04/01/2019 8:38:45 SA

 

Đánh giá chất lượng không khí Hà Nội thông qua chỉ số AQI

Dương Thành Nam, Lê Hoàng Anh, Vương Như Luận

Trung tâm Quan trắc môi trường miền Bắc,Tổng cục Môi trường

Tóm tắt:

Chỉ số chất lượng không khí (AQI) đang sử dụng rộng rãi trên thế giới và từng bước áp dụng tại Việt Nam. Bài báo này trình bày kết quả tính toán AQI cho 10 trạm quan trắc không khí tự động tại Hà Nội từ tháng 7/2017 đến hết tháng 6/2018. Kết quả tính toán AQI cho thấy mức độ ô nhiễm không khí tại Hà Nội cần có những sự quan tâm thích đáng. Tại hầu hết các trạm quan trắc, kể cả các trạm quan trắc đặt tại khu vực có nhiều công viên, xa đường giao thông lớn (trạm Tân Mai) thì vẫn có nhiều ngày chất lượng không khí ở mức “Xấu”. Mức độ ô nhiễm tại các vị trí khác nhau có sự khác biệt khá lớn, các vị trí có mức độ ô nhiễm cao nhất thường gần các trục đường giao thông chính (đường Minh Khai, Phạm Văn Đồng). Giá trị PM2.5 là thông số có mức độ ô nhiễm cao nhất. Diễn biến giá trị AQI theo các giờ trong ngày cho thấy giờ cao điểm giao thông có mức độ ô nhiễm cao hơn so với các khoảng thời gian còn lại nhưng mức độ chênh lệch không quá lớn. Diễn biến giá trị AQI theo các ngày trong năm cho thấy mùa đông có mức độ ô nhiễm cao hơn mùa hè có mức độ khác biệt khá lớn. Do 10 trạm quan trắc không khí tự động tại Hà Nội mới đi vào hoạt động nên cần tiếp tục theo dõi để phân tích các chiều hướng thay đổi dài hạn, từ đó đề xuất các biện pháp bảo vệ môi trường không khí phù hợp.

Từ khoá: AQI, chất lượng không khí, PM2.5, PM10, không khí Hà Nội.

1. Đặt vấn đề

Ô nhiễm không khí là một trong những thách thức môi trường hiện nay tại Việt Nam. Thủ đô Hà Nội, một thành phố có quy mô lớn, tốc độ phát triển nhanh thì vấn đề ô nhiễm không khí càng đặt ra nhiều thách thức. Để đưa ra các giải pháp bảo vệ môi trường không khí hiệu quả thì bước đầu tiên cần phải đánh giá chính xác hiện trạng chất lượng không khí. Trước năm 2017, nguồn số liệu sử dụng để đánh giá chất lượng không khí tại Hà Nội khá hạn chế. Số liệu quan trắc tự động bao gồm 03 trạm: 02 trạm do Tổng cục Môi trường quản lý (01 trạm đặt tại 556 Nguyễn Văn Cừ - Long Biên hoạt động từ tháng 6/2009 và 01 trạm đặt tại khu vực Lăng Chủ tịch Hồ Chí Minh hoạt động từ tháng 10/2012) 01 trạm do Đại sứ quán Mỹ lắp đặt tại nóc tòa nhà Đại sứ quán hoạt động từ tháng 01/2015. Số liệu quan trắc định kỳ bao gồm chương trình quan trắc môi trường quốc gia của Tổng cục Môi trường, chương trình quan trắc môi trường địa phương của Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội và một số chương trình, đề tài nghiên cứu khác. Quan trắc định kỳ thường được thực hiện với tần suất từ 4 - 6 lần/năm, mỗi lần lấy mẫu từ 1 - 3 giờ [1]. Vì vậy, các số liệu quan trắc định kỳ rất hạn chế trong việc đánh giá chất lượng không khí của Hà Nội.

Từ tháng 5/2017, Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã lắp đặt và vận hành 10 trạm quan trắc không khí tự động. Số liệu từ mạng lưới các trạm quan trắc này là cơ sở để đánh giá chất lượng không khí tại Hà Nội một cách toàn diện [5].


 

2. Phương pháp nghiên cứu

Thu thập số liệu: Số liệu được lấy trực tiếp từ website http://moitruongthudo.vn, là số liệu của 10 trạm quan trắc không khí tự động, cố định, liên tục đặt tại khu vực nội thành Hà Nội. Các trạm quan trắc được chia làm 2 loại bao gồm: 02 trạm cơ bản và 08 trạm cảm biến. Trạm cơ bản là trạm sử dụng phương pháp quan trắc tiêu chuẩn, có độ chính xác cao, trạm cảm biến sử dụng các đầu đo nhỏ gọn với chi phí thấp. Số liệu của trạm cơ bản được sử dụng làm số liệu đối chứng so với trạm cảm biến. Các thông số của trạm cơ bản: PM10, PM2.5, NO/NO2/NOx, SO2, O3, CO, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất khí quyển, hướng gió, tốc độ gió, lượng mưa, cường độ bức xạ mặt trời. Các thông số của trạm cảm biến: PM10, PM2.5, NO/NO2/NOx, CO, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất khí quyển. Thiết bị quan trắc của trạm cơ bản bao gồm MP101M (bụi PM10 và PM2.5), AC32M (NO2), CO12M (CO), O342M (O3), AF22M (SO2) của hãng Environment S.A. Thiết bị quan trắc của trạm cảm biến là Cairsens sensor của hãng CAirPol [2]. Số liệu từ các trạm được truyền về máy chủ với tuần suất 15 phút/lần (số liệu trung bình 15 phút), sau đó số liệu được tính toán thành trung bình 1 giờ, trung bình 24 giờ, trung bình năm. Các trạm quan trắc hoạt động từ 01/5/2017 trong thời gian đầu các trạm hoạt động chưa ổn định. Vì vậy, với trung bình 1 giờ từ 01/7/2017 đến 30/6/2018 đã được sử dụng để phân tích và đánh giá.

Bảng 1. Thông tin chung của các trạm quan trắc tự động, liên tục


Hình 1. Bản đồ vị trí các trạm quan trắc không khí tự động

Xử lý số liệu: các trạm quan trắc hoạt động liên tục 24/7 nhưng vẫn có những khoảng thời gian mất số liệu hoặc số liệu không sử dụng được. Tỉ lệ số liệu sử dụng chi tiết trong Bảng 2.

Bảng 2. Tỉ lệ số liệu sử dụng của các trạm quan trắc

TT

Tên trạm

Thông số (Đơn vị: %)

CO

NO2

PM10

PM2.5

SO2

O3

1

Chi cục BVMT

91,5

91,0

91,9

91,7

79,7

85,4

2

Minh Khai

89,2

89,3

91,4

91,7

64,2

82,0

3

Hàng Đậu

87,4

87,3

91,9

91,9

4

Hoàn Kiếm

88,4

84,7

92,6

92,6

5

Kim Liên

88,5

87,5

92,6

92,6

6

Mỹ Đình

87,0

86,7

91,7

91,7

7

Phạm Văn Đồng

88,1

88,2

92,5

92,5

8

Thành Công

87,3

87,6

89,1

89,1

9

Tân Mai

88,3

87,5

92,6

92,6

10

Tây Mỗ

87,9

88,2

92,6

92,6

Ghi chú: Tỉ lệ số liệu sử dụng được tính bằng tỉ số giữa số lượng số liệu sử dụng trên số lượng số liệu thiết kế (ví dụ số lượng số liệu thiết kế 1 năm là 365x24=8.760 giá trị trung bình 1 giờ). 

Phương pháp tính toán chỉ số chất lượng không khí (AQI)

Giá trị AQI tính theo phương pháp tính toán AQI ban hành tại Quyết định số 878/QĐ-TCMT ngày 01/7/2011 của Tổng cục Môi trường [4]. AQI giờ đối với PM10 và PM2.5 được tính toán theo phương pháp Nowcast [10,11].

Các thông số được sử dụng để tính AQI bao gồm: SO2, CO, NO2, O3, PM10, PM2.5. Giá trị AQI được tính toán cho 2 loại: AQI giờ và AQI ngày. Giá trị AQI giờ sử dụng để đánh giá chất lượng không khí giữa các giờ trong ngày, giá trị AQI ngày sử dụng để đánh giá AQI giữa các ngày trong năm. Phần mềm Excel và R được sử dụng để xử lý số liệu và vẽ biểu đồ [6,7].

3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chỉ số AQI giờ

Chỉ số AQI giờ thể hiện mức độ ô nhiễm không khí theo từng giờ trong ngày. Theo kết quả tính toán, không có AQI giờ ở mức nguy hại, AQI giờ ở mức rất kém chiếm tỉ lệ rất thấp. Tỷ lệ AQI giờ ở mức xấu và kém cao nhất là trạm Minh Khai (với tỷ lệ lần lượt là 24,43% và 11,13%) và thấp nhất là trạm Tân Mai (với tỷ lệ lần lượt là 1,97% và 0%). Đa số các giờ trong ngày tại các trạm có chất lượng không khí ở mức trung bình (tỷ lệ AQI giờ ở mức trung bình giao động từ 50,84% đến 60,42%). Tỷ lệ AQI giờ ở mức tốt của tương đối cao, cao nhất là Hoàn Kiếm (47,30%) và thấp nhất là Minh Khai (8,13%).

Bảng 3. Số giờ có mức tương ứng với mức AQI

TT

Tên trạm

Các mức AQI (đơn vị: số giờ/tỉ lệ %)

Số

giờ

đo

Nguy hại

Rất kém

Kém

Xấu

Trung bình

Tốt

1

Chi cc BVMT

0

0

167

955

4469

2472

8063

(0)

(0)

(2,4)

(11,8)

(55,4)

(30,7)

(100)

2

Minh Khai

0

1

894

1962

4521

653

8031

(0)

(0)

(11,1)

(24,4)

(56,3)

(8,1)

(100)

3

Hàng Đậu

0

0

141

1456

4864

1589

8050

(0)

(0)

(1,8)

(18,1)

(60,4)

(19,7)

(100)

4

Hoàn Kiếm

0

0

1

150

4123

3836

8110

(0)

(0)

(0)

(1,9)

(50,8)

(47,3)

(100)

5

Kim Liên

0

0

1

191

4166

3751

8109

(0)

(0)

(0)

(2,4)

(51,4)

(46,3)

(100)

6

M Đình

0

0

7

319

4455

3262

8044

(0)

(0)

(0,1)

(4,0)

(55,4)

(40,6)

(100)

7

Phm Văn Đồng

0

9

745

1931

4548

869

8102

(0)

(0,1)

(9,2)

(23,8)

(56,1)

(10,7)

(100)

8

Thành Công

0

0

60

870

4234

2645

7809

(0)

(0)

(0,8)

(11,1)

(54,2)

(33,9)

(100)

9

Tân Mai

0

0

0

160

4144

3806

8110

(0)

(0)

(0)

(2,0)

(51,1)

(46,9)

(100)

10

Tây M

0

0

26

487

4159

3438

8110

(0)

(0)

(0,3)

(6,0)

(51,3)

(42,4)

(100)

Ghi chú: Số liệu tính từ tháng 7/2017 đến hết tháng 6/2018

Theo kết quả từ 10 trạm quan trắc cho thấy, khu vực đường Minh Khai và đường Phạm Văn Đồng chất lượng không khí bị ô nhiễm nhiều nhất. Nguyên nhân do khu vực này mật độ phương tiện giao thông quá cao, cộng với các công trình xây dựng, nâng cấp hạ tầng đô thị đang diễn ra làm phát sinh một lượng bụi lớn.

 

Hình 2. Giá trị AQI giờ tại các trạm quan trắc (tháng 7/2017 - 6/2018)

AQI giờ có sự biến thiên phụ thuộc vào các nguồn phát sinh ô nhiễm, đặc biệt là mật độ giao thông. Để đánh giá diễn biến AQI theo các giờ trong ngày, bài báo đánh giá thông qua giá trị AQI giờ trung bình. Kết quả tính toán cho thấy, giá trị AQI giờ trung bình có giá trị cực đại vào các giờ cao điểm giao thông (8-9 giờ và 19-20 giờ). Tuy nhiên, mức sự khác biệt giá trị AQI giữa giờ cao điểm giao thông và thời gian còn lại trong ngày không quá lớn. Điều này được giải thích bởi giá trị AQI phụ thuộc vào thông số có mức ô nhiễm lớn nhất là PM2.5 (xem phần tiếp theo) mà thông số PM2.5 là thông số có thời gian tồn tại rất lâu trong không khí, khi mật độ giao thông giảm thì thông số PM2.5 được sinh ra từ trước vẫn tồn tại và gây ra ô nhiễm.


Ghi chú: thời gian tính trung bình từ tháng 7/2017 đến tháng 6/2018

Hình 3. Giá trị AQI trung bình theo từng giờ

Chỉ số AQI ngày

Chỉ số AQI ngày sử dụng để đánh giá tổng hợp chất lượng không khí các ngày trong năm. Không có trạm nào có AQI ngày ở mức nguy hại. Chỉ có 1 ngày ở trạm Minh Khai và 6 ngày ở trạm Phạm Văn Đồng ở mức rất kém. Trạm Minh Khai có số ngày ở mức kém cao nhất (150/348 ngày). Số ngày có AQI ở mức xấu và trung bình khá cao (từ 11,63% đến 57,38% và từ 22,99% đến 74,52%). Trạm Hoàn Kiếm, Tân Mai, Tây Mỗ, Kim Liên là những trạm có số ngày ở mức tốt tương đối cao.

Bảng 4. Số ngày có mức tương ứng với mức AQI

TT

Tên trạm

Các mức AQI (đơn vị: số ngày/tỉ lệ %)

Số

ngày

đo

Nguy hại

Rất kém

Kém

Xấu

Trung bình

Tốt

1

Chi cc BVMT

0

0

36

144

159

10

349

(0)

(0)

(10,32)

(41,26)

(45,56)

(2,87)

(100)

2

Minh Khai

0

1

150

116

80

1

348

(0)

(0,29)

(43,10)

(33,33)

(22,99)

(0,29)

(100)

3

Hàng Đậu

0

0

38

206

115

0

359

(0)

(0)

(10,58)

(57,38)

(32,03)

(0)

(100)

4

Hoàn Kiếm

0

0

1

42

225

93

361

(0)

(0)

(0)

(11,63)

(62,33)

(25,76)

(100)

5

Kim Liên

0

0

1

59

233

68

361

(0)

(0)

(0,28)

(16,34)

(64,54)

(18,84)

(100)

6

M Đình

0

0

5

63

269

24

361

(0)

(0)

(1,39)

(17,45)

(74,52)

(6,65)

(100)

7

Phm Văn Đồng

0

6

122

147

86

0

361

(0)

(1,66)

(33,80)

(40,72)

(23,82)

(0)

(100)

8

Thành Công

0

0

23

124

180

21

348

(0)

(0)

(6,61)

(35,63)

(51,72)

(6,03)

(100)

9

Tân Mai

0

0

0

46

217

98

361

(0)

(0)

(0)

(12,74)

(60,11)

(27,15)

(100)

10

Tây M

0

0

10

118

156

77

361

(0)

(0)

(2,77)

(32,69)

(43,21)

(21,33)

(100)

 

Tổng cộng

0

7

386

1065

1720

392

3570

 

 

(0,00)

(0,20)

(10,81)

(29,83)

(48,18)

(10,98)

(100)


Ghi chú: Số liệu tính từ tháng 7/2017 đến hết tháng 6/2018

Các nghiên cứu về chất lượng không khí tại Hà Nội đều chỉ ra mức độ ô nhiễm các tháng mùa đông cao hơn các tháng mùa hè [1,3,8,9], kết quả đánh giá chất lượng không khí theo chỉ số AQI ngày cũng đã thể hiện rất rõ điều này. Thời gian ô nhiễm đỉnh điểm thường diễn ra từ tháng 11 đến 1 năm sau, thời gian chất lượng không khí đạt mức tốt nhất diễn ra từ tháng 6 đến tháng 7.


Trạm Phạm Văn Đồng


Trạm Kim Liên


Trạm Minh Khai


Trạm Tân Mai

 

Hình 4. Giá trị AQI ngày tại một số trạm quan trắc ở Hà Nội


Thông số có mức độ ô nhiễm cao nhất

Theo các nghiên cứu gần đây [8, 9], khu vực nội thành Hà Nội đang bị ô nhiễm chủ yếu bởi thông số bụi (PM10, PM2.5) và NO2. Các thông số CO, SO2, O3 ô nhiễm nhẹ hoặc chưa bị ô nhiễm.

Các thông số sử dụng để đánh giá ô nhiễm môi trường không khí ở Hà Nội (PM10, PM2.5, CO, SO2, NO2, O3 và SO2) thì PM2.5 là thông số có mức độ ô nhiễm cao nhất, tiếp đến là NO2 và PM10. CO là thông số có mức độ ô nhiễm thấp nhất. Mức độ ô nhiễm của các thông số được thể hiện thông qua Bảng 4 và Biểu đồ 4.

Bảng 5. Số ngày tương ứng với thông số có AQI cao nhất

STT

Tên trạm

Thông số (đơn vị: số ngày)

PM10

PM2.5

CO

NO2

O3

SO2

1

Chi cục BVMT

0

333

0

14

2

0

2

Minh Khai

11

297

0

40

0

0

3

Hàng Đậu

0

221

0

138

4

Hoàn Kiếm

1

245

0

115

5

Kim Liên

1

255

0

105

6

Mỹ Đình

0

297

0

64

7

Phạm Văn Đồng

3

304

0

54

8

Thành Công

0

249

0

99

9

Tân Mai

3

242

0

116

10

Tây Mỗ

3

252

0

106


Hình 4. Giá trị AQI ngày theo thông số tại trạm Hàng Đậu

Kết quả tính toán giá trị trung bình năm của các thông số cũng cho thấy, tại một số trạm, các thông số NO2, PM10 và PM2.5 có giá trị quan trắc trung bình năm vượt quá giới hạn của Quy chuẩn Việt Nam (QCVN).

Ghi chú: QCVN 05:2013/BTNMT đối với các thông số NO2, PM10 và PM2.5 lần lượt là 40, 50, 25 µg/m3


Hình 6. Giá trị trung bình năm của các trạm quan trắc (tháng 7/2017 - 6/2018)

Kết luận

Kết quả đánh giá chất lượng không khí tại Hà Nội cho thấy mức độ ô nhiễm không khí cần có những sự quan tâm thích đáng. Tại hầu hết các trạm quan trắc, kể cả các trạm quan trắc đặt tại khu vực có nhiều công viên, xa đường giao thông lớn (trạm Tân Mai) thì vẫn có nhiều ngày chất lượng không khí ở mức “Xấu”. Mức độ ô nhiễm tại các vị trí khác nhau có sự khác biệt khá lớn, các vị trí có mức độ ô nhiễm cao nhất thường gần các trục đường giao thông chính (đường Minh Khai, Phạm Văn Đồng). Giá trị PM2.5 là thông số có mức độ ô nhiễm cao nhất. Diễn biến giá trị AQI theo các giờ trong ngày cho thấy giờ cao điểm giao thông có mức độ ô nhiễm cao hơn so với các khoảng thời gian còn lại nhưng mức độ chênh lệch không quá lớn. Diễn biến giá trị AQI theo các ngày trong năm cho thấy mùa đông có mức độ ô nhiễm cao hơn mùa hè có mức độ khác biệt khá lớn.

Do 10 trạm quan trắc tại Hà Nội mới đi vào hoạt động nên chưa thể đánh giá diễn biến chất lượng không khí qua nhiều năm. Trong những năm tiếp theo cần tiếp tục đánh giá chất lượng không khí tại Hà Nội để thấy được chiều hướng thay đổi dài hạn, từ đó mới có thể đưa ra các biện pháp bảo vệ môi trường không khí phù hợp.

Tài liệu tham khảo

1.        Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia 2016: Môi trường đô thị. Báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường Việt Nam.

2.        Báo cáo tổng hợp kết quả quan trắc không khí trên địa bàn Hà Nội năm 2017, Sở tài nguyên và Môi trường Hà Nội.

3.        Chất lượng không khí Việt Nam năm 2017 và quý I năm 2018, Báo cáo của GreenID. http://www.greenidvietnam.org.vn/document/bao-cao-nghien-cuu.html.

4.        Quyết định số 878/QĐ-TCMT ngày 1/7/2011 của Tổng cục Môi trường về việc ban hành sổ tay hướng dẫn tính toán chỉ số chất lượng không khí.

5.        Phạm Ngọc Hồ. Hoàn thiện mạng lưới quan trắc môi trường không khí tại Thành phố Hà Nội, Tạp chí Môi trường số 5/2017.

6.        Erik Meyer, Annie Esperanza. 2016. Air Quality Monitoring 2015 Annual Report, Sequoia and Kings Canyon National Parks. Natural Resource Data Report NPS/SEKI/NRR-2016/1177.

7.        Durdana Rais Hashmi, Akhtar Shareef and Razia Begum. 2018. A Study of  Ambient Air Quality Status in Karachi by Appling Air Quality Index (AQI). Paskistan Journal of Scientific and Industrial Research, vol 61, no.2, May-August.

8.        Yosuke Sakamotoa, Koki Shoji, Manh Trung Bui, Thi Huong Phạm, The Anh Vu, Bich Thuy Ly, Yoshizumi Kajii, 2018. Air quality study in Hanoi, Vietnam in 2015–2016 based on a one-year observation of NOx, O3, CO and a one-week observation of VOCs. Atmospheric Pollution Research 9(2018) 544-551.

9.        Bich-Thuy Ly, Yutaka Matsumi, Tomoki Nakayama, Yosuke Sakamoto, Yoshizumi Kajii, Trung-Dung Nghiem. 2018. Characterizing PM2.5 in Hanoi with New High Temporal Resolution Sensor. Aerosol and Air Quality Research, 18: 2487–2497.

10.   David Mintz, Susan Stone, Phil Dickerson, Alison Davis. 2013. Transitioning to a new NowCast Method. Technical Slides for CETESB. EPA – OAQPS.

11.   John E. White. 2016. PM2.5 Public Reporting and Wildfires in EPA’s AirNow Program. 2016. Nacaa communicating air quality conference.

 

 

A Study of Ambient Air Quality Status in Hanoi,

By Applying Air Quality Index (AQI)

 

Duong Thanh Nam, Le Hoang Anh, Vuong Nhu Luan

Northen Centre for Environmental Monitoring,

Vietnam Environment Administration

Abstract:

Air Quality Index (AQI) is used widely in the world and gradually applied in Vietnam. This article reported the AQI for ten ambient air monitoring stations at Hanoi from July 2017 to June 2018. The results of AQI show that the level of air pollution in Hanoi needs proper attention. At most monitoring stations, even monitoring stations located in parks areas, or far from major roads (ex. Tan Mai station), the air quality has many days at the "Unhealthy" level. The level of air pollution in different locations varies considerably. The areas with the highest levels of air pollution are usually near the main roads (ex. Minh Khai Road, Pham Van Dong Road). PM2.5 is the parameter with the highest level of air pollution. The variation of AQI values during the hours of a day indicates that the rush hours have higher levels of air pollution than the other time. However, the difference is not large. The variation of AQI values in the days of the year indicated that the winter is higher levels of air pollution than summer. And the difference is a significant difference. Because the ten monitoring stations in Hanoi are recently operation, we need to keep observing to analyze trends and propose the most solution to to improve the air quality.

Keyword: AQI, air quality, PM2.5, PM10, Hanoi ambient air.

Bài đăng trên tạp chí môi trường Chuyên đề IV, tháng 12 năm 2018

Từ Khóa: