Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018

NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TÁN BỤI CỦA HOẠT ĐỘNG KHAI THÁC ĐÁ ẢNH
HƯỞNG ĐẾN SỨC KHỎE VÀ MÔI TRƯỜNG XUNG QUANH
BẰNG MƠ HÌNH AERMOD
Đỗ Quang Lĩnh*
Viện Mơi trường và Tài nguyên, ĐHQG TP.HCM
*Tác giả liên lạc:
(Ngày nhận bài: 23/4/2018; Ngày duyệt đăng: 25/5/2018)
TÓM TẮT
Nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá tác động lên khơng khí trong môi trường
lao động cũng như môi trường xung quanh từ hoạt động khai thác các mỏ đá thuộc địa
phận tỉnh Đồng Nai. Mơ hình AERMOD của LAKE ENVIRONMENT được phát triển cơ sở
từ mơ hình GAUSS được sử dụng để mô phỏng các phát tán bụi từ các hoạt động của mỏ
đá. Các kết quả được so sánh với các tiêu chuẩn về mơi trường an tồn lao động và mơi
trường khơng khí xung quanh. Kết quả tính tốn phát thải và mơ phỏng mơ hình AERMOD
cho khu vực mỏ đá thuộc tỉnh Đồng Nai cho thấy được khả năng ứng dụng của mơ hình
AERMOD trong cơng tác đánh giá tác động mơi trường khơng khí. Mơ hình AERMOD cho
kết quả mô phỏng khá tốt so với thực tế, điều này được chứng minh bằng nhiều nghiên cứu
trên thế giới. Đây là bước tiền đề để nghiên cứu tiếp tục tiến hành mô phỏng các ảnh hưởng
của ô nhiễm bụi lên khu vực này.
Từ khóa: AERMOD, mơ hình GAUSS, phát tán bụi, WHO.
RESEARCHING DUST EMISSION BY AERMOD MODEL OF QUARRY
EXPLOITATION ACTIVITIES AFFECT TO HEALTH AND ENVIRONMENT
Do Quang Linh*
Institute for Environment and Resources, VNU - HCM
*Corresponding Author:
ABSTRACT
This research was conducted to evaluate the impact on the air in the working environment
as well as the surrounding environment from the exploitation of stone in Dong Nai
province. The LAKE ENVIRONMENT AERMOD model was developed based on the

GAUSS model used to simulate dust emissions from quarry operations. The results are
compared to the occupational safety and environmental standards. The results of emission
calculation and model simulation of AERMOD for the quarry area of Dong Nai province
show the applicability of the AERMOD model in the assessment of environmental impacts
of air. The AERMOD model provides good simulation results, which is proven by many
studies around the world. This is a prerequisite for further study to simulate the effects of
dust pollution on this area.
Keywords: AERMOD, GAUSS model, dust emission, WHO.
cuộc đổi mới đất nước hiện nay nói chung,
cũng như ngành xât dựng nói riêng. Ngành
cơng nghiệp khai thác đá đã và đang ngày
càng chiếm vị trí quan trọng trong lĩnh vực

TỔNG QUAN
Cùng với sự phát triển chung của các ngành
nghề trong cả nước, hoạt động khai thác các
mỏ đá đã và đang góp phần to lớn vào cơng
39


Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018

tại địa bàn huyện Vĩnh Cửu, TP Biên Hòa,
huyện Long Khánh và huyện Thống Nhất.
Với lượng khai thác khá lớn như vậy của
Đồng Nai cùng các tác động gây ơ nhiễm
mơi trường khơng khí xung quanh, cần phải
có những nghiên cứu cụ thể về các phương
pháp đánh giá các tác động riêng lẻ cũng
như các tác động tổng hợp từ các từ các hoạt

động khai thác đá cũng như từ các mỏ đá
khác nhau.

xây dựng của Việt Nam. Tuy nhiên, bên
cạnh những mặt tích cực đạt được, chúng ta
cũng đang phải đối mặt với nhiều vấn đề về
môi trường. Quá trình khai thác mỏ đá phục
vụ cho lợi ích của mình, con người đã làm
thay đổi mơi trường xung quanh.
Yếu tố chính gây tác động đến mơi trường
là khai trường của các mỏ, bãi thải, khí độc
hại, bụi và nước thải… làm phá vỡ cân bằng
điều kiện sinh thái, đã được hình thành từ
hàng chục triệu năm, gây ra sự ô nhiễm nặng
nề đối với sức khỏe và môi trường xung
quanh. Các hoạt động khai thác đá thường
sinh ra bụi với khối lượng lớn phát tán vào
môi trường ngay khu vực khai thác gây ảnh
hưởng lớn đến sức khỏe lao động của công
nhân cũng như môi trường lân cận xung
quanh trong diện rộng gây nên ơ nhiễm
khơng khí nặng nề.
Đồng Nai là vùng kinh tế năng động nhất
nước ta, đồng thời đây cũng là vùng có mức
đơ thị hóa cao nhất nước, từ đó dẫn đến các
hoạt động xây dựng phát triển khá là ồ ạt.
Vì vậy, Ðồng Nai từ lâu đã là một trong
những địa phương có hoạt động khai thác đá
lớn nhất ở phía Nam với 26 mỏ đá đang khai
thác, trữ lượng hơn 390 triệu m3. Các mỏ đá

đã và sẽ được khai thác phần lớn tập trung

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Khu vực nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu là địa bàn các xã thị xã
Long Khánh, huyện Long Thành và huyện
Cẩm Mỹ, tỉnh Đồng Nai. Khu vực nghiên
cứu là miệng của núi lửa đã ngưng hoạt
động từ lâu, gồm nhiều đỉnh núi hợp lại
thành. Các đỉnh núi thường có độ cao từ
>180m. Đây là địa hình đồi núi sót nổi cao
nhất trong khu vực độ chênh cao so với địa
hình xung quanh từ 40m đến 100m. Địa
hình gồm nhiều đỉnh nhấp nhơ, lồi lõm xen
kẽ các miệng núi lửa nhỏ. Tồn bộ diện tích
đã được khai phá để trồng cây ăn trái. Giao
thông trong khu vực nói chung khá thuận
lợi, có nhiều tuyến đường tỉnh lộ và Quốc lộ
lân cận khu vực này.

Hình 1. Khu vực nghiên cứu
40


Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018

gia về Nghiên cứu khí quyển và Đại học
Pennsylvania ở Hoa Kỳ. Theo đó, các dữ
liệu khí tượng mặt đất và dữ liệu cao không
sẽ được xử lý bởi module xử lý dữ liệu khí

tượng AERMET, một thành phần Aermod
view. Mô đun AERMET cung cấp dữ liệu
tổng quát về các điều kiện khí tượng của khu
vực dưới dạng biểu đồ hoa gió và biểu đồ
phân bố tốc độ gió.
Số liệu tại MM5 sau đó được cập nhật các
số liệu tại trạm địa phương và nội suy tính
tốn hồn chỉnh bộ số liệu khí tượng cho mơ
hình. Dữ liệu khí tượng bao gồm các dữ liệu
như sau:
Dữ liệu khí tượng mặt đất là dữ liệu quan sát
được ghi lại theo từng giờ bao gồm các dữ
liệu sau: hướng gió, tốc độ gió, nhiệt độ
khơng khí, độ ẩm, áp suất khí quyển, lượng
mưa, mây phủ, bức xạ mặt trời.
Dữ liệu cao không là dữ liệu được theo dõi
2 lần mỗi ngày tại 0 GMT (7:00 LST) và 12
GMT (19:00 LST) bao gồm dữ liệu về áp
suất, độ cao xáo trộn,…

Khu vực nghiên cứu có vùng khí hậu nhiệt
đới gió mùa, phân chia thành hai mùa rõ rệt
trong năm: mùa mưa và mùa khô. Mùa mưa
kéo dài từ tháng 5 đến cuối tháng 10, mùa
khô kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm
sau. Trong mùa khơ, hướng gió chủ yếu
trong nửa đầu mùa là Bắc – Tây Bắc, nửa
cuối mùa chuyển sang hướng Đơng – Đơng
Nam. Trong mùa mưa, gió chủ yếu là gió
mùa Tây Nam thịnh hành từ cuối tháng 5

đến đầu tháng 8.
Dữ liệu khí tượng
Vận tốc gió và các yếu tố khí tượng trạm địa
phương lân cận được thu thập và được mơ
phỏng như Hình 2. Tuy nhiên, do dữ liệu về
gió (tốc độ gió, hướng gió) cũng như các
yếu tố khác đo tại trạm không phải là số liệu
hàng giờ theo u cầu của mơ hình Aermod
(24 giờ/ngày). Do đó, nghiên cứu sử dụng
dữ liệu khí tượng thu thập từ mơ hình MM5
tại khu vực nghiên cứu (do Lake
Environmental Software Company xử lý và
cung cấp). Mô hình MM5, mơ hình khí
tượng học thế hệ thứ 5 của Trung tâm Quốc

Hình 2. Hoa gió khu vực nghiên cứu
41


Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018

trợ chương trình quản lý của Cơ quan Bảo
vệ Mơi trường Hoa Kỳ USEPA. Mơ hình
AERMOD được phát triển bởi Cơ quan Khí
tượng và Cơ quan bảo vệ mơi trường Hoa
Kỳ USEPA. Mơ hình tính tốn phát tán khí
thải được áp dụng cho các trường hợp nguồn
điểm, nguồn mặt, nguồn di động và nguồn
thể tích. Hệ thống mơ phỏng khuếch tán khí
AERMOD là một hệ thống tích hợp bao

gồm hai module:
Mơ hình lan truyền cho phép tính tốn nồng
độ các chất ô nhiễm và phạm vi lắng đọng
từ các nguồn thải công nghiệp phức hợp
(phạm vi <50km).
Module Aermet (module xử lý dữ liệu khí
tượng): Tiếp nhận các dữ liệu khí tượng mặt
đất, cao khơng tại khu vực dự án để tính tốn
các tham số cần thiết như độ rối của khí
quyển, chiều cao trần, độ ma sát trong khí
quyển, chiều dài Monin-Obukov và thơng
lượng nhiệt bề mặt.
Đây là nền tảng để phát triển mơ hình tính tốn
khuếch tán cho các nguồn thải liên tục (Arya,
1999). Hình 1 mơ tả cách tiếp cận của một
nguồn khuếch tán điểm đặc trưng bằng mơ
hình vệt khí của Gauss. Có thể nhận thấy, sự
phân tán của vệt khí theo hình cơn là như nhau
theo các hướng trong khơng gian 3 chiều.

Tính tải lượng nguồn diện bằng phương
pháp đánh giá nhanh (Rapid Assessment)
Phương pháp đánh giá nhanh là phương
pháp dùng để xác định nhanh tải lượng,
nồng độ các chất ơ nhiễm trong khí thải,
nước thải, mức độ gây ồn, rung động phát
sinh từ hoạt động của dự án. Việc tính tải
lượng chất ơ nhiễm được dựa trên các hệ số
ô nhiễm. Thông thường và phổ biến hơn cả
là việc sử dụng các hệ số ô nhiễm do Tổ

chức Y tế thế giới (WHO) và của Cơ quan
Môi trường Mỹ (USEPA) thiết lập. Trong
nghiên cứu này, hệ số ô nhiễm do WHO
thiết lập được ứng dụng trong việc tính tải
lượng. Theo WHO, hệ số phát thải bụi trong
các quá trình khai thác là Eo (kg/tấn). Như
vậy, bụi phát sinh do hoạt động bóc đất phủ
theo cơng thức sau:
Ed=D*Vks*Eo/M (kg/năm)
Trong đó, tỷ trọng tự nhiên của đất phủ
trong mỏ trung bình là D (tấn/m3); thể tích
đá khai thác trong năm Vks (m3/năm); diện
tích khu vực hoạt động M (m2).
Mơ hình AERMOD
Mơ hình được sử dụng để tính tốn phát tán
bụi đối với nghiên cứu là mơ hình Aermod
View. AERMOD là thuật ngữ viết tắt của
AMS/EPA Regulatory Model, ứng dụng hỗ

Hình 3. Vệt khí điển hình từ một nguồn theo mơ hình vệt khí của Gauss
42


Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018

 y – khoảng cách theo phương ngang
từ đường tâm vệt khí (m).
 z – khoảng cách theo phương đứng
từ mặt đất (m).
 H – là độ cao hữu dụng của vệt khí

(m).
Cơng thức sử dụng trong mơ hình vệt khí
của Gauss nhận được từ giả thiết rằng
trường khuếch tán của các chất ô nhiễm ở
điều kiện ổn định. Một số giới hạn ban đầu
theo đó sẽ tồn tại do giả thiết này. Ví dụ, khi
tính tốn nồng độ theo từng giờ, mơ hình sẽ
bỏ qua tác động của các chất ơ nhiễm trong
giờ trước đó. Do một số giới hạn, loại mơ
hình này có thể được sử dụng dưới những
điều kiện địa hình tương đối bằng phẳng;
khơng có các yếu tố địa hình phức tạp như
đồi núi, sơng ngịi,…

Cơng thức tính vệt khí theo Gauss như sau
(Arya, 1999):

 y
Q
C  x, y , z, H  
 exp   0.5

2U y z

 y








2






2
2



z  h 
 z  H  
   exp   0.5
  
 exp   0.5



  z  
  z   


Trong đó:
 C(x,y,z, H) – nồng độ tại điểm (x,y,z)
(g/m3).
 Q – tải lượng ô nhiễm của nguồn thải

(g/s).
 Δy và δz– là các hệ số khuếch tán
ngang và dọc, và là hàm của x.
 U – vận tốc trung bình tại cao độ của
vệt khí (m/s).

Hình 4. Minh họa vệt khí của 3 dạng nguồn ô nhiễm – điều kiện biên đối lưu
Dựa trên những nghiên cứu của Venkatram
và cộng sự (1984) và trước đó là Taylor
(1921), cơng thức tính tốn các hệ số
khuếch tán ngang δy sử dụng trong mơ hình
Aermod hiện nay như sau:
Trong đó:
43


Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018

 X – là khoảng cách không thứ nguyên
và được tính như sau:

 ψm – hàm tương đồng cho
momentum (khơng thứ ngun)
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Tính tải lượng nguồn diện
Các hoạt động phát sinh bụi của mỏ khai
thác đá bao gồm: bóc phủ và xúc bốc khai
trường, khoan, chế biến, và đổ thải. Dựa trên
các hệ số phát thải của WHO và các thông
số hoạt động của các mỏ đá, nghiên cứu tính

ra được phát thải (mg/m2/s) như sau:
Kết quả

 α = zi/l, hệ số không thứ nguyên với l
là tỷ lệ chiều dài cho xáo trộn ngang (α
= 78, theo Brode, 2002)
 p = 0,3, theo Brode 2002.
 U – vận tốc gió, m/s
 δv – căn bậc hai trung bình của vận
tốc xáo trộn ngang
Cơng thức tính δz (bao gồm phần trên cao
và phần sát mặt đất) như sau:

Bóc phủ và Khoan Chế
Đổ
xúc bốc khai
biến thải
trường
0,12
0,30
1,94 0,05
Theo kết quả mơ phỏng phát tán khí thải từ
mơ hình, kết quả thống kê giá trị nồng độ
bụi lớn nhất tại khu vực dự án được thể hiện
trong hình 4. Khi mỏ đá hoạt động, nồng độ
bụi cao nhất tại mặt đất trung bình 1 giờ là
2,4 mg/m3 nằm trong địa phận khu vực mỏ.
Nồng độ cao nhất này thấp hơn tiêu chuẩn
về an toàn vệ sinh lao động 3733/2002/BYT
(8 mg/m3). Vì vậy, đối với các hoạt động

của người lao động trong khu vực này khá
là an toàn.
Tuy nhiên, khi xem xét ảnh hưởng đến môi
trường xung quanh, khu vực vượt quy chuẩn
QCVN 05:2013/BTNMT (0,3 mg/m3) cách
khu vực mỏ xa nhất 2.512m về hướng Bắc.
Theo kết quả từ toàn bộ khu vực nghiên cứu
trong hình 5, hướng khuếch tán bụi khá đều
hơi nghiêng về hướng Đông và Tây Nam
cũng là 2 hướng gió chính tại khu vực
nghiên cứu. Khu vực có nồng độ bụi cao
hơn 0,1 mg/m3 xa nhất cách mỏ khoảng
10km.

Trong đó:
 hes – chiều cao hiệu dụng của ống
khí, m
 δzgs – thành phần gần mặt đất của δz
 δzes – thành phần trên cao của δz
(Phần tính tốn chi tiết tham khảo Cimorelli
và các cộng sự, 2004).
Cơng thức tính tốn U tại cao độ z như sau:

Trong đó:
 u* - vận tốc tại mặt đất, m/s
 zo – cao độ bề mặt nhám mặt đất, m
 L – hệ số chiều dài Monin-Obukhov,
m
 k – hệ số không thứ nguyên von
Karman, k = 0,4


44


Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018

Hình 5. Phân bố nồng độ lớn nhất theo kết quả mô phỏng phát tán bụi tại khu vực mỏ

Khu vực rải rác các hộ dân
thu hoạch cây trái lân cận

Hình 6. Phân bố nồng độ lớn nhất theo kết quả mô phỏng phát tán bụi tại khu vực nghiên
cứu

45


Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018

Dưới tác động của các hoạt động mỏ
khoáng sản nói chung cũng như mỏ đá nói
riêng, nồng độ phát tán bụi khá cao. Điều
này được giải thích là do hàm lượng phát
thải khá cao từ các hoạt động của mỏ đá.
Các tác động này nếu bị cộng hưởng từ
nhiều nguồn khác có thể gây nên ơ nhiễm
khơng khí cục bộ tại phía Đơng Bắc tỉnh
Đồng Nai. Kết quả có thể sử dụng làm tài
liệu tham khảo, khuyến cáo về các tác
động có thể có do các hoạt động của các

mỏ đá trong khu vực, từ đó chủ động đưa
ra các giải pháp thích ứng phù hợp.

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
Kết quả tính tốn phát thải và mơ phỏng
mơ hình AERMOD cho khu vực mỏ đá
thuộc tỉnh Đồng Nai cho thấy được khả
năng ứng dụng của mơ hình AERMOD
trong cơng tác đánh giá tác động mơi
trường khơng khí. Mơ hình AERMOD
cho kết quả mơ phỏng khá tốt so với thực
tế, điều này được chứng minh bằng nhiều
nghiên cứu trên thế giới. Đây là bước tiền
đề để nghiên cứu tiếp tục tiến hành mô
phỏng các ảnh hưởng của ô nhiễm bụi lên
khu vực này.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
VƯƠNG THIÊN (2017). Ðồng Nai chấn chỉnh hoạt động khai thác đá. Báo Nhân dân
điện tử.
LAKE ENVIROMENT. (2015). AERMOD View manual.
S. TORNO, J. TORANO, M MENÉNDEZ, M. GENT, I. ÁLVAREZ (2011).
Experimental and numerical study of fence effects on dust emission into
atmosphere from open storage piles, J. Cent. South Univ. Technol. 18: 411−419.
ALEXANDER P. ECONOMOPOULOS (1993). Assessment of sources of air, water,
and land pollution: a guide to rapid source inventory techniques and their use in
formulating environmental control strategies, WHO/PEP/GETNET/93.1-A-B.
ARYA, S.P. (1999). Air Pollution Meteorology and Dispersion, OXFORD
UNIVERSITY PRESS, OXFORD, 310.
VENKATRAM, A. (1984). The uncertainty in estimating dispersion in the convective

boudary layer, ATMOS. ENVIRON., 18, 307:310.

46