ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------***------------

Nguyễn Thúy Hƣờng

ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG MÔI TRƢỜNG KHÔNG KHÍ
BẰNG CHỈ TIÊU TỔNG HỢP DỰA TRÊN CHUỖI SỐ
LIỆU QUAN TRẮC TỰ ĐỘNG TẠI THÀNH PHỐ HÀ NỘI
VÀ ĐÀ NẴNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội, 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------***------------

Nguyễn Thúy Hƣờng

ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG MÔI TRƢỜNG KHÔNG KHÍ BẰNG
CHỈ TIÊU TỔNG HỢP DỰA TRÊN CHUỖI SỐ LIỆU QUAN TRẮC
TỰ ĐỘNG TẠI THÀNH PHỐ HÀ NỘI VÀ ĐÀ NẴNG

Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng
Mã số: 60440301
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS. TS. Phạm Ngọc Hồ

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .........................................................................................................i
MỤC LỤC............................................................................................................. ii
DANH MỤC HÌNH ..............................................................................................iv
DANH MỤC BẢNG .............................................................................................v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................... vii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................1
Chƣơng 1: TỔNG QUAN ......................................................................................4
1.1. Tổng quan tài liệu liên quan đến trạm quan trắc chất lƣợng khơng khí
tự động cố định. .............................................................................................4
1.1.1. Hiện trạng mạng lƣới quan trắc chất lƣợng khơng khí tự động cố định
quốc gia ...........................................................................................................4
1.1.2. Giới thiệu chung về trạm quan trắc CLKK tự động tại Nguyễn Văn
Cừ (Hà Nội) và Lê Duẩn (Đà Nẵng) ..............................................................6
1.1.3. Một số đánh giá trƣớc đó dựa trên số liệu quan trắc CLKK tự động
tại 2 trạm Nguyễn Văn Cừ và trạm Lê Duẩn .................................................8
1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu và ứng dụng chỉ số đánh giá chất
lƣợng môi trƣờng khơng khí trong và ngồi nƣớc bởi các cơ quan chính
phủ cũng nhƣ các nhà khoa học ..................................................................10
Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................22
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ...........................................................................22
2.2. Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................22
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................22
2.3.1. Xử lý số liệu ........................................................................................22
2.3.2. Phƣơng pháp chỉ số chất lƣợng/ơ nhiễm mơi trƣờng khơng khí .......24

ii


2.3.3. Trình bày kết quả nghiên cứu .............................................................34

RAPI............................................................................................................................... 53

iv


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Bảng tổng kết một số chỉ số chất lƣợng khơng khí tổng hợp có tính đến
sự tham gia của các thông số ô nhiễm .................................................................14
Bảng 2. Bảng thống kê dữ liệu đầu vào cho cả 3 phƣơng pháp..........................23
Bảng 3. Bảng phân cấp chỉ số chất lƣợng môi trƣờng theo chỉ số AQI .............25
Bảng 4. Các điểm giới hạn của AQI tƣơng ứng với QCVN 05/BTNMT ...........26
Bảng 5. Hình thức thể hiện và ý nghĩ sức khỏe của AQI....................................27
Bảng 6. Ví dụ minh họa cách tính trọng số Wi (TCj) của 8 chất khảo sát có trong
QCVN 05:2013/BTNMT .....................................................................................30
Bảng 7. Bảng phân cấp chất lƣợng môi trƣờng dựa trên RAPI/RAPI* ..............32
Bảng 8. Bảng trọng số cho từng thông số ứng với trƣờng hợp 1........................33
Bảng 9. Bảng trọng số cho từng thông số ứng với trƣờng hợp 2........................33
Bảng 10. Thang phân cấp của AQI – NTD và RAPI ..........................................35
Bảng 11. Tần suất CLMT khơng khí trạm Nguyễn Văn Cừ trong trƣờng hợp 1:
So sánh giữa phƣơng pháp của tác giả Nghiêm Trung Dũng và tác giả Phạm
Ngọc Hồ năm 2011 ..............................................................................................36
Bảng 12. Tần suất CLMT khơng khí trạm Nguyễn Văn Cừ trong trƣờng hợp 1:
So sánh giữa phƣơng pháp của tác giả Nghiêm Trung Dũng và tác giả Phạm
Ngọc Hồ năm 2012 ..............................................................................................38
Bảng 13. Tần suất CLMT không khí trạm Lê Duẩn trong trƣờng hợp 1: So sánh
giữa phƣơng pháp của tác giả Nghiêm Trung Dũng và tác giả Phạm Ngọc Hồ
năm 2011 ..............................................................................................................39
Bảng 14. Tần suất CLMT khơng khí trạm Lê Duẩn trong trƣờng hợp 1: So sánh
giữa phƣơng pháp của tác giả Nghiêm Trung Dũng và tác giả Phạm Ngọc Hồ
năm 2012 ..............................................................................................................40


Chỉ số Chất lƣợng khơng khí quy định bởi Tổng cục Mơi
trƣờng

BTNMT

Bộ Tài ngun và Mơi trƣờng

CLKK

Chất lƣợng khơng khí

CLMT

Chất lƣợng mơi trƣờng

KTTV

Khí tƣợng Thủy văn

NVC

Nguyễn Văn Cừ

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

RAPI


vii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Tổ chức Y tế thế giới (WHO) ƣớc tính rằng ơ nhiễm khơng khí là ngun
nhân của hơn ba triệu trƣờng hợp tử vong sớm hàng năm trên toàn thế giới [36].
SO2, các hạt bụi có thể xâm nhập vào bộ phận hô hấp của con ngƣời. NO2, CO
là các chất ô nhiễm chính phát sinh chủ yếu từ các phƣơng tiện giao thông vận
tải chạy bằng động cơ diesel. Các chất ô nhiễm này cùng với chất ô nhiễm thứ
cấp là O3, gây ra tác động không nhỏ tới sức khỏe, tài sản, và mơi trƣờng sống
của con ngƣời. Ơ nhiễm khơng khí cũng đang nhận đƣợc sự quan tâm chú ý của
Chính phủ Việt Nam trong những năm gần đây. Thủ tƣớng Chính phủ Việt Nam
đã có quyết định số 16/2007/QĐ-TTg ngày 29 tháng 01 năm 2007 về việc phê
duyệt "Quy hoạch tổng thể mạng lƣới quan trắc tài ngun và mơi trƣờng quốc
gia đến năm 2020" trong đó có quy hoạch mạng lƣới quan trắc tự động chất
lƣợng mơi trƣờng khơng khí tồn quốc [7]. Tuy nhiên, điều này cũng có nghĩa
là một lƣợng lớn thơng tin, dữ liệu về mơi trƣờng khơng khí sẽ đƣợc bổ sung,
cập nhật mỗi giờ, mỗi ngày, và mỗi năm, buộc chúng ta phải tiếp nhận và hiểu
nó. Việc có đƣợc hệ thống quan trắc chất lƣợng mơi trƣờng khơng khí đáp ứng
yêu cầu thật sự không dễ. Sử dụng, tổng hợp, phân tích chuỗi số liệu quan trắc
này làm cơ sở cho việc đánh giá chất lƣợng mơi trƣờng khơng khí tồn diện, có
tính thuyết phục lại càng khơng đơn giản.
Về khía cạnh mơi trƣờng, cơng chúng hay các nhà chức trách đều muốn
có câu trả lời cho câu hỏi liên quan đến chất lƣợng mơi trƣờng khơng khí xung
quanh, ―tốt hơn hay xấu đi?‖ hoặc ―nó có ơ nhiễm hay khơng và nếu ơ nhiễm thì
ở mức độ nào?‖ Họ mong muốn câu trả lời ngắn gọn, đơn giản và dễ nắm bắt.
Mặt khác, các nhà khoa học hay các chuyên gia trong lĩnh vực này lại có thể
thấy đây là câu hỏi khơng đơn giản chút nào, nó địi hỏi có sự phân tích của
hàng trăm phép đo nồng độ các chất ô nhiễm khác nhau, đôi khi phức tạp do

tháng trong năm tại 2 thành phố khảo sát.
2. Mục tiêu đề tài
- Áp dụng chỉ số AQI - TC (Chỉ số AQI do Tổng cục Môi trƣờng ban
hành); AQI - NTD (Chỉ số AQI đƣợc thiết lập theo hàm tuyến tính phân đoạn

2


của Mỹ do tác giả Nghiêm Trung Dũng và cộng sự công bố) và RAPI (chỉ số do
tác giả Phạm Ngọc Hồ đề xuất) để đánh giá chất lƣợng/ mức độ ơ nhiễm mơi
trƣờng khơng khí tại hai thành phố Hà Nội và Đà Nẵng. So sánh, nhận xét và
giải thích các kết quả của các phƣơng pháp.
- Đánh giá xu thế diễn biến mức độ ơ nhiễm khơng khí ngày (thông qua
tần suất f) theo các tháng trong năm làm cơ sở cho việc đƣa ra khuyến cáo sử
dụng các chỉ số trong việc cảnh báo tổng hợp mức độ ơ nhiễm khơng khí tại các
đơ thị ở nƣớc ta.

3


Chƣơng 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan tài liệu liên quan đến trạm quan trắc chất lƣợng khơng khí
tự động cố định.
1.1.1. Hiện trạng mạng lưới quan trắc chất lượng không khí tự động
cố định quốc gia
Các trạm quan trắc khơng khí tự động, cố định trên tồn quốc hoạt động
dƣới sự quản lý của Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng (17 trạm) hoặc Sở Tài
nguyên Môi trƣờng các tỉnh (khoảng 11 trạm). Các trạm do Bộ Tài nguyên và
Môi trƣờng quản lý đƣợc vận hành bởi Tổng cục Môi trƣờng (7 trạm), Trung
tâm Mạng lƣới Khí tƣợng Thủy văn (10 trạm) [3,10].

5


1.1.2. Giới thiệu chung về trạm quan trắc CLKK tự động tại Nguyễn
Văn Cừ (Hà Nội) và Lê Duẩn (Đà Nẵng)
Trong phần này, tác giả trình bày thơng tin chung về 2 trạm quan trắc
nghiên cứu, chủ yếu dựa trên báo cáo của các trạm quan trắc này, đồng thời
trình bày khái qt về tình hình hiện trạng mơi trƣờng khơng khí khu vực dựa
trên các báo cáo hiện trạng mơi trƣờng khơng khí chính thức của Tổng cục Mơi
trƣờng và các tài liệu khác có liên quan.

VIỆT NAM

Quần đảo Hồng Sa (Việt Nam)

Quần đảo Trƣờng Sa (Việt Nam)

Hình 2. Bản đồ 2 trạm quan trắc khơng khí cố định, tự động đƣợc khảo sát

Trạm Nguyễn Văn Cừ [12]

6


Trạm quan trắc mơi trƣờng khơng khí tự động, cố định tại 556 Nguyễn
Văn Cừ, Long Biên. Trạm Nguyễn Văn Cừ hoàn thành lắp đặt vào tháng 5 năm
2009.
Địa điểm lắp đặt trạm
Trạm quan trắc tự động, cố định đƣợc lắp đặt cách đƣờng giao thông
Nguyễn Văn Cừ 30m và nằm trong khn viên của tồ nhà 5 tầng của Tổng cục

Trạm Lê Duẩn là trạm khơng khí tự động liên tục, bắt đầu hoạt động từ
01/7/2010. Tần suất quan trắc của trạm Lê Duẩn là 5 phút/lần. Hệ thống máy
tính lƣu trữ số liệu cũng có thể xuất ra các giá trị trung bình 1giờ. Kết quả quan
trắc đƣợc sử dụng chính là số liệu trung bình 1 giờ. Từ đó tính ra các trung bình
số học 24 giờ, trung bình tháng là trung bình số học các giá trị trung bình 24 giờ
của từng ngày trong tháng.
Hai trạm Nguyễn Văn Cừ (Hà Nội) và Lê Duẩn (Đà Nẵng) đều được đặt
gần các trục đường có mật độ giao thơng lớn.
1.1.3. Một số đánh giá trước đó dựa trên số liệu quan trắc CLKK tự
động tại 2 trạm Nguyễn Văn Cừ và trạm Lê Duẩn
a) Bụi
Số liệu đo tại trạm quan trắc Nguyễn Văn Cừ từ 2010-2013 cho thấy tỷ lệ
ơ nhiễm bụi này có sự dao động theo quy luật và ô nhiễm thƣờng tập trung vào
các tháng có nhiệt độ thấp hoặc khơng khí khơ làm cản trở sự phát tán của các
chất ô nhiễm ở tầng mặt. Đây là trƣờng hợp đo đƣợc ở Hà Nội, khu vực có đặc
trƣng khí hậu cận nhiệt đới ẩm với mùa hè nóng, mƣa nhiều (tháng 5-9) và mùa
đơng lạnh, ít mƣa (tháng 11-3). Số liệu đo ở trạm quan trắc khơng khí Lê Duẩn,
Thành phố Đà Nẵng, cho thấy sự ổn định về nồng độ các loại bụi PM1, PM2,5,
PM10 giữa mùa khô và mùa mƣa [2].
b) Khí NO, NO2, NOx
Mức độ biến động nồng độ các khí NOx cũng có sự phân hóa rõ ràng theo
ba miền với đặc trƣng miền Bắc (trạm Nguyễn Văn Cừ) mức ô nhiễm đạt cực

8


đại vào mùa đơng (điển hình tháng 12 đến tháng 4), trong khi khu vực miền
Trung (trạm Lê Duẩn) ít biểu hiện biến động theo mùa [2]
c) Ozone
O3 trong lớp khơng khí gần mặt đất ở các đơ thị thƣờng có quy luật tăng

giá trị AQI vƣợt ngƣỡng 100.
Một điều đáng lƣu ý là dựa trên số liệu quan trắc liên tục tự động từ một
số trạm ven đƣờng có thể thấy nồng độ khí O3 ở Việt Nam đang có xu hƣớng
tăng đáng kể và rõ rệt từ năm 2013. Các thông số khác nhƣ CO, SO2,…vẫn duy
trì ở ngƣỡng cho phép của QCVN 05:2013/BTNMT. Riêng mức độ ơ nhiễm khí
SO2 có xu hƣớng giảm so với thời gian trƣớc đây.
1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu và ứng dụng chỉ số đánh giá chất
lƣợng mơi trƣờng khơng khí trong và ngồi nƣớc bởi các cơ quan chính
phủ cũng nhƣ các nhà khoa học
Trên thế giới [9, 11, 13-19, 22-24, 26-33]
Có rất nhiều chỉ số khác nhau và thậm chí khác nhau ngay cả trong
những nƣớc có cùng quy định pháp luật hay quy định về môi trƣờng, hoặc
những khu vực/ thành phố trong cùng một nƣớc cũng sử dụng các chỉ số khác
nhau. Trong đó, một số khác biệt có thể giải thích do sự khác nhau về đặc điểm
chất lƣợng khơng khí. Và một số điểm khác biệt khác thì do các tiếp cận khác
nhau [19, 32]
Thơng thƣờng có 3 trƣờng hợp tính chỉ số phụ [11]:
Trƣờng hợp 1: Chỉ số của từng chất ơ nhiễm đƣợc tính riêng rẽ dựa trên
tuyến tính hóa đƣờng cong phân đoạn theo các giá trị dƣới và trên của nồng độ
chất ô nhiễm do Cục Bảo vệ Môi trƣờng Mỹ đề xuất. Mỹ, Hồng Kông, Thái
Lan, Ấn Độ, Hàn Quốc là các nƣớc theo cách tiếp cận này. Chỉ số đơn lẻ (chỉ số
phụ) của chất ô nhiễm p nhƣ sau:

Ip 

I Hi  I Lo
(C p  BPLo )  I Lo
BPHi  BPLo

Trong đó:

giá trị AQI ở cùng một hạng.
Trƣờng hợp 3: Chỉ số đƣợc tính đơn giản dựa trên sự so sánh giữa nồng
độ của từng chất với tiêu chuẩn hay quy chuẩn môi trƣờng của quốc gia đƣợc
thể hiện bởi công thức dƣới đây:

11


Index =

Nồng độ chất ô nhiễm
Tiêu chuẩn cho phép ứng với chất ô nhiễm

100

(1.2)

Phƣơng pháp này hiện nay đang đƣợc áp dụng phổ biến ở nƣớc Úc. Nƣớc
ta cũng đang áp dụng.
Theo nhận định của Tổng cục Môi trƣờng Việt Nam thì phƣơng pháp này
có ƣu điểm và nhƣợc điểm sau:
Ưu điểm: Cơng thức tính tốn đơn giản, chỉ cần sử dụng Tiêu chuẩn
khơng khí quốc gia là có thể xác định đƣợc giá trị AQI
Nhược điểm: Các khoảng phân hạng giá trị AQI ứng với các ảnh hƣởng
khác nhau đến sức khỏe không đƣợc phù hợp nhƣ trƣờng hợp 1.
Hiện nay có hai xu hƣớng tính giá trị chỉ số tổng hợp cuối cùng cho ngày:
tính chỉ số bằng cách lấy giá trị lớn nhất (maximum) của các chỉ số phụ hoặc
tính chỉ số dựa trên việc tính tổng cộng (additive).
Hƣớng đầu tiên đƣợc áp dụng nhiều nhất trên thế giới. Theo nhận định
của Cơ quan Bảo vệ Tài ngun Mơi trƣờng Bang Georgia, Hoa Kỳ thì trƣờng

Các thông số áp yếu tố tƣơng Mục đích sử
Tác giả
Chỉ số
dụng tính tốn
đƣơng trọng
dụng
số

Swamee và
CO, COH, NO2, O3,
KHÔNG Hàm chất lƣợng
 P 1


ρ
s
Tyagi (1999)
SO2, TSP, TSPxSO2
khơng khí tránh
 p 
 p 1

[27-30]
yếu tố ―mơ hồ‖,
sp là chỉ số phụ tƣơng ứng với chất ô nhiễm p
―che khuất‖
ρ số mũ
1
Kyrkilis và
CO, NO2, O3, PM10,

   p D p ( x n  
nhiễm khơng khí


p:D  0

đến sức khỏe con
 p thiệt hại biên do chất ô nhiễm p
ngƣời
D p () thể hiện hàm đáp ứng – liều lƣợng toàn xã
hội
 số mũ
x pn là nồng độ của chất ô nhiễm p tại điểm n
p

Cairncross
và nnk

 PSI = a *C
p

p

p

CO, NO2, O3, PM10,
SO2

p



p

 PIbc 
s=1

p=1

Cp
BPb p,c

CO, NO2, O3, PM10,
SO2

Wps

- Cp là nồng độ ngày của chất ô nhiễm p
- BPp,c là giá trị nồng độ ngƣỡng dƣới ứng với thang
phân loại c (xây dựng dựa trên chỉ dẫn EC và
hƣớng dẫn của WHO) cho chất ô nhiễm p
-PIbc là giá trị dƣới của PI tƣơng ứng với giá trị chỉ
số phụ ô nhiễm cao nhất trong thang phân loại c cho
chất ô nhiễm p
- Wps trọng số khu vực tƣơng ứng với trạm quan
trắc ―s‖ trên tổng số trạm quan trắc chất ơ nhiễm p
đƣợc quan trắc

15

CĨ

Chỉ số
5

 Ave
M ax [I1 , I 2 ,..., I 5 ]



daily

j1

[I j ]

5

Aveannual  Avedaily[I j ]
 j1

AveannualEntropydaily[M ax[I1 , I 2 ,..., I 5 ]]
Entropydaily[M ax[I1 , I 2 ,..., I 5 ]]

- Max [I1 , I 2 ,..., I 5 ] I1;…; Ij đại diện cho PM10, O3,
SO2, CO, và NO2 là hàm max cho các chỉ số phụ
5

 Ave
-

j1


1 n  Ci 
 
n i 1  R i  i

16

KHÔNG

Đánh giá Chỉ số
Áp lực Khơng
khí cho khoảng
thời gian ngắn và
trung bình