BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG GIS VÀ THUẬT TOÁN NỘI SUY ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG MÔI TRƢỜNG KHÔNG KHÍ TẠI TỈNH ĐỒNG NAI Họ tên sinh viên: NGUYỄN THỊ KIM OANH Ngành: Hệ thống thông tin môi trƣờng Niên khóa: 2010 - 2014 Tháng 06/2014 ỨNG DỤNG GIS VÀ THUẬT TOÁN NỘI SUY ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG MÔI TRƢỜNG KHÔNG KHÍ TẠI TỈNH ĐỒNG NAI Tác giả NGUYỄN THỊ KIM OANH Khóa luận đƣợc đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp Kĩ sƣ ngành Hệ Thống Thông Tin Môi Trƣờng Giáo viên hƣớng dẫn: TS Trần Thái Bình Tháng năm 2014 i LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian làm khóa luận tốt nghiệp nhận đƣợc giúp đỡ, bảo tận tình cán Trung tâm Viễn Thám Hệ Thống Thông Tin Địa Lý- Viện Địa lý Tài nguyên Tp Hồ Chí Minh quí thầy cô Bộ môn Thông tin Địa lý Ứng dụng - Trƣờng Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh để hoàn thành tốt nhiệm vụ Qua đây, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: - TS Trần Thái Bình, Giám đốc Trung tâm Viễn Thám Hệ Thống Thông Tin Địa Lý- Viện Địa lý Tài nguyên Tp Hồ Chí Minh Ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn góp ý cho suốt trình làm khóa luận Cảm ơn thầy tận tình bảo, hỗ trợ động viên suốt thời gian qua - Tập thể cán Trung tâm Viễn Thám Hệ Thống Thông Tin Địa Lý- Viện Địa lý Tài nguyên Tp Hồ Chí Minh - Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy PGS.TS Nguyễn Kim Lợi tất quý thầy cô Trƣờng Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh Cảm ơn quý thầy cô kiến thức giúp đỡ chân tình dành cho bốn năm học tập trƣờng - Tôi xin chân thành cảm ơn đến thầy KS Nguyễn Duy Liêm thầy KS Lê Hoàng Tú tận giúp đỡ hoàn thành khóa luận - Cuối cùng, xin nói lời biết ơn sâu sắc cha mẹ chăm sóc, nuôi dạy thành ngƣời động viên tinh thần cho để yên tâm học tập Nguyễn Thị Kim Oanh Bộ môn Tài nguyên GIS Khoa Môi trƣờng & Tài nguyên Trƣờng Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh ii TÓM TẮT Sự phát triển nhanh chóng trình công nghiệp hóa Việt Nam năm gần làm gia tăng đáng kể lƣợng phát thải vào môi trƣờng sống ngƣời Trong đó, vấn đề ô nhiễm môi trƣờng không khí vấn đề trọng tâm vô phức tạp khó khăn đánh giá mức độ nguy hại với việc chƣa có quan tâm mức từ quan chức Ô nhiễm không khí tác động xấu đến sức khỏe ngƣời (đặc biệt gây bệnh đƣờng hô hấp), theo số liệu thống kê Bộ Y tế, năm gần đây, bệnh nhân đƣờng hô hấp có tỷ lệ mắc cao toàn quốc, nguyên nhân chủ yếu ô nhiễm không khí gây Kết thống kê 100.000 dân có đến 4.1% số ngƣời mắc bệnh phổi; 3.8% viêm họng viêm amidan cấp; 3.1% viêm phế quản viêm tiểu phế quản Ngoài ra, ô nhiễm không khí ảnh hƣởng đến hệ sinh thái làm biến đổi khí hậu (mƣa axit, suy giảm tầng ô zôn) Do việc đánh giá chất lƣợng môi trƣờng nói chung môi trƣờng không khí nói riêng vấn đề cần đƣợc quan tâm đánh giá đắn Vì đề tài “Ứng dụng GIS thuật toán nội suy đánh giá chất lượng môi trường không khí tỉnh Đồng Nai” đƣợc thực Phƣơng pháp tiếp cận đề tài ứng dụng kỹ thuật (GIS) vào công tác quản lý môi trƣờng thực so sánh thuật toán nội suy để chọn phƣơng pháp nội suy tối ƣu cho việc thành lập đồ phân vùng chất lƣợng không khí địa bàn tỉnh Đồng Nai Kết đạt đƣợc đề tài trƣớc tiên là:  Nghiên cứu thuật toán nội suy nhƣ quy phạm pháp luật việc thành lập đồ môi trƣờng Các ƣu điểm nhƣợc điểm phƣơng pháp nội suy đƣợc đề cập đến đề tài Ngoài ra, đề tài sử dụng quy chuẩn Việt Nam (QCVN 05:2009/BTNMT), thông tƣ 17/2011/TT-BTNMT quy định kỹ thuật thành lập đồ chất lƣợng không khí  Thực nội suy số AQI chất CO, SO2, NO2 bụi phƣơng pháp nội suy (IDW, Spline, Kriging)  Nghiên cứu thực tính toán hệ số tƣơng quan R2 số Nash – Sutcliffe (NSI) để đánh giá thuật toán nội suy Từ chọn phƣơng iii pháp nội suy phù hợp với số AQI thông số không khí thời điểm khác  Bản đồ đƣợc xây dựng dựa việc tính toán số AQImax chất vị trí khác địa bàn tỉnh  Việc đánh giá chất lƣợng không khí địa bàn tỉnh Đồng Nai đƣợc thực dựa vào đồ phân vùng chất lƣợng không khí Từ đƣa kiến nghị thích hợp cho nhà quản lý môi trƣờng Kết đánh giá chất lƣợng không khí cho thấy chất lƣợng không khí địa bàn tỉnh Đồng Nai mức trở lên, điều ảnh hƣởng nhạy cảm đến sức khỏe ngƣời dựa vào số AQI toàn địa bàn tỉnh 100-200 Ngoài ra, vào tháng 2, tháng 6, tháng tháng 12, chất lƣợng không khí địa bàn tỉnh có nơi có mức AQI từ 200-300 (chất lƣợng không khí xấu), gây nhạy cảm nhiều đến sức khỏe ngƣời Với thông tin tính toán thuật toán nội suy nói trên, hỗ trợ hiệu cho việc quy hoạch, quản lý nguồn phát thải theo hƣớng bền vững Bên cạnh đó, chứng minh cách tiếp cận ứng dụng GIS thuật toán nội suy không gian phƣơng pháp hiệu cao, phù hợp với đặc điểm địa bàn tỉnh Đồng Nai mang lại nhiều triển vọng nghiên cứu đánh giá chất lƣợng không khí khu vực khác iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC v DANH MỤC VIẾT TẮT vii DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC HÌNH ẢNH ix Chƣơng MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu chung 1.2.2 Mục tiêu cụ thể 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn Chƣơng TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan ô nhiễm không khí 2.1.1 Khái niệm ô nhiễm không khí 2.1.2 Các chất gây ô nhiễm không khí 2.1.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng môi trƣờng không khí 2.2 Tổng quan sở lý thuyết 10 2.2.1 Tổng quan hệ thống thông tin địa lý (GIS): 10 2.2.2 Các thuật toán nội suy 13 2.2.3 Chỉ số chất lƣợng không khí (AQI) 18 2.3 Tổng quan khu vực nghiên cứu 19 2.3.1 Điều kiện tự nhiên 19 2.3.2 Mức độ ô nhiễm không khí địa bàn tỉnh Đồng Nai 24 2.4 Một số nghiên cứu nƣớc: 31 2.4.1 Một số nghiên cứu nƣớc: 31 2.4.2 Một số nghiên cứu nƣớc: 33 CHƢƠNG DỮ LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 3.1 Dữ liệu phần mềm sử dụng 34 3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu: 37 v 3.3 Hệ số tƣơng quan R2 số Nash 38 Chƣơng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 40 4.1 Xây dựng liệu quan trắc chất lƣợng không khí 40 4.1.1 Phân tích liệu 40 4.1.2 Thực phân chia mẫu 48 4.2 Thực nội suy đánh giá 49 4.2.1 Chỉ số AQI bụi 49 4.2.2 Chỉ số AQI SO2 54 4.2.3 Chỉ số AQI NO2 58 4.2.4 Chỉ số AQI CO 63 4.3 So sánh độ xác phƣơng pháp nội suy 67 4.4 Xây dựng đồ trạng chất lƣợng không khí 71 4.5 Thảo luận 84 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87 5.1 Kết luận 87 5.2 Kiến nghị 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 PHỤ LỤC 91 Phụ lục 1: Tiêu chuẩn chất lƣợng không khí xung quanh cho phép 91 Phụ lục 2: Vị trí quan trắc không khí tỉnh Đồng Nai 94 vi DANH MỤC VIẾT TẮT AQI Air Quality Index (Chỉ số chất lƣợng không khí) CCN Cụm công nghiệp CO MonoCacbonxide GIS Geographic Information System (hệ thống thông tin địa lý) IDW Inverse Distance Weighting KCN Khu công nghiệp NO2 Nitrogen dioxide TCMT Tổng cục môi trƣờng TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Tp HCM Thành phố Hồ Chí Minh XLCTR Xử lý chất thải rắn vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các mức AQI TCMT ban hành 19 Bảng 2.2 Tổng hợp tình hình khí hậu địa bàn tỉnh qua năm 22 Bảng 2.3 Tóm tắt hoạt động khối không khí ảnh hƣởng đến Đồng Nai 23 Bảng 2.4 Tổng hợp tình hình dân số tỉnh Đồng Nai qua năm 27 Bảng 2.5 Tổng hợp tình hình hoạt động xe buýt địa bàn Đồng Nai 29 Bảng 2.6 Tổng hợp xe giới địa bàn tỉnh Đồng Nai qua năm từ 2006-2010 30 Bảng 3.1 Dữ liệu đồ tỉnh Đồng Nai 34 Bảng 3.2 Dữ liệu quan trắc chất lƣợng không khí 35 Bảng 3.3 Mức độ dự đoán thuật toán nội suy tƣơng ứng với số R2: 39 Bảng 4.1.Thống kê so sánh số AQI bụi theo phƣơng pháp IDW 51 Bảng 4.2 Thống kê so sánh số AQI Bụi theo phƣơng pháp Spline 52 Bảng 4.3 Thống kê so sánh số AQI Bụi theo phƣơng pháp Kriging 54 Bảng 4.4 Thống kê so sánh số AQI SO2 theo phƣơng pháp IDW 55 Bảng 4.5 Thống kê so sánh số AQI SO2 theo phƣơng pháp Spline 56 Bảng 4.6 Thống kê so sánh số AQI SO2 theo phƣơng pháp Kriging 58 Bảng 4.7 Thống kê so sánh số AQI NO2 theo phƣơng pháp IDW 60 Bảng 4.8 Thống kê so sánh số AQI NO2 theo phƣơng pháp Spline 61 Bảng 4.9 Thống kê so sánh số AQI NO2 theo phƣơng pháp Kriging 62 Bảng 4.10 Thống kê so sánh số AQI CO theo phƣơng pháp IDW 64 Bảng 4.11 Thống kê so sánh số AQI CO theo phƣơng pháp Spline 65 Bảng 4.12 Thống kê so sánh số AQI CO theo phƣơng pháp Kriging 67 Bảng 4.13 So sánh R2 NSI phƣơng pháp nội suy số AQI tháng 2/2012 67 Bảng 4.14 So sánh R2 NSI phƣơng pháp nội suy số AQI tháng 4/2012 68 Bảng 4.15 So sánh R2 NSI phƣơng pháp nội suy số AQI tháng 6/2012 68 Bảng 4.16 So sánh R2 NSI phƣơng pháp nội suy số AQI tháng 8/2012 69 Bảng 4.17 So sánh R2 NSI phƣơng pháp nội suy số AQI tháng 10/2012 70 Bảng 4.18 So sánh R2 NSI phƣơng pháp nội suy số AQI tháng 12/2012 70 Bảng 4.19 Phƣơng pháp nội suy cho số AQI năm 2012 71 viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Phƣơng thức nội suy theo IDW 14 Hình 2.2 Phƣơng thức nội suy theo Spline 15 Hình 2.3 Phƣơng thức nội suy theo Kriging 17 Hình 2.4 Bản đồ hành tỉnh Đồng Nai 20 Hình 2.5 Khu vực bãi chôn lấp chất thải rắn Trảng Dài Đồng Nai 31 Hình 3.1 Bản đồ thể vị trí trạm quan trắc không khí địa bàn tỉnh Đồng Nai năm 2012 36 Hình 3.2 Tiến trình thực 37 Hình 4.1 Biểu đồ thể số AQI trung bình bụi KCN 40 Hình 4.2 Biểu đồ thể số AQI trung bình bụi khu XLCTR 41 Hình 4.3 Biểu đồ thể số AQI trung bình bụi khu vực giao thông 41 Hình 4.4 Biểu đồ thể số AQI trung bình Bụi khu dân cƣ 42 Hình 4.5 Biểu đồ thể số AQI trung bình SO2 KCN 43 Hình 4.6 Biểu đồ thể số AQI trung bình SO2 khu XLCTR 43 Hình 4.7 Biểu đồ thể số AQI trung bình SO2 khu vực giao thông 44 Hình 4.8 Biểu đồ thể số AQI trung bình SO2 khu dân cƣ 44 Hình 4.9 Biểu đồ thể số AQI trung bình NO2 KCN 45 Hình 4.10 Biểu đồ thể số AQI trung bình NO2 khu XLCTR 45 Hình 4.11 Biểu đồ thể số AQI trung bình NO2 khu vực giao thông 46 Hình 4.12 Biểu đồ thể số AQI trung bình SO2 khu dân cƣ 46 Hình 4.13 Biểu đồ thể số AQI trung bình CO KCN 47 Hình 4.14 Biểu đồ thể số AQI trung bình CO khu XLCTR 47 Hình 4.15 Biểu đồ thể số AQI trung bình CO khu vực giao thông 48 Hình 4.16 Biểu đồ thể số AQI trung bình CO khu dân cƣ 48 Hình 4.17 Mẫu sau xử lý liên kết 49 Hình 4.18 Bản đồ số AQI trung bình bụi theo phƣơng pháp IDW 50 Hình 4.19 Bản đồ số AQI trung bình bụi theo phƣơng pháp Spline 51 Hình 4.20 Bản đồ số AQI trung bình bụi theo phƣơng pháp Kriging 53 Hình 4.21 Bản đồ số AQI trung bình SO2 theo phƣơng pháp IDW 54 Hình 4.22 Bản đồ số AQI trung bình SO2 theo phƣơng pháp Spline 56 ix Hình 4.23 Bản đồ số AQI trung bình SO2 theo phƣơng pháp Kriging 57 Hình 4.24 Bản đồ số AQI trung bình NO2 theo phƣơng pháp IDW 59 Hình 4.25 Bản đồ số AQI trung bình NO2 theo phƣơng pháp Spline 60 Hình 4.26 Bản đồ số AQI trung bình NO2 theo phƣơng pháp Kriging 62 Hình 4.27 Bản đồ thể số AQI trung bình CO theo phƣơng pháp IDW 63 Hình 4.28 Bản đồ thể số AQI trung bình CO theo phƣơng pháp Spline 65 Hình 4.29 Bản đồ thể số AQI trung bình CO theo phƣơng pháp Kriging 66 Hình 4.30 Bản đồ thể số AQI tháng 73 Hình 4.31 Bản đồ thể số AQI tháng 75 Hình 4.32 Bản đồ thể số AQI tháng 77 Hình 4.33 Bản đồ thể số AQI tháng 79 Hình 4.34 Bản đồ thể số AQI tháng 10 81 Hình 4.35 Bản đồ thể số AQI tháng 12 83 x Chƣơng MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài Cùng với phát triển kinh tế mạnh mẽ làm cho môi trƣờng sống ngày bị ô nhiễm nghiêm trọng, ảnh hƣởng nặng nề đến sức khỏe ngƣời Nhu cầu phát triển kinh tế nhanh với mục tiêu lợi nhuận cao, ngƣời cố tình bỏ qua tác động đến môi trƣờng cách trực tiếp gián tiếp Đồng Nai tỉnh nằm vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, có nhiều điều kiện để phát triển kinh tế - xã hội, địa phƣơng đầu nƣớc xây dựng phát triển KCN, tỉnh công nghiệp phát triển với khu công nghiệp lớn nhỏ Với lợi điều kiện tự nhiên, xã hội, đặc biệt vị trí địa lý, có đƣờng giao thông thuận tiện, nguồn cung cấp điện, nƣớc, viễn thông, nhân lực dồi dào, đảm bảo cho việc phát triển công nghiệp toàn vùng nên Đồng Nai có bƣớc tiến dài phát triển công nghiệp, đặc biệt việc hình thành phát triển khu công nghiệp địa bàn, tạo điều kiện thu hút nguồn vốn đầu tƣ nƣớc Kể từ xuất khu công nghiệp làm cho tình trạng ô nhiễm môi trƣờng ngày cao Hơn địa phƣơng chƣa có biện pháp khắc phục tối ƣu để đánh giá mức độ ô nhiễm môi trƣờng Trong thành phần môi trƣờng, môi trƣờng không khí có ý nghĩa sống c n để trì sống Trái đất, có sống ngƣời Tuy nhiên không khí môi trƣờng phát tán chất ô nhiễm dạng khí nhanh thành phần môi trƣờng đất, nƣớc, khí, vấn đề ô nhiễm không khí gắn liền với hoạt động ngƣời Theo Trung tâm quan trắc kỹ thuật môi trƣờng Đồng Nai, công khai thông tin kết quan trắc chất lƣợng môi trƣờng không khí đợt tháng 11/2012 cho biết, địa bàn tỉnh chất lƣợng môi trƣờng không khí xung quanh tất khu vực nút giao thông phát ô nhiễm Các chất gây ô nhiễm chủ yếu nút giao thông bụi tổng (TSP), chất hữu dễ bay hơi- benzene tiếng ồn Tại ngã tƣ Vũng Tàu, nồng độ bụi TSP vƣợt 1,53 lần quy chuẩn cho phép, ngã tƣ Hóa An vƣợt lần quy chuẩn cho phép Ngoài ra, khu vực xung quanh khu công nghiệp, lƣợng bụi cao có khu công nghiệp có bụi vƣợt quy chuẩn cho phép từ 1,15 -1,25 lần là: Tam Phƣớc, Long Thành G Dầu Diễn biến tình hình ô nhiễm không khí hoạt động ngƣời địa bàn tỉnh Đồng Nai ngày trở nên phức tạp vấn đề cấp bách, đƣợc phƣơng tiện thông tin đại chúng đề cập tới nhiều Chính vậy, việc đánh giá chất lƣợng ô nhiễm môi trƣờng nói chung, đặc biệt ô nhiễm không khí vấn đề cần đƣợc quan tâm Việc đánh giá ô nhiễm không khí dựa theo phƣơng pháp trƣớc mang cấp độ số liệu, vị trí lấy mẫu ô nhiễm, nhiên ngày với phát triển mạnh mẽ công nghệ GIS giúp cho đánh giá mức độ ô nhiễm phạm vi lớn Với đời công nghệ GIS giúp đánh giá cách tổng quát tranh toàn cảnh vấn đề ô nhiễm Chính đề tài: “Ứng dụng GIS thuật toán nội suy để thành lập đồ đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường không khí tỉnh Đồng Nai” đƣợc thực 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu chung Dựa vào công nghệ GIS thuật toán nội suy xác định vùng ô nhiễm dựa vào điểm quan trắc ô nhiễm lấy mẫu dựa vào xây dựng đồ phân vùng mức độ ô nhiễm chung cho tỉnh Đồng Nai từ đánh giá mức độ ô nhiễm không khí 1.2.2 Mục tiêu cụ thể  Thực nội suy số AQI chất CO, SO2, NO2 bụi phƣơng pháp nội suy (IDW, Spline, Kriging)  Thực đánh giá thuật toán nội suy hệ số tƣơng quan R2 số Nash – Sutcliffe (NSI)  Chọn phƣơng pháp nội suy tối ƣu cho việc thành lập đồ phân vùng mức độ ô nhiễm không khí địa bàn tỉnh Đồng Nai  Đánh giá chất lƣợng không khí tỉnh Đồng Nai thông qua đồ phân vùng chất lƣợng không khí đƣợc thành lập 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Do hạn chế thời gian, số liệu nguồn lực đề tài thực giới hạn sau:  Đối tƣợng nghiên cứu: Các khí thải gây ô nhiễm hoạt động sản xuất công nghiệp, bao gồm SO2, NOx, CO bụi TSP  Phạm vi nghiên cứu: Địa bàn tỉnh Đồng Nai 1.4 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn  Ý nghĩa thực tiễn: Việc xây dựng đồ không khí giúp cho nhà quản lý môi trƣờng dễ dàng phân tích, theo dõi đánh giá chất lƣợng môi trƣờng nhƣ từ có biện pháp quản lý môi trƣờng tối ƣu  Ý nghĩa khoa học: Việc ứng dụng GIS nghiên cứu, phân tích, quan trắc đánh giá vấn đề môi trƣờng không khí tạo tiền đề cho trình xây dựng sở liệu làm tảng cho nghiên cứu nhằm đƣa giải pháp bảo vệ môi trƣờng Trong chƣơng 1, đề tài nêu lên tính cấp thiết nhƣ xác định đƣợc mục tiêu cuối mà đề tài đặt chọn đƣợc phƣơng pháp nội suy phù hợp cho việc thành lập đồ phân vùng ô nhiễm không khí địa bàn tỉnh Đồng Nai Từ nêu lên đƣợc ý nghĩa khoa học nhƣ ý nghĩa thực tiễn đề tài Chƣơng TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan ô nhiễm không khí 2.1.1 Khái niệm ô nhiễm không khí Hiện nay, hầu hết quốc gia giới xây dựng tiêu nồng độ giới hạn cho phép chất đặc trƣng cho chất lƣợng môi trƣờng không khí Vì vậy, định nghĩa ô nhiễm không khí nhƣ sau: “Không khí bị ô nhiễm chất đặc trƣng cho chất lƣợng môi trƣờng không khí có nồng độ vƣợt tiêu chuẩn giới hạn cho phép” (Bùi Sỹ Lý, 2007) “Ô nhiễm không khí đƣợc định nghĩa nhƣ điều kiện khí mà có mặt số chất với nồng độ gây hậu không mong muốn ngƣời môi trƣờng xung quanh” (Bùi Sỹ Lý, 2007) 2.1.2 Các chất gây ô nhiễm không khí a Phân loại, tác hại Các chất khí gây ô nhiễm môi trƣờng không khí đƣợc chia thành loại: - Các chất gây ô nhiễm sơ cấp chất trực tiếp phát từ nguồn thân chúng có đặc tính độc hại - Các chất gây ô nhiễm thứ cấp chất đƣợc tạo khí tƣơng tác hóa học chất gây ô nhiễm sơ cấp với chất vốn thành phần khí Bụi (TSP, PM10), CO, SO2, NOx chất ô nhiễm không khí phổ biến, thƣờng phát sinh từ hoạt động sản xuất giao thông  Đioxit Sunfua (SO2): Khí SO2 chất ô nhiễm đƣợc xem quan trọng họ sunfua oxit Đây loại khí không màu, có mùi vị hăng, không cháy, có độ tan lớn Ðioxit sunfua (SO2) chất gây ô nhiễm không khí có nồng độ thấp khí quyển, tập trung chủ yếu tầng đối lƣu - Nguồn phát thải: Dioxit sunfua sinh núi lửa phun, đốt nhiên liệu than, dầu, khí đốt, sinh khối thực vật, quặng sunfua, v.v nhƣng chủ yếu đốt nhiên liệu chứa lƣu huỳnh sản xuất sinh hoạt Khí SO2 phát thải c n nung luyện pirit sắt, quặng lƣu huỳnh, trình phân xƣởng rèn, đúc, nhiệt luyện cán thuộc ngành công nghiệp luyện kim, trình hóa học sản xuất H2SO4, sản xuất sunfit, tẩy len, sợi, tơ lụa, trùng hợp, dung khí SO2 nhƣ phƣơng tiện sát trùng, máy lạnh, lọc sản phẩm, dầu lửa, sản phẩm cao su, phân bón, sản xuất khí l cao, l cốc,v.v… - Tác hại: SO2 độc hại sức khoẻ ngƣời sinh vật, gây bệnh phổi khí phế quản SO2 không khí gặp oxy nƣớc tạo thành axit, tập trung nƣớc mƣa gây tƣợng mƣa axit SO2 tác dụng với nƣớc môi trƣờng không khí ẩm ƣớt tạo thành H2SO3 SO2 khí gặp mƣa tác nhân ô xi hóa (sấm chớp) tạo thành mƣa axit SO2 gây hại công trình kiến trúc SO2 làm hƣ hỏng, giảm tuổi thọ sản phẩm vải nilon, tơ nhân tạo, đồ da giày SO2 ảnh hƣởng đến trình sinh trƣởng rau  Cacbon monoxit (CO): CO loại khí không màu, không mùi, không vị, nhẹ không khí, nhiệt độ sôi – 192oC, gây ô nhiễm quy mô lớn đô thị Ở nồng độ thấp, CO không độc thực vật xanh chuyển hóa CO thành CO Nhƣng nồng độ cao CO loại khí độc - Nguồn phát thải: Khí CO sinh trình đốt nhiên liệu (trong sản xuất công nghiệp sinh hoạt), đặc biệt trƣờng hợp cháy không hoàn toàn từ ống khói nhà máy, ống xả xe máy, ô tô CO đƣợc hình thành việc đốt cháy không hết nhiên liệu hoá thạch nhƣ than, dầu số chất hữu khác Khí thải từ động xe máy nguồn gây ô nhiễm CO chủ yếu thành phố Hàng năm toàn cầu sản sinh khoảng 600 triệu CO - Tác hại: CO không độc với thực vật xanh chuyển hoá CO thành CO2 sử dụng trình quang hợp Vì vậy, thảm thực vật đƣợc xem tác nhân tự nhiên có tác dụng làm giảm ô nhiễm CO Khi ngƣời không khí có nồng độ CO khoảng 250 ppm bị tử vong Khi thâm nhập vào phổi, CO thay O2 hợp chất với hemoglobin (Hb) máu tạo tổ hợp ổn định, gọi cacboxil – hemoglobin Đối với ngƣời thƣờng xuyên hít thở không khí có nồng độ CO, chí không cao ví dụ nồng độ thƣờng có đƣờng phố có xe cộ hoạt động với cƣờng độ cao thƣờng bị ngộ độc CO mãn tính ảnh hƣởng đến ngực, phổi, tuyến giáp tâm thần Và với 10% COHb máu hút thuốc làm giảm sức chịu đựng ngƣời nghiện CO  Nitơoxit (NOx): Có nhiều loại Nitơ oxit nhƣ NO, NO2, NO3, N2O, N2O3, N2O4, N2O5 hoạt động ngƣời thải vào khí nhƣng NO NO2 có số lƣợng quan trọng khí Chúng đƣợc hình thành phản ứng hóa học khí Nitơ với oxi khí đốt cháy nhiệt độ cao - Nguồn phát thải: Môi trƣờng không khí bị ô nhiễm chất khí NOx chủ yếu thành phố khu công nghiệp, nồng độ khí NO thông thƣờng khoảng 1ppm, nồng độ khí NO2 thông thƣờng khoảng 0.5ppm Cả hai loại khí có vai trò quan trọng hình thành khói quang hóa Các nguồn phát thải NOx từ nhà máy nhiệt điện, nhà máy sản xuất HNO3 hóa chất… đóng góp 60% NOx khí quyển, 40% lại động đốt (của ô tô); số nguồn cố định (từ nhà máy), sử dụng than để đốt l chiếm 70% Bất nhà máy phát thải NOx với tải lƣợng lớn, ví dụ nhà máy điện 750MW dùng nhiên liệu khí thay than có tải lƣợng NOx 75-100 / ngày - Tác hại: N2O loại khí gây hiệu ứng nhà kính, đƣợc sinh trình đốt nhiên liệu hoá thạch Hàm lƣợng tăng dần phạm vi toàn cầu, hàng năm khoảng từ 0,2 -0,3% Một lƣợng nhỏ N2O khác xâm nhập vào khí kết trình nitrat hoá loại phân bón hữu vô N2O xâm nhập vào không khí không thay đổi dạng thời gian dài, đạt tới tầng khí tác động cách chậm chạp với nguyên tử oxy Con ngƣời tiếp xúc với NO2 khoảng 0.06 ppm bị trầm trọng thêm bệnh phổi.Vì vậy, nói rằng, không khí vùng đô thị bị nhiễm bẩn khí NO2 gây tác hại sức khỏe ngƣời  Bụi: Bụi tập hợp phần tử vật chất tồn dƣới dạng khí, rắn lỏng có kích thƣớc (đƣờng kính) lớn kích thƣớc phân tử nhƣng nhỏ 500 micromet Tùy theo kích thƣớc hạt cấu tạo nên bụi, ngƣời ta chia thành:  Bụi lắng (bụi trọng lƣợng): có kích thƣớc lớn 100 micromet nhƣng nhỏ 500 micromet Các bụi có kích thƣớc tƣơng đối lớn nên tồn lâu khí rơi xuống mặt đất gây ô nhiễm môi trƣờng đất, nƣớc hệ sinh thái  Bụi lơ lửng (bụi lơ lửng tổng số TSP) tập hợp hạc bụi có kích thƣớc =< 10 µm Do kích thƣớc nhỏ, nên tốc độ rơi bụi không đáng kể, coi nhƣ Vì thế, bụi lơ lửng tồn lâu khí gây ô nhiễm cho ngƣời thông qua đƣờng hô hấp Kích thƣớc bụi lơ lửng nhỏ dễ xâm nhập vào thể gây nên bệnh ung thƣ phổi đƣờng ruột ngƣời động vật Vì vậy, tổng nghiên cứu tác động bụi lơ lửng đến sức khỏe cộng đồng, ngƣời ta c n chia bụi lơ lửng tổng số thành loại bụi sau:  Bụi PM10 tập hợp hạt bụi có kích thƣớc ≤ 10 µm  Bụi PM5 tập hợp hạt có kích thƣớc ≤ µm  Bụi PM 2.5 tập hợp hạt có kích thƣớc ≤ 2.5 µm  Bụi PM1 tập hợp hạt có kích thƣớc ≤ µm - Nguồn phát thải: Nguồn tự nhiên đất, đá, phản ứng phát thải tự nhiên, nhiên liệu trình công nghệ nhƣ khai mỏ, luyện kim, đánh bóng, l đốt, lò nấu, dệt sợi, Các phát thải công nghệ thoáng nhƣ xử lý vật liệu, bốc dỡ tải, vận chuyển Các trình công nghệ nhanh: bụi đƣờng, hoạt động nông nghiệp, xây dựng, cháy Giao thông vận tải: ống xả xe cộ, hoạt động liên quan đến trình cháy nổ, khớp nối mài mòn ngừng hoạt động - Tác hại: TCVN 2005 qui định bụi tổng cộng không khí xung quanh 0,5mg/m3 Bụi vào phổi gây kích thích học, xơ hóa phổi dẫn đến bệnh hô hấp nhƣ khó thở, ho khạc đờm, ho máu, đau ngực …Một số bụi nhƣ bụi kim loại, sỏi đá, hydrocacbon thơm đa v ng v.v… tác nhân gây bệnh ung thƣ ngƣời động vật Bụi gây tác hại làm gỉ kim loại, bẩn nhà cửa, quần áo, vải vóc…ngoài c n gây thiệt hại cho số công nghiệp vô trùng nhƣ công nghiệp dƣợc phẩm công nghệ thực phẩm (Đinh Xuân Thắng, 2007) b Phƣơng thức lan truyền chất không khí Chất ô nhiễm thải vào khí quyển, chúng lan truyền phát tán không khí phụ thuộc nhiều vào gió, đặc tính môi trƣờng không khí, địa hình khu vực, chất chất ô nhiễm nguồn phát thải Nguồn phát thải vào không khí bao gồm hai nguồn chính: từ ống khói từ ao, hồ thiết bị Trong khí thải từ ống khói có kiểm soát dễ dàng Bụi, SO2, NOx, CO, CO2, O3 chất ô nhiễm không khí phổ biến thƣờng phát sinh từ hoạt động sản xuất giao thông Tuy nhiên dựa vào đặc trƣng khu vực Đồng Nai tỉnh có công nghiệp phát triển với phạm vi nghiên cứu đề tài nên đề tài đề cập đến trạng ô nhiễm số chất bụi, SO2, NOx CO Khi mô tả toán học trình khuếch tán tạp chất môi trƣờng rối khí quyển, trình đƣợc đặc trƣng trị số nồng độ trung bình tạp chất không gian khoảng thời gian, độ sai lệch (so với nồng độ trung bình) tƣơng ứng với vận tốc gió trung bình vận tốc gió tăng hay giảm (so với trị số trung bình) (Đinh Xuân Thắng, 2007) 2.1.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng môi trƣờng không khí a Yếu tố tự nhiên - Ảnh hƣởng gió: Gió gây d ng chảy rối không khí lớp sát mặt đất Nhờ có gió chất ô nhiễm đƣợc khuếch tán rộng làm cho nồng độ chất ô nhiễm giảm xuống nhiều so với ban đầu Gió nhân tố đặc biệt quan trọng việc khuếch tán bụi hóa chất nặng không khí Khác với d ng chảy tầng xuất gió yếu, d ng chảy rối không khí đƣợc đặc trƣng việc xáo trộn phần từ khí lớp sát cạnh Do xáo trộn này, phần tử chất ô nhiễm đƣợc nhanh chóng di chuyển sang lớp không khí lân cận Kết khuếch tán chất ô nhiễm mạnh mẽ hơn, hiệu Phải ghi nhận ràng gió luôn có xu hƣớng thay đổi chiều thổi tới tốc độ thổi Mặc dù có thống kê theo dõi chặt chẽ theo phép xác định giá trị phƣơng thức tức thời nhƣ tần suất cấp gió hƣớng gió Nếu tốc độ gió 2m/s, khoảng cách hai hạt bụi 2m, c n tốc độ gió 6m/s khoảng cách 6m Nhƣ vậy, tốc độ gió lớn thể tích không khí qua điểm cửa bụi đơn vị thời gian lớn, nồng độ bụi nhỏ Nồng độ giảm giãn nở phễu bụi, theo hƣớng gió phụ thuộc vào cƣờng độ, tốc độ d ng khí Tốc độ gió ảnh hƣởng đến cƣờng độ đối lƣu cƣỡng đƣợc tạo lớp biên độ đứt gió tƣơng tác d ng khí với yếu tố nhám mặt đệm Hƣớng gió gây dịch chuyển bụi khoảng cách lớn Khi gió mạnh, khoảng cách lớn nhƣng nồng độ lại giảm nhiều.Sự dịch chuyển bụi nhƣ từ nguồn không gây hậu đáng kể Điều [...]... CO, SO2, NO2 và bụi bằng 3 phƣơng pháp nội suy (IDW, Spline, Kriging)  Thực hiện đánh giá các thuật toán nội suy bằng hệ số tƣơng quan R2 và chỉ số Nash – Sutcliffe (NSI) 1  Chọn ra các phƣơng pháp nội suy tối ƣu cho việc thành lập bản đồ phân vùng mức độ ô nhiễm không khí trên địa bàn tỉnh Đồng Nai  Đánh giá chất lƣợng không khí tỉnh Đồng Nai thông qua bản đồ phân vùng chất lƣợng không khí đƣợc thành... tại vị trí lấy mẫu ô nhiễm, tuy nhiên ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ GIS đã giúp cho chúng ta đánh giá mức độ ô nhiễm ở phạm vi lớn hơn Với sự ra đời của công nghệ GIS giúp chúng ta đánh giá một cách tổng quát về bức tranh toàn cảnh về vấn đề ô nhiễm Chính vì thế đề tài: Ứng dụng GIS và thuật toán nội suy để thành lập bản đồ đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường không khí tại tỉnh. .. tại tỉnh Đồng Nai đƣợc thực hiện 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu chung Dựa vào công nghệ GIS và các thuật toán nội suy chúng ta có thể xác định vùng ô nhiễm dựa vào các điểm quan trắc ô nhiễm lấy mẫu và dựa vào đó xây dựng bản đồ phân vùng mức độ ô nhiễm chung cho cả tỉnh Đồng Nai từ đó đánh giá mức độ ô nhiễm không khí 1.2.2 Mục tiêu cụ thể  Thực hiện nội suy các chỉ số AQI của các chất CO,... không khí cũng là môi trƣờng phát tán các chất ô nhiễm dạng khí nhanh nhất trong 3 thành phần môi trƣờng đất, nƣớc, khí, vấn đề ô nhiễm không khí luôn gắn liền với các hoạt động của con ngƣời Theo Trung tâm quan trắc và kỹ thuật môi trƣờng Đồng Nai, trong bản công khai thông tin kết quả quan trắc chất lƣợng môi trƣờng không khí đợt 6 tháng 11/2012 cho biết, trên địa bàn tỉnh chất lƣợng môi trƣờng không. .. dƣợc phẩm và công nghệ thực phẩm (Đinh Xuân Thắng, 2007) b Phƣơng thức lan truyền cơ bản của các chất trong không khí Chất ô nhiễm khi thải vào khí quyển, chúng sẽ lan truyền và phát tán trong không khí phụ thuộc rất nhiều vào gió, đặc tính của môi trƣờng không khí, địa hình khu vực, bản chất chất ô nhiễm và nguồn phát thải Nguồn phát thải vào không khí bao gồm hai nguồn chính: từ các ống khói và từ ao,... đặc trƣng cho chất lƣợng môi trƣờng không khí Vì vậy, có thể định nghĩa về ô nhiễm không khí nhƣ sau: Không khí bị ô nhiễm nếu các chất đặc trƣng cho chất lƣợng môi trƣờng không khí có nồng độ vƣợt tiêu chuẩn giới hạn cho phép” (Bùi Sỹ Lý, 2007) “Ô nhiễm không khí có thể đƣợc định nghĩa nhƣ bất cứ điều kiện khí quyển nào mà trong đó có mặt một số chất với nồng độ có thể gây hậu quả không mong muốn... ngƣời và môi trƣờng xung quanh” (Bùi Sỹ Lý, 2007) 2.1.2 Các chất gây ô nhiễm không khí cơ bản a Phân loại, tác hại Các chất khí gây ô nhiễm môi trƣờng không khí đƣợc chia thành 2 loại: - Các chất gây ô nhiễm sơ cấp là những chất trực tiếp phát ra từ các nguồn và bản thân chúng đã có đặc tính độc hại - Các chất gây ô nhiễm thứ cấp là những chất đƣợc tạo ra trong khí quyển do tƣơng tác hóa học giữa các chất. .. Thành và G Dầu Diễn biến tình hình ô nhiễm không khí do các hoạt động của con ngƣời trên địa bàn tỉnh Đồng Nai đang ngày càng trở nên phức tạp và là một vấn đề cấp bách, đang đƣợc các phƣơng tiện thông tin đại chúng đề cập tới rất nhiều Chính vì vậy, việc đánh giá chất lƣợng ô nhiễm môi trƣờng nói chung, đặc biệt là ô nhiễm không khí đang là vấn đề cần đƣợc quan tâm Việc đánh giá ô nhiễm không khí dựa... động của con ngƣời thải vào khí quyển nhƣng chỉ NO và NO2 là có số lƣợng quan trọng nhất trong khí quyển Chúng đƣợc hình thành do phản ứng hóa học của khí Nitơ với oxi trong khí quyển khi đốt cháy ở nhiệt độ cao - Nguồn phát thải: Môi trƣờng không khí bị ô nhiễm chất khí NOx chủ yếu là ở các thành phố và khu công nghiệp, nồng độ khí NO thông thƣờng là khoảng 1ppm, và nồng độ khí NO2 thông thƣờng khoảng... trƣờng dễ dàng phân tích, theo dõi và đánh giá chất lƣợng môi trƣờng cũng nhƣ từ đó có các biện pháp quản lý môi trƣờng tối ƣu nhất  Ý nghĩa khoa học: Việc ứng dụng GIS trong nghiên cứu, phân tích, quan trắc và đánh giá vấn đề môi trƣờng không khí tạo tiền đề cho quá trình xây dựng các cơ sở dữ liệu làm nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm đƣa ra giải pháp bảo vệ môi trƣờng Trong chƣơng 1, đề tài