Khóa luận Ứng dụng mô hình dự báo mức độ ô nhiễm không khí do giao thông tại một số trục đường chính ở thành phố Đà Nẵng

i ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA MÔI TRƯỜNG Khóa luận Tốt nghiệp cử nhân Khoa học Môi trường ỨNG DỤNG MÔ HÌNH DỰ BÁO MỨC ĐỘ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO GIAO THÔNG TẠI MỘT SỐ TRỤC ĐƯỜNG CHÍNH Ở THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Chuyên ngành: Quản lý Môi trường Sinh viên thực hiện : Phan Thúy An Giáo viên hướng dẫn : TSKH. Bùi Tá Long Huế, 5/2009 ii Lời cảm ơn Khóa luận này được hoàn thành là nhờ sự giúp đỡ và tậm tình chỉ bảo của thầy cô, bạn bè và gia đình dành cho em. Trước hết, em gửi lời biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy hướng dẫn của mình, Thầy TSKH. Bùi Tá Long, người đã đặt bài toán, quan tâm giúp đỡ, đóng góp ý kiến về mặt chuyên môn và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong suốt thời gian vừa qua. Em gửi lời biết ơn sâu sắc đến Thầy Ths. Nguyễn Bắc Giang, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, đóng góp ý kiến cho em trong suốt thời gian vừa qua. Em gửi lời biết ơn sâu sắc đến tập thể các thầy cô khoa Môi trường, Đại học Khoa học Huế, những người đã cho em kiến thức và kinh nghiệm thực tiễn trong suốt 4 năm học qua. Em xin gửi lời cám ơn đến các anh chị trong phòng Tin học Môi trường, Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện Khóa luận. Em cũng gửi lời cảm ơn chân thành đến các anh chị ở Trung Tâm Kỹ thuật môi trường Đà Nẵng, các anh chị ở phòng Khoa học công nghệ Sở Giao thông vận tải thành phố Đà Nẵng, các anh chị ở Đài Khí tượng Thuỷ văn khu vực Trung Trung Bộ đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình thu thập số liệu, tài liệu phục vụ cho khóa luận tốt nghiệp. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, đến những người thân yêu nhất đã yêu thương, động viên và tạo điều kiện tốt nhất cho việc học tập của em. Một lần nữa, em xin chân thành cám ơn tất cả. Sinh viên Phan Thuý An iii TÓM TẮT Đất nước Việt Nam đang trong thời kỳ hội nhập WTO, nền kinh tế ngày càng có nhiều điều kiện phát triển. Tuy nhiên, sự phát triển ngày càng mạnh về kinh tế cũng kéo theo tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng. Ô nhiễm không khí do giao thông là một vấn đề môi trường rất được quan tâm hiện nay, đặc biệt ở thành phố Đà Nẵng – một đô thị trẻ đang trên đà xây dựng và phát triển. Tuy nhiên, ô nhiễm không khí là loại ô nhiễm khó quản lý nhất, đặc biệt là ô nhiễm do giao thông do mức độ khó kiểm soát của nó về hoạt động giao thông đường bộ. Để quản lý được loại ô nhiễm này, cần phải có một phần mềm mạnh dựa trên các mô hình tính toán hệ số phát thải, tải lượng ô nhiễm và nồng độ phát tán, đồng thời phải có bộ dữ liệu đầy đủ về giao thông, khí tượng cho mô hình. Hiện nay, ở Đà Nẵng chưa có một phần mềm nào hỗ trợ cho việc quản lý ô nhiễm không khí do hoạt động này. Trước tình hình đó, luận văn “ỨNG DỤNG MÔ HÌNH DỰ BÁO MỨC ĐỘ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO GIAO THÔNG TẠI MỘT SỐ TRỤC ĐƯỜNG CHÍNH Ở THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG” được thực hiện nhằm xây dựng bản đồ ô nhiễm không khí do giao thông ở thành phố Đà Nẵng. Để đạt được mục tiêu này, Luận văn đã ứng dụng mô hình tính toán hệ số phát thải Mobile 6 và phần mềm phát tán ô nhiễm cho giao thông CAR. Kết quả của Khóa luận hướng tới quán lý tình hình ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông trên địa bàn thành phố Đà Nẵng. iv MỤC LỤC Lời cảm ơn ............................................................................................................. ii TÓM TẮT ............................................................................................................ iii MỤC LỤC............................................................................................................ iv DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................. viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................. ix 1. MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 1.1. CƠ SỞ THỰC TIỄN VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI.............................. 1 1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................. 2 1.3. CÁC NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..................................................................... 2 1.4. GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ........................................ 2 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................................................. 3 2.1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC ............................ 3 2.2. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC ........................... 4 2.3. PHẦN MỀM MOBILE...................................................................................... 5 2.3.1. Đặc điểm của chương trình Mobile ............................................................ 6 2.3.2. Phương pháp tính toán hệ số phát thải của mô hình Mobile ........................ 7 2.3.3. Tính toán nồng độ khí ô nhiễm từ kết quả hệ số phát thải của Mobile......... 9 2.4. PHẦN MỀM CAR........................................................................................... 10 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................. 12 3.1. TỔNG QUAN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG........................................................ 12 3.1.1. Điều kiện tự nhiên.................................................................................... 12 3.1.2. Tình hình kinh tế - xã hội trong các năm gần đây ..................................... 16 3.2. HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO GIAO THÔNG TẠI TP. ĐÀ NẴNG 19 3.2.1. Hiện trạng ô nhiễm không khí do giao thông tại TP.ĐN ........................... 19 3.2.2. Tác động của tình hình ô nhiễm giao thông .............................................. 20 3.2.3. Kết quả quan trắc ô nhiễm không khí các năm gần đây............................. 21 3.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................... 25 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................................... 27 4.1. MÔ TẢ NHẬP SỐ LIỆU VÀO MOBILE VÀ CAR ........................................ 27 4.1.1. Thu thập dữ liệu phục vụ cho Luận văn.................................................... 27 4.1.2. Nhập số liệu vào Mobile .......................................................................... 28 4.1.3. Nhập số liệu vào CAR.............................................................................. 30 4.2. KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH.................................................................................. 34 4.3. MÔ TẢ KỊCH BẢN ........................................................................................ 35 4.4. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ.................................................................................. 37 4.5. MỘT SỐ KẾT QUẢ DỰ BÁO ........................................................................ 39 v 4.6. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KIỂM SOÁT Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ DO GIAO THÔNG ............................................................................................. 40 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................... 41 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. i vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Phân loại đường....................................................................................... 7 Bảng 3.1 Số giờ nắng các tháng trong năm (Niên giám Thống kê TP. Đà Nẵng 2007) .................................................................................................................... 14 Bảng 3.2 Tổng lượng mưa các tháng trong năm (Niên giám Thống kê TP. Đà Nẵng 2007) .................................................................................................................... 14 Bảng 3.3 Độ ẩm trung bình các tháng trong năm (Niên giám Thống kê TP. Đà Nẵng 2007) .................................................................................................................... 15 Bảng 3.4 Nhiệt độ trung bình các tháng trong năm (Niên giám Thống kê TP. Đà Nẵng 2007)........................................................................................................... 15 Bảng 3.5 Tốc độ tăng trưởng kinh tế thành phố Đà Nẵng (UBND TP.ĐN, Thông tin khoa học phát triển KT-XH tháng 1/2009)............................................................ 16 Bảng 3.6 Tốc độ tăng trưởng các nhóm ngành kinh tế TP. Đà Nẵng (UBND TP.ĐN, Thông tin khoa học phát triển KT-XH tháng 1/2009)............................................ 17 Bảng 3.7 Diện tích, dân số và đơn vị hành chính TP. Đà Nẵng 2007 (Niên giám Thống kê TP. Đà Nẵng 2007) ............................................................................... 17 Bảng 3.8 Thu nhập bình quân đầu người của người dân Đà Nẵng (UBND TP.ĐN, Thông tin khoa học phát triển KT-XH tháng 1/2009)............................................ 18 Bảng 3.9 Một số chỉ tiêu về hệ thống y tế ở TP. Đà Nẵng (UBND TP.ĐN, Thông tin khoa học phát triển KT-XH tháng 1/2009)............................................................ 19 Bảng 3.10 Tiêu chuẩn Việt Nam cho chất lượng không khí xung quanh ............... 21 Bảng 3.11 Kết quả quan trắc môi trường không khí xung quanh thành phố Đà Nẵng 2005 (Sở TNMT TP.ĐN)...................................................................................... 21 Bảng 3.12 Kết quả quan trắc môi trường không khí xung quanh thành phố Đà Nẵng, đợt 1-2/2006 (Sở TNMT TP.ĐN).......................................................................... 22 Bảng 3.13 Kết quả quan trắc môi trường không khí xung quanh thành phố Đà Nẵng, đợt 3/2006 (Sở TNMT TP.ĐN)............................................................................. 23 Bảng 3.14 Kết quả quan trắc môi trường không khí xung quanh 2008 (Trung tâm bảo vệ môi trường TP. .......................................................................................... 24 Bảng 4.1 Số liệu quan trắc chất lượng không khí trên các đoạn đường tháng 3/2009 ............................................................................................................................. 27 Bảng 4.2 Dữ liệu đầu vào cho MOBILE6.EXE..................................................... 28 Bảng 4.3 Kết quả tính toán cho một số trục đường chính ở TP. Đà Nẵng............. 35 Bảng 4.4 Mô tả kịch bản 1 tính toán nồng độ CO cho các đường ngày 16/2/2009. 35 Bảng 4.5 Mô tả kịch bản 2 tính toán nồng độ CO cho các đường ngày 17/2/2009. 36 Bảng 4.6 Mô tả kịch bản 3 tính toán nồng độ CO cho các đường ngày 18/2/2009. 36 Bảng 4.7 Mô tả kịch bản 4 tính toán nồng độ CO cho các đường ngày 19/2/2009. 36 Bảng 4.8 Mô tả kịch bản 5 tính toán nồng độ CO cho các đường ngày 20/2/2009. 36 Bảng 4.9 Mô tả kịch bản 6 tính toán nồng độ CO cho các đường ngày 21/2/2009. 37 Bảng 4.10 Mô tả kịch bản 7 tính toán nồng độ CO cho các đường ngày 22/2/200937 Bảng 4.11 Nồng độ CO tại 6 vị trí quan trắc trong kịch bản 1 ............................... 37 Bảng 4.12 Nồng độ CO tại 4 vị trí quan trắc trong kịch bản 2 ............................... 38 vii Bảng 4.13 Nồng độ CO tại 2 vị trí quan trắc trong kịch bản 3 ............................... 38 Bảng 4.14 Nồng độ CO tại 4 vị trí quan trắc trong kịch bản 4 ............................... 38 Bảng 4.15 Nồng độ CO tại 3 vị trí quan trắc trong kịch bản 5 ............................... 38 Bảng 4.16 Nồng độ CO tại 8 vị trí quan trắc trong kịch bản 6 ............................... 38 Bảng 4.17 Nồng độ CO tại 3 vị trí quan trắc trong kịch bản 7 ............................... 39 Bảng 4.18 Tải lượng theo Mobile trong các trường hợp ........................................ 39 Bảng 4.19 Kết quả mô hình cho 3 kịch bản dự báo ............................................... 39 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Sơ đồ tính toán hệ số phát thải trung bình (g/mi) ...................................... 7 Hình 2.2 Tóm tắt phân loại thông số đầu vào Mobile .............................................. 8 Hình 2.3 Sơ đồ tính toán nồng độ ô nhiễm từ kết quả hệ số phát thải của Mobile cho nguồn đường......................................................................................................... 10 Hình 2.4. Mô hình lý luận (Conceptual model) của CAR...................................... 11 Hình 2.5. Dữ liệu đầu vào và kết quả đầu ra của CAR .......................................... 11 Hình 3.1 Bản đồ vị trí địa lý thành phố Đà Nẵng................................................... 12 Hình 3.2 Hình thể hiện phân bố diện tích tự nhiên TP.ĐN 2007 (Niên giám Thống kê TP.ĐN 2007).................................................................................................... 13 Hình 3.3 Phương pháp luận nghiên cứu ................................................................ 26 Hình 4.1 Giao diện nhập thông tin kịch bản .......................................................... 28 Hình 4.2 Giao diện nhập đường dẫn chạy file input trong mobile.......................... 29 Hình 4.3 Giao diện file input trong mobile............................................................ 29 Hình 4.4 Giao diện kết quả tính hệ số phát thải từ mobile ..................................... 29 Hình 4.5 Giao diện công cụ điều khiển lớp bản đồ ................................................ 30 Hình 4.6 Công cụ hiển thị các nút điều khiển bản đồ............................................. 30 Hình 4.7 Giao diện trong thông tin đoạn đường .................................................... 31 Hình 4.8 Giao diện bước 1 nhập lưu lượng xe....................................................... 31 Hình 4.9 Giao diện bước 2 nhập lưu lượng xe....................................................... 32 Hình 4.10 Giao diện bước 1 nhập số liệu khí tượng .............................................. 32 Hình 4.11 Giao diện bước 2 nhập số liệu khí tượng .............................................. 32 Hình 4.12 Giao diện hộp thoại Nhập các thông số cho mô hình ............................ 33 Hình 4.13 Giao diện hộp thoại Nhập thông số cho lưới tính.................................. 34 Hình 4.14 Kết quả mô hình phát tán CO cho đường Hoàng Diệu trong trường hợp gió Đông Đông Nam, vận tốc gió 2 m/s, tải lượng 0.00884 g/m.s ......................... 34 ix DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐN : Đà Nẵng EEA : Cao uỷ Bảo vệ Môi trường Châu Âu EPA : Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ GDP : Tổng sản phẩm quốc nội GIS : Hệ thống thông tin địa lý GTCC : Giao thông công chính KHKT : Khoa học kỹ thuật KT–XH : Kinh tế - xã hội NCKH : Nghiên cứu khoa học NXB : Nhà xuất bản Q. : Quận TCCP : Tiêu chuẩn cho phép TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TNMT : Tài nguyên Môi trường TP : Thành phố TP.ĐN : Thành phố Đà Nẵng TP.HCM : Thành phố Hồ Chí Minh UBND : Uỷ ban nhân dân VOCs : Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi WHO : Tổ chức y tế thế giới x 1 CHƯƠNG 1 1. MỞ ĐẦU 1.1. CƠ SỞ THỰC TIỄN VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Ô nhiễm không khí từ nguồn giao thông đường bộ đã trở thành một vấn đề môi trường lớn, đặc biệt ở các nước đang phát triển. Tình trạng ô nhiễm này có xu hướng tập trung chủ yếu ở các thành phố lớn – nơi có nhiều hoạt động của các phương tiện giao thông và kết quả là làm suy giảm chất lượng không khí. Nằm trong vùng trọng điểm kinh tế miền Trung, là nơi có nhịp độ phát triển cao nhất của miền Trung do đó, trong tương lai, Đà Nẵng sẽ có nhu cầu đặc biệt lớn về giao thông vận tải và đồng thời cũng chịu áp lực lớn về nhiều vấn đề liên quan đến giao thông trong đó có vấn đề ô nhiễm không khí do giao thông vận tải đường bộ. Hoạt động giao thông vận tải nói chung cũng như việc đốt nhiên liệu trong động cơ nói riêng của hàng triệu phương tiện giao thông tập trung trong đô thị đã thải vào không khí một khối lượng lớn các khí độc hại như CO, NOx , SOx ... kèm theo bụi, tiếng ồn và các chất ô nhiễm khác. Tầng không khí gần mặt đất bị ô nhiễm do hậu quả của hoạt động này làm ảnh hưởng xấu đến môi trường, đến sức khỏe của người dân đô thị và các vùng lân cận, đồng thời ảnh hưởng đến sự phát triển kinh tế chung của khu vực và cả nước. Trong thời gian qua, nhiều chương trình quan trắc ô nhiễm không khí do giao thông đã được các cấp chính quyền thực hiện. Tuy nhiên những nghiên cứu ứng dụng các phương pháp mô hình hóa để tìm ra các qui luật phân bố ô nhiễm theo các tuyến đường chưa được chú ý. Năm 2003, Cục Bảo Vệ Môi Trường của Mỹ đã chính thức công bố trên Internet mã nguồn và các tài liệu kỹ thuật liên quan của Mobile - mô hình trên máy tính dùng để ước tính hệ số phát thải cho phương tiện giao thông đường bộ theo các điều kiện khác nhau về khí tượng, nhiên liệu, cách vận hành xe, giao thông, các chương trình giảm thiểu ô nhiễm…Cho đến nay, Mobile không chỉ được phổ biến và ứng dụng rất rộng rãi tại Mỹ mà còn được nghiên cứu phát triển phù hợp với tiêu chuẩn Châu Âu tại nhiều quốc gia khác. Năm 2008, Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia TP.HCM đã công bố phần mềm CAR tính toán sự phát tán ô nhiễm không khí do giao thông. Phần mềm này cho phép dựa vào hệ số phát thải do Mobile tính toán được, kết hợp với số lượng các loại xe, yếu tố khí tượng tính toán và vẽ ra bản đồ ô nhiễm không khí do giao thông. Mô hình toán được ứng dụng trong CAR là mô hình Berliand kỹ thuật. Vì vậy, dựa trên nền tảng Mobile và CAR, kết hợp với việc thu thập, thống kê, phân tích và tổng hợp số liệu liên quan, xây dựng các kế hoạch dài hạn và ngắn hạn nhằm kiểm soát và ngăn ngừa ô nhiễm không khí do giao thông là một việc làm cần thiết. 2 1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Mục tiêu trước mắt: Nghiên cứu khả năng ứng dụng phần mềm Mobile, CAR để tính toán hệ số phát thải, tải lượng, sự phát tán ô nhiễm không khí CO từ các phương tiện giao thông cơ giới tại một số trục đường chính tại thành phố Đà Nẵng. Mục tiêu lâu dài: Xây dựng cơ sở dữ liệu môi trường phục vụ cho công tác quản lý Nhà nước trong việc giám sát chất lượng môi trường không khí do các phương tiện giao thông thành phố Đà Nẵng. 1.3. CÁC NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nội dung chính: - Tìm hiểu tổng quan ô nhiễm không khí do các phương tiện giao thông cơ giới đường bộ trên một số trục đường chính tại thành phố Đà Nẵng. - Thu thập số liệu về các phương tiện giao thông vận tải đường bộ tại một số tuyến đường chính. - Thu thập số liệu khí tượng tại thành phố Đà Nẵng năm 2009 để làm cơ sở tính toán lan truyền ô nhiễm không khí. - Tìm hiểu mô hình Mobile, CAR. - Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. - Tính toán dự báo mức độ ô nhiễm không khí do giao thông theo các kịch bản khác nhau tại một số trục đường chính tại Đà Nẵng - Ứng dụng GIS để vẽ bản đồ ô nhiễm không khí do giao thông. 1.4. GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI l Giới hạn phạm vi đề tài: Do giới hạn về thời gian thực hiện đề tài cũng như do hạn chế về số liệu xe cộ thu thập được nên đề tài có những giới hạn: - Trên phạm vi một số trục đường chính của thành phố Đà Nẵng. - Số liệu thu thập lưu lượng xe chưa đủ trong các khoảng thời gian trong ngày. - Số liệu thu thập khí tượng trong tháng 2 năm 2009 theo giờ. l Hạn chế của đề tài: Do những khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài luận văn này nên số liệu đo đạc được trên các đường còn ít, chưa đầy đủ. - Số liệu đo đạc chỉ tiến hành trong một đợt tháng 3 năm 2009. - Số liệu khí tượng tháng 3 năm 2009 chỉ thu thập được kèm theo thời điểm lấy mẫu. 3 CHƯƠNG 2 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu và nhiều phần mềm tính toán tải lượng và phát thải các chất ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông được t