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 KHƠNG KHÍ THEO CHỈ SỐ AQI VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ THÀNH PHỐ HÀ NỘI CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 62 52 03 20 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - Năm 2015 MỞ ĐẦU Ơ nhiễm mơi trường trở thách thức to lớn phạm vi tồn cầu Q trình cơng nghiệp hóa kinh tế phát triển thị hầu hết quốc gia kéo theo vấn đề nhiễm mơi trường có nhiễm khơng khí Ơ nhiễm khơng khí thị lớn có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sống sức khỏe người Ở nước ta, ô nhiễm không khí đô thị lớn thủ đô Hà Nội đặt nhiều vấn đề cấp bách đối tượng nghiên cứu nhiều đề tài, dự án bảo vệ môi trường (BVMT) Cùng với tốc độ tăng trưởng kinh tế không ngừng tăng lên 10-15 năm tới, Hà Nội phải đối mặt với tình trạng nghiêm trọng nhiễm khơng khí Do vậy, vấn đề kiểm sốt chất lượng khơng khí, xác định vấn đề thách thức nhiễm khơng khí, khoanh vùng nhiễm đề xuất giải pháp, cải thiện chất lượng không khí thủ Hà Nội cơng việc cần thiết Kinh nghiệm giải vấn đề tương tự giới cho thấy cần phải xây dựng mơ hình tính tốn dựa mơ hình số chất lượng khơng khí tổng hợp có sở khoa học phù hợp với thực tế quốc gia Tính cấp thiết đề tài luận án: Trong q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, theo q trình thị hóa, Hà Nội từ thành phố nhỏ có khoảng 300.000 dân vào năm 1954, dân số thành phố Hà Nội tăng lên khoảng 6,5 triệu người Với diện tích đất khoảng 3.347 km2, thành phố Thủ có diện tích lớn thứ giới, kinh tế xã hội phát triển mạnh, hình thành 19 khu công nghiệp, khoảng 50 cụm công nghiệp khoảng 60 cụm tiểu thủ công nghiệp, số lượng phương tiện giao thơng cá nhân phát triển nhanh chóng Từ thành phố lại chủ yếu xe đạp đến Hà Nội có khoảng triệu xe mô tô-xe máy, khoảng 400.000 xe ô tô cá nhân, hàng năm xây dựng sửa chữa nâng cấp hàng triệu m2 diện tích cơng trình xây dựng hàng chục nghìn mét đường giao thơng Đơ thị hóa phát triển kinh tế-xã hội mạnh mẽ nêu tác động gây nhiễm mơi trường nói chung mơi trường khơng khí nói riêng ngày nặng nề 3 Trước tình hình việc nghiên cứu đánh giá mức độ nhiễm khơng khí Hà Nội cách định lượng, có sở khoa học, phân vùng Hà Nội theo mức ô nhiễm khác nhau, xác định khu vực bị ô nhiễm nhất, thành phần nhiễm mơi trường khơng khí đáng lo ngại nhất, v.v từ đề xuất giải pháp cấp bách nhằm giảm thiểu ô nhiễm, cải thiện chất lượng mơi trường khơng khí vấn đề môi trường cần thiết phải giải TP Hà Nội Vì đề tài luận án có tính cấp thiết Mục tiêu nghiên cứu: - Trên sở nghiên cứu lý thuyết kinh nghiệm thực tiễn số đánh giá chất lượng khơng khí nước giới, lựa chọn đề xuất mơ hình đánh giá chất lượng khơng khí theo số chất lượng khơng khí (AQI) phù hợp với điều kiện Việt Nam - Áp dụng mơ hình đánh giá chất lượng khơng khí theo số AQI sở phân tích số liệu quan trắc mơi trường khơng khí thực tế Hà Nội thu thập được, xây dựng phần mềm tính tốn Chỉ số chất lượng khơng khí khoanh vùng chất lượng khơng khí để đánh giá thực trạng chất lượng khơng khí Hà Nội từ đề xuất giải pháp kiểm sốt chất lượng mơi trường khơng khí nhằm giảm thiểu ô nhiễm cải thiện chất lượng môi trường khơng khí thành phố Hà Nội Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Luận án tập trung nghiên cứu đánh giá trạng nhiễm mơi trường khơng khí xung quanh khu vực đặc trưng có số liệu quan trắc môi trường năm gần phạm vi ranh giới hành thành phố Hà Nội (mở rộng sau năm 2008) Các thông số ô nhiễm xem xét luận án thông số ô nhiễm môi trường khơng khí xung quanh gồm: trước mắt TSP, SO2, NO2, CO tương lai PM10, SO2, NO2, CO O3 Nội dung nghiên cứu: Tổng quan nhiễm mơi trường khơng khí cơng trình nghiên cứu có liên quan mơi trường khơng khí thành phố Hà Nội; Nghiên cứu đề xuất mơ hình đánh giá chất lượng mơi trường khơng khí theo số chất lượng khơng khí (AQI) phù hợp với điều kiện Việt Nam; Xây dựng phần mềm tính tốn, khoanh vùng vẽ đồ phân bố đồng mức chất lượng khơng khí Hà Nội theo số AQI; Phân tích thực trạng, đánh giá chất lượng khoanh vùng ô nhiễm mơi trường khơng khí thành phố Hà Nội theo số chất lượng khơng khí (AQI); Đề xuất giải pháp kiểm sốt nhằm cải thiện chất lượng mơi trường khơng khí thành phố Hà Nội Phương pháp nghiên cứu: Luận án thực dựa sở áp dụng phương pháp nghiên cứu sau: Phương pháp thu thập, tổng hợp phân tích số liệu quan trắc môi trường thực tế: thu thập số liệu quan trắc mơi trường khơng khí từ trạm quan trắc phân tích mơi trường Trung ương, vùng Hà Nội năm gần Đã tập hợp, phân tích đánh giá diễn biến mơi trường khơng khí Hà Nội giai đoạn 2006-2013 đồng hóa số liệu để đưa vào mơ hình phần mềm tính tốn số AQI Hà Nội năm điển hình năm 2010 Phương pháp mơ hình hóa: sở nghiên cứu lý thuyết kinh nghiệm thực tế nước giới, xác định ô nhiễm môi trường khơng khí theo số chất lượng khơng khí AQI, tiến hành nghiên cứu lựa chọn xây dựng mơ hình tính tốn nhiễm khơng khí theo Chỉ số AQI phù hợp với điều kiện Việt Nam Phương pháp tham vấn chuyên gia: áp dụng phương pháp tham vấn chun gia để xây dựng mơ hình tính tốn nhiễm khơng khí thơng qua việc xây dựng gửi Phiếu Tham vấn đến hầu hết chuyên gia liên quan đến lĩnh vực mơi trường khơng khí Phương pháp ứng dụng công nghệ thông tin mô hình tốn học: tiến hành xây dựng sở liệu phần mềm riêng đặt tên AQUIS (Air Quality Index Software) AQUIS cho phép quản lý số liệu tính tốn, khoanh vùng nhiễm dựa vào số liệu quan trắc môi trường không khí có vẽ đồ phân vùng nhiễm theo đường đồng mức số AQI 5 Ý nghĩa khoa học đề tài luận án: Luận án nghiên cứu đề xuất mô hình đánh giá tổng hợp chất lượng khơng khí phù hợp với điều kiện Việt Nam Đã xây dựng phần mềm AQUIS sử dụng số liệu quan trắc thực tế mơi trường khơng khí Hà Nội, áp dụng phần mềm dùng để tính tốn AQI vẽ đồ khoanh vùng chất lượng không khí Hà Nội theo mơ hình tính tốn khác AQUIS hiển thị trực quan nhanh chóng đồ phân vùng trạng chất lượng không khí Hà Nội Từ phân tích kết tính tốn theo phần mềm AQUIS, đề xuất giải pháp quản lý cấp bách để giảm thiểu ô nhiễm cải thiện chất lượng khơng khí thành phố Hà Nội Ý nghĩa thực tiễn đề tài luận án: Mô hình đánh giá khoanh vùng chất lượng khơng khí theo số AQI cơng thức tính tốn số chất lượng khơng khí tổng hợp xây dựng có xét đến đóng góp tất thơng số nhiễm mơi trường khơng khí, khơng thơng số định Mơ hình tính tốn số chất lượng khơng khí đề xuất đưa kết có tính định lượng, mức đánh giá hợp lý nhiễm khơng khí khu vực nghiên cứu cung cấp tranh mức độ nhiễm khơng khí khu vực tỉnh/thành hay quốc gia để công bố cảnh báo cho cộng đồng phục vụ cơng tác kiểm sốt nhiễm nâng cao chất lượng khơng khí vùng nghiên cứu Sử dụng phần mềm AQUIS đề xuất luận án để tính số chất lượng khơng khí phương pháp khoa học đáng tin cậy để đánh giá khoanh vùng nhiễm khơng khí theo số AQI, không dùng cho thành phố Hà Nội mà áp dụng cho tỉnh/thành phố khu vực có mạng lưới quan trắc đủ dày điểm đo khu vực cần đánh giá Các giải pháp giảm thiểu đề xuất luận án giải pháp có tính khả thi, quan quản lý thành phố Hà Nội áp dụng có tác dụng giảm thiểu ô nhiễm, cải thiện chất lượng không khí Hà Nội 6 Những đóng góp luận án: Trên sở tổng quan mơ hình số chất lượng khơng khí nhiều nước giới, NCS nghiên cứu lý thuyết tham vấn chuyên gia để lựa chọn mơ hình tính tốn số chất lượng khơng khí đơn lẻ (AQIi) số chất lượng khơng khí tổng hợp (AQI0) mơi trường khơng khí phù hợp với điều kiện Việt Nam NCS đề xuất mơ hình tính tốn số chất lượng khơng khí tổng hợp, là: - Đề xuất mơ hình (MH1): Chỉ số chất lượng khơng khí tổng hợp (AQI0) trị số trung bình cộng có trọng số số chất lượng khơng khí đơn lẻ (AQIi) - Đề xuất mơ hình (MH2): Chỉ số chất lượng khơng khí tổng hợp (AQI0) ½ trị số số chất lượng khơng khí đơn lẻ lớn (AQIi,max) cộng với trị số trung bình cộng số chất lượng khơng khí đơn lẻ cịn lại m 1  AQI i Nói cách khác mơ hình mơ hình trung m  t 1 gian mơ hình lấy trị số số chất lượng khơng khí tổng hợp trị m số trung bình cộng số đơn lẻ AQI   AQI i mơ hình lấy trị m i 1 số số chất lượng khơng khí đơn lẻ lớn trị số số chất lượng khơng khí tổng hợp (mơ hình 3: AQI  AQI i, max , tính theo Quyết định số 878/QĐ-TCMT, ngày 1/7/2011 Tổng cục Môi trường) - Đã nghiên cứu xác định điều kiện phù hợp để áp dụng mơ hình tính tốn (MH1), mơ hình tính tốn (MH2) hay áp dụng mơ hình tính toán (MH3) để xác định số chất lượng khơng khí tổng hợp NCS xây dựng phần mềm AQUIS dùng để quản lý liệu tiến hành tính tốn, khoanh vùng nhiễm dựa vào số liệu quan trắc mơi trường khơng khí có Phần mềm AQUIS hỗ trợ cho nhà nghiên cứu nhà quản lý mơi trường khơng khí đánh giá nhanh số AQIi, AQI0 vị trí quan trắc khác vùng nghiên cứu vẽ đường đồng mức AQIi, AQI0 AQUIS công cụ đánh giá sở đưa liệu mơi trường kết hợp mơ hình tính tốn hiển thị trực tiếp đồ số hiển thị màu sắc dễ nhận biết mà người sử dụng không thiết phải có chun sâu cơng cụ tính tốn hay lập trình cơng cụ Đánh giá khoanh vùng ô nhiễm môi trường không khí theo AQIi đơn lẻ AQI0 tổng hợp: Dựa số liệu quan trắc mơi trường khơng khí Hà Nội năm 2010 sử dụng mơ hình phần mềm AQUIS để tính tốn khoanh vùng nhiễm mơi trường khơng khí, NCS tính tốn khoanh vùng nhiễm mơi trường khơng khí thành phố Hà Nội theo AQIi đơn lẻ AQI0 tổng hợp (theo mơ hình xác định AQI0 khác nhau) Trên sở kết nghiên cứu Luận án, NCS đề xuất số giải pháp quản lý có tính cấp bách nhằm giảm thiểu nhiễm khơng khí Hà Nội Bố cục luận án: Ngồi phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục, luận án bố cục thành chương sau: Chương Tổng quan ô nhiễm sử dụng số chất lượng khơng khí Hà Nội Chương Xây dựng mơ hình số chất lượng khơng khí AQI phù hợp với điều kiện Việt Nam Chương Xây dựng phần mềm AQUIS để tính tốn, đánh giá khoanh vùng ô nhiễm môi trường không khí thành phố Hà Nội theo số chất lượng khơng khí (AQI) Chương Đề xuất số giải pháp cấp bách quản lý để giảm thiểu ô nhiễm không khí thành phố Hà Nội Luận án trình bày 141 trang A4, 11 bảng số liệu, 23 hình vẽ, danh mục 11 cơng trình khoa học NCS công bố liên quan đến luận án, 108 tài liệu tham khảo tiếng Việt tiếng nước 8 NỘI DUNG LUẬN ÁN Chương TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM VÀ SỬ DỤNG CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ Ở HÀ NỘI 1.1 Tổng quan mơ hình đánh giá chất lượng khơng khí theo số chất lượng khơng khí Vào năm thập niên 70 kỷ trước, Hoa Kỳ, Liên Xô nhiều nước giới sử dụng số chất lượng khơng khí tổng hợp tổng tuyến tính số chất lượng khơng khí đơn lẻ Mơ hình có nhiều nhược điểm nên đến khơng có nước dùng mơ hình Hiện có loại mơ hình tính tốn số chất lượng khơng khí tổng hợp AQI0 sử dụng nước giới (1) Mơ hình tính số AQI0 tổng hợp theo trung bình cộng số AQIi đơn lẻ, nước sử dụng mơ hình số nước châu Âu, Mê hi cô, Hồng Kông, Singapore, Malaysia, Ấn Độ, ; (2) Mơ hình xác định số tổng hợp (AQI0) theo trị số số đơn lẻ lớn (AQImax), nước sử dụng mơ hình Hoa Kỳ, Canada, Trung Quốc, Thái Lan (3) Mơ hình tương tác đơn giản, có số thành phố giới áp dụng mơ hình Nghiên cứu xây dựng số để đánh giá cách định lượng chất lượng mơi trường khơng khí, áp dụng mơ hình tính tốn số chất lượng khơng khí nhiều nhà khoa học nước giới tiến hành từ năm đầu thập kỷ 70 kỷ 20, nước ta cịn vấn đề mẻ, chưa xác định rõ ràng chưa hoàn thiện Các nước khác áp dụng mơ hình tính tốn số chất lượng khơng khí khác Nhìn chung mơ hình tính tốn số chất lượng khơng khí nước khác thường khác lựa chọn thơng số nhiễm để đưa vào mơ hình tính tốn, phương pháp tính số chất lượng khơng khí tổng hợp để đánh giá tình trạng chất lượng tổng thể mơi trường khơng khí, phân mức chất lượng khơng khí khác hệ số quy ước số chất lượng khơng khí 9 1.2 Tổng quan nhiễm khơng khí Hà Nội Luận án nghiên cứu tổng quan điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội Hà Nội, diễn biến nhiễm khơng khí Hà Nội cơng trình nghiên cứu liên quan, đặc biệt tổng quan mơ hình đánh giá khoanh vùng chất lượng khơng khí theo số chất lượng khơng khí giới Việt Nam Thực trạng nhiễm mơi trường khơng khí thành phố Hà Nội mối lo ngại cho quan quản lý nhà nước môi trường toàn thể dân cư Hà Nội Đến Hà Nội hình thành 19 KCN, khoảng 50 CCN, khoảng 60 CTTCN, phương tiện giao thông cá nhân tăng nhanh vũ bão, mô tô- xe máy tăng lên khoảng triệu xe ô tô loại tăng lên khoảng 400 000 xe, hàng năm xây dựng sửa chữa nâng cấp hàng triệu m2 diện tích cơng trình xây dựng hàng chục nghìn mét đường giao thông v.v Tất hoạt động phát triển KT-XH tác động mạnh mẽ gây nhiễm mơi trường khơng khí Hà Nội, đặc biệt ô nhiễm bụi TSP, PM10 nặng nề Trong điều kiện phát triển kinh tế - xã hội thị hóa Hà Nội mạnh mẽ nêu trên, với vị trí vai trị đặc biệt Thủ Hà Nội, nhiễm khơng khí tâm điểm vấn đề nhức nhối mơi trường Do nghiên cứu đánh giá chất lượng khơng khí đề xuất giải pháp để kiểm soát cải thiện chất lượng khơng khí thành phố Hà Nội vấn đề cấp thiết, khơng trách nhiệm quan quản lý nhà nước môi trường mà trách nhiệm cộng đồng 10 Chương XÂY DỰNG MƠ HÌNH CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ (AQI) PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM 2.1 Mơ hình số chất lượng khơng khí bản, đơn lẻ AQIi Công thức để xác định số chất lượng khơng khí đơn lẻ chất ô nhiễm i, địa điểm khu vực nghiên cứu là: z C i ,t (2.1a) AQI i   z t 1 C i , đó: Ci,t nồng độ chất ô nhiễm i thời điểm t địa điểm nghiên cứu; Ci,0 nồng độ cho phép chất ô nhiễm i; C Nếu thời gian “t” xác định (2.1b) AQI i  i Ci , AQI i  Ci  aQuy uoc Ci , (2.1c) Người ta thường định giá số chất lượng khơng khí theo số ngun chẵn nên thường nhân số chất lượng khơng 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 nồng độ tối đa cho phép Ci,0 Kết điều tra theo phiếu tham vấn chuyên gia cho kết lấy hệ số quy ước số chất lượng khơng khí nước ta aQuyuoc = 100 2.2 Phân chia mức ô nhiễm khơng khí theo số chất lượng khơng khí Tùy theo quy định nước khác nhau, người ta thường phân chia mức ô nhiễm khác thể màu sắc định khác Nước có mức phân chia là mức (không bị ô nhiễm, bị ô nhiễm bị nhiễm nặng), trung bình mức, nhiều nước phân thành mức, mức Số lượng phân chia mức ô nhiễm nhiều 10 mức 11 Theo kết điều tra theo phiếu tham vấn chuyên gia nước ta nên chia thành 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 khơng khí tổng hợp AQI0 Hiện giới thường áp dụng theo mơ hình tính AQI0 (Wayne R.Ott) sau: * Mơ hình tính tốn số chất lượng khơng khí tổng hợp theo cơng thức trị số trung bình cộng có trọng số số đơn lẻ: m m C (2.2) AQI   AQI i   i  aQuyuoc m i 1 m i 1 Ci , Mô hình lấy trung bình cộng số chất lượng khơng khí đơn lẻ phù hợp cho kết đáng tin cậy giá trị số chất lượng khơng khí đơn lẻ khác khơng q lớn, lại xảy trường hợp bất thường, hiệu ứng “che khuất” (eclipsing) Trong công thức 2.2, m tổng số chất nhiễm xét đến tính AQI0 Theo kết điều tra theo phiếu tham vấn chuyên gia thời gian trước mắt nước ta tính AQI0 với chất ô nhiễm bụi (TSP hay PM10), SO2, NO2 CO Trong tương lai tính AQI0 với chất ô nhiễm PM10, SO2, NO2, CO O3 *Mơ hình lấy giá trị số đơn lẻ lớn (toán tử tối đa) Để khắc phục vấn đề hiệu ứng “che khuất” nêu trên, Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (USEPA) xây dựng phương pháp lấy trị số AQIi lớn làm số chất lượng khơng khí tổng hợp, mơ hình số nước áp dụng, có Việt Nam: (2.3) AQI  AQI i , max Tính tốn AQI0 theo mơ hình lấy giá trị AQIi lớn có tính an tồn sức khỏe, có tính phiến diện, khơng xét đến tác động tổng hợp nhiều thông số ô nhiễm, dẫn đến đánh giá mức nhiễm cao thực tế, dẫn đến đưa giải pháp ô nhiễm tốn Điển hình Đại học Yale Colombia (Hoa Kỳ) công bố Diễn đàn Kinh tế Thế giới Davos (Thụy Sĩ - tháng 2/2012), Việt Nam mười nước có mơi trường khơng khí nhiễm giới, họ coi AQIbụi, max AQI0 *Mơ hình tương tác đơn giản (SIM): 12 Mơ hình tương tác đơn giản SIM áp dụng số thành phố giới Tính tốn số chất lượng khơng khí theo mơ hình theo phương pháp lấy trung bình cộng số chất lượng đơn lẻ coi số chất lượng khơng khí tổng hợp, đại diện cho chất lượng khơng khí thành phố 2.4 Đề xuất mơ hình tính tốn số chất lượng khơng khí tổng hợp AQI0 Như mục 2.3 phân tích: Mơ hình tính tốn số chất lượng khơng khí tổng hợp theo trung bình cộng (cơng thức 2.2) mơ hình lấy trị số đơn lẻ lớn (cơng thức 2.3) cịn số tồn Vì NCS đề xuất mơ hình sau để tính tốn số chất lượng khơng khí Việt Nam 2.4.1 Mơ hình – Mơ hình tính số chất lượng khơng khí tổng hợp theo trị số trung bình cộng số đơn lẻ có trọng số Cơng thức tính AQI0 có xét đến trọng số có dạng: AQI  m   k i AQI i  m k i 1 i 1 i m   ki  m k i 1 Ci aQuyuoc C i ,0 (2.4) i i 1 đó: ki trọng số số chất lượng khơng khí đơn lẻ Trong thời gian trước mắt xét đến thông số ô nhiễm Bụi, SO2, NO2 CO theo kết điều tra theo phiếu tham vấn chuyên gia cho trị số ki sau: Trọng số AQIbụi kbụi=1,00; AQI SO2 k SO2 =1,10; AQI NO2 k NO2 =0,97 AQI CO kCO =0,93 2.4.2 Mơ hình – Mơ hình trung gian c mơ hình trung bình c ộ ng mơ hình lấy tr ị số số đơn lẻ lớ n nh ất Theo mơ hình này, số chất lượng khơng khí tổng hợp AQI0 xác định ½ tổng trị số số chất lượng khơng khí lớn (AQIi,max) cộng với trị số trung bình tổng số chất lượng khơng m 1 khí đơn lẻ cịn lại (  AQI i ) m  11 Cơng thức tính AQI0 theo mơ hình là: 1 m 1  (2.5) AQI   AQI i , max   AQI i  2 m  i 1  2.5 Xác định điều kiện để áp dụng phù hợp mơ hình tính AQI0 13 NCS tiến hành tính tốn áp dụng mơ hình (Mơ hình mơ hình lấy theo trị số AQIi,max) tính tốn AQI0 với ma trận gồm 135 tổ hợp thông số ô nhiễm PM10, SO2, NO2, CO O3, trị số trung bình cộng trị số chất lượng khơng khí đơn lẻ ( m 1  AQI m  11 i , viết tắt AQI i(1) không bao gồm AQIi,max) từ 50 (chất lượng môi trường tốt) đến 400 (môi trường bị ô nhiễm nặng) tỉ lệ AQIi,max AQI i(1) từ đến 10 lần, xác định điều kiện áp dụng phù hợp mơ hình tính tốn AQI0 sau: - Khi AQI i(1) ≤ 200 tỉ lệ AQIi,max/ AQI i(1) ≤ áp dụng mơ hình 1; - Khi AQI i(1) < 300 tỉ lệ AQIi,max/ AQI i(1) < áp dụng mơ hình 2; - Khi AQI i(1) < 300 tỉ lệ AQIi,max/ AQI i(1) ≥ áp dụng mơ hình 3; - Khi AQI i(1) ≥ 300 khơng cần tính AQI0 mà kết luận mơi trường khơng khí bị nhiễm nặng; 14 Chương XÂY DỰNG PHẦN MỀM AQUIS ĐỂ TÍNH TỐN, ĐÁNH GIÁ VÀ KHOANH VÙNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ HÀ NỘI THEO CÁC CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ (AQI) 3.1 Xây dựng phần mềm phân mức khoanh vùng nhiễm khơng khí Hà Nội theo số chất lượng khơng khí (AQI) Nghiên cứu phân mức khoanh vùng ô nhiễm theo số chất lượng mơi trường AQI khó triển khai vào thực tế thiếu ứng dụng công nghệ thông tin phát triển hệ thống sở liệu với kỹ thuật tin học để xử lý số liệu Theo nhiều nghiên cứu, hệ thống thông tin môi trường định nghĩa hệ thống dựa máy tính để lưu trữ, quản lý phân tích thơng tin mơi trường liệu liên quan Vai trị cơng nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) quan trọng hệ thống thông tin môi trường: thành phần cốt lõi hệ thống thông tin môi trường sở liệu không gian cấu trúc chặt chẽ dễ truy xuất, chứa đựng thơng tin phân bố không gian với thông tin thuộc tính liên quan Với việc ứng dụng cơng nghệ GIS, công nghệ Web xây dựng theo module cho phép liên kết, tích hợp, chia sẻ thông tin dễ dàng Sản phẩm ứng dụng Luận án phần mềm AQUIS (Air Quality Index Software), NCS hợp tác với cộng Phòng Tin học, Đại học quốc gia TP HCM, xây dựng vào năm 2013 hướng dẫn PGS.TSKH Bùi Tá Long Phần mềm AQUIS sử dụng liệu đồ số hóa từ phần mềm GIS thông dụng Mapinfo Các bước ứng dụng GIS nghiên cứu gồm xây dựng đồ với lớp chính: ranh giới hành thủ Hà Nội; ranh giới hành huyện, quận; xã; vị trí khu cơng nghiệp, cụm cơng nghiệp, khu thị, làng nghề; đường quốc lộ Tiếp theo xây dựng lớp chuyên đề lựa chọn nghiên cứu Các lớp chuyên đề xây dựng dựa mục tiêu nội dung đặt cho nghiên cứu Các vị trí quan trắc chấm theo ký hiệu khác Lưu ý năm 2010, số liệu quan trắc chất lượng khơng khí Hà 15 Nội phân thành loại: Khu dân cư, Khu công nghiệp, Khu đô thị, Cụm công nghiệp, Làng nghề Các bước vận hành AQUIS thể hình Hình Các bước thực vận hành AQUIS 3.2 Mô tả liệu, số liệu sử dụng luận án Để đánh giá phân bố số chất lượng môi trường khơng khí khoanh vùng nhiễm cần thiết có đầy đủ thông tin, liệu quan trắc môi trường với mạng lưới điểm quan trắc phải đủ dày, thời gian quan trắc phải đủ dài Trong trình thực nghiên cứu này, NCS nỗ lực thu thập hầu hết số liệu quan trắc chất lượng khơng khí thành phố Hà Nội thời gian từ 2006 đến năm 2013 Hình Bản đồ vị trí quan trắc chất lượng khơng khí địa bàn Hà Nội 16 Phân tích số liệu quan trắc mơi trường khơng khí Hà Nội từ năm 2006-2013 thấy vị trí điểm đo có thay đổi theo năm có năm 2010 năm có nhiều điểm đo có số liệu đầy đủ (hình 2) Do NCS sử dụng số liệu quan trắc môi trường năm 2010 để áp dụng thử nghiệm mơ hình tính tốn khoanh vùng nhiễm khơng khí thành phố Hà Nội Bộ số liệu quan trắc mơi trường khơng khí Hà Nội sử dụng nghiên cứu thu thập từ hai nguồn: địa phương quan trắc Tổng cục môi trường đo đạc theo chương trình quốc gia Qua nghiên cứu, số bất cập nhận thấy vị trí quan trắc địa phương trung ương khơng trùng nhau, bên cạnh thời gian đo khơng thống Do nghiên cứu NCS thực bước chỉnh lý số liệu, đồng hóa theo thời gian thành đợt để phân tích tính tốn số AQI Mặt khác bổ sung điểm quan trắc theo nguồn Tổng cục Môi trường nguồn Trạm Quan trắc Phân tích môi trường Vùng đất liền để làm dày thêm điểm quan trắc 3.3 Kết tính tốn thảo luận 3.3.1 Kết tính tốn khoanh vùng nhiễm khơng khí Hà Nội theo số chất lượng khơng khí đơn lẻ Kết tính tốn khoanh vùng nhiễm khơng khí theo số chất lượng khơng khí đơn lẻ phần mềm AQUIS thể hình SO2, hình NO2, hình CO hình TSP Kết tính tốn AQI theo thơng số ô nhiễm cho thấy điểm quan trắc, giá trị AQI thông số ô nhiễm bụi TSP SO2 thường cao so với AQIi NO2 CO Điều phù hợp với phân tích đánh giá nhiễm mơi trường khơng khí trước đây, Hà Nội bị nhiễm bụi chủ yếu nặng Ô nhiễm SO2 Hà Nội tương đối cao Các địa điểm ô nhiễm nặng nề bụi bao gồm Làng nghề kim khí Rùa Hạ; làng nghề kim khí thơn Liễu Nội; khu vực Bến xe Hà Đông; đường Phùng Hưng; khu dân cư Trung hồ - 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 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 hồ - Nhân Chính, khu vực Bến xe Hà Đơng khu dân cư Nhà máy Bia Hà Đông khu vực bị nhiễm nặng SO2 Hình Bản đồ AQI SO2 năm 2010 Hình Bản đồ AQICO năm 2010 Hình Bản đồ AQI NO năm 2010 Hình Bản đồ AQITSP năm 2010 18 3.3.2 Kết tính tốn khoanh vùng nhiễm khơng khí theo số chất lượng khơng khí tổng hợp (AQI0) theo mơ hình tính tốn khác Phần mềm AQUIS sử dụng để tính tốn phân vùng ô nhiễm theo số chất lượng khơng khí tổng hợp thể Hình – Hình 9) 3.3.2.1 Kết tính tốn tốn số chất lượng khơng khí tổng hợp theo cách tính AQI0 trung bình cộng có trọng số (MH1) Hình Bản đồ phân vùng (khoanh vùng) ô nhiễm không khí Hà Nội theo mơ hình AQI0 trung bình cộng có trọng số sở số liệu quan trắc năm 2010 Hình Bản đồ phân vùng (khoanh vùng) nhiễm khơng khí Hà Nội theo mơ hình tính AQI0 trung gian trị số trung bình cộng trị số AQIi,max sở số liệu quan trắc năm 2010 Kết tính tốn AQI0 theo mơ hình trung bình cộng có trọng số số AQIi (MH1) thể hình Theo cách tính Hà Nội bị nhiễm khơng khí với 89/140 điểm quan trắc bị nhiễm, chiếm tỉ lệ 64% điểm quan trắc bị ô nhiễm, có điểm có giá trị AQI nằm khoảng bị nhiễm khơng khí nặng làng nghề kim khí Rùa Hạ (huyện Thanh Oai) với giá trị AQI0 635.58 điểm 19 quan trắc khác bị ô nhiễm nặng với giá trị AQI0 theo tính tốn nằm khoảng từ 200-300 Các địa điểm bị ô nhiễm nặng làng nghề kim khí thơn Liễu Nội; khu vực Bến xe Hà Đơng; đường Phùng Hưng; KDC Trung hồ - Nhân Chính; KDC Nhà máy Bia Hà Đông làng nghề Sơn mài Hạ Thái 3.3.2.2 Kết tính tốn tốn số chất lượng khơng khí tổng hợp AQI0 theo phương pháp trung gian phương pháp trung bình cộng phương pháp lấy trị số AQIi,max (MH2) Kết tính tốn AQI0 theo mơ hình trung gian (MH2) thể hình Kết tính tốn AQI tổng hợp theo MH2 đồ khoanh vùng ô nhiễm không khí thành phố Hà Nội (Hình 8) cho thấy Hà Nội bị nhiễm khơng khí diện tích lớn, có 96 điểm quan trắc (chiếm tỉ lệ 68,6%) bị ô nhiễm (thể đồ khu vực có màu da cam) Các địa điểm bị ô nhiễm nặng bao gồm: làng nghề Kim khí Rùa Hạ; làng nghề Kim khí thơn Liễu Nội; khu vực Bến xe Hà Đông; đường Phùng Hưng; KDC Trung hồ - Nhân Chính Các địa điểm bị nhiễm nặng gồm: KCN Thăng Long; KDC Nhà máy Bia Hà Đơng; KCN Nội Bài; làng nghề Luyện kim Gị hàn Phú Thứ; KCN Ba La 3.3.2.3 Kết tính tốn tốn số chất lượng khơng khí tổng hợp AQI0 theo phương pháp Tổng cục Môi trường (MH3) Hình Bản đồ phân vùng (khoanh vùng) nhiễm khơng khí Hà Nội theo cách tính AQI0 Tổng cục Môi trường sở số liệu quan trắc năm 2010 20 Kết tính tốn AQI0 theo phương pháp Tổng cục Môi trường (MH3) thể hình Theo cách tính tồn thành phố Hà Nội bị ô nhiễm môi trường không khí nghiêm trọng có 5/140 điểm quan trắc khơng bị nhiễm khơng khí, chiếm tỉ lệ nhỏ 3,6% 3.3.2.4 So sánh kết tính tốn AQI0 theo mơ hình MH1, MH2, MH3 Theo kết tính tốn giá trị AQI0 tính theo phương pháp trung bình cộng có trọng số (MH1), phương pháp trung gian trị số trung bình cộng AQIi trị số AQIi,max (MH2), phương pháp lấy trị số AQIi,max khác Tại vị trí quan trắc AQI0 tính theo phương pháp MH2 cao AQI0 tính theo phương pháp trung bình cộng có trọng số (MH1) dao động khoảng từ 20-50%, vị trí có AQI0 nằm khoảng bị nhiễm Trong vị trí tương tự AQI0 tính theo phương pháp lấy trị số AQIi,max (MH3) thường có giá trị lớn tính theo MH2 cao phương pháp trung bình cộng có trọng số (MH1) dao động khoảng từ 60-130% Kết tính tốn AQI0 theo phương pháp cho thấy số AQI0 nhỏ (nằm khoảng không bị ô nhiễm, nghĩa số liệu quan trắc chưa vượt ngưỡng cho phép kết tính AQI0 theo mơ hình có giá trị gần Như giá trị số AQI0 tính theo cách tính Tổng cục Mơi trường cao nhiều so với phương pháp tính trung bình cộng có trọng số 21 Chương ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP CẤP BÁCH VỀ QUẢN LÝ ĐỂ GIẢM THIỂU Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ Ở THÀNH PHỐ HÀ NỘI Trên sở kết nghiên cứu, luận án đề xuất số giải pháp quản lý có tính cấp bách nhằm giảm thiểu nhiễm khơng khí Hà Nội sau: 4.1 Tăng cường lực quản lý mơi trường khơng khí quan quản lý môi trường thành phố quận, huyện, phường, xã thành phố Hà Nội Tăng cường lực quản lý mơi trường khơng khí Hà Nội thành lập phịng quản lý mơi trường khơng khí Chi cục BVMT Hà Nội, bổ sung cán chuyên môn đào tạo chuyên ngành môi trường khơng khí cho Chi cục BVMT phịng quản lý môi trường quận/huyện; tổ chức lớp bổ túc kiến thức nâng cao trình độ chuyên mơn mơi trường khơng khí cho cán đương chức hệ thống tổ chức quản lý môi trường cấp Hà Nội 4.2 Đẩy mạnh thực thi quy định pháp luật BVMT khơng khí Bảo đảm thực thi quy định pháp luật BVMT khơng khí tồn lãnh thổ thành phố Hà Nội, tuyên truyền, phổ biến hướng dẫn thực quy định BVMT cho người dân, sở sản xuất, tổ chức xã hội thành phố Hà Nội, đẩy mạnh công tác kiểm tra tra để cưỡng chế tuân thủ pháp luật BVMT; 4.3 Ưu tiên đầu tư cho hoàn thiện hệ thống quan trắc mơi trường khơng khí thành phố Hà Nội Thành phố Hà Nội cần tiếp tục triển khai thực Quyết định số 355/QĐ-UBND, ngày 13/01/2012 việc phê duyệt “Quy hoạch mạng lưới quan trắc khơng khí cố định địa bàn thành phố Hà Nội đến năm 2020”, đặc biệt xây dựng trung tâm đầu mối điều hành, liên kết trạm quan trắc chất lượng mơi trường khơng khí tồn TP Hà Nội 22 4.4 Các giải pháp kiểm soát nguồn ô nhiễm từ hoạt động giao thông ô nhiễm bụi từ hoạt động xây dựng (xây dựng mới, sửa chữa, nâng cấp cơng trình xây dựng) Nhiệm vụ ưu tiên trước mắt hạn chế kiểm soát nguồn gây ô nhiễm bụi đô thị Để góp phần giảm thiểu nhiễm bụi cho Hà Nội, thành phố cần tiếp tục triển khai thực Quyết định số 02/2005/QĐ-UBND ngày 10/01/2005 UBND Thành phố Hà Nội quy định biện pháp giảm bụi địa bàn thành phố Bên cạnh áp dụng số biện pháp tăng cường giao thông công cộng hoạt động Hà Nội; Kiểm soát chặt chẽ hoạt động cơng nghiệp gây nhiễm khơng khí; Dán tem xe đạt TCMT; Xây dựng trạm kiểm sốt xe đường; Các cơng trình xây dựng/thi cơng phải ký quỹ thác-hoàn trả BVMT v.v 4.5 Đề xuất giải pháp cải thiện chất lượng không khí Hà Nội địa bàn cấp bách Tập trung kiểm sốt xử lý nguồn nhiễm khơng khí điểm địa bàn bị nhiễm mơi trường khơng khí nặng mà xác định cụ thể luận án Từ kết nghiên cứu luận án này, NCS đề xuất số kiến nghị cho nghiên cứu sau: Hiện chất lượng số liệu quan trắc phân tích theo chương trình quan trắc khác chưa thống nhất, nhiều nguyên nhân khác mà chưa đảm bảo độ xác cần thiết, NCS kiến nghị với quan quản lý mơi trường cấp cần có biện pháp thẩm định nâng cao chất lượng cơng tác quan trắc mơi trường khơng khí quốc gia địa phương Tăng cường đầu tư xây dựng trạm quan trắc môi trường không khí tự động cố định, thành phố Hà Nội Thực đề tài nghiên cứu mang tính khoa học để xác hóa giá trị trọng số trình bày Luận án số chất lượng khơng khí đơn lẻ AQIi cơng thức tính số chất lượng khơng khí tổng hợp AQI0 23 KẾT LUẬN Trên sở nghiên cứu lý thuyết, kết hợp với khảo sát thu thập, phân tích số liệu môi trường thực tế để giải vấn đề khoa học đặt ra, từ kết nghiên cứu luận án, rút kết luận sau: Các vấn đề cần điều chỉnh áp dụng mơ hình tính số chất lượng khơng khí tổng hợp Trên sở tổng quan mô hình số chất lượng khơng khí nhiều nước giới, Nghiên cứu sinh kiến nghị sử dụng mơ hình hệ thống số chất lượng khơng khí đơn lẻ (AQIi) thông số ô nhiễm khơng khí số chất lượng khơng khí tổng hợp (AQI0) đánh giá chung mức độ ô nhiễm khơng khí nhiều thơng số nhiễm gây Nghiên cứu sinh tiến hành tham vấn chuyên gia để xác định vấn đề cần phải điều chỉnh mơ hình số chất lượng khơng khí cho phù hợp với nước ta Kết cụ thể là: - Trước mắt lựa chọn thông số ô nhiễm (TSP, SO2, NO2, CO) tương lai, hệ thống quan trắc mơi trường khơng khí nước ta tương đối hồn chỉnh chọn thơng số nhiễm (PM10, SO2, NO2, CO O3) để tính số chất lượng khơng khí tổng hợp (AQI0); - Lấy hệ số quy ước số chất lượng không khí 100; - Đã xác định trọng số số chất lượng khơng khí đơn lẻ (AQIi) TSP 1,0; SO2 1,1; NO2 0,97 CO 0,93 - Phân mức nhiễm khơng khí thành mức: Tốt (AQI  50): Màu xanh da trời; Không bị ô nhiễm (50