Báo cáo Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hóa môi trường vào đánh giá tác động môi trường

Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hóa môi trường vào đánh giá tác động môi trường Trang 1 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Hiện nay, công nghệ thông tin là một phần không thể thiếu cho sự phát triển kinh tế - xã hội, nó được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực khác nhau. Môi trường cũng là một ngành không ngoại lệ, việc ứng dụng công nghệ thông tin vào lĩnh vực môi trường ngày càng mang lại nhiều lợi ích, đặc biệt là việc ứng dụng các phần mềm như GIS và mô hình hóa môi trường trong công tác quản lý và dự báo ô nhiễm. Việc ứng dụng mô hình hóa để đánh giá, dự báo môi trường cho phép chúng ta dự báo được các diễn biến có thể xảy ra của môi trường tại những thời điểm khác nhau cũng như ở những điều kiện khác nhau. Từ đó cho phép chúng ta lựa chọn các phương án phù hợp để cải thiện môi trường và đưa môi trường vào trạng thái tối ưu. Để có một mô hình có độ chính xác và tính phù hợp, đòi hỏi sự tích hợp thông tin rất lớn. Cho đến nay thì hệ thống thông tin địa lý (GIS) là hệ thống hỗ trợ tốt nhất cho việc xây dựng mô hình do khả năng tích hợp dữ liệu và biểu diễn được dữ liệu không gian. Ngoài ra GIS còn có khả năng dự báo các sự cố môi trường, xác định và phân vùng ô nhiễm… Vì vậy mà việc ứng dụng phương pháp mô hình hóa và phương pháp Gis vào dự báo, đánh giá và quản lý môi trường chắc chắn sẽ mang lại tính chính xác hơn, linh hoạt và sinh động hơn. Tuy nhiên, cho đến nay ở nước ta việc sử dụng hai phương pháp này trong đánh giá tác động môi trường còn rất hạn chế. Do đó, chúng tôi chọn đề tài “Ứng dụng phương pháp GIS và Mô hình hóa môi trường vào đánh giá tác động môi trường” được ứng dụng cụ thể vào việc đánh giá tác động ô nhiễm do việc phát thải hơi chì từ dự án đầu tư Nhà máy sản xuất ắc quy dùng cho các sản phẩm điện tử công suất 46.430 tấn sản phẩm/năm tại Khu công nghiệp Nhơn Trạch 2, xã Hiệp Phước, huyện Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai. Mục tiêu, ý nghĩa của đề tài Mục tiêu Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hóa môi trường để đánh giá tác động ô nhiễm do việc phát thải hơi chì từ dự án “Nhà máy sản xuất ắc quy dùng cho sản phẩm Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hóa môi trường vào đánh giá tác động môi trường Trang 2 điện tử công suất 46.430 tấn sản phẩm/ năm tại khu công nghiệp Nhơn Trạch 2, xã Hiệp Phước, huyện Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai”. Ý nghĩa Đề tài góp phần thúc đẩy ứng dụng GIS và mô hình hóa môi trường trong đánh giá tác động môi trường. Giúp cho các nhà quản lý môi trường có một công cụ hiệu quả trong việc dự báo đánh giá chất lượng môi trường không khí. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập thông thông tin Phương pháp đánh giá chuyên môn Phương pháp mô hình hóa môi trường Phương pháp GIS Phương pháp đánh giá nhanh Nội dung nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu nội dung các phương pháp GIS và mô hình hóa môi trường. Thu thập điều tra các thông tin về dự án xây dựng nhà máy sản xuất ắc quy. Đánh giá chất lượng môi trường xung quanh khu vực xây dựng nhà máy. Áp dụng mô hình Gauss đối với vận tốc gió trung bình và mô hình Berliand đối với vận tốc gió nguy hiểm vào việc đánh giá những ảnh hưởng của lượng hơi chì phát sinh từ quá trình sản xuất tới môi trường xung quanh dự án. Từ kết quả mô hình, xây dựng bản đồ GIS nhằm phân vùng ô nhiễm. Đề ra các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm hơi chì tới môi trường xung quanh. Kết quả đạt được Chúng tôi đã sử dụng mô hình Gauss để tính toán được nồng độ hơi chì theo bán kính phát tán ở vận tốc gió trung bình và mô hình Berliand để tính toán được nồng độ hơi chì theo bán kính phát tán đối với vận tốc gió nguy hiểm. Từ kết quả chạy mô hình chúng tôi sử dụng phần mềm Arcview để phân vùng ảnh hưởng từ hơi chì đến môi trường xung quanh. Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hóa môi trường vào đánh giá tác động môi trường Trang 3 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Đánh giá tác động môi trường.[2] Đánh giá tác động môi trường (ĐTM) là một công cụ pháp lý và kỹ thuật quan trọng để xem xét, dự báo tác động môi trường, xã hội của các dự án, hoạt động phát triển cung cấp luận cứ khoa học cho chính quyền, cơ quan quản lý chuyên ngành và doanh nghiệp cân nhắc trong quá trình quyết định đầu tư và phê duyệt dự án. Các yêu cầu về ĐTM đã được luật hóa, qui định lần đầu tiên bởi Luật Bảo vệ môi trường của nước ta năm 1993 và được bổ sung chi tiết bởi Luật Bảo vệ môi trường năm 2005. Các phương pháp thực hiện ĐTM hiện nay: - Phương pháp đánh giá chuyên môn. - Phương pháp danh mục kiểm tra - Phương pháp ma trận - Phương pháp GIS & phân tích không gian - Phương pháp chuỗi nguyên nhân và mạng lưới tác động - Phương pháp mô hình hóa Môi trường - Phương pháp phân tích đa tiêu chí - Phương pháp đánh giá nhanh 1.2. Mô hình hóa môi trường [1], [3], [4], [5], [8], [9], [10] Mô hình hóa môi trường với sự mô phỏng các tiến trình dẫn truyền và chuyển hóa vật chất trong môi trường, đã được nghiên cứu phát triển và ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới, trong rất nhiều cơ quan ở các lĩnh vực khác nhau. Một mô hình có độ chính xác cao có vai trò hỗ trợ rất nhiều cho tiến trình ra quyết định trong công tác quản lý môi trường. Các loại mô hình được tập trung xây dựng và đạt được những kết quả nhất định trong lĩnh vực này gồm: các mô hình phát tán ô nhiễm không khí, các mô hình lan truyền ô nhiễm nước mặt và các mô hình lan truyền ô nhiễm nước ngầm. Hiện nay, trên thế giới các mô hình phát tán ô nhiễm không khí đã được xây dựng và ứng dụng khá phổ biến cho các dạng nguồn điểm (mô phỏng cho các ống khói loại thấp và loại cao) và các nguồn thải đường ( mô phỏng quá trình phát tán của các phương tiện chạy trên đường giao thông). Còn các nguồn thải ô Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hóa môi trường vào đánh giá tác động môi trường Trang 4 nhiễm không khí dạng vùng (hay các nguồn thải mặt) ít phổ biến hơn do tính chất không điển hình của từng nguồn thải. Ở Việt Nam cũng đã có những nghiên cứu về mô hình phát tán ô nhiễm không khí và các bài toán liên quan như công trình của nhóm tác giả thuộc phòng Tin học môi trường, Viện cơ học ứng dụng… Trong đề tài này chúng em sử dụng mô hình Gauss và Berliand để mô phỏng sự phát tán hơi chì tại các nguồn điểm (ống khói). 1.2.1. Mô hình Gauss tính toán lan truyền ô nhiễm không khí Mô hình vệt khói Gauss là một trong số những mô hình được sử dụng rộng rãi trên thế giới hiện nay. Mô hình này được áp dụng cho các nguồn thải điểm. Cơ sở mô hình này là biểu thức đối với phân bố chuẩn hay còn gọi là phân bố Gauss các chất ô nhiễm trong khí quyển. Mô hình Gauss: x z y z C C C Cu w K K x z y y z z ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞− = +⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠ (1.1) Trong đó : C, xu , yu , zu là các giá trị trung bình của nồng độ và vận tốc gió theo các phương. Ki : hệ số khuếch tán rối tương ứng các trục toạ độ x , y, z. Thường thì trong các phương trình khuếch tán các chất khí người ta đưa kí hiệu sau về các trục toạ độ : trục x hướng theo hướng gió, y là hướng vuông góc với x và ở mặt đất, z là trục hướng lên trên. Vận tốc gió trung bình được biểu diễn qua xu , yu , zu . zw là vận tốc rơi của chất ô nhiễm theo phương z. Các mô hình này thích hợp cả đối với những dự báo ngắn hạn lẫn dài hạn. Các dự báo ngắn hạn được thực hiện với sự trợ giúp của các mô hình tính toán vẽ bản đồ ô nhiễm của một vùng với một giai đoạn tương ứng và với các điều kiện tương đối ổn định. Các mô hình cũng có thể sử dụng cho dự báo dài hạn nếu khoảng thời gian dự báo có thể được chia ra thành các khoảng thời gian tựa dừng (gần với điều kiện dừng) của điều kiện khí tượng. Phương pháp tiếp cận như vậy để đánh giá nồng độ trung bình năm cho một số lượng lớn các nguồn phân tán. Để thực hiện các dự báo dài hạn cần phải chia gió thành các lớp mỏng, vận tốc gió được chia thành j lớp, hướng gió được chia thành k lớp, các tham số liên quan tới Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hóa môi trường vào đánh giá tác động môi trường Trang 5 độ ổn định khí quyển gồm e loại, chiều cao lớp nghịch nhiệt – m. Ngoài ra, còn phải lưu ý tới các tham số khác như nhiệt độ, độ chiếu sáng, độ ẩm. Chúng ta xem xét chi tiết hơn về mô hình Gauss trong trường hợp dự báo ngắn hạn. Phương trình Gauss được suy ra từ phương trình (1.1) khi thoả mãn các điều kiện sau: - Nghiệm không phụ thuộc vào thời gian (trạng thái dừng, nguồn thải có các tham số phát thải không thay đổi theo thời gian). - Vận tốc gió không thay đổi và như nhau trong toàn bộ lớp khuếch tán. - Hệ số khuếch tán không phụ thuộc vào các toạ độ. - Sự khuếch tán theo hướng x nhỏ hơn so với vận tốc lan truyền trung bình theo hướng này, có nghĩa là: 2 2x C Cu K t x ∂ ∂>>∂ ∂ Trong trường hợp này phương trình tổng quát theo phương pháp tiếp cận có dạng: 2 2 2 2y z C C Cu K K t y z ∂ ∂ ∂= +∂ ∂ ∂ (1.2) Cùng các điều kiện biên 0 ( , , ) ( ) ( ) x QC x y z y z u δ δ= = (1.3) , ( , , ) 0 y z C x y z →±∞ = (1.4) Bài toán biên (1.2) – (1.4) cho nghiệm tổng quát như sau: 2 2 1/ 2( , , ) exp4 ( ) 4y z y z Q u y zC x y z K K x x K Kπ ⎡ ⎤⎛ ⎞= − +⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦ (1.5) Trong (1.5) lưu ý rằng, mối quan hệ giữa hai phương trình tiếp cận Lagrange và Euler được thể hiện qua mối liên hệ: 2 2 y y K x u σ = 2 2 zz K xuσ = (1.6) Như được lưu ý trong (1.6), đối với các ứng dụng thực tế sự phụ thuộc giữa 2yσ và 2xσ vào x được xác định để dàng hơn thông qua phương pháp thực nghiệm. Thay thế các giá trị ở (1.6) vào biểu thức (1.5) ta được: Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hóa môi trường vào đánh giá tác động môi trường Trang 6 2 2 2 2( , , ) exp2 2 2y z y z Q y zC x y z uπ σ σ σ σ ⎡ ⎤⎛ ⎞= − +⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦ (1.7) Công thức (1.7) là công thức cơ sở của mô hình lan truyền chất theo định luật phân phối chuẩn Gauss bởi vì nó bao gồm hai hàm số phân bố Gauss dưới đây nhân với nhau: 2 0.5 2 1( ) exp (2 ) 2y y yf y π σ σ ⎧ ⎫⎪ ⎪= −⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭ (1.8) Hình 1.1: Sơ đồ mô hình khuếch tán Gauss Đường cong Gauss có dạng hình cây dù, thay đổi −∞ tới +∞ với giá trị cực đại đạt được y = 0. Hệ số 0.5 1 (2 ) yπ σ là hệ số định chuẩn làm cho diện tích dưới đường cong bằng 1. Trong công thức (1.7), nguồn thải được giả thiết nằm tại mặt đất trùng với gốc toạ độ. Trong trường hợp nguồn thải nằm cách mặt đất độ cao H (có nghĩa là nằm tại điểm (0,0,H) như được chỉ ra như hình 1.1), khi đó công thức tính nồng độ sẽ là: 2 2 2 2 2 2 2 2 ( ) ( )( , , ) exp exp exp 2 2 2 2 2 2y z y z y z y z Q y z H Q y z HC x y z u uπ σ σ σ σ π σ σ σ σ ⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞− −= − + = − −⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎢ ⎥ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦ (1.9) Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hóa môi trường vào đánh giá tác động môi trường Trang 7 Đây chính là công thức vệt khói Gauss cơ bản. Trong đó: C: nồng độ chất ô nhiễm , kg/m3. Q: tải lượng chất ô nhiễm, kg/s. yσ và zσ là các hệ số khuếch tán theo phương ngang và phương thẳng đứng, có thứ nguyên là độ dài (do Ky và Kz có thứ nguyên m2/s). Công thức tính yσ và zσ của Briggs, G.A với khoảng cách x từ 100 đến 10.000m (bảng tính xem ngoài phụ lục) 2. y z Q uπσ σ : nồng độ chất ô nhiễm trên trục chính theo chiều gió. ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛− 2 y y 2 1exp σ : độ lan truyền bên theo phương ngang, đối xứng qua trục chính. ⎪⎭ ⎪⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +−+⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −− 2 z 2 z Hz 2 1expHz 2 1exp σσ : độ lan truyền bên theo phương đứng, đối xứng qua trục chính. Hình 1.2: Nồng độ chất ô nhiễm theo mô hình phát tán Gauss Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hóa môi trường vào đánh giá tác động môi trường Trang 8 Nồng độ trong trường hợp nguồn làm việc liên tục, mô hình Gauss biến đổi Bài toán được quan tâm nhiều nhất trong lý thuyết phát tán ô nhiễm không khí là tính toán nồng độ từ nguồn điểm nằm tại độ cao H so với mặt đất. Đối với nguồn như vậy, xuất phát từ bài toán (1.2) – (1.4) ta nhận được nghiệm có dạng: 2 2 2 2 ( )( , , ) exp 2 2 2y y z M y z HC x y z S Uπ σ σ ⎧ ⎫−⎪ ⎪= − −⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭ (1.10) Hình 1.3: Sơ đồ vệt khói phát thải từ ống khói Xét 2 phương án điều kiện biên: đối với bề mặt nước và đối với bề mặt đất, khi sự tương tác giữa vệt khói thải với bề mặt đất có tính chất phản xạ (khi chất ô nhiễm không đọng lại trên mặt đất). Để thoả mãn điều kiện này cần thiết phải đặt một nguồn ảo tại điểm x = 0, y = 0, z = -H. Biểu thức tính nồng độ có lưu ý tới phản xạ của mặt đất từ một nguồn thải điểm liên tục tại độ cao H có dạng: 2 2 2 2 2 2 ( ) ( )( , ,0) exp exp exp 2 2 2 2y z y z z M y z H z HC x y uπ σ σ σ σ σ ⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞− += − − + −⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦⎝ ⎠⎣ ⎦ (1.11) Trong đó: ( , ,0)C x y : nồng độ, là hàm số của x , y và z (kg/m3). M: công suất nguồn thải (kg/s) Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hóa môi trường vào đánh giá tác động môi trường Trang 9 u: vận tốc gió tại miệng ống khói (m/s). H: độ cao hữu dụng của ống khói (m). Thông thường người ta quan tâm tới nồng độ tại mặt đất z = 0 và công thức (1.11) sẽ trở thành: 2 2 2 2( , ,0) exp exp2 2 2y z y z M y HC x y uπ σ σ σ σ ⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞= − −⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥ ⎝ ⎠⎝ ⎠⎣ ⎦ (1.12) Trong trường hợp muốn tính nồng độ tại mặt đất dọc theo hướng gió (trục x), ta cho y = 0 và thu được: 2 2( ,0,0) exp2 2y z z M HC x uπ σ σ σ ⎛ ⎞= −⎜ ⎟⎝ ⎠ (1.13) Ngược lại với trường hợp phản xạ hoàn toàn là trường hợp hấp thụ hoàn toàn. Khi đó ta có công thức: 2 2 2 2 2 2 ( ) ( )( , ,0) exp exp exp 2 2 2 2y z y z z M y z H z HC x y uπ σ σ σ σ σ ⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞− += − − − −⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦⎝ ⎠⎣ ⎦ (1.14) Tiến hành biến đổi với hệ số khuếch tán ta thu được biểu thức sau: 2 0.5( ,0,0) exp2 ( ) 4y z x M H uC x x K K K xπ ⎛ ⎞= −⎜ ⎟⎝ ⎠ (1.15) Cuối cùng ta lấy đạo hàm bằng 0 và giải phương trình: ( ,0,0) 0dC x dx = Từ đó suy ra: 2 4m z H ux K = Như vậy, nồng độ cực đại đạt được mx tại khoảng cách tỷ lệ với bình phương khoảng cách, vận tốc gió trung bình và tỷ lệ nghịch với hệ số khuếch tán rối theo trục z. Đại lượng nồng độ cực đại bằng: 2 2 ( ,0,0) z y m m KM K C x eH Uπ= (1.16) Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hóa môi trường vào đánh giá tác động môi trường Trang 10 Độ ổn định khí quyển Độ ổn định khí quyển là khuynh hướng của khí quyển cản trở sự hình thành chuyển động theo phương thẳng đứng hay ngăn chặn sự hình thành chuyển động rối. Khuynh hướng này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng khuếch tán chất ô nhiễm phát thải vào khí quyển. Độ ổn định của khí quyển được chia làm 6 lớp từ A đến F, trong đó: A : cấp độ không bền vững mạnh (strong unstable). B : cấp độ không bền vững vừa (moderately unstable). C : cấp độ không bền vững nhẹ (slightly unstable). D : cấp độ khí quyển trung tính (neutral). E : cấp độ bền vững nhẹ (slightly stable). F : cấp độ bền vững vừa (moderately stable). Độ bền vững của khí quyển được xác định theo: Gradient nhiệt độ theo chiều cao Nếu tốc độ giảm nhiệt độ theo chiều cao: 0.98oC/100m → loại D Nếu tốc độ giảm nhiệt độ theo chiều cao > 0.98oC/100m → loại A,B,C Nếu tốc độ giảm nhiệt độ theo chiều cao < 0.98 oC/100m → loại E,F Vận tốc gió và độ bức xạ nhiệt (ban ngày) và độ mây che phủ (ban đêm) Bảng 1.1: Phân cấp độ ẩm ổn định khí quyển theo vận tốc gió và độ bức xạ nhiệt (ban ngày) và độ mây che phủ (ban đêm) Bức xạ mặt trời ban ngày Độ mây che phủ ban đêm Vận tốc gió ở độ cao 10m (m/s) Mạnh Vừa Nhẹ Mây che phủ mỏng ≥ 4/8 Trời quang mây hay độ che phủ ≤ 3/8 < 2 A A – B B - - 2 – 3 A – B B C E F 3 – 5 B B – C C D E 5 – 6 C C – D D D D > 6 D D D D D Chế độ mây Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hóa môi trường vào đánh giá tác động môi trường Trang 11 Trời ít mây, trong xanh và gió nhẹ: loại A, B, C. Trời nhiều mây, gió mạnh: loại E, F. Những giới hạn của mô hình Gauss Mô hình Gauss là mô hình được lý tưởng hoá, có nghĩa là có những giới hạn sau đây: - Chỉ ứng dụng cho bề mặt phẳng và mở. - Rất khó lưu ý tới hiệu ứng vật cản. - Các điều kiện khí tượng và điều kiện tại bề mặt đất là không đổi tại mọi khoảng cách nơi diễn ra sự lan truyền đám mây khí. - Chỉ áp dụng cho các chất khí có mật độ gần với mật độ không khí. - Chỉ áp dụng cho các trường hợp vận tốc gió 1u ≥ m/s. Ứng dụng mô hình Gauss Các thông số đầu vào cho tính toán mô hình cùng các bước tự động hoá được thể hiện trong hình sau: Hình 1.4: Mô tả thông số đầu vào trong mô hình Gauss Khí tượng: - Vận tốc gió - Hướng gió - Nhiệt độ Nguồn thải: - Chiều cao - Đường kính - Nhiệt độ khí thoát ra - Vận tốc khí thoát ra LƯỚI TÍNH Kịch bản tính Mô hình toán tại các nút lưới Nội suy không gian Bản đồ ô nhiễm Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hóa môi trường vào đánh giá tác động môi trường Trang 12 1.2.2. Mô hình Berliand Hình 1.5 :Sơ đồ khuếch tán luồng tán luồng khí theo chiều gió Để mô tả quá trình lan truyền và khuếch tán chất ô nhiễm không khí theo không gian và thời gian bằng các phương trình toán học thì người ta xem xét trị số trung bình nồng độ chất ô nhiễm. Dưới tác dụng của gió tự nhiên các luồng khí, bụi phụt lên từ miệng ống khói sẽ uốn cong theo chiều gió thổi. Chất ô nhiễm dần dần bị khuếch tán rộng ra tạo thành vệt khói (hình 1.5) Trong trường hợp tổng quát trị số trung bình của nồng độ chất ô nhiễm trong không khí phân bố theo thời gian và không gian được mô tả từ phương trình lan truyền, khuếch tán rối và biến đổi hóa học như sau: CC z Ck zy Ck yx Ck xz CV y CV x CV t C zyxzyx βα −+∂ ∂ ∂ ∂+∂ ∂ ∂ ∂+∂ ∂ ∂ ∂=∂ ∂+∂ ∂+∂ ∂+∂ ∂ ......... (1.17) Trong đó: C – nồng độ trung bình của chất ô nhiễm (mg/m3 ); x, y, z – các thành phần tọa độ theo 3 trục Ox, Oy, Oz; t – thời gian; Kx, Ky, Kz – các thành phần của hệ số khuếch tán rối theo 3 trục Ox, Oy, Oz; Vx, Vy , Vz – các thành phần của tốc độ trung bình theo ba trục Ox, Oy, Oz ; α – Hệ số tính đến sự liên kết của chất ô nhiễm với các phần tử khác của môi trường không khí. β - hệ số tính đến sự biến đổi chất ô nhiễm thành các chất khác do quá trình phản ứng hóa học xảy ra trên đường lan truyền; Ứng dụng phương pháp GIS và mô hình hóa môi trường vào đánh giá tác động môi trường Trang 13 Phương trình (1.17) rất phức tạp, để giải được phương trình này người ta phải tiến hành đơn giản hóa trên cơ sở thừa nhận các giả thiết sau: Công suất của nguồn điểm phát thải là liên tục và coi là quá trình dừng, nghĩa là: t C ∂ ∂ = 0 Nếu hướng trục Ox trùng với hướng gió thì thành phần vận tốc gió chiếu lên trục Oy sẽ bằng 0 0=⇒== → yx VuVV Trên thực tế thành phần khuếch tán rối theo chiều gió nhỏ hơn rất nhiều so với thành phần khuếch tán rối theo phương vuông góc với chiều gió, khi đó: 0.. ≈∂ ∂ ∂ ∂ x Ck x x Tốc độ thẳng đứng thường nhỏ so với tốc độ gió nên có thể bỏ qua, trục z thường lấy chiều dương hướng lên trên, do đó đối với bụi nặng thì thành phần Vz sẽ bằng tốc độ rơi của hạt (dấu âm), còn đối với chất ô nhiễm khí và bụi nhẹ thì Vz = 0 Nếu bỏ qua hiện tượng chuyển “pha” của chất ô nhiễm cũng như không xem xét đến chất ô nhiễm được bổ sung trong quá trình khuếch tán thì 0== βα Như vậy ta có thể sử dụng phương trình mô tả phân tán các chất ô nhiễm từ nguồn điểm sau đây vào mục đích tính toán sự nhiễm ô nhiễm không khí: y Ck yz Ck zz CV x CV yzzx . ..... ∂ ∂ ∂ ∂+∂ ∂ ∂ ∂=∂ ∂+∂ ∂ (1.18) Điều kiện ban đầu Điều kiện ban đầu của bài toán lan truyền các chất ô nhiễm trong môi trường không khí được thiết lập trên cơ sở định luật bảo toàn vật chất. Nếu nguồn có độ cao H đặt ở gốc tọa độ, hướng trục Ox theo chiều gió với vận tốc trung bình là u thì tại thời điểm t = t0, điều kiện ban đầu có dạng: ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ = = = = Hz y x t 0 0 0 ).()(.. HzyMCu −= δδ Trong đó: H - Độ cao hiệu dụng của ống khói (m). Đại lượng này được t