Tổng quan nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa và tăng trưởng kinh tế nhanh chóng tại thành phố Cần Thơ đang tạo ra áp lực nặng nề lên chất lượng môi trường không khí đô thị. Với quy mô dân số đạt khoảng 1.260.000 người và tổng diện tích tự nhiên 1.409 km², thành phố giữ vai trò là trung tâm kinh tế, văn hóa, khoa học kỹ thuật hạt nhân của vùng Đồng bằng sông Cửu Long. Trong đó, quận Ninh Kiều và quận Bình Thủy là hai địa bàn trung tâm tập trung mật độ dân cư và hoạt động giao thông cao nhất toàn thành phố. Theo số liệu thống kê, quận Ninh Kiều có diện tích tự nhiên 29 km² với dân số 260.256 người, tạo ra mật độ dân số lên tới 8.974 người/km²; trong khi quận Bình Thủy có diện tích 71 km², dân số 119.748 người và mật độ dân số 1.687 người/km².

Hoạt động giao thông vận tải đường bộ, đặc biệt là sự gia tăng ồ ạt của các phương tiện cơ giới cá nhân lưu thông qua các trục giao thông huyết mạch như Quốc lộ 1A cũ, Quốc lộ 91 và Quốc lộ 91B, là nguyên nhân hàng đầu làm suy giảm nghiêm trọng chất lượng không khí. Trước thực trạng hai quận trung tâm chưa từng có nghiên cứu kiểm kê phát thải bài bản, việc xác định các nguồn phát thải ô nhiễm không khí trở thành nhiệm vụ cấp bách. Nghiên cứu được thực hiện nhằm áp dụng mô hình Mobilev kết hợp hệ thống thông tin địa lý GIS để kiểm kê chi tiết tải lượng phát thải từ nguồn giao thông đường bộ trên địa bàn quận Ninh Kiều và Bình Thủy trong khung thời gian từ ngày 15/02/2015 đến ngày 15/05/2015.

Công trình tập trung định lượng 6 chất ô nhiễm không khí chính bao gồm Monoxide carbon (CO), Dioxide carbon (CO2), Oxit nito (NOx), các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi không chứa metan (NMVOC/VOCs), Bụi tổng số (PM) và Dioxide lưu huỳnh (SO2). Kết quả kiểm kê không chỉ lượng hóa chính xác mức độ đóng góp của từng dòng phương tiện mà còn xây dựng bản đồ số phân bố không gian, tạo lập cơ sở khoa học tin cậy giúp các cơ quan quản lý ban hành các giải pháp điều tiết giao thông và kiểm soát ô nhiễm không khí bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết kiểm kê phát thải giao thông theo chuẩn châu Âu (CORINAIR) do Cao ủy Bảo vệ Môi trường Châu Âu (EEA) ban hành, vốn là cơ sở cốt lõi của các mô hình tính toán hiện đại như COPERT IV, MOBILE6 và Mobilev. Theo nguyên lý này, tổng tải lượng phát thải từ phương tiện giao thông đường bộ được xác định dựa trên tổng hòa của ba quá trình nhiệt động học: phát thải khi động cơ đã đạt trạng thái vận hành ổn định (phát thải nóng - Ehot), phát thải trong giai đoạn khởi động máy khi động cơ chưa đạt nhiệt độ tối ưu (phát thải lạnh - Ecold) và phát thải các chất hữu cơ do quá trình bay hơi nhiên liệu từ bình chứa hay hệ thống dẫn (phát thải bay hơi - Eevap), biểu diễn qua phương trình: E = Ehot + Ecold + Eevap.

Mô hình Mobilev được phát triển và chuyển giao trong khuôn khổ dự án quốc tế "Không khí sạch cho các thành phố nhỏ ở Đông Nam Á" do Cơ quan Hợp tác Quốc tế Đức (GIZ) tài trợ. Mô hình kết hợp tính năng vượt trội của hai cách tiếp cận: phương pháp tiếp cận từ dưới lên (Bottom-up) với độ chi tiết cao về không gian, thời gian và phương pháp tiếp cận từ trên xuống (Top-down) dựa trên tổng mức tiêu thụ năng lượng. Nghiên cứu vận dụng chặt chẽ 4 khái niệm trọng tâm: Hệ số phát thải (Emission Factor - EF), Kiểm kê phát thải (Emission Inventory - EI), Phân cấp phương tiện theo tiêu chuẩn khí thải Euro, và Hệ thống chất ô nhiễm sơ cấp - thứ cấp theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng không khí xung quanh.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập từ quá trình điều tra thực địa toàn diện kết hợp thống kê thứ cấp từ Sở Giao thông Vận tải Cần Thơ, Sở Tài nguyên và Môi trường Cần Thơ và Niên giám thống kê thành phố. Về cỡ mẫu, nghiên cứu đã triển khai điều tra, phỏng vấn trực tiếp 300 phiếu khảo sát đại diện cho 5 nhóm phương tiện cơ giới chính, bao gồm: xe máy/mô tô hai bánh, xe ô tô con cá nhân, xe buýt/xe khách, xe tải nhẹ (tải trọng dưới hoặc bằng 3,5 tấn) và xe tải nặng (tải trọng trên 3,5 tấn).

Phương pháp chọn mẫu phân tầng kết hợp khảo sát lưu lượng theo thời gian thực được thực hiện liên tục trong 3 tháng (từ ngày 15/02/2015 đến ngày 15/05/2015). Đề tài đã thiết lập các trạm đếm xe và ghi nhận đường cong lưu lượng phương tiện theo giờ đối với ngày trong tuần, thứ Bảy và Chủ nhật trên 4 phân loại đường: đường quốc lộ (đại diện là trục đường Ba Tháng Hai), đường nội thị chính (đại diện là trục đường Nguyễn Văn Cừ), đường tỉnh lộ (đại diện là trục đường Cách Mạng Tháng Tám) và mạng lưới đường nội thị phụ (đại diện là trục đường Thủ Khoa Huân).

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích tích hợp mô hình Mobilev và phần mềm ArcGIS xuất phát từ tính phức tạp của mạng lưới giao thông đô thị gồm 2.120,2 km đường bộ tại Cần Thơ. Việc kết hợp này giúp xử lý linh hoạt ma trận dữ liệu về lưu lượng xe trung bình ngày (ADT), thành phần nhiên liệu tiêu thụ (xăng, dầu diesel), tình trạng vận hành của động cơ và tự động trích xuất các lớp bản đồ phân bố tải lượng ô nhiễm đa điểm, khắc phục hoàn toàn nhược điểm ước tính sai số lớn của các phương pháp thống kê thủ công truyền thống.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích kết quả mô phỏng từ mô hình Mobilev cho thấy xe mô tô, xe gắn máy hai bánh là nguồn phát thải áp đảo và chi phối toàn diện cấu trúc ô nhiễm không khí từ giao thông đường bộ tại quận Ninh Kiều và quận Bình Thủy. Cụ thể, lượng phát thải từ xe máy chiếm tới 96,0% tổng phát thải Monoxide carbon (CO), 91,5% tổng phát thải các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi không chứa metan (NMVOC/VOCs), 85,0% tổng lượng bụi phát sinh (PM), 69,6% tổng phát thải Dioxide lưu huỳnh (SO2) và 45,5% tổng phát thải Oxit nito (NOx).

Ngược lại, mặc dù chỉ chiếm tỷ trọng dưới 5,0% trong tổng số lượng phương tiện lưu thông trên đường, nhóm xe tải nặng, xe buýt và xe khách sử dụng động cơ diesel lại là nguồn phát sinh chính đối với khí NOx, đóng góp hơn 50,0% tổng lượng NOx còn lại trong khu vực nghiên cứu. Đối với khí nhà kính CO2, lượng phát thải có sự phân bổ đồng đều hơn giữa nhóm xe máy cá nhân và các phương tiện vận tải thương mại tải trọng lớn.

Phân tích dữ liệu diễn biến lưu lượng theo thời gian cho thấy tải lượng phát thải đạt đỉnh rõ rệt vào hai khung giờ cao điểm trong ngày: buổi sáng từ 7h00 đến 8h30 và buổi chiều từ 16h30 đến 18h00. Trên các trục đường huyết mạch như đường Ba Tháng Hai, đường 30 Tháng Tư và đường Cách Mạng Tháng Tám, lưu lượng phương tiện tăng đột biến gấp từ 2,5 đến 3,8 lần so với các khung giờ thấp điểm, dẫn đến nồng độ các chất ô nhiễm cục bộ tăng vọt trong không gian hẹp.

Thảo luận kết quả

Cơ cấu phát thải bất cân xứng này xuất phát từ thực trạng hạ tầng và thói quen tiêu dùng giao thông tại địa phương. Toàn thành phố Cần Thơ có 2.120,2 km đường giao thông nhưng tỷ lệ nhựa hóa chỉ đạt 59,3%, mặt đường nhiều nơi xuống cấp làm gia tăng lực cản lăn và lượng bụi tái cuốn. Hơn 90,0% phương tiện tham gia giao thông là xe máy hai bánh, trong đó tỷ lệ lớn là xe đã qua nhiều năm sử dụng, xuất xứ từ các công nghệ cũ chưa đáp ứng tiêu chuẩn kiểm soát khí thải nghiêm ngặt và không được bảo dưỡng định kỳ đúng quy chuẩn.

So sánh với các nghiên cứu chất lượng không khí tại các vùng đô thị lớn như Thành phố Hồ Chí Minh (nơi tỷ lệ vượt quy chuẩn bụi lơ lửng tại các nút giao thông lên tới 64,96% theo QCVN 05:2013/BTNMT) hay thành phố Hà Nội (hàm lượng bụi PM10 gấp 4 lần mức khuyến cáo của Tổ chức Y tế Thế giới WHO), nồng độ các chất ô nhiễm tại Cần Thơ đang có xu hướng diễn tiến tương tự nếu không có biện pháp can thiệp sớm. Việc Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) chính thức xếp khí thải động cơ diesel vào nhóm 1 các chất gây ung thư càng nhấn mạnh tính nguy hại của nồng độ NOx và bụi mịn do các dòng xe tải nặng phát thải trên địa bàn quận Bình Thủy.

Toàn bộ dữ liệu tính toán trong luận văn được trực quan hóa qua hệ thống bảng số liệu tải lượng chi tiết cho từng chất ô nhiễm và biểu đồ cơ cấu phần trăm phát thải theo từng loại phương tiện. Đặc biệt, thông qua việc chồng lớp dữ liệu trên nền bản đồ số GIS, nghiên cứu đã thành lập 6 bản đồ phân bố không gian hoàn chỉnh cho các chất CO, CO2, NMVOC, NOx, PM và SO2. Các bản đồ nhiệt này phản ánh rõ nét sự tập trung phát thải mật độ cao tại vùng lõi đô thị quận Ninh Kiều và các giao lộ kết nối khu công nghiệp Trà Nóc thuộc quận Bình Thủy.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm kiểm soát và giảm thiểu tải lượng phát thải ô nhiễm không khí từ hoạt động giao thông đường bộ, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược:

Thứ nhất, nâng cấp hạ tầng và phát triển mạng lưới vận tải hành khách công cộng. Ủy ban nhân dân thành phố Cần Thơ cùng Sở Giao thông Vận tải cần đẩy nhanh tiến độ nâng cấp tỷ lệ nhựa hóa mạng lưới 2.120,2 km đường bộ đạt trên 85,0% vào năm 2028; đồng thời mở rộng các tuyến xe buýt chất lượng cao kết nối trung tâm Ninh Kiều với Bình Thủy, Cái Răng và Ô Môn, đặt mục tiêu nâng thị phần vận tải hành khách công cộng đạt 15,0% đến 20,0% vào năm 2030 để giảm tải lưu lượng xe máy cá nhân.

Thứ hai, thiết lập quy chế kiểm định khí thải bắt buộc và bảo dưỡng định kỳ đối với xe mô tô, xe gắn máy. Chi cục Bảo vệ Môi trường phối hợp cùng Sở Giao thông Vận tải và lực lượng Cảnh sát Giao thông triển khai các trạm kiểm định khí thải lưu động và cố định, đặt mục tiêu loại bỏ các phương tiện cũ nát không đạt tiêu chuẩn kỹ thuật, hướng tới giảm thiểu 25,0% đến 30,0% lượng phát thải CO và NMVOC trong giai đoạn 2026 - 2030.

Thứ ba, thúc đẩy chuyển đổi cơ cấu nhiên liệu sạch và phương tiện giao thông xanh. Sở Khoa học và Công nghệ cùng Sở Công Thương cần ban hành chính sách ưu đãi cho các doanh nghiệp vận tải chuyển đổi sang sử dụng khí nén thiên nhiên (CNG), nhiên liệu sinh học E5/E10 và xe buýt điện, hướng tới mục tiêu đạt 30,0% phương tiện vận tải công cộng sử dụng năng lượng sạch vào năm 2028.

Thứ tư, xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu số và quan trắc phát thải tích hợp công nghệ GIS. Sở Tài nguyên và Môi trường Cần Thơ cần định kỳ cập nhật cơ sở dữ liệu kiểm kê phát thải giao thông 2 năm một lần, lồng ghép bản đồ phát thải số vào công tác quy hoạch đô thị và quản lý lưu lượng giao thông thông minh.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang giá trị ứng dụng thực tiễn cao cho nhiều nhóm đối tượng:

Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và giao thông (Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Giao thông Vận tải, Chi cục Bảo vệ Môi trường thành phố Cần Thơ và các tỉnh khu vực Đồng bằng sông Cửu Long): Ứng dụng nguồn số liệu kiểm kê thực tế và bản đồ phân bố phát thải để xây dựng quy hoạch phân luồng giao thông, khoanh vùng các điểm nóng ô nhiễm và ban hành kế hoạch hành động quản lý chất lượng không khí cấp tỉnh.

Học viên cao học, nghiên cứu sinh và giảng viên chuyên ngành Môi trường: Sử dụng luận văn như một tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp luận ứng dụng mô hình Mobilev kết hợp phần mềm ArcGIS, làm tiền đề mở rộng nghiên cứu kiểm kê phát thải đa nguồn tại các đô thị loại I và loại II.

Các đơn vị tư vấn và viện nghiên cứu quy hoạch đô thị: Khai thác bộ hệ số phát thải và mô hình tính toán tải lượng để thực hiện các báo cáo Đánh giá Môi trường Chiến lược (ĐMC) và Đánh giá Tác động Môi trường (ĐTM) cho các dự án phát triển hạ tầng giao thông quy mô lớn.

Các tổ chức phát triển quốc tế và tổ chức phi chính phủ (như GIZ, JICA, Ngân hàng Thế giới): Tham khảo dữ liệu kiểm kê thực nghiệm để thiết kế, tài trợ và triển khai các dự án phát triển đô thị các-bon thấp, thành phố không khí sạch và giao thông bền vững tại khu vực Đông Nam Á.

Câu hỏi thường gặp

Mô hình Mobilev có ưu điểm gì vượt trội so với các phương pháp kiểm kê phát thải giao thông truyền thống? Mô hình Mobilev ứng dụng lý thuyết CORINAIR tiên tiến, cho phép tính toán bóc tách chi tiết cả 3 quá trình phát sinh khí thải: phát thải nóng, phát thải lạnh và bay hơi nhiên liệu. Bằng cách kết hợp linh hoạt giữa phương pháp tiếp cận Bottom-up và Top-down, mô hình xử lý hiệu quả dữ liệu lưu lượng xe thực tế, giúp triệt tiêu sai số lớn mà các phương pháp tính dựa trên lượng xăng dầu tiêu thụ thông thường hay gặp phải.

Tại sao xe máy hai bánh lại là nguồn phát sinh khí thải lớn nhất tại khu vực nghiên cứu? Tại Cần Thơ, xe máy chiếm hơn 90,0% tổng phương tiện lưu thông trên mạng lưới 2.120,2 km đường bộ. Nhiều phương tiện có niên hạn sử dụng lâu năm, chất lượng kỹ thuật kém và không được kiểm định khí thải định kỳ. Do đó, dù kích thước động cơ nhỏ, xe máy vẫn chiếm tới 96,0% lượng CO và 91,5% lượng VOCs trong tổng phát thải giao thông.

Dữ liệu khảo sát đầu vào của luận văn được tổ chức thu thập theo quy mô như thế nào? Dữ liệu được khảo sát liên tục trong thời gian 3 tháng, từ ngày 15/02/2015 đến ngày 15/05/2015 trên địa bàn quận Ninh Kiều và Bình Thủy. Nhóm nghiên cứu đã thực hiện đếm xe xác định đường cong lưu lượng trên 4 cấp đường giao thông và phát 300 phiếu phỏng vấn thực địa phân tầng cho 5 nhóm phương tiện cơ giới đường bộ.

Việc ứng dụng hệ thống thông tin địa lý GIS mang lại giá trị gì cho công tác kiểm kê? Công nghệ GIS cho phép trực quan hóa ma trận số liệu tính toán thành các bản đồ phân bố không gian cho từng chất ô nhiễm cụ thể. Điều này giúp các nhà quản lý nhìn thấy rõ nét các vùng lõi có nồng độ phát thải cao tại quận Ninh Kiều với mật độ dân số 8.974 người/km², từ đó tối ưu hóa công tác giám sát môi trường.

Mô hình và phương pháp nghiên cứu này có thể chuyển giao áp dụng cho các địa phương khác không? Khung phương pháp luận kết hợp mô hình Mobilev và GIS trong luận văn có tính mở và tính tương thích cao. Quy trình này hoàn toàn có thể áp dụng hiệu quả cho các đô thị vừa và nhỏ khác tại Việt Nam có đặc điểm tương đồng về cơ cấu phương tiện xe máy chiếm ưu thế như Đà Nẵng, Hải Phòng, Cà Mau hay An Giang.

Kết luận

Công trình nghiên cứu đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu đề ra với những đóng góp học thuật và thực tiễn nổi bật:

  • Thiết lập thành công cơ sở dữ liệu kiểm kê phát thải giao thông đường bộ đầu tiên cho hai quận trung tâm Ninh Kiều và Bình Thủy, định lượng đầy đủ 6 chất ô nhiễm trọng yếu gồm CO, CO2, NOx, NMVOC, PM và SO2.
  • Chứng minh bằng số liệu thực nghiệm xe máy là nguồn gây ô nhiễm chính với tỷ trọng phát thải CO chiếm 96,0%, NMVOC chiếm 91,5% và PM chiếm 85,0% tổng lượng phát thải giao thông.
  • Ứng dụng thành công mô hình tính toán Mobilev kết hợp công nghệ GIS để xây dựng 6 bản đồ phân bố tải lượng ô nhiễm theo không gian với độ chính xác cao.
  • Đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý đồng bộ nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí giao thông đô thị giai đoạn 2026 - 2030.
  • Định hướng kế hoạch mở rộng kiểm kê phát thải giao thông cho toàn bộ 9 quận, huyện thuộc thành phố Cần Thơ và tích hợp các mô hình khí tượng lan truyền ô nhiễm không khí trong các giai đoạn nghiên cứu tiếp theo.

Độc giả, các nhà nghiên cứu và cơ quan quản lý quan tâm có thể tiếp cận toàn văn luận văn thạc sĩ để khai thác chi tiết bộ dữ liệu kiểm kê thực nghiệm và quy trình mô phỏng phát thải.