Tổng quan nghiên cứu

Ô nhiễm không khí, đặc biệt là ô nhiễm bụi tổng hợp (TSP - Total Suspended Particles), đang là vấn đề nghiêm trọng tại các đô thị lớn như Thành phố Hồ Chí Minh. Theo báo cáo của ngành môi trường, trong giai đoạn 2011-2015, nồng độ TSP tại nhiều khu vực xây dựng vượt quá giới hạn cho phép của Quy chuẩn Việt Nam QCVN 05:2013/BTNMT từ 1,007 đến 1,583 lần. Đặc biệt, quá trình xây dựng đường cao tốc Bến Lức – Long Thành (BLLT) tại huyện Nhà Bè, TP. Hồ Chí Minh, với chiều dài hơn 3 km, đã tạo ra lượng bụi lớn do các hoạt động đào đắp, vận chuyển vật liệu và sử dụng máy móc thiết bị. Nghiên cứu này nhằm ứng dụng mô hình AERMOD để mô phỏng và giám sát chất lượng TSP trong quá trình thi công dự án, đồng thời so sánh kết quả mô hình với số liệu đo đạc thực tế vào hai mùa đặc trưng của khu vực Nam Bộ (mùa nắng và mùa mưa). Mục tiêu cụ thể là xây dựng bản đồ phân bố ô nhiễm TSP, đánh giá khả năng mô phỏng của mô hình và đề xuất các giải pháp quản lý, giảm thiểu ô nhiễm không khí tại công trường và khu vực lân cận. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ các nhà quản lý môi trường và các đơn vị thi công trong việc kiểm soát ô nhiễm, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và đảm bảo phát triển bền vững hạ tầng giao thông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên mô hình AERMOD (AMS/EPA Regulatory Model), một công cụ mô phỏng phát tán ô nhiễm không khí được Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) phát triển. AERMOD mô phỏng sự lan truyền của các chất ô nhiễm trong lớp biên khí quyển, bao gồm cả địa hình phẳng và phức tạp, với khả năng xử lý các nguồn thải điểm, đường và diện tích. Mô hình này sử dụng dữ liệu khí tượng đầu vào được xử lý qua AERMET và dữ liệu địa hình qua AERMAP, đồng thời có thể tích hợp dữ liệu khí tượng từ mô hình WRF (Weather Research and Forecasting) để nâng cao độ chính xác. Các khái niệm chính bao gồm:

  • TSP (Total Suspended Particles): Tổng hạt bụi lơ lửng trong không khí, là chỉ số quan trọng đánh giá ô nhiễm bụi.
  • Lớp biên khí quyển (PBL): Lớp khí quyển gần mặt đất ảnh hưởng trực tiếp đến sự phân tán ô nhiễm.
  • Chỉ số NASH: Chỉ số đánh giá độ phù hợp giữa kết quả mô hình và số liệu thực tế, thể hiện độ tin cậy của mô hình.
  • Hiệu ứng địa hình: Ảnh hưởng của địa hình phức tạp đến sự lan truyền và phân tán ô nhiễm.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu đo đạc thực địa về nồng độ TSP tại công trường xây dựng đường cao tốc BLLT vào hai thời điểm đại diện cho mùa nắng (10/04/2017) và mùa mưa (08/08/2017). Dữ liệu khí tượng được thu thập từ mô hình WRF và xử lý qua AERMET, dữ liệu địa hình được số hóa bằng GIS và xử lý qua AERMAP. Cỡ mẫu khảo sát gồm các điểm đo tại công trường và khu vực xung quanh, được lựa chọn theo phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên có trọng số nhằm đảm bảo đại diện cho các vị trí nhạy cảm. Phân tích số liệu sử dụng phần mềm Excel để xử lý thống kê và biểu diễn dưới dạng bảng, biểu đồ. Mô hình AERMOD được chạy với các kịch bản khí tượng khác nhau để mô phỏng nồng độ TSP trong 1 giờ và 24 giờ, kết quả được so sánh với số liệu thực tế để hiệu chỉnh mô hình. Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia được áp dụng để đề xuất các giải pháp quản lý ô nhiễm phù hợp với điều kiện thực tế công trường. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 9/2017 đến tháng 1/2018.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Nồng độ TSP vượt giới hạn quy chuẩn: Kết quả đo đạc thực tế tại công trường cho thấy nồng độ TSP trong các tháng mùa nắng (tháng 6, 10, 11, 12) vượt giới hạn QCVN 05:2013/BTNMT từ 1,007 đến 1,583 lần, trong khi mùa mưa (tháng 7, 8, 9) nồng độ TSP duy trì trong giới hạn cho phép, với giá trị trung bình khoảng 0,25 mg/m³.
  2. Hiệu quả mô hình AERMOD: Sau khi hiệu chỉnh, mô hình AERMOD cho kết quả mô phỏng nồng độ TSP có chỉ số NASH tương đối cao, thể hiện độ tin cậy tốt khi so sánh với số liệu thực tế. Ví dụ, nồng độ TSP mô phỏng trong 1 giờ và 24 giờ vào ngày 10/04/2017 và 08/08/2017 có sai số dưới 15% so với quan trắc thực địa.
  3. Phân bố ô nhiễm không khí: Bản đồ phân bố ô nhiễm TSP do mô hình lập ra cho thấy vùng ảnh hưởng ô nhiễm chủ yếu tập trung quanh khu vực thi công, lan tỏa theo hướng gió chính với phạm vi ảnh hưởng khoảng 200m từ công trường.
  4. Ảnh hưởng của yếu tố khí tượng: So sánh giữa hai mùa cho thấy vận tốc gió và độ ẩm là các yếu tố khí tượng ảnh hưởng lớn đến sự phát tán và nồng độ TSP, với mùa mưa có khả năng làm giảm nồng độ bụi nhờ hiệu ứng rửa trôi tự nhiên.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân nồng độ TSP vượt giới hạn vào mùa nắng chủ yếu do hoạt động đào đắp, vận chuyển vật liệu và sử dụng máy móc thiết bị tại công trường, kết hợp với điều kiện khí tượng ít mưa, gió nhẹ làm giảm khả năng khuếch tán bụi. Kết quả mô hình AERMOD phù hợp với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, khẳng định tính ứng dụng cao của mô hình trong giám sát ô nhiễm không khí tại các công trường xây dựng. Việc sử dụng dữ liệu khí tượng từ mô hình WRF giúp cải thiện độ chính xác của mô hình AERMOD, đặc biệt trong điều kiện địa hình phức tạp như khu vực Nhà Bè. Biểu đồ so sánh nồng độ TSP mô phỏng và thực tế thể hiện sự tương đồng cao, minh chứng cho hiệu quả của mô hình trong dự báo ô nhiễm. Kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ các nhà quản lý môi trường đưa ra các quyết định kịp thời nhằm giảm thiểu tác động ô nhiễm đến sức khỏe cộng đồng và môi trường xung quanh.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Che chắn khu vực thi công: Yêu cầu các nhà thầu phải lắp đặt hệ thống che chắn kín quanh khu vực thi công để hạn chế phát tán bụi ra môi trường, nhằm giảm nồng độ TSP tại các điểm tiếp nhận. Thời gian thực hiện ngay trong giai đoạn thi công, chủ thể thực hiện là nhà thầu thi công.
  2. Phủ kín và tưới nước bề mặt đất và bánh xe vận chuyển: Các phương tiện vận chuyển vật liệu xây dựng phải được phủ kín, đồng thời tưới nước định kỳ trên mặt đất và bánh xe để giảm bụi phát tán. Giải pháp này cần được áp dụng liên tục trong suốt quá trình thi công, do Ban quản lý dự án phối hợp với nhà thầu giám sát.
  3. Trang bị bảo hộ lao động cho công nhân: Công nhân làm việc tại công trường phải được trang bị đầy đủ thiết bị bảo hộ cá nhân (PPE) như khẩu trang chống bụi, kính bảo hộ để bảo vệ sức khỏe. Chủ thể thực hiện là nhà thầu và đơn vị quản lý công trường, thực hiện ngay và duy trì thường xuyên.
  4. Thiết lập vùng cách ly an toàn: Đề xuất thiết lập khoảng cách cách ly tối thiểu 200m giữa khu vực thi công và khu dân cư xung quanh nhằm giảm thiểu ảnh hưởng ô nhiễm bụi đến người dân. Ban quản lý dự án phối hợp với chính quyền địa phương thực hiện trong giai đoạn lập kế hoạch và thi công.
  5. Tăng cường giám sát và cập nhật mô hình: Thường xuyên cập nhật số liệu quan trắc và hiệu chỉnh mô hình AERMOD để theo dõi diễn biến ô nhiễm, từ đó điều chỉnh các biện pháp quản lý phù hợp. Chủ thể thực hiện là các cơ quan quản lý môi trường và đơn vị tư vấn môi trường, thực hiện định kỳ hàng tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý dự án xây dựng: Giúp đánh giá và kiểm soát ô nhiễm không khí trong quá trình thi công, từ đó xây dựng các kế hoạch bảo vệ môi trường hiệu quả.
  2. Cơ quan quản lý môi trường: Cung cấp cơ sở khoa học để giám sát, đánh giá và ban hành các quy định về kiểm soát ô nhiễm bụi tại các công trường xây dựng.
  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành môi trường: Là tài liệu tham khảo về ứng dụng mô hình AERMOD trong giám sát ô nhiễm không khí, phương pháp khảo sát thực địa và phân tích số liệu.
  4. Nhà thầu và đơn vị thi công: Hỗ trợ xây dựng các biện pháp kỹ thuật giảm thiểu ô nhiễm bụi, bảo vệ sức khỏe công nhân và cộng đồng xung quanh công trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình AERMOD là gì và tại sao được chọn sử dụng trong nghiên cứu này?
    AERMOD là mô hình mô phỏng phát tán ô nhiễm không khí được EPA phát triển, có khả năng xử lý địa hình phức tạp và nhiều loại nguồn thải. Mô hình này được chọn vì độ chính xác cao, phù hợp với điều kiện khí tượng và địa hình tại khu vực nghiên cứu.

  2. TSP có ảnh hưởng như thế nào đến sức khỏe con người?
    TSP là các hạt bụi lơ lửng có thể xâm nhập sâu vào phổi, gây các bệnh về hô hấp, tim mạch, ung thư phổi và suy giảm nhận thức. Nồng độ TSP cao tại công trường xây dựng có thể ảnh hưởng trực tiếp đến công nhân và cư dân lân cận.

  3. Kết quả mô hình AERMOD có đáng tin cậy không?
    Kết quả mô hình sau khi hiệu chỉnh có chỉ số NASH cao, sai số dưới 15% so với số liệu thực tế, cho thấy mô hình có độ tin cậy cao trong việc dự báo nồng độ TSP tại công trường xây dựng.

  4. Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm bụi nào được đề xuất?
    Các biện pháp gồm che chắn khu vực thi công, phủ kín và tưới nước bề mặt đất và bánh xe vận chuyển, trang bị bảo hộ lao động cho công nhân, thiết lập vùng cách ly an toàn và tăng cường giám sát mô hình.

  5. Nghiên cứu có thể áp dụng cho các công trình xây dựng khác không?
    Có, phương pháp và mô hình được áp dụng có thể nhân rộng cho các công trình xây dựng tương tự nhằm đánh giá và kiểm soát ô nhiễm không khí hiệu quả, hỗ trợ quản lý môi trường bền vững.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã ứng dụng thành công mô hình AERMOD để mô phỏng và giám sát ô nhiễm TSP tại công trường xây dựng đường cao tốc Bến Lức – Long Thành, với kết quả mô phỏng có độ tin cậy cao (chỉ số NASH tương đối lớn).
  • Nồng độ TSP tại công trường vượt giới hạn quy chuẩn vào mùa nắng, trong khi mùa mưa nồng độ bụi giảm đáng kể nhờ hiệu ứng khí tượng tự nhiên.
  • Bản đồ phân bố ô nhiễm cho thấy phạm vi ảnh hưởng bụi chủ yếu trong bán kính 200m quanh công trường, giúp xác định vùng cần ưu tiên kiểm soát.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý như che chắn, tưới nước, trang bị bảo hộ và thiết lập vùng cách ly nhằm giảm thiểu ô nhiễm bụi hiệu quả.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và công cụ hỗ trợ cho các nhà quản lý, nhà thầu và cơ quan môi trường trong việc kiểm soát ô nhiễm không khí tại các công trình xây dựng tương lai.

Hành động tiếp theo: Áp dụng các giải pháp đề xuất vào thực tế thi công, tiếp tục giám sát và hiệu chỉnh mô hình để nâng cao hiệu quả quản lý ô nhiễm không khí. Các đơn vị liên quan nên phối hợp chặt chẽ để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường bền vững.