Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (gis) và mô hình toán đánh giá chất lượng không khí tại nhà máy xi măng thuộc công ty hữu hạn xi măng luks (Việt Nam)

1 2 MỞ ĐẦU Tình trạng ô nhiễm không khí do hoạt động của con người mà chủ yếu là do sản xuất công nghiệp gây ra luôn là vấn đề được quan tâm và đã trở thành đối tượng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học. Theo WHO, sản xuất công nghiệp của thế giới đã thải vào không khí 25% khí NO2, 40-50% khí SO2 đồng thời gây ô nhiễm cho người lao động cũng như dân cư tiếp giáp xung quanh. Đối với TT Huế, kết quả phân tích số liệu về chất lượng môi trường không khí trong 3 năm 2005-2007 tại các điểm ở khu công nghiệp Chân Mây, Phú Bài và Tứ Hạ cũng như các số liệu khảo sát của Viện Tài nguyên, môi trường và Công nghệ sinh học – Đại học Huế rải rác từ năm 2002 đến nay cho thấy: Môi trường không khí ở thành phố Huế, các khu công nghiệp và vùng phụ cận trong thời kỳ 2002-2007 đã bắt đầu ô nhiểm, đặc biệt là bị ô nhiểm nặng bởi bụi lắng và bụi lơ lửng, thậm chí còn cao hơn Đà Nẵng. Trung bình hàng năm có trên 75 tấn bụi lắng rơi trên 1 km2 tại thành phố Huế, trong khi đó bụi lơ lửng cao gấp 2-3 lần tiêu chuẩn cho phép. Tác động của ô nhiểm không khí thể hiện rõ ràng nhất tại khu vực xung quanh nguồn gây ô nhiểm như ở nhà máy xi măng thuộc công ty hữu hạn xi măng Luks Việt Nam (gọi tắt là nhà máy xi măng Luks), bụi ảnh hưởng đến sức khỏe, nhà cửa, cây ăn quả, hoa màu... Các số liệu quan trắc cho thấy tại khu vực dân cư nồng độ bụi lơ lửng đã vượt mức cho phép từ 3-6 lần, tình trạng ô nhiểm bởi khí độc như CO, NO2, SO2 đều đang ở mức xấp xỉ ngưỡng này [5], [6], [7]. Có thể xem nhà máy xi măng Luks ở khu công nghiệp Tứ Hạ là một điểm nóng về vấn đề ô nhiễm môi trường không khí tại TT Huế, bởi thực tế đã có nhiều ý kiến, bài báo đăng tải, đơn tranh chấp khiếu kiện của người dân về tình hình ô nhiễm không khí nghiêm trọng do hoạt động của nhà máy này [31], [32]. Do vậy, việc đưa ra một công cụ đánh giá chính xác nhằm tạo cơ sở cho công tác quản lý cũng như cải thiện chất lượng môi trường không khí tại những điểm nóng ô nhiễm là một việc làm cấp bách và có ý nghĩa quan trọng trong thời điểm hiện nay. 3 Những năm gần đây, các nhà quản lý môi trường, các nhà nghiên cứu môi trường đã bắt đầu sử dụng mô hình phát tán ứng dụng với công nghệ GIS để dự báo và đánh giá nồng độ chất ô nhiễm phân bố trong không khí do một hay nhiều nguồn điểm gây ra cho khu vực xung quanh. Các chương trình, phần mềm, mô hình toán học là những công cụ không thể thiếu trong công tác quản lý chất lượng môi trường không khí, chúng phục vụ rất hiệu quả cho các hoạt động quan trắc, kiểm soát chất thải, phòng ngừa ô nhiễm, cảnh báo sự cố []. Một thực tế cho thấy, hầu hết các chương trình, phần mềm tính toán đang được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi, phục vụ tương đối tốt cho công tác quản lý chất lượng môi trường không khí hiện nay đều được xây dựng và phát triển tại các nước có vĩ độ địa lý cao như Mỹ, Canada hay một số nước Bắc Âu. Chính vì vậy một số hệ số thực nghiệm, những hệ số có nguồn gốc từ quá trình quan trắc đo đạc thực tế lại mang đặc trưng của không khí tại các khu vực vĩ độ cao, liên quan trực tiếp đến các yếu tố gió và nhiệt độ, xét về bản chất vật lý khí quyển khác nhiều so với lớp không khí tại các vùng nhiệt đới, nhất là sự biến thiên nhiệt độ theo độ cao và độ ẩm không khí. Do đó, việc trang bị và sử dụng các phần mềm, mô hình trong công tác nghiên cứu, quản lý môi trường trong các vùng nhiệt đới chúng ta cần cân nhắc khả năng áp dụng thực tế với các yếu tố thích hợp về địa lý. Ở Việt Nam, đặc biệt là các thành phố lớn ở hai đầu đất nước, đã có rất nhiều mô hình đang được nghiên cứu, thử nghiệm và áp dụng phục vụ các mục đích tính toán, dự báo những yếu tố khí tượng, thời tiết cũng như các thành phần môi trường không khí []. Thế nhưng, đối với TT Huế, cho đến thời điểm này, việc nghiên cứu ứng dụng phương pháp mô hình hóa để giải quyết các bài toán về môi trường không khí vẫn còn đang là vấn đề khá mới mẻ, các mô hình thích ứng với điều kiện khí tượng cho TT Huế vẫn chưa được xây dựng một cách khoa học, phù hợp với điều kiện khí hậu của khu vực. Vì vậy, việc tiến hành nghiên cứu và kiểm định để chọn lựa ra mô hình thích hợp nhất nhằm áp dụng một cách có căn cứ khoa học dựa trên số liệu khí tượng địa phương là cần thiết và có ích cho công tác quản lý môi trường tại thành phố Huế nói chung và toàn tỉnh TT Huế nói riêng. 4 Xuất phát từ tính cấp thiết và ý nghĩa khoa học đó, chúng tôi đã chọn đề tài “ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) VÀ MÔ HÌNH TOÁN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ TẠI NHÀ MÁY XI MĂNG THUỘC CÔNG TY HỮU HẠN XI MĂNG LUKS (VIỆT NAM)” với mục đích nhằm: - Ứng dụng một số mô hình phát tán ô nhiễm không khí (cụ thể là mô hình Berliand và mô hình ISC3) để đánh giá, dự báo chất lượng không khí tại khu vực nhà máy xi măng Luks; trên cơ sở đó sẽ lựa chọn mô hình phù hợp cho đối tượng nghiên cứu. - Kết hợp cơ sở dữ liệu môi trường, GIS và mô hình toán để tạo ra sản phẩm nhằm phục vụ cho công tác quản lý chất lượng môi trường không khí tại khu vực xung quanh nhà máy Luks. Việc ứng dụng GIS và mô hình toán đánh giá ô nhiễm không khí đối với nhà máy xi măng Luks nói riêng và TT Huế nói chung là rất quan trọng và hết sức cần thiết bởi nó thể hiện tính cấp thiết trong việc đáp ứng được yêu cầu đánh giá, dự báo ô nhiễm, quy mô và cường độ cực đại của chất ô nhiễm tại mặt đất; Bên cạnh đó đề tài còn góp phần hỗ trợ các nhà quản lý môi trường đưa ra các quyết định cuối cùng trong việc lập quy hoạch, cảnh báo ô nhiễm, lựa chọn các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm thích hợp. Đề tài được thể hiện bởi sự kết hợp giữa hai công cụ quản lý là hệ thống thông tin địa lý và mô hình hóa - sự kết hợp giữa công cụ quản lý thông tin đối tượng gắn với vị trí địa lý và công cụ mang tính dự đoán. Điều này rất thích hợp trong công tác quản lý môi trường không khí cho các cơ sở sản xuất nói riêng và quản lý môi trường khu công nghiệp nói chung trên địa bàn tỉnh TT Huế. Hơn nữa, một điểm mới mang tính thiết thực của đề tài là kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng vào thực tiễn rất cao, vì đề tài có bao gồm cả nội dung tiến hành hiệu chỉnh mô hình thích hợp cho điều kiện tự nhiên ở TT Huế và sản phẩm mô hình cũng sẽ được kiểm chứng trong thực tế. Đề tài thực hiện sẽ mang lại ý nghĩa khoa học và thực tiễn thông qua việc: 5 - Góp phần cung cấp các luận cứ có cơ sở khoa học cho các nhà quản lý ở địa phương về tình trạng môi trường không khí chịu sự tác động bởi các nguồn thải từ nhà máy xi măng Luks. - Góp phần giúp cho nhà máy xi măng Luks nhận biết được thực trạng ảnh hưởng của nhà máy lên môi trường không khí xung quanh để có những biện pháp khắc phục ô nhiễm kịp thời. - Ngoài ra việc thực hiện luận văn này còn có ý nghĩa góp phần phục vụ công tác nghiên cứu và giảng dạy theo hướng Tin học môi trường và mô hình hoá môi trường tại các cơ sở đào tạo về ngành môi trường cho các trường đại học, Viện nghiên cứu nói chung. - Làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu liên quan đến dự báo, đánh giá ô nhiễm không khí ở TT Huế. Để thực hiện Luận văn này, các nội dung nghiên cứu sau được đặt ra: - Điều tra, thu thập, phân tích và đánh giá các dữ liệu liên quan đến khu vực xung quanh nhà máy xi măng Luks nhằm phục vụ cho mục đích nghiên cứu. - Xây dựng các cơ sở khoa học cho vùng nghiên cứu: xác định vùng, phạm vi nghiên cứu chính xác trên bản đồ số. - Ứng dụng mô hình ISC3 kết hợp với mô hình Berliand đánh giá ô nhiễm hiện tại cũng như dự báo trong tương lai cho nhà máy xi măng Luks. - Ứng dụng phần mềm ENVIMAP để vẽ bản đồ ô nhiễm theo các kịch bản khác nhau. (ENVIMAP: ENViromental Information Management and Air Pollution estimation - Phần mềm quản lý và đánh giá ô nhiễm không khí) - Tiến hành kiểm chứng mô hình, lựa chọn mô hình tối ưu nhất cho điều kiện khí tượng ở TT Huế. - Đề xuất các giải pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí do hoạt động sản xuất của nhà máy xi măng Luks. 6 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Mô hình phát tán ô nhiễm không khí cho nguồn điểm Các mô hình nhiễm bẩn của không khí là biểu diễn toán học các quá trình phát tán tạp chất và các phản ứng hóa học diễn ra, kết hợp với tải lượng phát thải, đặc trưng của phát thải từ các nguồn công nghiệp và các dữ liệu khí tượng được sử dụng để dự báo nồng độ chất bẩn đang xét. Các nghiên cứu trong lĩnh vực này cho thấy để mô phỏng chính xác sự phát tán ô nhiễm không khí cần phải biết mô phỏng các tham số khí tượng (sự phân bố của gió và nhiệt độ trong lớp biên của khí quyển, sự mô tả các quá trình khuếch tán và bức xạ mặt trời), bên cạnh đó phải lưu ý đến các yếu tố liên quan tới bản chất của các chất ô nhiễm: sự nóng lên của các chất được thải ra, sự chuyển hóa do kết quả của các phản ứng hóa học. Tổ chức Khí tượng thế giới (WMO) và Chương trình Môi trường của Liên hợp quốc (UNEP) đã có cách phân loại theo ba hướng chính sau đây: - Mô hình thống kê kinh nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết toán học Gauss. Các nhà toán học có công phát triển mô hình này là Taylor (1915), Sutton (1925 – 1953), Turner (1961 – 1964), Pasquill (1962 – 1971), Seifeld (1975) và gần đây được các nhà khoa học môi trường của các nước như Mỹ, Anh, Pháp, Hunggari, Ấn độ, Nhật Bản, Trung Quốc,... ứng dụng và hoàn thiện mô hình tính theo điều kiện của mỗi nước. - Mô hình thống kê thủy động, hoặc lý thuyết nửa thứ nguyên (còn gọi là mô hình K). Mô hình này được Berliand (Nga) hoàn thiện và áp dụng ở Liên Xô. - Mô hình số trị, tức là giải phương trình vi phân bằng phương pháp số. Trên trang Web : www.epa.gov của Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ đã đưa ra phân loại các phát thải chất khí: - Phát thải bề mặt (area source): các nguồn thải thấp, đám cháy. - Nguồn thải đường (line source): đường giao thông 7 - Các nguồn điểm (point source):ống khói. Nghiên cứu phát triển mô hình cho nguồn điểm đã được quan tâm đặc biệt về lý luận lẫn thực tiễn trong rất nhiều các công trình trong và ngoài nước /xem nguồn [20], [26]-[30] và các tài liệu được trích dẫn trong đó/. Ở Việt Nam hai loại mô hình phát tán ô nhiễm không khí cho nguồn điểm được sử dụng rộng rãi nhất là mô hình Gauss và mô hình Berliand. Đã có nhiều phần mềm tin học hóa các mô hình này như phần mềm CAP, ENVIMAP, ECOMAP /nguồn [20] – [22]/. Trong mục này trình bày tổng quan về các mô hình nguồn điểm được sử dụng trong Luận văn này. Cụm từ ISC viết tắt từ tiếng Anh: Industrial Source Complex có nghĩa là nguồn thải công nghiệp tổng hợp, ISCST viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Industrial Source Complex Short Term: tính cho thời gian ngắn hạn, ISCLT viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Industrial Source Complex Long Term: tính cho thời gian dài hạn. Chương trình nghiên cứu ISC được bắt đầu từ tháng 4/1981 và kết thúc vào tháng 3/1992. Bản ISC3 là bản được công bố trong tài liệu [28]. Công thức tính toán nồng độ từ nguồn điểm, phát thải liên tục đạt trạng thái dừng có dạng : ÷ ÷ ø ö ç ç è æ -´= 2 y 2 zys y5,0exp u.2 QKV z) y, (x, C sssp Ở đó: C (x, y, z) – nồng độ chất phát thải tại điểm có tọa độ x, y, z, mg/m3; Q – phát thải của chất, g/s; K – hệ số chuyển đổi = 1.103; V – thành phần lưu ý tới sự khuếch tán ô nhiễm theo phương đứng. Thành phần này có lưu ý tới ảnh hưởng chiều cao ống khói, độ nâng của vệt khói sau khi thoát ra khỏi nguồn thải, độ cao hòa trộn theo phương thẳng đứng, lắng đọng trọng trường, lắng đọng khô của những hạt bụi (đường kính hạt lớn hơn 20 mm); 8 sy, sz - độ lệch chuẩn của phát tán theo phương ngang và đứng, m; us – vận tốc gió tại độ cao hữu dụng, m/s; Các bước tính toán tham số trong mô hình ISC3 được thực hiện như sau: Tính toán độ cao hiệu chỉnh của ống khói theo công thức Briggs ' s s s s s v h = h + 2d u é ù ê ú ë û với s sv < 1.5u ' s sh = h với s sv 1.5u³ Trong đó: hs là chiều cao ống khói (m), h’s là chiều cao hiệu chỉnh của ống khói (m), vs là vận tốc khí phụt (m/s), còn ds là đường kính bên trong của miệng ống khói (m). Tính toán lực nổi và thông lượng động lượng Tham số thông lượng nổi Fb (m4/s3) được xác định theo công thức: ÷ ø ö ç è æ D T4 T dvg = F s 2 ssb Trong đó ΔT = Ts - Ta, Ts nhiệt độ khói thoát ra (K), còn Ta là nhiệt độ không khí xung quanh (K). Tham số thông lượng động lượng Fm (m4/s2) được tính theo công thức: T4 T dv = F s a2 s 2 sm Với Fb < 55, d v T 0.0297 = ) T( 3/2 s 3/1 s scD Và với Fb ³ 55, d v T 0.00575 = ) T( 3/1 s 3/2 s scD Phụ thuộc vào mối quan hệ giữa ΔT và (ΔT)c người ta tính độ cao hữu dụng. Đại lượng xf được tính như sau: Với Fb < 55: 9 F49 = x 8/5bf Với Fb ³ 55: F119 = x 5/2bf Tính vệt nâng cột khói trong điều kiện không ổn định và trung hòa (A – D) có lưu ý tới lực nổi Trong trường hợp khi ΔT vượt quá (ΔT)c độ cao hữu dụng được tính như sau: Với Fb < 55: u F21.425 + h = h s 4/3 b se ¢ Với Fb ³ 55: u F38.71 + h = h s 5/3 b se ¢ Nếu ΔT nhỏ hơn (ΔT)c , khi đó độ cao hữu dụng được tính như sau: u v d3 + h = h s s sse ¢ Tính vệt nâng cột khói trong điều kiện ổn định có lưu ý tới lực nổi Đối với các trường hợp khí quyển ổn định, tham số ổn định s, được tính từ phương trình sau đây: T z/g = s a ¶q¶ Người ta đã tính xấp xỉ ¶θ/¶z đối với độ ổn định khí quyển E bằng 0.020 °K/m, và đối với độ ổn định khí quyển loại F, ¶θ/¶z được lấy bằng 0.035 °K/m. Đối với các trường hợp khi nhiệt độ khói lớn hơn hay bằng nhiệt độ không khí xung quanh, giống như trường hợp không ổn định và trung hòa ta xác định đại lượng (ΔT)c như sau: s vT 0.019582 = T)( sscD Khi ΔT vượt quá (ΔT)c độ cao hữu dụng he được xác định như sau: 10 ÷ ø ö ç è æ ¢ su F 2.6 + h = h s b 3/1 se Khi ΔT nhỏ hơn (ΔT)c độ cao hữu dụng được xác định theo công thức ÷÷ ø ö çç è æ ¢ su F 1.5 + h = h s m 3/1 se Các tham số khuếch tán được tính toán như sau : Phương trình được sử dụng để tính σy , σz (m) có dạng: tan(TH)(x)465.11628 = ys Ở đó: ln(x)] d - [c30.01745329 =TH Trong các phương trình trên khoảng cách theo chiều gió x được tính bằng km, các hệ số c và d được đưa ra trong Bảng 1-1. Phương trình để tính σz có dạng: ax = bzs Trong đó khoảng cách dọc theo hướng gió x được tính bằng km và σz được tính bằng m. Các hệ số a và b được cho trong [28]. Bảng 1-1. Bảng được sử dụng để tính toán tham số PASQUILL-GIFFORD σy σy = 465.11628 (x)tan(TH) TH = 0.017453293 [c - d ln(x)] Độ ổn định khí quyển theo Pasquill c d A 24.1670 2.5334 B 18.3330 1.8096 C 12.5000 1.0857 D 8.3330 0.72382 E 6.2500 0.54287 F 4.1667 0.36191 Ở đó σy được tính bằng m và x được tính bằng km. Tham số V được tính theo công thức: ( ) ( ) +÷ ÷ ø ö ç ç è æ + -+÷ ÷ ø ö ç ç è æ - -= 2 2 2 2 5,0exp5,0exp z e z e hzhzV ss å ¥ = ú ú û ù ê ê ë é ÷÷ ø ö çç è æ -+÷÷ ø ö çç è æ -+÷÷ ø ö çç è æ -+÷÷ ø ö çç è æ -+ 1 2 2 4 2 2 3 2 2 2 2 2 1 5,0exp5,0exp5,0exp5,0exp m zzzz HHHH ssss 11 Ở đó: he – độ cao hữu dụng của phát thải (độ cao đường trung bình của vệt khói so với mặt đất), m. Các bước tính độ cao pha trộn được thực hiện như sau: - H1 = z – (2mL – he); - H2 = z + (2mL – he); - H3 = z – (2mL + he); - H4 = z + (2mL + he); Trong đó - m – số lần nội suy (để tính toán chỉ cần 3 lần); - L – độ cao pha trộn, m. Độ cao pha trộn được tính theo theo công thức: L = 320.u10 Ở đó: u10 – vận tốc gió tại mặt đất (thường lấy tại độ cao 10 m). Các số hạng nội suy được tính chỉ cho đối với các lớp ổn định A, B, C và D (theo Pasquill). Trong số các mô hình phát tán được nghiên cứu ứng dụng tại Việt Nam, mô hình Berliand đang được quan tâm vì nó có khả năng thích nghi tốt cho các điều kiện khí tượng cụ thể như được chỉ ra trong các nghiên cứu [21] 21, 22. Để tính toán nồng độ khí và bụi nhẹ tại mặt đất cho một nguồn thải điểm Berliand đã đưa ra công thức sau đây: ( ) ( ) ( ) 1+n 2 1 23 2 01 0 1 u HM yC x, y,0 = exp - - 4k x2 1+ n k πk x 1+ n k x æ ö ç ÷ ç ÷ è ø Trong công thức này M – công suất nguồn thải (mg/s); k1 – là hệ số khuếch tán rối đứng ở độ cao z1 = 1 m (m2/s); n – số mũ hàm biến thiên tốc độ gió n = 0,14 – 0,2. Thường lấy n=0,14 trong điều kiện bất ổn định và n = 0,2 khi khí quyển ổn định / 23/; k0 – kích thước rối ngang (m); u1 – tốc độ gió tại độ cao z1 = 1 m. /Error! Reference source not found., 18, 24, Error! Reference source not found./. Phương pháp tính toán k1 và k0 được trình bày trong công trình 24. 12 Các đại lượng nồng độ cực đại Cm và khoảng cách đạt được xm được tính như sau: ( ) ( ) 2 1 m 1.5 1+n 0 11 0.116 1+ n M kC = k uu H , ( ) 1+n 1 m 2 1 u H2x = 3 k 1+ n Trong các công thức này H = h + DH; trong đó công thức tính vệt nâng ống khói Berliand được thực hiện theo công thức 2 10 10 1,5vR 3,3gRΔTΔH = 2,5 + u Tu æ ö ç ÷ è ø T– nhiệt độ không khí đo bằng Kelvin; u10 – vận tốc gió tại độ cao 10 m; v – vận tốc khí thoát ra khỏi miệng ống khói (vận tốc khí phụt) (m/s); R – bán kính miệng ống khói (m); g – gia tốc trọng trường; DT = Tb –T ( hiệu nhiệt độ của tạp chất khí thoát ra khỏi miệng ống và nhiệt độ không khí xung quanh, Tb và T tính bằng độ Kelvin = 273 + tº C). Trong trường hợp chất thải là tạp chất nặng có cỡ hạt đồng nhất, công thức Berliand tính nồng độ từ một nguồn điểm có độ cao H được xác định bằng công thức: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 1 1 2 1 0 1 , ,0 2 1 1 v n v v v MH uC x y n v k x k xp + + += + G + ( ) ÷ ÷ ø ö ç ç è æ - + -´ + xk y xkn Hu n 0 2 1 2 1 1 41 exp trong đó ( )1 1 wv k n = + Giá trị cực đại của Cm và khoảng cách từ đó tới nguồn xm được tìm cũng giống như đối với tạp chất nhẹ: ( ) ( ) ( ) ( ) 2 1.5 1 1.5 1 0 11 0.055 1 1.5 1 + + + + = G + v m vn n M vkC k u v eu H , 1+n 1 m 2 1 u Hx = (1+ n) (1.5 + ν)k Trong đó -2 2p pw = 1,3.10 .ρ r - là tốc độ rơi của các hạt có dạng hình cầu, trong đó r - mật độ các hạt bụi, rp – bán kính của chúng. Trong công thức trên w được xác định bằng cm/s, còn rp và rp được cho bằng g/cm3 và mm tương ứng. 13 Trong trường hợp lặng gió, Berliand đã đưa ra công thức sau đây cho chất khí và bụi nhẹ / 24/: ( ) ( ) ( ) 2 2 1+n1 2 2 2 1 M 1C x, y,0 = 2πk 1+ n β H + x + y 1+ n k é ù ê ú ê úë û , Nồng độ cực đại được xác định theo công thức ( ) ( ) 3 1 m 2 1+n4 MK 1+ n C = 2πβ H , Trong các công thức trên 1β 2k» Xác định các tham số k1 và k0 là bước trung gian quan trọng để ứng dụng mô hình Berliand được trình bày ở trên (tiếp theo đây sẽ được gọi là Berliand khoa học – theo cách gọi trong [17]). Để tính hệ số k0 dãy số liệu quan trắc khí tượng theo 4 obs vào các thời điểm 1h, 7h, 13h, 19h được sử dụng. Gọi V là véc tơ vận tốc gió, d là hướng gió m/s được quy đổi ra độ. Các bước xác định k0 được thực hiện như sau: 1. Xác định các thành phần của véc tơ vận tốc gió cos 180 i i i du V pæ ö= × ç ÷ è ø sin 180 i i i dv V pæ ö= × ç ÷ è ø 2. Tính giá trị trung bình và phương sai của mỗi chuỗi số u , v , su, sv 1 1 1 1, N N i i i i u u v v N N= = = =å å , ( ) ( )2 2 1 1 1 1, N N u i v i i i u u v v N N= = s = - s = -å å Trong đó N là độ dài của chuỗi (bằng 4 lần số ngày của tháng) 3. Tính hàm tự tương quan của u và v ( ) ( ) ( )( )1 1 N k uu i i k iu R k u u u u N k - + = = - - - s å 14 ( ) ( ) ( )( )1 1 N k vv i i k iv R k v v v v N k - + = = - - - s å (0.1) Lưu ý: giá trị của k thì chỉ cần tính từ 0 đến N/2 4. Xấp xỉ hàm Ruu và Rvv bằng hàm u ke-a và vke-a . Ở đây lưu ý là có thể dùng một filter nào đó để hai hàm trên trơn hơn 5. Khi đã xấp xỉ đươc 2 hàm trên thì có thể tính được hệ số K0 như sau ( )2 0 0 ut u x u u u K u R d e dt ¥ ¥ -a s¢= a a = s = aò ò , ( )2 0 0 vt v y v v v K v R d e dt ¥ ¥ -a s¢= a a = s = aò ò Theo lý thuyết thì Kx và Ky phải bằng nhau. Trên thực tế ta lấy giá trị nhỏ hơn trong 2 giá trị này làm K0. ( )1 2 ΔTK = 0,104.ΔU 1+1,38 ΔU é ù ê ú ê úë û Trong đó DU = U2 - U0,5 - hiệu tốc độ gió ở độ cao 2 và 0,5 mét được tính theo vận tốc gió đo đạc tại độ cao 10 m như sau: n z 10 ZV = V 10 æ ö ç ÷ è ø Trong đó giá trị n được tính theo bảng 1.2 Bảng 1.2. Các giá trị n được tính theo tháng Tháng 1 4 7 10 Năm n 0.19 0.19 0.17 0.23 0.20 Giá trị DT được lấy bằng 0.00945. Không được sử dụng nhiều ở Việt Nam như 2 mô hình ISC3 và Berliand khoa học nhưng mô hình Berliand kỹ thuật cũng là mô hình được chú ý trong nhiều bài toán kỹ thuật (nguồn [17]). Các bước chính của mô hình Berliand kỹ thuật Xác định các hệ số m và n lưu ý tới vệt nâng cột ống khói 15 Các hệ số m, n trong mô hình Berliand kỹ thuật được xác định như sau: T.H D.w. f D = 2 2 01000 (m/s2.0C), 3650 H T.L.,VM D = (m/s), 'M 0V = 1,3.w .D/H (m/s) 3800 )V.(f 'Me = 334010670 1 f.,f.,, m ++ = với f<100, 3 471 f ,m = với f>100 Khi fe < f < 100 hệ số m được tính với f=fe Hệ số n được xác định như sau: n = 1 với VM ³ 2 n = 1331325320 2 ,V.,V., MM +- với 0,5<VM<2 (m/s) n = 4,4.VM với VM 5,0£ - Với các nguồn lạnh 1000 ³Þ»D fT và 50,V 'M > Khi đó 3/4 ...... H KnmFMACM h = (mg/m3), ở đó L DK .8 = , với n được xác định theo công thức trên với VM= 'MV - Khi vận tốc gió nguy hiểm rất nhỏ, f 100, 'MV <0,5 ta theo công thức: 3 1 H .m.F.M.ACM h¢ = (mg/m3) , ở đó m’= 2,86.m Với f<100, VM <0,5 m’= 0,9 Với f >100, 'MV <0,5 - Trường hợp còn lại: 32 T.L.H .n.m.F.M.ACM D h = (mg/m3) Trong đó L là lưu lượng, w0 là vận tốc khí phụt, D là đường kính, H – chiều cao ống khói. Tính khoảng cách xM từ ống khói tới nơi đạt được nồng độ cực đại CM Đối với cácnguồn nóng khoảng cách xM (m) từ nguồn tới điểm trong đó nồng độ mặt đất đạt cực đại: dHFxM ..4 5 - = (m) Với f <100, d được tính như sau: ( )32801482 ef.,.,d += với VM 5,0£ ( )328,01..95,4 fVd M += với 0,5<VM 2£ 16 ( )328017 f.,Vd M += với VM>2 Đối với nguồn lạnh khi 1000 ³»D f,T khi đó d được tính như sau: d = 5,7 với 'MV £ 0,5 d = 11,4.V’M với 0,5 < 'MV <2 ' MVd 16= với 'MV ³ 2 Tính vận tốc gió nguy hiểm uM Với nguồn nóng f < 100 50,u M = với 5,0£MV MM Vu = với 0,5<VM £ 2 ( )f,Vu MM 1201 += với 2>MV Với các nguồn lạnh 0»DT , và 100³f vận tốc nguy hiểm được tính theo các công thức: 50,u M = với 50,V 'M ³ ' MM Vu = với 0,5< 'MV <2 'MM V.,u 22= với 2³'MV Tính toán hệ số hiệu chỉnh r và p Cho u (m/s) - vận tốc gió khác uM. Khi đó CM(u) = r.CM, trong đó: 32 341671670 ÷÷ ø ö çç è æ -÷÷ ø ö çç è æ +÷÷ ø ö çç è æ = MMM u u., u u., u u.,r với 1£ Mu u ( ) ( ) ( ) 22 3 2 +- = MM M uuuu. uu.r với 1> Mu u Lưu ý: không nhập u u* với u* là giá trị max quan sát được tại vùng nghiên cứu. Điểm )u(Mx nơi đạt )u(MC là )u(Mx = p.xM p = 3 với 4 1 £ Mu u 11.43,8 5 +÷÷ ø ö çç è æ -= Mu up với ££ Mu u 4 1 1 17 680320 , u u.,p M += với 1> Mu u Tính toán hệ số S1 Với uM ta tính C(mg/m3) tại các điểm dọc vệt khói C(x,0,0) = S1.CM S1 phụ thuộc vào Mx x hay ux x và hệ số F: 234 1 683 ÷÷ ø ö çç è æ +÷÷ ø ö çç è æ -÷÷ ø ö çç è æ = MMM x x x x x xS với 1£ Mx x 1.13,0 13,1 21 +÷÷ ø ö çç è æ = Mx x S với 81 £< Mx x 1202,3558,3 21 +÷÷ ø ö çç è æ -÷÷ ø ö çç è æ = MM M x x x x x x S với 5,1£F và 8> Mx x 8,1747,21,0 1 21 -÷÷ ø ö çç è æ +÷÷ ø ö çç è æ = MM x x x x S với 5,1³F và 8> Mx x Với các nguồn thấp và nguồn mặt đất (H m10£ ) Với 1< Mx x , S1 được thay thế bằng HS1 ( ) ( ) 11 21250101250 S.H.,H.,SH -+-= Với 102 <£ H Với Muu ¹ , xM được thay bằng xM(u) trong các công thức tính S1 (nghĩa là tỷ số )(uMx x ) Tính toán hệ số S2 để xác định nồng độ tại các điểm x, y 0¹ không nằm trên trục vệt khói 18 Lưu ý rằng Cy là điểm vuông góc trục x và cách trục ox một khoảng cách y. Cy = S2.C xác định như sau: 2 2 x y.ut y = với u 5£ (m/s) 2 2 5 x y.t y = với u>5 (m/s) và 2 2 3 4 2 1 (1 5. 12,8. 17. 45,1. )y y yy S t t t t = + + + + Cuối cùng Cxy=S1S2Cmax 1.2. Tích hợp mô hình phát tán ô nhiễm không khí với GIS Sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của GIS đã mở đường cho nhiều ứng dụng GIS trong nhiều lĩnh vực. Về mặt thực tiễn, việc tích hợp dữ liệu môi trường, mô hình toán và GIS thành một hệ thống duy nhất mà trong nhiều công trình của mình các nhà khoa học Nga gọi là công nghệ GIMS (Geographic Information Monitoring System) để phân biệt với thuật ngữ đã trở nên rất quen thuộc là GIS. Một trong những chức năng quan trọng của GIMS là dự báo tình trạng môi trường dưới những tác động do hoạt động kinh tế của con người. Tùy thuộc vào các mô hình và mục tiêu sử dụng, cấu trúc của GIMS sẽ khác nhau (ví dụ như bài toán đánh giá chất lượng môi trường không khí, đánh giá chất lượng nước mặt của con sông, đánh giá chất lượng nước vùng cửa sông, của nước ngầm dẫn tới các hệ GIMS khác nhau). Về ý tưởng GIMS là sự kết hợp GIS, ngân hàng dữ liệu và tri thức (các hệ thống chuyên gia) và các hệ thống mô phỏng. GIMS được xem là công cụ có triển vọng để giải quyết các bài toán môi trường trong phạm vi vùng hay lớn hơn, cũng như giúp nâng cao chất lượng môi trường. Một số kết quả theo hướng này được trình bày trong các công trình Error! Reference source not found.Error! Reference source not found.Error! Reference source not found.. 19 Trong các công trình [20]-[22] đề xuất công cụ tin học được các tác giả đặt tên là ENVIMAP (ENVironmental Information Management and Air Pollution estimation) tích hợp GIS, CSDL môi trường và mô hình toán phát tán ô nhiễm không khí trợ giúp công tác đánh giá giám sát ô nhiễm không khí. Bước đầu, ENVIMAP đã được một số cơ quan bảo vệ môi trường thuộc các tỉnh thành phía Nam ứng dụng vào thực tế. Hình 1-1. Mô hình tích hợp mô hình, GIS trong công nghệ ENVIM Trên thế giới đã đưa ra nhiều cách tiếp cận tích hợp mô hình, CSDL với GIS thành một công cụ thống nhất. Từ năm 1995, nhóm nghiên cứu ENVIM (nguồn web site: www.envim.com.vn ) thuộc Phòng Tin học Môi trường, Viện Môi trường và Tài nguyên đã đưa ra công nghệ tích hợp GIS, mô hình toán và CSDL môi trường của nhóm. Các kết quả nghiên cứu này được thể hiện trong [20]. Trên Hình 1-1 thể hiện mô hình tích hợp GIS với mô hình môi trường. Dữ liệu GIS (được làm 20 bằng các phần mềm GIS chuẩn như Mapinfo, Arcview được sử dụng làm nguồn dữ liệu) được chuyển đổi qua format của ENVIM. Khối mô hình được lưu trữ riêng. Người dùng thông qua giao diện có thể thay đổi các thông số của mô hình. Mô hình chạy và gửi kết quả lại, công nghệ ENVIM chuyển kết quả này lên bản đồ. Trên Hình 1-2 thể hiện mô hình lý luận tổng quan của công nghệ ENVIM. Dãy phía bên trái gồm có ba khối chính: khối GIS, khối CSDL Môi trường (gọi tắt là khối Môi trường) và khối Mô hình. - Khối GIS có chức năng vẽ các lớp bản đồ đồng thời hỗ trợ các thao tác để làm việc trên bản đồ (phóng to, thu nhỏ, xem toàn màn hình, đo khoảng cách,…). - Khối Môi trường quản lý toàn bộ các dữ liệu của tất cả đối tượng môi trường mà hệ thống cần quản lý, từ các đối tượng hành chính (như nhân viên, cơ quan, thông tin hành chính của tỉnh,…) cho đến các đối tượng có ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường (như nhà máy, cơ sở sản xuất, bãi rác, ống khói, các trạm quan trắc,…). - Khối Mô hình chịu trách nhiệm tính toán sự phân bố, lan truyền ô nhiễm theo các mô hình và kịch bản. Khối Mô hình còn có chức năng dự báo ô nhiễm. Ba khối này có mối liên hệ lẫn nhau. Khối GIS không chỉ vẽ các lớp bản đồ địa lý mà còn vẽ các lớp đối tượng môi trường từ dữ liệu của khối Môi trường. Nhờ đó chúng ta có thể mô phỏng các đối tượng môi trường một cách trực quan và sát với thực tế nhất (các đối tượng nằm trên lớp bản đồ ở tọa độ giống như tọa độ thực tế mà ta định vị bằng GPS). Khối Môi trường sẽ cung cấp dữ liệu để khối Mô hình tạo ra các kịch bản và có dữ liệu để tính toán theo mô hình. Sau khi tính toán xong, để hiển thị kết quả, khối Mô hình cần liên kết với khối GIS để thể hiện kết quả một cách trực quan lên bản đồ, giúp người dùng có thể nhanh chóng và dễ dàng đánh giá được mức độ ô nhiễm và phạm vi ô nhiễm. Ngoài ra, từ các số liệu được lưu trữ theo thời gian của khối Môi trường, khối Mô hình sẽ dự báo ô nhiễm trong một khoảng thời gian nhất định. 21 Hình 1-2. Mô hình lý luận của ENVIM Dãy ngoài cùng bên phải trên Hình 1-2 là phát triển các ứng dụng dựa trên nền tảng Web. 1.3. Phần mềm ENIVIMAP cho nguồn điểm Trong các công trình [20] đã đề xuất một mô hình thông tin môi trường được đặt tên là ENVIM (ENVironmental Information Management software). ENVIM tích hợp cơ sở dữ liệu quan trắc chất lượng môi trường của địa phương với các lớp GIS truyền thống như các lớp về sông ngòi, hành chính,.... Các module chính của ENVIM gồm: module quản lý dữ liệu, module phân tích, truy vấn, làm báo cáo, module mô hình, module WEB. ENVIM cho phép thực hiện nhanh chóng các loại 22 báo cáo môi trường có so sánh với các tiêu chuẩn môi trường của Việt Nam. Bên cạnh đó chương trình cho phép tính toán mô phỏng ảnh hưởng các hoạt động kinh tế - xã hội lên chất lượng môi trường trong một phạm vi vùng. Các phần mềm ENVIM được phát triển trong các lĩnh vực khác nhau: nước, không khí, chất thải rắn. Những cập nhật mới nhất về các phần mềm này được thể hiện trên trang Web: www.envim.com.vn . ENVIMAP, CAP Gauss cho nguồn điểm 1995-2008 Berliand cho nguồn điểm 1999-2008 Berliand kỹ thuật cho nguồn điểm 2006-2008 Berliand kỹ thuật cho nguồn đường 2007-2008 ISC3 cho nguồn điểm 2006-2008 ISC3 cho nguồn vùng 2008 Gauss cho nguồn vùng 2008 Berliand kỹ thuật cho nguồn vùng 2008 Hình 1-3. Các phần mềm tự động hóa tính toán ô nhiễm không khí CAP, ENVIMAP 23 Phần mềm ENVIMAP phiên bản 1.0 (ENVironmental Information Management and Air Pollution estimation) ra đời năm 2003 dựa trên cơ sở nâng cấp và chỉnh sửa phần mềm CAP 2.5. Tới tháng 11/2005 phần mềm ENVIMAP 1.0 được nâng cấp thành phiên bản mới 2.0. Tháng 9/2006 phiên bản 3.0 của ENVIMAP ra đời. Từ tháng 1/2008 trở đi ENVIMAP được lấy theo năm và được thường xuyên nâng cấp. Tháng 6/2008 phiên bản ENVIMAP cho nguồn vùng ra đời. Các bước phát triển của CAP và ENVIMAP được thể hiện trên Hình 1-3. Trong mỗi ô con là tên module, năm bắt đầu nghiên cứu, phiên bản cuối cùng được cập nhật. Theo công trình [20], phần mềm ENVIMAP hướng tới những mục tiêu sau đây : - Quản lý các nguồn thải (có thể ống khói, nguồn đường, nguồn vùng). - Cho phép tính toán ảnh hưởng của các nguồn thải lên bức tranh ô nhiễm chung. - Cho phép tính toán ảnh hưởng của các nguồn thải lên những vị trí cố định do người dùng xác định. - Thực hiện các báo cáo về các nguồn thải cũng như các kết quả tính toán. - Nhận và lưu trữ các dữ liệu liên quan tới khí tượng; - Tích hợp các văn bản pháp lý liên quan tới quản lý chất lượng không khí; 24 Hình 1-4. Cấu trúc phần mềm ENVIMAP Sơ đồ cấu trúc của ENVIMAP 2008 được trình bày trên Hình 1-4. ENVIMAP 2008 gồm 5 khối chính liên kết với nhau: - Khối CSDL môi trường (liên quan tới môi trường không khí). - Khối mô hình nguồn điểm. - Khối GIS – quản lý các đối tượng một cách trực diện trên bản đồ. - Khối thực hiện các Báo cáo thống kê. - Khối hỗ trợ các văn bản pháp qui. 25 Hình 1-5. Sơ đồ cấu trúc CSDL môi trường trong ENVIMAP Hình 1-6. Chức năng tạo ra các đối tượng quản lý trong ENVIMAP Một trong những chức năng quan trọng nhất của ENVIMAP là khả năng tạo ra các nguồn thải điểm và sau đó cho phép tương tác trực tiếp trên bản đồ số. Đây là một đối tượng rất quan trọng cần quản lý trong ENVIMAP.. 26 27 Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong chương này, Luận văn trình bày tổng quan về đối tượng nghiên cứu bao gồm điều kiện tự nhiên, hiện trạng môi trường cùng các hoạt động kinh tế - xã hội và hiện trạng công tác giám sát môi trường không khí tại khu vực nghiên cứu. Từ đó đưa ra phương pháp nghiên cứu của Luận văn. 2.1. Tổng quan về nhà máy xi măng Luks 2.1.1. Giới thiệu sơ lược về nhà máy xi măng Luks Nhà máy xi măng thuộc công ty hữu hạn Luks (Việt Nam), gọi tắt là nhà máy xi măng Luks, có vị trí nằm ở thị trấn xã Hương Vân, huyện Hương Trà, tỉnh TT Huế, có tọa độ địa lý: 16030'30'' độ vĩ Bắc và 107027'40'' độ kinh Đông. Cách thành phố Huế 14km về phía Tây - Bắc, cách đường sắt Bắc - Nam 150m, cách thị trấn Tứ Hạ 2km về phía Tây. Mặt bằng xây dựng các hạng mục nhà máy có diện tích khoảng 21 ha dọc theo hướng Bắc - Nam (Xem Hình 1.1). Nhà máy xi măng Luks là đơn vị liên doanh giữa tập đoàn Luks (Hồng Kông) và tỉnh TT Huế, bắt đầu hoạt động từ năm 1996; Là một trong những công ty có 100% vốn đầu tư của nước ngoài đầu tiên của Việt Nam, đã tham gia sản xuất xi măng từ trên 10 năm. Sự có mặt của Công ty trên địa bàn tỉnh TT Huế đã mang lại nhiều lợi ích trong phát triển kinh tế của tỉnh, góp phần khai thác sử dụng nguồn tài nguyên thiên nhiên, thu hút một lượng lao động khá lớn trên địa bàn toàn tỉnh (gần 1.000 công nhân). Hiện nay công ty có 4 dây chuyền sản xuất xi măng (1 dây chuyền sản xuất mới sẽ đi vào hoạt động trong quý III/2008) với tổng sản lượng xi măng lên đến gần 2.600.000 tấn/năm và dự kiến sau khi dây chuyền 4 đi vào hoạt động sẽ nộp ngân sách nhà nước gần 120 tỷ đồng/năm so với 40 tỷ đồng/năm hiện nay. Nhu cầu xi măng của thị trường (thị trường xi măng của nhà máy Luks tập trung phân phối cho các tỉnh miền Trung, Tây Nguyên và Tây Nam Bộ) đang tăng mạnh, nên trong tương lai còn có một số dự án mở rộng sản xuất của nhà máy cũng được xác định trong “Quy hoạch điều chỉnh phát triển công nghiệp xi măng Việt 28 Nam đến năm 2010 và định hướng đến năm 2020” Quy hoạch đã được Chính phủ phê duyệt tại quyết định số 164/2002/QĐ-TTg ngày 18/11/2002. Sau đây là các bước phát triển của nhà máy và chiến lược phát triển trong tương lai: - Từ năm 1992 đến 2004 là công ty liên doanh giữa tập đòan Luks Hồng Kông và công ty sản xuất vật liệu xây dựng TT Huế. Giai đoạn này có công suất 50 - 80 triệu tấn/ năm. - Từ 2005 được sự đồng ý của Nhà nước Việt Nam chuyển đổi sang 100% vốn đầu tư nước ngoài của tập đoàn Luks Hồng Kông. Giai đoạn này (từ 2005 đến 2007) đầu tư thêm dây chuyền số 3 đưa công suất lên 1,4 triệu tấn/ năm. - Từ năm 2008, đầu tư dây chuyền 4, đưa công suất lên 1,9 triệu tấn/ năm. - Dự kiến, cuối năm 2008 sẽ khởi động đầu tư xây dựng dây chuyền số 5 (đã được nhà nước phê duyệt) đưa công suất lên 3,6 triệu tấn/năm. 2.1.2. Sơ đồ dây chuyền sản xuất và các công đoạn gây ô nhiễm môi trường của nhà máy xi măng Luks Đối với công nghệ sản xuất xi măng thì nguồn gây ô nhiễm chủ yếu là ô nhiễm không khí do đặc thù sử dụng nhiều nguyên liệu hóa thạch (than đá, than cám, dầu DO, thạch cao...), các chất này chứa một lượng tạp chất lớn khi đốt cháy sẽ tạo ra những sản phẩm gây ô nhiễm môi trường không khí (CO2, SO2, NOx, CO, CxHy, bụi,...), và gây nguy hại cho sức khỏe của người lao động. Trong bụi chứa một làm lượng silic cao có khả năng gây bệnh bụi phổi nếu không có các biện pháp bảo hộ lao động hiệu quả. Cụ thể nguồn gốc gây ô nhiễm môi trường không khí do nguồn thải bụi ở các công đoạn sản xuất của nhà máy được trình bày như sau: - Công đoạn tiếp nhận, đập và chứa đá vôi: Nguồn bụi phát sinh từ phễu tiếp nhận đá vôi (cỡ đá <1000mm) của máy búa và sau khi ra khỏi máy (cỡ đá ≤ 25mm) - Công đoạn tiếp nhận, gia công và chứa đất sét: Bụi phát sinh khi đổ đất sét cục dạng khô từ ôtô tự đổ vào phễu tiếp nhận của trạm tiếp nhận, rải liệu đất sét trong kho sét, các vị trí chuyển đổi giữa các băng tải vận chuyển đất sét đã sấy. 29 Sơ đồ 2.1. Vị trí nhà máy xi măng Luks 30 - Công đoạn tiếp nhận đập phụ gia và chứa phụ gia, than cám: Bụi phát sinh khi đổ phụ gia, than từ ôtô tự đổ vào phễu tiếp nhận, đập phụ gia, các vị trí chuyển đổi giữa các băng tải vận chuyển phụ gia và than cám. - Công đoạn cân đong nguyên liệu: Bụi phát sinh trong quá trình đổ liệu vào silo chứa và rút liệu từ các silo chứa để định lượng cho nghiền liệu. - Công đoạn nghiền liệu: Bụi phát sinh trong quá trình tập hợp phối liệu đã được nghiền nhỏ và vận chuyển chúng đến silo đồng nhất. - Công đoạn đồng nhất phối liệu: Bụi phát sinh trong quá trình đổ phối liệu vào silo để thực hiện đồng nhất và rút phối liệu từ silo đồng nhất để nạp vào hệ thống lò nung. - Công đoạn nung và làm nguội clanhke: Bụi tồn tại trong khí thải của lò nung và khí thải của hệ thống làm nguội clanhke. - Công đoạn nghiền than: Bụi than phát sinh trong quá trình đổ than chưa nghiền vào các bunke chứa của nhà nghiền và trong quá trình tập hợp than mịn đã được nghiền nhỏ và vận chuyển chúng đến bunke chứa phục vụ cho đốt tại lò nung. - Công đoạn chứa clanhke: Bụi clanhke phát sinh trong quá trình đổ clanhke vào silo chứa và rút clanhke từ silo cung cấp nghiền ximăng. - Công đoạn nghiền ximăng: Bụi phát sinh khi cấp các nguyên liệu vào máy nghiền ximăng và trong quá trình vận chuyển ximăng đến silo chứa. - Công đoạn chứa, đóng bao và xuất ximăng: Bụi phát sinh khi rút ximăng bột từ silo ximăng, các điểm đỗ trung chuyển giữa các thiết bị vận chuyển ximăng bột, tại khu vực máy đóng bao ximăng và tại vị trí xuất ximăng bao cũng như xuất ximăng rời. Đây là công đoạn ảnh hưởng rất lớn đến sức khoẻ của người lao động bởi vì nồng độ bụi hô hấp trong không khí rất cao. Mặc dù thoả mãn được tiêu chuẩn môi trường. Nhưng với thời gian tiếp xúc 8 giờ mỗi ngày và với mật độ bụi trong tầm làm việc của công nhân như vậy thì các bệnh về đường hô hấp như viêm phổi và các bệnh về mắt sẽ xảy ra với tần suất cao. 31 Sơ đồ 2.2: Sơ đồ quá trình sản xuất xi măng của nhà máy Lusk Như vậy, nguồn gây ô nhiễm không khí của nhà máy chủ yếu do bụi phát sinh trong quá trình tiếp nhận, đập, nghiền, vận chuyển nguyên nhiên liệu, nghiền và đóng bao ximăng và do khói, bụi, khí độc hại của hệ thống lò nung và làm nguội clanhke. Các chất ô nhiễm đặc trưng từ hệ thống sản xuất đối với môi trường không khí là bụi (bụi đá vôi, sét, than, thạch cao, clanhke, ximăng...) và các loại khí thải độc hại (SOx, COx, NOx và hợp chất hữu cơ bay hơi). Cũng cần chú ý rằng, mặc dù hàm lượng bụi và khí độc của từng công đoạn được xem là thoả mãn tiêu chuẩn cho phép nhưng nếu xét trên khía cạnh tổng quát tức là đánh giá tổng hợp ảnh hưởng của bụi và khí độc do quá trình sản xuất lên môi trường là rất lớn. Do vậy nhà máy cần có các biện pháp kỹ thuật hiệu quả nhằm giảm thiểu tác động cộng hưởng của các chất thải đó. 2.2. Khái quát điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên 2.2.1. Điều kiện tự nhiên 2.2.1.1. Địa chất Về mặt địa chất thuỷ văn: Khu vực nhà máy có tầng phủ lớn và ổn định, không ảnh hưởng đến sự sụt lún của công trình, cường độ chịu nén 2 - 3 kg/cm2. Trầm tích phân bố khắp khu vực, phủ trên đá vôi gồm: cát, sạn, sét, cao lanh có chiều dày 32 trên 20m. Theo bản đồ địa chất thủy văn TT Huế tỷ lệ 1:50 000 thì khu vực xây dựng nhà máy này nằm trong vùng nước nhạt, có trữ lượng nước ngầm khá. Về địa chất công trình: Vị trí nhà máy nằm trên vùng đồi thoải có độ cao tuyệt đối +9,5m + 11m, có cấu tạo gồm 3 lớp: lớp thổ nhưỡng nằm trên cùng bao phủ toàn bộ địa hình mặt bằng nhà máy có chiều dày 0,2 -20,5m, lớp sét nhẹ có tầng dày từ 1 ÷ 2m màu xám nâu có lẫn sỏi và ít kết von và lớp sét trung là sản phẩm phong hóa tại chỗ của đá gốc có tầng dày 5 - 20m. 2.2.1.2. Đặc điểm địa hình, địa mạo Khu vực nhà máy xi măng Luks thuộc vùng đồng bằng sông Bồ, xét theo thành phần trầm tích cấu tạo đồng bằng, tuy đều có nguồn gốc tích tụ, nhưng từ quốc lộ 1A đi về hướng Tây Nam chủ yếu gặp đá gốc bị phong hóa thành đất, cát biển và phù sa hạt thô hiện đại do ngòi, suối tải từ đồi núi ra và tích tụ lại. Từ quốc lộ 1A hướng về Đông Bắc phù sa sông biển Holocen màu mỡ hơn, chiếm đại bộ phận lãnh thổ này. Về phương diện địa mạo bề mặt đồng bằng phức tạp, nhìn chung độ cao mặt đất có xu hướng giảm dần từ Tây Nam về Đông Bắc. Tại xã Hương Văn mặt đất cao tới 8- 10m, phá Tam Giang, ngã ba Sình độ cao tuyệt đối địa hình giảm xuống còn 2- 3m. 2.2.1.3. Đặc điểm khí hậu, thủy văn a. Khí hậu Khu vực nhà máy thuộc vùng khí hậu đồng bằng và gò đồi thấp, khí hậu của vùng này có một số đặc trưng sau: nhiệt độ trung bình năm 24 - 25,20C, tổng nhiệt độ năm 8.700 - 9.2000C, biên độ trung bình năm của nhiệt độ trên 90C, tổng giờ nắng trong năm trên 1.900 giờ, nhiệt độ cao nhất tuyệt đối trên 410C, nhiệt độ thấp nhất có thể xuống dưới 100C, tổng lượng mưa trung bình năm thấp nhất tỉnh 2.600 - 2.800mm, tổng lượng mưa các tháng ít mưa (I -VIII) dưới 800mm, độ ẩm tương đối trung bình năm 83 - 87%, thời kỳ thiếu ẩm 6 tháng (III -VIII), lãnh thổ bị lũ lụt, gió bão, áp thấp nhiệt đới, gió mùa Đông Bắc, gió mùa khô nóng Tây Nam đe dọa thường xuyên. TT Huế chịu sự tác động của gió mùa mùa đông lẫn gió mùa hè khu vực Đông Nam Á, do vậy hướng gió thịnh hành thay đổi theo mùa rõ rệt. Mặt khác, dãy 33 Trường Sơn Bắc gần như vuông góc với hướng gió mùa Đông Đông Bắc và gió mùa hè Tây Nam. Dãy Bạch Mã - Hải Vân đâm ngang ra biển không những làm lệch hướng gió thịnh hành so với hướng ban đầu, mà còn làm thay đổi tốc độ gió thổi qua đồng bằng, thung lũng, và vùng núi. - Về mùa đông (từ tháng X đến tháng IV năm sau) hướng gió thịnh hành trên đồng bằng duyên hải có hướng Tây Bắc (NW) với tần suất 25 - 29%, sau đó là gió Đông Bắc (NE) đạt tần suất 10 - 15%. Trong khi đó do có núi che chắn xung quanh ở thung lũng Nam Đông tần suất gió Tây Bắc chiếm 14 - 20%, gió Đông Bắc khoảng 10 - 20%, còn tại A lưới chỉ gặp gió Đông Bắc đạt tần suất 30 - 44%. - Trong mùa hè (V - IX) các hướng gió thịnh hành ở đồng bằng duyên hải khá phức tạp và xấp xỉ nhau, trong đó hướng Nam (S) đạt 10 - 16%, Tây Nam (SW) khoảng 11 -14% và Đông Bắc là 10 - 16%. Trái lại thuộc lãnh thổ vùng núi hướng gió thịnh hành tập trung hơn, ở Nam Đông hướng Đông Nam (SE) chiếm ưu thế với tần suất 21- 38%, kế đến là hướng Tây Bắc (NW) đạt 10 - 16%, tại A Lưới thịnh hành nhất có gió Tây Bắc với tần suất 34 - 36% vào các tháng giữa mùa hè (VI - VIII). Bảng 2.1. Hướng thịnh hành, tốc độ trung bình, tốc độ cực đại (số liệu trung bình trong nhiều năm) Đơn vị: (m/s) Tháng Địa điểm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Cả năm Hướng NW NW NW NW, NE NE, S S, SW, NE S, SW S,SW Loạn hướng NW, NE, E NW NE, E N W NW, NE Gió trung bình Tốc độ 1,8 1,9 1,9 1,7 1,7 1,8 1,7 1,6 1,6 1,8 1,9 1,7 1,8 Hướng NNW N NE WS W N SW WS W WN W NNW W N N NNW H uế Gió mạnh Tốc độ 16 14 20 30 20 17 23 19 38 28 21 19 38 Nguån: [§Æc ®iÓm khÝ t­îng thuû v¨n TT HuÕ] Bão thường xảy ra vào tháng VIII (18%) tháng IX (38%), tháng X (28%), tốc độ gió mạnh nhất của bão có thể đạt 38m/s trong thời gian quan sát từ năm 1959 – 2000. b. Thuỷ văn 34 Nổi bật trong mạng lưới thuỷ văn của khu vực là hệ thống sông Bồ, được bắt nguồn từ độ cao tuyệt đối khoảng 650m ở phía Đông Nam A Lưới - Sông Bồ chảy qua lãnh thổ Hương Trà, Phong Điền theo hướng Nam - Bắc đến Phú Ốc sông chuyển hướng Tây Nam - Đông Bắc, sau đó sông lại chuyển hướng Đông cho tới chỗ hội lưu với sông Hương ở ngã ba Sình. Chiều dài dòng chính sông Bồ tính đến Cổ Bi là 64 km, đến ngã ba Sình là 94 km. Diện tích lưu vực tính đến Cổ Bi là 720 km2, đến ngã ba Sình là 938 km2. Ngoài ra trong khu vực nhà máy còn có một số hồ và khe nhỏ như Bàu Hùng, Hồ Thọ Sơn, hồ Khe Quang. Nhìn chung, hệ thống thuỷ văn khu vực xung quanh nhà máy thưa thớt, các hồ và sông Bồ nằm cách xa nhà máy từ 2–3 km vì vậy những hoạt động của nhà máy ảnh hưởng rất ít đến chất lượng nước mặt trong khu vực. 2.2.2. Hiện trạng tài nguyên thiên nhiên 2.2.2.1. Hiện trạng tài nguyên nước Khu vực xung quanh nhà máy có hệ thống sông ngòi thưa thớt. Trong đó, lưu vực sông Bồ là hệ thống sông lớn nhưng cách nhà máy khá xa. Ngoài ra, trong khu vực còn có các khe suối nhỏ, ao hồ tự nhiên như hồ Thọ Sơn, hồ Khe Quang, hồ Cá I và ruộng nước. Nguồn chính cấp nước cho các hồ chứa nước trong vùng là nước mưa và nước ngầm. 2.2.2.2. Hiện trạng tài nguyên khoáng sản Theo tài liệu bản đồ Địa chất và Khoáng sản tỷ lệ 1:200.000, ở khu vực nghiên cứu có điểm quặng sắt Hoà Mỹ, chì - kẽm có ở Sông Bồ và một số khoáng sản thuộc nhóm vật liệu xây dựng có trữ lượng lớn như đá vôi, đất sét, cao lanh, quặng sắt, phụ gia Sialit được sử dụng để làm nguyên liệu đầu vào cho nhà máy. Ngoài ra còn có một số loại khoáng sản khác như sét gạch ngói, cát thuỷ tinh, lớp sét, cát, cuội và sỏi phủ trên khu mỏ đá vôi... nhưng trữ lượng không lớn và khó khai thác. 2.2.2.3. Hiện trạng tài nguyên sinh vật Khu vực xây dựng nhà máy là vùng giáp ranh giữa vùng núi thấp và đồng bằng nên hệ động thực vật ở đây bao gồm cả động thực vật đồng bằng và đồi núi. 35 Do con người đã khai thác diện tích đất khá lớn làm nhà ở, sản xuất nông nghiệp, xây dựng nhà máy, xí nghiệp và phục vụ các nhu cầu khác nên cân bằng của hệ sinh thái cũ bị phá vỡ. Thêm vào đó, điều kiện tự nhiên mới không thuận lợi cho cuộc sống của nhiều loài động vật nên trong vùng không có các loài chim thú quý hiếm cần được bảo vệ và vắng bóng những loài thú lớn. Các thảm thực vật nguyên sinh trong vùng đã biến mất gần hết, khu hệ thực vật ở đây nghèo nàn cả về số lượng và thành phần loài. Chủng loại cây chính ở đây là cây bụi dùng làm củi như sim, mua... không có giá trị về mặt tài nguyên và ít có giá trị về mặt môi trường. Hiện nay, nhà máy đã tiến hành trồng cây với số lượng và mật độ lớn ở trong khuôn viên nhà máy, khu vực xung quanh nhà máy và xung quanh mỏ đá vôi Văn Xá để tạo cảnh quan mới cho môi trường xung quanh. Cây được trồng chính ở đây là cây lâu năm như tràm hoa vàng, bàng... 2.3. Đặc điểm kinh tế-xã hội 2.3.1. Tình hình phát triển các ngành kinh tế Khu vực nhà máy xi măng Luks nằm trên địa bàn xã Hương Văn, Hương Vân và thị trấn Tứ Hạ, đây cũng là ba đơn vị có điều kiện thuận lợi trong phát triển kinh tế-xã hội của huyện Hương Trà. Phần lớn là phát triển ngành nông - lâm nghiệp chiếm 80 - 90% tổng số hộ đối với xã Hương Vân và Hương Văn, ở Thị trấn Tứ Hạ thì tỷ lệ này là 65 - 70%. 2.3.2. Dân số và lao động Theo báo cáo của các xã và thị trấn Tứ Hạ năm 2006, hiện nay trên khu vực có khoảng 23.575 người, mật độ trung bình 277,5 người/km2, cao hơn so với mật độ dân số trung bình toàn tỉnh (200 người/km2) và huyện Hương Trà (223 người/km2). Phân bố dân cư trên khu vực không đều tập trung ở khu vực thị trấn Tứ Hạ với mật độ lên đến 876 người/km2, còn ở xã Hương Vân mật độ chỉ 112,24 người/km2. Xung quanh nhà máy xi măng Luks trong vòng bán kính 2 km có 4 khu dân cư chính là thôn Sơn Công, Long Khê xã Hương Vân, thôn Văn Xá Tây xã Hương Văn, khu 3 khu 4 thuộc thị trấn Tứ Hạ. Đặc biệt là có khoảng 100 hộ dân thuộc thôn 36 Sơn Công xã Hương Vân nằm gần nhà máy về phía Tây và Tây Nam. Theo kết quả điều tra thì khu vực này vào mùa hè thường xuất hiện một số bệnh viêm nhiễm theo đường hô hấp như: cảm sốt, ho ở trẻ. Ngoài nhà máy xi măng Luks khu vực này còn tập trung nhiều nhà máy chế biến khai thác vật liệu xây dựng khác, vì vậy môi trường không khí ở đây bị ô nhiễm cục bộ (chủ yếu là hàm lượng bụi) ít nhiều ảnh hưởng đến sức khoẻ của cộng đồng dân cư. 2.3.3. Cơ sở vật chất kỹ thuật, cơ sở hạ tầng Là trung tâm văn hoá, chính trị của huyện Hương Trà và cửa ngõ phía Bắc của thành phố Huế - thị trấn Tứ Hạ đã và đang thực hiện nhiều dự án chỉnh trang cơ sở hạ tầng. Trên địa bàn xã đã có 98,7% số hộ dùng điện và đã vận động được 250/1700 hộ sử dụng nước sạch, chiếm 14,7% tổng số hộ trên toàn xã. Là xã có diện tích lớn nhất trong 3 xã, trong những năm qua Hương Vân được đầu tư xây dựng nhiều công trình quan trọng: nhà, đường thôn Lại Bằng, lưới điện và trường mẫu giáo thôn Lai Thành, nhà, đường thôn Long Khê, bê tông kênh mương,... với tổng số vốn lên đến 2,441 tỷ đồng. 2.3.4. Quy hoạch các khu công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp Khu vực nhà máy nằm trong khu quy hoạch phát triển công nghiệp Tứ Hạ thuộc danh mục các khu công nghiệp ưu tiên thành lập đến năm 2015 theo quyết định số 1107/QĐ-TTg ngày 21/8/2006 của Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt quy hoạch phát triển các khu công nghiệp ở Việt Nam đến năm 2015 và định hướng đến 2020. 2.4. Hiện trạng môi trường khu vực xung quanh nhà máy Để đánh giá chất lượng môi trường trong khu vực nghiên cứu, tác giả thực hiện Luận văn này đã kế thừa kết quả giám sát môi trường định kỳ của nhà máy do Viện Tài nguyên, môi trường và Công nghệ sinh học - Đại học Huế tiến hành quan trắc trong 6 tháng đầu năm 2008, đồng thời tác giả cũng đã kếp hợp kế thừa những cơ sở dữ liệu từ bản báo cáo đánh giá tác động môi trường của nhà máy được lập trong năm 2007 [], []. 37 2.4.1. Hiện trạng môi trường không khí và tiếng ồn Theo kết quả quan trắc và phân tích chất luợng môi trường không khí tại 12 điểm đo đạc được chỉ ra trên sơ đồ 2.3 cho thấy: - Bụi: theo kết quả quan trắc tại hiện trường đã cho thấy hầu hết các điểm quan trắc (trừ điểm K2 và K9) đều có nồng độ bụi lơ lửng vượt tiêu chuẩn cho phép (TCVN 5937 - 2005) từ 1 đến 2,5 lần. Nguyên nhân chủ yếu vẫn là lượng bụi phát sinh từ hoạt động sản xuất của nhà máy, song cũng cần phải kể đến một lượng bụi phát sinh từ hoạt động giao thông. Vì đây là khu vực tập trung nhiều nhà máy công nghiệp với đặc thù khai thác, chế biến và sản xuất vật liệu xây dựng nên lượng xe, máy c