Tính toán nồng độ khí gây ô nhiễm từ nguồn thải do giao thông đoạn đường :
Cầu Giấy – Cầu Vượt Đại học Quốc Gia Hà Nội
ĐHQGHN – ĐH CÔNG NGHỆ- KHOA CƠ HỌC KĨ THUẬT - TRẦN TRIỆU PHÚ
1MỞ ĐẦU Hoạt động sống của nhân loại phát triển rất nhanh, cả về
lượng và chất, trong thời gian cuối và đã đến lúc người ta nghĩ
về cái nôi của mọi sự phát triển của môi trường. Ô nhiễm môi
trường là một trong sự phát triển nhanh nhất mà con người đã
tạo ra. Quá trình ô nhiễm có thể sơ đồ hóa bằng ba mắt xích:
Nguồn – Truyền tải – đối tượng, trong đó mắt xích thứ hai vấ
n
đề chất thải trở thành vấn đề môi trường. Cơ hoc môi trường
hiện nay là sự nghiên cứu sự truyền thải, phát tán các chất gây ô
nhiễm trong không khí, nước có xét đến đặc tính của nguồn tải,
các quá trình vật lý, hóa học, sinh học kèm theo… Áp dụng
việc mô hình hóa quá trình truyền tải, phát tán các chất gây ô
nhiễm trong môi trường không khí vào đồ án độc lực học môi
trường không khí bài toán: Tính toán nồng độ khí gây ô nhiễm
từ nguồn thải do giao thông đoạn đườ
ng : Cầu Giấy – Cầu Vượt
Đại học Quốc Gia Hà Nội. Hiện nay có ít nhất 3 mô hình tính
toán ô nhiễm môi trường không khí :
1- Mô hình thống kê kinh nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết
gauss
2- Mô hình thống kê thủy động của Berliand
3- Mô hình khuyếch tán rối

các điều kiện của bài toàn phù hợp với điều kiện áp dụng mô
hình gauss.
Ở đây chúng ta dùng phương pháp chia lưới trên vùng bản
đồ khảo sát. Độ phân giải tuỳ thuộc vào yêu cầu độ chính xác
cần cho kết luận. Ta dùng độ rộng của ô lướ
i là 10 m, và lấy giá
trị nồng độ trung bình trên ô lưới đó. Mảng chia lưới có chiều
rộng khoảng 10 km. Để có được bản đồ mầu thể hiện các vùng
có nồng độ khác nhau, phần mểm viết cho GIS. Căn cứ vào tình
hình thời tiết như vận tốc gió, độ mây, độ bức xạ để chọn cấp
độ ổn định khí quyển. Trên cơ sở đó, ta tính toán sự phân bố
nồng độ
chất ô nhiễm trên mặt đất theo mô hình Gauss bằng
một giao diện viết bằng Delphi chạy trong môi trường MapInfo.
Tính toán nồng độ khí gây ô nhiễm từ nguồn thải do giao thông đoạn đường :
Cầu Giấy – Cầu Vượt Đại học Quốc Gia Hà Nội
ĐHQGHN – ĐH CÔNG NGHỆ- KHOA CƠ HỌC KĨ THUẬT - TRẦN TRIỆU PHÚ
3ĐỒ ÁN ĐƯỢC TRÌNH BÀY THEO BA
CHƯƠNG Chương I : Mô hình tính toán ô nhiễm theo mô hình
gauss
+ Mô hình gausss

Mô hình gauss mặc dầu có những hạn chế, mô hình Gauss
vẫn rất phổ biến do tính đơn giản của nó, trong khi kết quả đưa
ra là chấp nhận được. Mô hình này đựoc sử dụng như cơ sở của
việc điều hành sử dụng mô hình hóa chất lượng môi trường
không khí ở Úc và một số nứớc khác. Và hàm phân bố chuẩn
Gauss là nguồn gốc căn bản cho tính áp dụng của nó.
Hàm phân bố chuẩn hay phân b
ố Gauss là nghiệm của
phương trình khuyếch tán Fick. kết hợp với biểu thức khuyếch
tán bình phương trung bình của hạt ta có :
2
2
2
y
yKt
σ
==
(1)
222
yv
t
σ σ
=
(2)
Từ (1) (2) ta có:
f( )
yv
L
t
t

Trong đó:
2222
()rxuty z=− ++
(5)

c nồng độ (
3
/g m
)
cường độ nguồn (g)
2
σ
là độ lệch của phân bố
đối với trường hợp không đẳng hướng:
22 2
3
222
2
()
(, ,,) exp
222
(2 )
xyz
Xyz
Qxutyz
cxyzt
σσσ
πσσσ
⎡ ⎤
⎛⎞

σ
phụ thuộc vào t
và x (vi
x ut=
)
Tính toán nồng độ khí gây ô nhiễm từ nguồn thải do giao thông đoạn đường :
Cầu Giấy – Cầu Vượt Đại học Quốc Gia Hà Nội
ĐHQGHN – ĐH CÔNG NGHỆ- KHOA CƠ HỌC KĨ THUẬT - TRẦN TRIỆU PHÚ
7

Tuy nhiên,thực tế khuyếch tán dọc trục x là không đáng
kể so với truyền tải dọc theo đó với vận tốc gió trung bình
u

(
2
()
x
K c
c
u
xx
∂∂
∂
>>
∂∂
). Sử dụng giả thiết đơn giản hoá này , tích phân
(6) cho:
22
22

cc c
uK K
x yyzz
⎛⎞⎛⎞
∂∂ ∂ ∂ ∂
=+
⎜⎟⎜⎟
∂∂ ∂ ∂ ∂
⎝⎠⎝⎠
(8)
0
c
→
khi
,,
x yz
→∞c →∞
khi
,, 0xyz→0
z
c
K
z
∂

z
K
t
σ
=Khi đó (7) có thể viết ở dạng:
22
(, ,) exp
444
xxx
Q y uzu
cxyz
KKK
π
⎡ ⎤
⎛⎞
=−+
⎢ ⎥
⎜⎟
⎢ ⎥
⎝⎠
⎣ ⎦
(9)
Trong nghiệm (9) nồng độ theo trục x giảm theo
1
x
−
, trong

- Vật chất tham gia khuyếch tán là khí ổn định (không
phản ứng,ngưng tụ …)hay bụi lơ lửng (đường kính nhỏ hơn
20
m
μ
) tồn tại lơ lửng lâu dài trong không khí.
- Vật chất tạo nên luồng thải không bị loại bỏ khỏi luồng
thải và phản xạ tại mặt đất là hoàn toàn.
- Các phần tử tạo nên luồng thải giả thiết có phân bố gauss
theo cả chiều đứng và chiều ngang vuông góc với gió.
- Xấp xỉ gauss giả thiết điều kiện dừng trong suốt thời gian
mô hình áp dụng, thường là 1 giờ.
- Vậ
n tốc gió
u
là hằng số.Tuy nhiên,gần mặt đất vận tốc
gió tăng theo chiều cao.Vì lý do đó khi độ trượt gió trung bình
hoặc mạnh theo chiều cao

điều này sẽ dẫn đến sai số.Ngoài ra , khi vận tốc gió thay đổi ,
sẽ không có hướng gió trung bình, hay khi vận tốc gió tiến tới 0
, mẫu số trong các biểu thức tiến tới 0, mô hình không áp dụng
được.
- Hướng gió không đổi theo chiều cao. Tuy nhiên,hướng
gió trên thực tế thay đổi theo chiều cao (xoắn Ekman )
đặc biệt
trong điều kiện không ổn định. Sự thay đổi này gây lên 2 hiệu
ứng chính: tăng tốc độ lan truyền và sự lệch khỏi đường thẳng
Tính toán nồng độ khí gây ô nhiễm từ nguồn thải do giao thông đoạn đường :
Cầu Giấy – Cầu Vượt Đại học Quốc Gia Hà Nội

và các quá trình xảy ra trong vài trăm mét sát mặt đất. Ngoài ra
y
σ
,
z
σ
có thể phụ thuộc cả vào độ nhám bề mặt.
- Thời gian trung bình hoá tất cả các đại lượng
(
u
,
y
σ
,
z
σ
,
c
)được coi như nhau.

I..2.3 Tính toán ô nhiễm môi trường không khí bằng mô
hình

a) Theo phương pháp truyền tải – gradient ,: chuyển động của
một chất do rối gây ra sẽ giảm gradient của nồng độ chất đó với
tốc độ tỉ lệ thuận với độ lớn của garadient:

ss
SS
FA K

Các mô hình lý thuyết K được xây dựng trên cơ sở phương
trình :
xyz
dc c c c c c c c
uvw K K K
dt t x y z x x y y z z
⎛⎞
∂∂∂ ∂∂ ∂∂ ∂∂ ∂
⎛⎞ ⎛⎞
=+ + + = + +
⎜⎟ ⎜⎟
⎜⎟
⎝⎠ ⎝⎠
∂∂∂ ∂∂ ∂∂⎝∂⎠∂ ∂
Trong đó giả thiết dòng truyền theo hướng giảm gradient . Tuy
nhiên về mặt lý thuyết có một số không đồng nhất với việc sử
dụng phương trình trên . Trong lớp biên được mô phỏng trong
phòng thí nghiệm độ dài và thời gian đặc trưng của quá trình
chuyển tải phải khá đồng nhất và nhỏ hơn so với độ dài và thời
gian đặc trưng sự thay đổi gradient của trường nồng độ trung
bình của chất
được truyền tải . Trong khi đó từ các tiêu chuẩn
đồng dạng cơ bản của lớp biên phân tầng phiếm định , những
điều đó không phải như vậy . Mặc dầu vậy phương pháp này rất
rõ ràng đã cho phép thu nhận được kết quả tốt trong tính toán
truyền tải động lượng trong lớp biên khí quyển . 
Tính toán nồng độ khí gây ô nhiễm từ nguồn thải do giao thông đoạn đường :
Cầu Giấy – Cầu Vượt Đại học Quốc Gia Hà Nội
ĐHQGHN – ĐH CÔNG NGHỆ- KHOA CƠ HỌC KĨ THUẬT - TRẦN TRIỆU PHÚ
11

Tính toán nồng độ khí gây ô nhiễm từ nguồn thải do giao thông đoạn đường :
Cầu Giấy – Cầu Vượt Đại học Quốc Gia Hà Nội
ĐHQGHN – ĐH CÔNG NGHỆ- KHOA CƠ HỌC KĨ THUẬT - TRẦN TRIỆU PHÚ
12Chương II : Áp dụng tính toán cho nguồn thải

II.1. Nguồn thải do giao thông

Kết quả quan trắc tại một số thành phố lớn như: Hà Nội,
TP.Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng... cho thấy, các khí độc
hại gây ô nhiễm phát thải từ các phương tiện giao thông chủ
yếu là CO, NOx’, hơi xăng dầu, bụi, chì, benzen và bụi PM2,5.
Trong đó, xe máy là nguồn phát thải chính khí CO chiếm 85%,
xe tải phát thải khí lưu huỳnh và Ni tơ chiếm hơn 70%...