Ứng dụng phương pháp GIS và mơ hình hố mơi trường vào đánh giá tác động mơi trường 1 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIS VÀ MÔ HÌNH HOÁ MÔI TRƯỜNG VÀO ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG (CỤ THÊ ỨNG DỤNG CHO DỰ ÁN NHÀ MÁY SẢN XUẤT ẮC QUY TẠI KHU CÔNG NGHIỆP NHƠN TRẠCH 2, XÃ HIỆP PHƯỚC, HUYỆN NHƠN TRẠCH, TỈNH ĐỒNG NAI) Trần Thị Thanh 1 – Lê Thị Thanh Thảo 1 Khoa Cơng nghệ Sinh học và Mơi trường, Trường Đại Học Lạc Hồng Email: chantroimoi_lx@yahoo.com , lethaolt3@yahoo.com Tóm tắt: Trong bài báo cáo này chúng tơi trình bày việc áp dụng phương pháp GIS ( Geographic Information System) và mơ hình hóa mơi trường vào đánh giá tác động mơi trường. Cụ thể chúng tơi ứng dụng mơ hình Gauss trong trường hợp vận tốc gió trung bình và mơ hình Berliand trong trường hợp vận tốc gió nguy hiểm. Từ kết quả chạy mơ hình chúng tơi sử dụng phần mềm Arcview để xây dựng bản đồ phân vùng ảnh hưởng của việc phát tán hơi chì từ dự án sản xuất ắc quy tới mơi trường xung quanh. Abstract. In this paper, we present the application of GIS ( Geographic Information System) method and modelling environment to environmental impact assessment. Specifically we apply Gaussian model for the average wind speed and Berliand model where wind speed dangerous. From the results of the models we use ArcView software to build maps of the affected partition disperse steam lead from battery manufacturing project to the surrounding environment. Keywords: GIS, modelling environment, Gauss model, Berliand model. 1. GIỚI THIỆU Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật ngày nay dẫn tới sự phát triển nhanh chóng của sản xuất hàng hóa và q trình đơ thị hóa trên thế giới. Q trình phát triển kinh tế xã hội một mặt khơng ngừng cải thiện chất lượng cuộc sống của con người, mặt khác nó tạo ra các vấn đề về suy thối mơi trường tồn cầu, đặc biệt ở các nước đang phát triển. Vì v ậy, việc bảo vệ mơi trường đang trở thành một vấn đề bức thiết của tồn xã hội. Trong đó, vấn đề bảo vệ khơng khí chiếm một vị trí quan trọng. Hiện nay để đánh giá mức độ ơ nhiễm khơng khí gây ra tại một vùng trên thế giới cũng như ở Việt Nam thường sử dụng hai phương pháp sau đây: Phương pháp thực nghiệm: Đo đạc, khảo sát tại nhiều điểm trên hiện trường của một vùng, bằng phương pháp thống kê, đánh giá hiện trạng ơ nhiễm khơng khí vùng đó. Phương pháp thống kê nửa thực nghiệm: Dùng các mơ hình tốn học nhằm mơ tả q trình khuyếch tán tạp chất thơng qua các phần mềm mơ hình hóa. Việc ứng dụng mơ hình hóa mơi trường để đánh giá, dự báo mơi trường cho phép chúng ta dự báo được các diễn biến có thể xảy ra của mơi tr ường tại những thời điểm khác nhau cũng như ở những điều kiện khác nhau. Từ đó cho phép chúng ta lựa chọn các phương án thích hợp để đưa mơi trường vào trạng thái tối ưu. Cho đến nay thì hệ thống thơng tin địa lý (GIS) là hệ thống hỗ trợ tốt nhất cho việc xây dựng mơ hình do khả năng tích Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hoá môi trường vào đánh giá tác động môi trường 2 hợp dữ liệu và biểu diễn được dữ liệu không gian. Ngoài ra GIS còn có khả năng dự báo các sự cố môi trường, xác định và phân vùng ô nhiễm… Vì vậy mà việc ứng dụng phương pháp mô hình hóa và phương pháp GIS vào dự báo, đánh giá và quản lý môi trường chắc chắn sẽ đưa ra được một sản phẩm mang tính chính xác hơn, linh hoạt và sinh động hơn. Tuy nhiên, cho đến nay ở nước ta việc sử dụng hai phương pháp này trong đánh giá tác động môi trường còn rất hạn chế. Các công đoạn sản xuất của nhà máy sản xuất ắc quy thải ra một lượng hơi chì rất lớn, nó gây ảnh hưởng tới sức khỏe của người dân, người lao động trong và xung quanh khu vực dự án nếu không được quản lý tốt và xử lý thích hợp. Vì vậy trong bài báo cáo khoa học này chúng tôi ứng dụng phương pháp mô hình hóa và phương pháp GIS vào tính toán, đánh giá lượng hơ i chì phát thải vào môi trường xung quanh. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT M« h×nh Gauss tÝnh to¸n lan truyÒn « nhiÔm kh«ng khÝ Mô hình vệt khói Gauss là một trong số những mô hình được sử dụng rộng rãi trên thế giới hiện nay.Mô hình này được áp dụng cho các nguồn thải điểm. Cơ sở mô hình này là biểu thức đối với phân bố Gauss các chất ô nhiễm trong khí quyển. Mô hình Gauss: xz y z CC C C uw K K x zy y z z ∂∂∂∂∂∂ ∂ ∂∂ ∂ ∂ ∂ ⎛⎞ ⎛⎞ −= + ⎜⎟ ⎜⎟ ⎝⎠ ⎝⎠ (1.1) Trong đó : C, x u , y u , z u là các giá trị trung bình của nồng độ và vận tốc gió theo các phương. K i : hệ số khuếch tán rối tương ứng các trục toạ độ x , y, z. Thường thì trong các phương trình khuếch tán các chất khí người ta đưa kí hiệu sau về các trục toạ độ : trục x hướng theo hướng gió, y là hướng vuông góc với x và ở mặt đất, z là trục hướng lên trên. Vận tốc gió trung bình được biểu diễn qua x u , y u , z u . z w là vận tốc rơi của chất ô nhiễm theo phương z. Phương trình Gauss được suy ra từ phương trình (1.1) khi thoả mãn các điều kiện sau: - Nghiệm không phụ thuộc vào thời gian (trạng thái dừng, nguồn thải có các tham số phát thải không thay đổi theo thời gian). - Vận tốc gió không thay đổi và như nhau trong toàn bộ lớp khuếch tán. - Hệ số khuếch tán không phụ thuộc vào các toạ độ. - Sự khuếch tán theo hướng x nhỏ hơn so với vận tốc lan truyền trung bình theo hướng này 22 22 (, ,) exp 222 yz y z Qyz Cxyz u πσσ σ σ ⎡⎤ ⎛⎞ =−+ ⎢⎥ ⎜⎟ ⎜⎟ ⎢⎥ ⎝⎠ ⎣⎦ (1.2) Công thức (1.2) là công thức cơ sở của mô hình lan truyền chất theo định luật phân phối chuẩn Gauss bởi vì nó bao gồm hai hàm số phân bố Gauss dưới đây nhân với nhau: 2 0.5 2 1 () exp (2 ) 2 yy y fy π σσ ⎧⎫ ⎪⎪ =− ⎨⎬ ⎪⎪ ⎩⎭ (1.3) Trong công thức (1.2), nguồn thải được giả thiết nằm tại mặt đất trùng với gốc toạ độ. Trong trường hợp nguồn thải nằm cách mặt đất độ cao H khi đó công thức tính nồng độ sẽ là: 22 2 2 22 2 2 () () ( , , ) exp exp exp 222222 yz y z yz y z Q y zH Q y zH Cxyz uu πσσ σ σ πσσ σ σ ⎡⎤ ⎛⎞ ⎛⎞ ⎛ ⎞ −− =−+=−− ⎢⎥ ⎜⎟ ⎜⎟ ⎜ ⎟ ⎜⎟ ⎜⎟ ⎢⎥ ⎝ ⎠ ⎝⎠ ⎝⎠ ⎣⎦ (1.4) Đây chính là công thức vệt khói Gauss cơ bản. Trong đó: C: nồng độ chất ô nhiễm , kg/m 3 . Q: tải lượng chất ô nhiễm, kg/s. ng dng phng phỏp GIS v mụ hỡnh hoỏ mụi trng vo ỏnh giỏ tỏc ng mụi trng 3 y v z l cỏc h s khuch tỏn theo phng ngang v phng thng ng, cú th nguyờn l di (do K y v K z cú th nguyờn m 2 /s). 2. yz Q u : nng cht ụ nhim trờn trc chớnh theo chiu giú. 2 y y 2 1 exp : lan truyn bờn theo phng ngang, i xng qua trc chớnh. + + 2 z 2 z Hz 2 1 exp Hz 2 1 exp : lan truyn bờn theo phng ng, i xng qua trc chớnh. Mô hình Berliand tính toán lan truyền ô nhiễm không khí trong trờng hợp lặng gió ( v= 0) Phng trỡnh lan truyn cht ụ nhim trong trng hp lng giú c Berliand v Kurebin (1969) a ra phng trỡnh sau trong h to trc. 0)()( 1 =+ + HzrM z C k zr C Rk rR zr (1.5) Vi cỏc iu kin biờn sau: - Khi z =0: z C k z . = 0 v khi R 2 + z 2 : C 0 - S phõn b nng ụ nhim trờn b mt nm ngang cú tớnh i xng qua tõm ngun, cho nờn R = 0 r C = 0 Trong cụng thc (1.5) R bỏn kớnh k t chõn ngun n im tớnh toỏn k r R. 2 vi 2 = u. 2 0 ; 0 - sai phng chun ca hng giú trung bỡnh trong khong thi gian tớnh toỏn. Cú th ly 2k 1 k r k 1 .z v u u 1 .z n vi (n = 0,2) Trong iu kin i lu mnh (siờu on nhit) cú ly k 1 = 0,15m/s Berliand v Kurebin ó gii phng trỡnh (1.5) vi nghim cú dng. 11 (,) 3/2 3/2 (1 )/2 1 ) 2 (1 )/2 1 ) 2 1 () 2(1) ()() nn Rz nn nn MaHzR C kn aH z R aH z R ++ ++ ++ ++ = + + ++ (1.6) Trong ú: 2 1 2 1 2 )1( .4 )1.( n k nk + = + = xỏc nh nng trờn mt t, ta cho z = 0 v phng trỡnh (1.6) tr thnh [] 2 )1( 1 .)1(.2 RHnk M C n R ++ = + , g/m 3 (1.7) Nng cc i trờn mt t s xy ra ngay ti chõn ng khúi, tc khi R = 0 v do ú: )1(22 1 max .)1(.2 n Hnk M C + + = , g/m 3 (1.8) Hay )1(23 1 3 max 32 )1( n Hk nM C + + = , g/m 3 (1.9) Phần mềm Arcview Khỏi nim Arcview Phn mm Arcview đ GIS l phn mm ng dng cụng ngh h thng thụng tin a lý ca Vin nghiờn cu h thng mụi trng (ESRI). Arcview cú kh nng: - To v chnh sa d liu tớch hp (d liu khụng gian tớch hp vi d liu thuc tớnh). - Truy vn d liu thuc tớnh t nhiu ngun v bng nhiu cỏch khỏc nhau. - Hin th, truy vn v phõn tớch d liu khụng gian. - To b n chuyờn v to ra cỏc bn in cú cht lng trỡnh by cao. Ngoi phn mm chớnh, ESRI cũn to lp thờm cỏc phm m rng thờm: 3D Analysis (phõn tớch 3 chiu), Spatial Analysis (phõn tớch khụng gian ), Network Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hoá môi trường vào đánh giá tác động môi trường 4 Analysis (phân tích mạng)… nhằm mục đích cung cấp thêm các chức năng phân tích phục vụ cho nghiên cứu chuyên ngành. Các chức năng chính của phần mềm Arcview Vì là một thành phần trong hệ thống thông tin địa lý nên phần mềm ArcView cũng thực hiện được những chức năng cơ bản của hệ thống thông tin địa lý như: lưu trữ, truy vấn, phân tích, hiển thị và xuất dữ liệu địa lý. Cụ thể được thể hiện như sau: - Tạo dữ liệu trong Arcview từ các phần mềm khác như Mapinfo, ARC/INFO, Microstation, AutoCAD, MS Access Data, DBASE file, Excel file. - Nội suy, phân tích không gian. - T ạo ra những bản đồ thông minh được kết nối nhanh (hotlink) với nhiều nguồn dữ liệu khác nhau như: biểu đồ, bảng thuộc tính, ảnh và các file khác. - Phát triển những công cụ của Arcview bằng ngôn ngữ lập trình Avenue. 3. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Chúng tôi đã tiến hành đánh giá theo 6 khu vực bị ảnh hưởng của hơi chì gồm: khu vực trát bản; khu vực lò nung, lò luyện kim; khu vực đúc bản; khu vực cắt thẻ, tách bản cực; khu vực lắp bản cực, hàn xếp điện cực và khu vực sạc điện. Kết quả này được tính toán trong trường hợp ô nhiễm nhất. - Việc áp dụng mô hình Gauss cho ta nồng độ tại những khoảng cách X (m) nhất định, kết quả của mô hình được biểu thị trên 12 đồ thị tại 6 khu vực tương ứng với 2 hướng gió chủ đạo (hướng Nam và hướng Tây Nam). - Kết quả của mô hình Berliand được biểu thị qua 6 đồ thị tại 6 khu vực. - Từ các kết quả của mô hình, chúng tôi đã ứng dụng GIS (cụ thể là phần mềm Arcview ) xây dựng được 18 bản đồ từ nội suy và 18 bản đồ chồng lớp từ kết quả nội suy với lớp bản đồ khu công nghiệp Nhơn Trạch 2, từ đó giúp ta thấy được các công ty bị ảnh hưởng bởi sự phát tán chì từ dự án. Dưới đây chúng tôi trình bày cụ thể hai kết quả từ việc ứng dụng mô hình Gauss tương ứng với hai hướng gió chủ đạo và một kết quả từ việc ứng dụng mô hình Berliand kết hợp với phần mềm Arcview. KÕt qu¶ ch¹y m« h×nh Gauss vμ kÕt hîp víi Arcview  Tại khu vực trát bản với hướng gió chủ đạo là hướng Nam Nồng độ cực đại: 0.000761 (mg/m 3 ); x max = 200(m) và độ nâng luồng khói H: 16.91(m). Đồ thị phân bố theo hướng gió Nam (hướng chủ đạo): Từ kết quả mô hình, chúng tôi kết hợp phần mềm arcview vào phân vùng ảnh hưởng từ hơi chì tới môi trường ta có được bản đồ nội suy sau: Chú thích: (*): khu vực trát bản Kết quả từ việc phân vùng ảnh hưởng cho ta thấy: Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hoá môi trường vào đánh giá tác động môi trường 5 Vùng ô nhiễm nhất có nồng độ từ 64,94.10 -5 – 75,76.10 -5 mg/m 3 trong khoảng bán kính: 200 – 220m Dựa trên bản đồ nội suy, kết hợp với phương pháp chồng lớp ta có bản đồ: Chú thích: (*): khu vực trát bản Dựa trên bản đồ nội suy, kết hợp với phương pháp chồng lớp ta có bản đồ: Công ty Cổ phần An Lạc và Công ty CP cấu kiện bê tông Nhơn Trạch 2 bị ảnh hưởng nhiều nhất. Ngoài phạm vi 1900m không bị ảnh hưởng  Tại khu vực đúc bản trát bản với hướng gió chủ đạo là hướng Tây Nam Nồng độ cực đại: 0,000953 (mg/m 3 ); x max = 216(m) và độ nâng luồng khói H:20,91(m). Đồ thị phân bố theo hướng gió: Từ kết quả nô hình, chúng tôi kết hợp phần mềm arcview vào phân vùng ảnh hưởng từ hơi chì tới môi trường ta có được bản đồ nội suy sau: Chú thích: (*): Khu vực đúc bản Kết quả từ việc phân vùng ảnh hưởng cho ta thấy: Vùng ô nhiễm nhất có nồng độ từ 80,01.10 -5 – 93,34.10 -5 mg/m 3 trong khoảng bán kính: Dựa trên bản đồ nội suy, kết hợp với phương pháp chồng lớp ta có bản đồ: Chú thích: (*): Khu vực đúc bản Dựa vào bản đồ chồng lớp ta thấy: Công ty CP cấu kiện Bê tông Nhơn Trạch 2 bị ảnh hưởng nhiều nhất. KÕt qu¶ ch¹y m« h×nh Berliand vμ kÕt hîp víi Arcview  Tại khu vực lò nung – lò luyện kim Kết quả chạy mô hình: Nồng độ cực đại: 0,60218 (mg/m 3 ); x max = 0 (m) và độ nâng luồng khói H: 64,32 (m). Đồ thị phân bố trong trường hợp lặng gió: Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hoá môi trường vào đánh giá tác động môi trường 6 Từ kết quả mô hình, chúng tôi kết hợp phần mềm arcview vào phân vùng ảnh hưởng từ hơi chì tới môi trường ta có được bản đồ nội suy sau: Chú thích: (*): khu vực lò nung, lò luyện kim Vùng ô nhiễm nhất có nồng độ từ 5356,496.10 -4 – 6019,105.10 -4 mg/m 3 trong khoảng bán kính 10m: Dựa trên bản đồ nội suy, kết hợp với phương pháp chồng lớp ta có bản đồ Chú thích: (*): khu vực lò nung, lò luyện kim Từ kết quả bản đồ ta có: Lượng hơi chì khuếch tán ảnh hưởng nhiều nhất đến Công ty Center Power Tech. Ngoài phạm vi bán kính 100m không bị ảnh hưởng. 4. KẾT LUẬN Trong đề tài này, chúng tôi đã tính toán được nồng độ hơi chì lan truyền trong không khí theo bán kính dựa trên mô hình Gauss áp dụng đối với vận tốc gió trung bình và mô hình Berliand đối với vận tốc gió nguy hiểm. Từ kết quả chạy mô hình chúng tôi sử dụng phần mềm Arcview để phân vùng ảnh hưởng từ hơi chì đến môi trường xung quanh. Kết quả này có thể giúp cho cơ quan quản lý môi trường và chính quyền các cấp xem xét việc đầu tư của d ự án và đề ra được các biện pháp quản lý thích hợp cho nhà máy khi đi vào hoạt động. Về phía Công ty, dựa vào kết quả này Công ty có thể đưa ra biện pháp quản lý và có giải pháp hợp lý nhằm giảm thiểu ảnh hưởng tới sức khỏe của người lao động cũng như giảm thiểu các sự cố môi trường. Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hoá môi trường vào đánh giá tác động môi trường 7 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Bùi Tá Long, TSKH, “Mô hình hóa môi trường”, NXB Đại học Quốc Gia TP. HCM, 2008. • [2].Cáp Trương Quốc Hiếu, ThS, “Bài giảng môn học đánh giá rủi ro và tác động môi trường”. [3] Đinh Xuân Thắng, PGS.TS, “Giáo trình ô nhiễm không khí”, NXB Đại học Quốc Gia TP. HCM , 2007. [4] Phùng Chí Sỹ, PGS.TS, “Đánh giá rủi ro môi trường”, Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường. http://www.ebook.edu.vn/ [5] Trần Ngọc Chấn, GS.TS, “Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 1”, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2000. [6] Trần Vĩnh Phước (chủ biên), PGS.TS “GIS đại cương phần thực hành”, NXB Đại học Quốc Gia TP. HCM, 2000. [7] Trần Trọng Đức, TS, “GIS phân tích không gian”, Đại học Bách Khoa TP.HCM. [8] Andrew G. Clarke, “Industrial Air Pollution Monitoring”, Chapman & Hall, Environmental Management Series 8, London. [9] Cheremisinoff, Nicholas P,“ Handbook of Air Pollution and Control”,Elsevier Publishers, 2002,USA. [10] Zahari Zlatev, “Computer Treatment of Large Air Pollution Models”, Kluwer Academic Publishers, Environmental Science and Technology Library. Biên Hoà, ngày 14 tháng 12 năm 2009 CỐ VẤN KHOA HỌC SINH VIÊN THỰC HIỆN (Chữ ký) (Chữ ký) ThS. Trần Hậu Vương Trần Thị Thanh ThS. Cáp Trương Quốc Hiếu Lê Thị Thanh Thảo . Ứng dụng phương pháp GIS và mơ hình hố mơi trường vào đánh giá tác động mơi trường 1 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIS VÀ MÔ HÌNH HOÁ MÔI TRƯỜNG VÀO ĐÁNH GIÁ. của người lao động cũng như giảm thiểu các sự cố môi trường. Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hoá môi trường vào đánh giá tác động môi trường 7