106
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ
TẠI TỈNH BÌNH DƯƠNG BẰNG HAI PHƯƠNG PHÁP IDW VÀ KRIGING
Nguyễn Thị Loan1, Lê Văn Hùng1, Nguyễn Thị Bích Ngọc1
1. Khoa Khoa học Quản lý, Trường Đại học Thủ Dầu Một
TÓM TẮT
Ô nhiễm không khí là một trong các vấn đề lớn và gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người.
Trong nghiên cứu này, đánh giá chất lượng môi trường không khí tại tỉnh Bình Dương ở tháng 12/2020
và các tháng chẵn năm 2021, so sánh hai mô hình nội suy được sử dụng là Inverse Distance Weighting
(IDW) và Kriging. Hơn nữa, đánh giá sự phù hợp của mô hình thông qua hệ số tương quan R2 giữa thông
số thực đo và nội suy. Hệ số R2 từ kết quả dao động trong khoảng 0,24 - 0,99. Từ đó, thành lập bản đồ ô
nhiễm không khí trên địa bàn tỉnh Bình Dương thông qua AQImax của từng vị trí quan trắc.
Từ khóa: IDW, Kriging, nội suy.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Theo thống kê của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), mỗi năm có gần 7 triệu người trên toàn thế giới
tử vong do tác động của ô nhiễm không khí (WHO, 2014). Theo một báo cáo trên đài Fox News, khoảng
80% các thành phố trên thế giới không đáp ứng được tiêu chuẩn chất lượng không khí do Tổ chức Y tế
Thế giới (WHO) đề ra, hầu hết là ở các nước đáng phát triển và nước nghèo thường đang trong quá trình
đô thị hóa. Tỉ lệ ô nhiễm môi trường cụ thể là môi trường không khí cũng tăng giảm theo quá trình đô
thị hóa.
Hiện nay tỉnh Bình Dương là một trong những nơi phát triển đô thị tốc độ nhanh nhất ở Việt Nam,
đóng góp không nhỏ trong quá trình đô thị hóa. Tỉnh hiện là đô thị loại I và đây cũng được coi là một
trung tâm kinh tế đáng chú ý trong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam. Cùng với đó, mật độ dân số cao
cung cấp lực lượng lao động cho công nghiệp và thị trường tiêu thụ cho phát triển dịch vụ thương mại.
Sự phát triển này một mặt góp phần tăng trưởng kinh tế xã hội, công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
Một mặt khác, tạo ra các vấn đề đáng quán ngại về môi trường đặc biệt là môi trường không khí là môi
trường con người tiếp xúc thường xuyên, liên tục.
Theo Trung tâm quan trắc và Kỹ thuật môi trường tỉnh Bình Dương (2021) chất lượng không khí
của Thành phố ở ngưỡng dưới QCVN 05:2013/BTNMT có những thời điểm chạm ngưỡng giới hạn vào
những mùa khô. Mặc dù đã có sự tiến bộ vào đầu năm 2021, với mức độ ô nhiễm không khí (được đo
bằng chỉ số AQI - Air Quality Index) duy trì ở mức thấp và trung bình. Nhìn chung chất lượng không
khí ở mức không nguy hiểm nhưng vẫn ảnh hưởng tới sức khỏe của cong người.
Mức độ ô nhiễm không khí của thành phố đã cải thiện trong mùa dịch Covid 19, nhưng sau khi
mửa cửa phục hồi kinh tế, diễn biến tình hình ô nhiễm dần trở lại và có xu hướng tăng theo sự tăng trưởng
kinh tế. Chính vì vậy, việc đánh giá chất lượng môi trường nói chung, môi trường không khí nói riêng
cần được quan tâm sâu sắc. Việc đánh giá chất lượng môi trường không khí theo phương pháp trước đây
chỉ mang tính cung cấp số liệu đơn thuần không bao quát và tính thực tiễn cao. Giờ đây với sự phát triển
mạnh mẽ của công nghệ, kỹ thuật. Ứng dụng công nghệ Geographic Information Systems (GIS) giúp các
107
nhà nghiên cứu thực hiện ở phạm vi lớn hơn, chính xác hơn, mang lại nhiều giá trị thực tiễn. Nhiều
phương pháp nội suy được thực hiện nhưng phổ biến nhất là IDW và Kriging. Cả 2 mô hình nội suy đó
đều rất phù hợp để nội suy dự báo các dạng thể loại, tính chất, vật cất có sự phân bố rộng trong không
gian như môi tường không khí đặc biệt là tại tỉnh Bình Dương. Từ đó, bản đồ hiện trạng chất lượng môi
trường không khí tỉnh Bình Dương được thành lập bằng cách ứng dụng GIS cho thấy được hình ảnh tổng
thể về không khí ở khu vực nghiên cứu.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Dữ liệu bản đồ và số liệu quan trắc
Bản đồ nền tỉnh Bình Dương dưới dạng shapefile được tải xuống từ trang
https://gadm.org/download_country.html là dữ liệu về các khu vực hành chính toàn cầu, là cơ sở dữ liệu
có độ phân giải cao về các khu vực hành chính quốc gia. Mặc dù là cơ sở dữ liệu miễn phí nhưng GADM
có độ phân giải không gian cao.
Dữ liệu quan trắc chất lượng không khí được thu thập bởi Trung tâm quan trắc môi trường thuộc
Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bình Dương. Năm 2021, tổng cộng 16 trạm quan trắc ở các vị trí khác
nhau được trình baỳ ở hình 1. Dữ liệu chứa 1 điểm nền, 1 điểm thuộc nông thôn, 6 điểm thuộc đô thị, 5
điểm thuộc công nghiệp, 3 điểm thuộc khu vực giao thông. Các thông số được đo là bụi tổng, bụi mịn
PM10, khí NO2, khí O3 và tần suất đo 1 lần/tháng.
Hình 1. Bản đồ vị trí các trạm quan trắc trên địa bàn tỉnh Bình Dương năm 2021
2.2. Quy trình và phương pháp nghiên cứu
Đề tài được thực hiện qua các bước:
Bước 1: Thu thập các dữ liệu thứ cấp (dữ liệu vector thuộc tính, kết quả quan trắc từ Sở Tài nguyên
và Môi trường, bản đồ nền)
Bước 2: Tính toán AQI dựa trên các chỉ số ô nhiễm (bụi tổng TSP, bụi mịn PM10, NO2, O3).
Bước 3: Thực hiện nội suy chỉ số AQI bằng 2 phương pháp IQW và Kriging.
108
Bước 4: Đo lường mức độ phù hợp của mô hình bằng R2 và trung bình của giá trị đã nội suy với
giá trị thực đã quan trắc.
Bước 5: So sánh và tổng hợp hệ số tương quan để phân loại phương pháp tối ưu nhất.
Bước 6: Phân tích và thành lập bản đồ phân vùng ô nhiễm không khí trên địa bàn tỉnh Bình Dương.
Hình 2. Sơ đồ quy trình thực hiện
2.3. Tính toán chỉ số AQI
Tính toán giá trị AQI
Giá trị AQI ngày của các thông số SO2, CO, NO2, O3, PM10, PM2.5 được tính toán theo công thức
như sau:
𝐴𝑄𝐼=𝐼 − 𝐼
𝐵𝑃 − 𝐵𝑃
(𝐶− 𝐵𝑃)+ 𝐼
Trong đó:
- Bảng giá trị BPi và Ii lấy trong bảng 2
- AQIx: Giá trị AQId thông số của thông số x
- BPi: Nồng độ giới hạn dưới của giá trị thông số quan trắc được quy định trong bảng 2 tương ứng
với mức i
- BPi+1: Nồng độ giới hạn trên của giá trị thông số quan trắc được quy định trong bảng 2 tương
ứng với mức i+1
109
- Ii: Giá trị AQI ở mức i đã cho trong bảng tương ứng với giá trị BPi
- Ii+1: Giá trị AQI ở mức i+1 cho trong bảng tương ứng với giá trị BPi+1
Cx: được quy định cụ thể như sau:
- Đối với thông số PM2.5 và PM10: Cx là giá trị trung bình 24 giờ
- Đối với thông số O3: Cx là giá trị lớn nhất trong giá trị trung bình 1 giờ lớn nhất trong ngày và
giá trị trung bình 8 giờ lớn nhất trong ngày.
Bảng 1. Các giá trị BPi và Ii đối với các thông số
i Ii Giá trị BPi quy định đối với từng thông số (Đơn vị: µg/m
3
)
O3(1h) O3(8h) CO SO2 NO2 PM10 PM2.5
1 0 0 0 0 0 0 0 0
2 50 160 100 10.000 125 100 50 25
3 100 200 120 30.000 350 200 150 50
4 150 300 170 45.000 550 700 250 80
5 200 400 210 60.000 800 1.200 350 150
6 300 800 400 90.000 1.600 2.350 420 250
7 400 1.000 - 120.000 2.100 3.100 500 350
8 500 ≥1.200 - ≥150.000 ≥2.630 ≥3.850 ≥600 ≥500
(Nguồn: TCMT VN_AQI-2019)
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Phân tích dữ liệu và phân chia mẫu
Thực hiện tính toán chỉ số AQI thông qua kết quả từ 16 điểm quan trắc trên khu vực nghiên cứu
tỉnh Bình Dương năm 2021 với các chỉ số bụi tổng TSP, bụi mịn PM10, NO2 và O3.
Dữ liệu sau khi được xử lý sẽ được phân phia thành 2 mẫu: mẫu nội suy là 75% và mẫu kiểm định
là 25%. Vì số điểm quan trắc hạn chế với chỉ 16 điểm, đề tài sử dụng 4 mẫu cố định để kiểm định tại khu
vực có nhiều điểm quan trắc nhằm phân bố các điểm quan trắc trải đều.
Mẫu nội suy: sử dụng để ước tính giá trị trung bình của các chỉ số môi trường theo từng tháng bằng
cách áp dụng các phương pháp nội suy khác nhau.
Mẫu kiểm định: được dùng để so sánh với kết quả nội suy cùng điểm để đánh giá độ chính xác của
các phương pháp nội suy.
3.2. Kết quả nội suy và nhận xét
Chỉ số AQI của bụi tổng TSP
Hình 3 cho thấy bản đồ chỉ số AQI trung bình của bụi biến thiên rõ rệt theo từng tháng. Kết quả từ
0 đến dưới 100 chiếm hầu hết các khu vực trên khu vực nghiên cứu và so sánh với TCMT VN_AQI-
2019 thấy được chất lượng không khí ở mức tương đối thấp và có thể chấp nhận. Đáng chú ý là vào các
tháng 2, 4, 12 của năm 2021 với chỉ số ở mức 150 đến 200 và có khu vực trên 300, đỉnh điểm nghiêm
trọng là vào tháng 2/2021 khi chỉ số AQI trên 100 chiếm khoảng 50% và AQI trên 300 chiếm hơn 10%
trên khu vực. Từ đó có thể kết luận rằng vào những tháng này không khí có chất lượng rất kém gây ảnh
hưởng lớn đến sức khỏe con người
110
Hình 3. Bản đồ chỉ số AQI trung bình của bụi tổng theo hai phương pháp
Chỉ số AQI của bụi mịn PM10
Theo hình 4, kết quả nội suy chỉ số AQI theo phương pháp IDW cho thấy, chất lượng không khí
trên địa bàn cả 13 tháng đều ở mức tốt. Tại tháng 12/2020 và các tháng 2, 12 của năm 2021 tại hướng
đông nam thuộc khu vực “ngã tư Miếu ông Cù” có chỉ số AQI từ 151 đến 200 ở mức kém. Nhưng nhìn
tổng thể toàn bộ địa bàn tỉnh Bình Dương chất lượng không khí ở mức trung bình khá. Theo phương
pháp Kriging có thể thấy được cả 7 tháng đều là màu xanh lá. Chất lượng không khí tại khu vực nghiên
cứu ở mức rất tốt.
