Tóm tắt dự thảo Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu mô phỏng tính biến động và quá trình lan truyền bụi PM10 trong môi trường không khí ở Hà Nội

Chia sẻ: Nguyễn Khắc Hấn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:23

Thêm vào BST

Báo xấu

136
lượt xem 17
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của Luận án: 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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt dự thảo Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu mô phỏng tính biến động và quá trình lan truyền bụi PM10 trong môi trường không khí ở Hà Nội

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 Giá trị trung bình: X=  xi N i=1 1 N Phương sai: σ 2x =  N-1 i=1 (x i -X) 2 1 N Độ lệch chuẩn: σx =  N-1 i=1 (x i -X)2 σx Hệ số biến động: C vx = X 1 N-K Hàm tương quan thời gian: R x (Kτ1 )=  (xi -X)(xi+k -X) N-K i=1 R x (Kτ1 ) Hàm tương quan chuẩn hoá: rx (Kτ1 )= σ 2x 1 N-K Hàm cấu trúc thời gian: Dx (Kτ1 )=  N-K i=1 (x i+K -x i ) 2 D x (Kτ1 ) Hàm cấu trúc chuẩn hoá: 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;  = K1.  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 j1 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   (2.19)  c BC (0) 1 D () C 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 Năm TSP PM10 PM2.5 PM1 (%) (%) (%) (%) Trạm Láng 2010 81 81 - - 2011 57 57 - - 2012 53 53 - - Trạm Nguyễn Văn Cừ 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 Khoảng biến thiên 302 337 278 Giá trị nhỏ nhất 5 6 8 Giá trị lớn nhất 307 343 286 Số giờ quan trắc 7099 4988 4609 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 Khoảng biến thiên 327 297 225 Giá trị nhỏ nhất 8 9 10 Giá trị lớn nhất 334 306 235 Số giờ quan trắc 6676 7663 8096 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 Hƣớng Độ rộng lòng Dải phân KH Tên đƣờng đi đƣờng Vỉa hè cách Hƣớng (m) (m) (m) (độ) R11 Kim Mã ← 9.5 5 2.5 81 R12 Kim Mã → 9.2 5 2.5 81 R21 Giải Phóng ↑ 14 5 1 3 R22 Giải Phóng ↓ 15 5 1 3 R31 Tây Sơn ↑ 5.5 3 - 29 R32 Tây Sơn ↓ 6.5 3.5 - 29 R41 Chùa Bộc ← 7 6 - 115 R42 Chùa Bộc → 6 6 - 115 R51 Trường Chinh ← 6 4 - 105 R52 Trường Chinh → 6 4 - 105 R61 Nguyễn Văn Cừ ← 10 6 2 (62);(40) R62 Nguyễn Văn Cừ → 10 6 2 (62);(40) R71 Nguyễn Chí Thanh ↑ 10.5 5 14 30 R71 Nguyễn Chí Thanh ↓ 10 5 14 30 B81 Cầu Chương Dương ↑ 10 - - 70 B82 Cầu Chương Dương ↓ 10 - - 70 B91 Cầu Thăng Long ↑ 10 - - 5 B92 Cầu Thăng Long ↓ 10 - - 5 14
Bảng 3.2.1.1b. Thông số nút giao thông khảo sát Hƣớng Độ rộng lòng Dải phân KH Tên đƣờng đi đƣờng Vỉa hè cách Hƣớng (m) (m) (m) (độ) R10a Phạm Văn Đồng ↑ 10 3 - 11 R10b Phạm Văn Đồng ↓ 10 3 - 11 R11a Trần Cung ↑ 5 2 - 165 R11b Trần Cung ↓ 5 2 - 165 R12a Cổ Nhuế ↑ 6 2 - 165 R12b Cổ Nhuế ↓ 6 2 - 165 R13a Láng ↑ 7 3 2 40 R13b Láng ↓ 10 3 2 40 R14a Kim Mã (Cầu Giấy) ← 10 4 - 112 R14b Kim Mã (Cầu Giấy) → 12 4 - 112 R15a Bưởi ↑ 5 2 - 35 R15b Bưởi ↓ 10 2 - 35 R16a Cầu Giấy ↑ 12 4 - 135 R16b Cầu Giấy ↓ 13 4 - 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 Xe Xe Xe Xe Xe đƣờng Hƣớng Từ Hƣớng Đến con khách tải buýt máy Tổng Sơn Tây Núi Trúc 784 32 0 19 5488 6323 Kim Nguyễn Thái Núi Trúc 1497 41 0 51 6689 8278 Mã Học 2281 73 0 70 12177 14601 Trường Đuôi Cá 996 37 1 36 6788 7858 Giải Chinh Phóng Đuôi Cá Trường Chinh 934 18 0 38 6623 7613 1930 55 1 74 13411 15471 Ô Chợ Dừa Ngã Tư Sở 489 12 0 25 5924 6450 Tây Chùa Bộc Ô Chợ Dừa 612 24 0 28 5639 6303 Sơn 1101 36 0 53 11563 12753 Phạm Ngọc Thái Hà 599 6 0 41 6852 7498 Thạch Chùa Phạm Ngọc Bộc Thái Hà 590 14 0 47 6174 6825 Thạch 1189 20 0 88 13026 14323 Ngã Tư Sở Giải Phóng 1001 36 0 35 10400 11472 Trƣờng Giải Phóng Ngã Tư Sở 854 32 0 31 7523 8440 Chinh 1855 68 0 66 17923 19912 15
Nguyễn Cầu CD Cầu Chui 557 97 0 75 6359 7088 Văn Cừ Cầu Chui Cầu CD 486 86 0 56 6754 7382 1043 183 0 131 13113 14470 Huỳnh Thúc Đê La Thành 592 41 0 25 6589 7247 Nguyễn Kháng Chí Đê La Huỳnh Thúc 835 59 0 31 6651 7576 Thanh Thành Kháng 1427 100 0 56 13240 14823 Cầu Long Biên Nội Thành 933 119 0 119 18949 20120 Chƣơng Nội Thành Long Biên 536 89 0 89 6532 7246 Dƣơng 1469 208 0 208 25481 27366 Cầu Nội Thành Đông Anh 1324 370 20 36 1 1751 Thăng Đông Anh Nội Thành 1222 339 17 40 1 1619 Long 2546 709 37 76 2 3370 Nút giao Cổ Nhuế - Phạm Văn Đồng 5991 529 0 0 16709 23229 Nút giao Cầu Giấy 5105 377 0 0 16407 21889 16
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 Đơn vị 2011 Xuân Hạ Thu Đông Tốc độ gió tb m/s 1.28 1.46 1.63 1.13 0.9 Dữ liệu sử dụng % 98.58 94.51 94.67 94.56 94.54 Tổng giờ đo có số liệu ốp 8636 2135 2202 2154 2145 Đơn vị 2012 Xuân Hạ Thu Đông Tốc độ gió tb m/s 1.4 1.47 1.67 1.29 1.17 Dữ liệu sử dụng % 98.16 92.98 93.2 93.18 92.74 Tổng giờ đo có số liệu ốp 8599 2134 2208 2201 2056 Đơn vị 2010-12 Xuân Hạ Thu Đông Tốc độ gió tb m/s 1.44 1.62 1.79 1.26 1.1 Dữ liệu sử dụng % 98.66 94.79 94.95 94.9 94.75 Tổng giờ đo có số liệu ốp 25928 6404 6612 6553 6359 Bảng 3.2.4.2. Tốc độ gió trung bình tại trạm LÁNG (2010-12) Đơn vị 2010 Xuân Hạ Thu Đông Tốc độ gió tb m/s 1.11 1.15 1.2 1.09 0.98 Dữ liệu sử dụng % 99.6 98.38 98.43 98.44 98.43 Tổng giờ đo có số liệu ốp 8725 2124 2197 2208 2196 Đơn vị 2011 Xuân Hạ Thu Đông Tốc độ gió tb m/s 1.01 0.99 1.06 0.97 1.03 Dữ liệu sử dụng % 72.77 25.09 47.5 45.4 37.57 Tổng giờ đo có số liệu ốp 6375 799 2158 1983 1435 17
Đơn vị 2012 Xuân Hạ Thu Đông Tốc độ gió tb m/s 1.06 1.07 1.02 1.05 1.09 Dữ liệu sử dụng % 96.95 88.15 89.03 88.88 89.19 Tổng giờ đo có số liệu ốp 8493 1987 2168 2135 2203 Đơn vị 2010-12 Xuân Hạ Thu Đông Tốc độ gió tb m/s 1.06 1.09 1.09 1.04 1.03 Dữ liệu sử dụng % 89.78 64.63 70.83 70.19 68.47 Tổng giờ đo có số liệu ốp 23593 4910 6523 6326 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