.6
8725
Xuân
1.15
98.38
2124
Hạ
1.2
98.43
2197
Thu
1.09
98.44
2208
Đông
0.98
98.43
2196
Tốc độ gió tb
Dữ liệu sử dụng
Tổng giờ đo có số liệu
Đơn vị
m/s
%
ốp
2011
1.01
72.77
6375
Xuân
0.99
25.09
799
Hạ
1.06
47.5
2158
Thu
0.97
45.4
1983
Đông
1.03
37.57
1435
17
Tốc độ gió tb
Dữ liệu sử dụng
Tổng giờ đo có số liệu
Đơn vị
m/s
%
ốp
2012
1.06
96.95
8493
Xuân
1.07
88.15
1987
Hạ
1.02
89.03
2168
Thu
1.05
88.88
2135
Đông
1.09
89.19
2203
Tốc độ gió tb
Dữ liệu sử dụng
Tổng giờ đo có số liệu
Đơn vị
m/s
%
ốp
2010-12
1.06
89.78
23593
Xuân
1.09
64.63
4910
Hạ
1.09
70.83
6523
Thu
1.04
70.19
6326
Đông
1.03
68.47
5834
Chế độ gió trạm Nguyễn Văn Cừ:
Hình 3.2.4.7a.Hoa gió 2010-12_Trạm NVC
Hình 3.2.4.8a.Phân
bố tần suất tốc độ gió năm 2010-12
Chế độ gió trạm LÁNG:
Hình 3.2.4.15a..Hoa gió 2010-12_Trạm LÁNG
Hình 3.2.4.16a.Phân bố tần suất tốc độ gió năm 2010-12
3.2.2. Kết quả mô phỏng ô nhiễm bụi PM10 từ nguồn giao thông
-
-
-
Kết quả tính toán mô phỏng ô nhiễm cho thấy chưa bị ô nhiễm bụi PM10 do hoạt động của
các phương tiện giao thông tại các tuyến đường khảo sát. Tuy nhiên, kết quả ở đây chưa tính
đến nồng độ nền của chất ô nhiễm (PM10) tại khu vực nghiên cứu. Trên thực tế, nếu cộng
thêm cả nồng độ nền thì chất lượng môi trường sẽ xấu hơn, thậm chí môi trường không khí
xung quanh có thể bị ô nhiễm nặng.
Nồng độ PM10 lớn nhất là tại tuyến đường Trường Chinh (PM10: 100µg/m3) và thấp nhất
tại tuyến đường Cầu Thăng Long (PM10: 15µg/m3). Tuyến đường Trường Chinh là tuyến
đường hẹp, vào giờ cao điểm dòng xe lưu thông gồm nhiều chủng loại, mật độ giao thông
rất lớn (đứng thứ 2 trong 9 tuyến đường khảo sát) phát thải ra môi trường rất nhiều khí độc
và bụi PM10. Do vậy, kết quả mô phỏng ô nhiễm là khá phù hợp.
Tuyến đường Cầu Chương Dương mặc dù lưu lượng xe rất lớn (lớn nhất trong 9 tuyến
đường khảo sát), tuy nhiên đây là tuyến đường Cầu trên cao bắc qua sông (độ cao nguồn thải
trên cao), làn đường trên cầu khá rộng nên khả năng phát tán chất ô nhiễm (PM10) đi rất xa,
do vậy kết quả tính toán mô phỏng cho thấy nồng độ ô nhiễm lớn nhất chỉ khoảng 61 µg/m 3
(nồng độ PM10 cao thứ 6 trong 9 tuyến đường), (xem hình 3.2.5.19).
Hình 3.2.5.1a.Nồng độ PM10 tại tuyến đường Kim Mã (kết quả mô hình)
18
Hình 3.2.5.2a.Kết quả mô phỏng ô nhiễm tại tuyến đường Kim Mã (Worst-Case)
Hình 3.2.5.3a.Kết quả mô phỏng ô nhiễm tại tuyến đường Kim Mã (hướng gió Bắc)
Hình 3.2.5.1n.Mô phỏng ô nhiễm tại nút giao thông Cầu Giấy (Worst-Case)
Hình 3.2.5.2n. Mô phỏng ô nhiễm tại nút giao thông Cầu Giấy (hướng gió 55º)
Hình 3.2.5.3n. Mô phỏng ô nhiễm tại nút giao thông Cầu Giấy (hướng gió 110º)
19
Hình 3.2.5.19.Nồng độ PM10 cực đại tại các tuyến đường (Worst-Case)
3.3. Hàm cấu trúc của bụi PM10 theo thời gian
3.3.1. Hàm cấu trúc của bụi PM10 theo thời gian
Hàm cấu trúc thời gian (D) biểu thị tính khả biến của nồng độ bụi PM10 tại hai
trạm quan trắc Láng và Nguyễn Văn Cừ có xu thế:
(1) Đối với trạm Nguyễn Văn Cừ:
Đồ thị có cực trị (min và max) đạt cực đại tại = 5h-6h và = 16h-17h, đạt cực
tiểu tại = 10h vào mùa Xuân và mùa Hạ (hình 3.3.1.1 và 3.3.1.2) ứng với năm 2012.
Riêng đối với mùa Thu (năm 2012) chỉ có điểm cực đại rõ nét vào khoảng = 8h, vào
mùa Đông đồ thị cũng có 2 cực đại vào khoảng = 6h và = 17h, cực tiểu tại = 10h
(hình 3.3.1.4). Dáng điệu hàm cấu trúc PM10 cũng thể hiện tương tự vào năm 2011
(xem phụ lục).
(2) Đối với trạm Láng:
Nhìn chung đồ thị của hàm cấu trúc biến đổi theo có cực trị nhưng không
biến đổi rõ nét như đối với trạm Nguyễn Văn Cừ (hình 5-8). Tuy nhiên nếu làm trơn
hàm cấu trúc, thì đồ thị của nó cũng có dáng điệu chung gồm 2 điểm cực đại và 1 cực
tiểu.
Nhận xét chung:
Từ các hình 3.3.1.1-4 (đối với trạm Nguyễn Văn Cừ) và các hình 3.3.1.5-8
(đối với trạm Láng) cho thấy, tuy biên độ của các hàm cấu trúc có khác nhau nhưng
các hàm cấu trúc này đều không tăng đơn điệu và đạt trạng thái bão hòa như trường
hợp quá trình X(t) được giả thiết là quá trình dừng. Kết quả tính toán thực tế này, cho
thấy rằng biến trình ngày đêm của nhiệt độ nói riêng và các yếu tố khí tượng nói
chung có ảnh hưởng rất lớn đến quy luật biến đổi của bụi PM10, nên không thể xem
PM10 là một quá trình dừng. Do đó, không thể áp dụng mô hình nội, ngoại suy
PM10 theo quá trình X(t) dừng mà phải sử dụng công thức nội, ngoại suy theo hàm
cấu trúc do tác giả thiết lập (công thức 2.20 trong chương 2).
Đồ thị biểu diễn hàm cấu trúc PM10 được trình bày trong các hình dưới đây.
20
- Xem thêm -
.PDF 
23 
107 
51 
