26/04/2021
TÓM TẮT
Bài báo phân tích các ảnh hưởng tiêu cực do quá trình vận hành hệ thống giao thông vận tải đến hoạt động đời sống và sức khỏe của dân cư tại các thành phố lớn. Cần nhấn mạnh rằng, các tác động của việc ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông vận tải gây nên có liên quan khá nhiều đến tỷ lệ mắc các bệnh hô hấp của dân cư trong khu vực bị ảnh hưởng. Do đó, cần thiết xây dựng phương án quy hoạch tối ưu nhằm loại trừ các trường hợp ô nhiễm không khí nguy hiểm tại các tuyến phố đô thị. Thực tế cho thấy, việc xây dựng các tuyến đường liên tỉnh nằm trong khu vực ngoại thành, quy hoạch các khu vực cấm phương tiện và tuyến phố đi bộ đã mang lại hiệu quả tích cực trong việc giảm thiểu mức độ ô nhiễm trong đô thị.
Từ khóa: Ô nhiễm không khí, chế độ thông gió (sục khí), giao thông đường bộ, đường đô thị, vận tốc gió, công trình xây dựng, quy hoạch đô thị.
1. Đặt vấn đề
Các nghiên cứu hiện nay cho thấy, hàng năm có hàng triệu dân cư ở nhiều thành phố lớn mắc các bệnh liên quan do tác động tiêu cực của hiện tượng ô nhiễm không khí và ô nhiễm tiếng ồn từ hoạt động giao thông vận tải trong khu vực đô thị.
Các biện pháp nhằm giảm thiểu tiếng ồn ở khu vực phức hợp giao thông và đường bộ tại các thành phố lớn đối với dân cư sinh sống gần đường cao tốc, đường sắt bao gồm:
- Gia tăng khoảng cách giữa nguồn phát tiếng ồn và đối tượng được bảo vệ;
- Phân vùng phát triển đô thị hợp lý - tăng số lượng tầng của các tòa nhà dân cư, bố trí nhà dân nằm sâu vào các khu đô thị;
- Bố trí không gian xanh ven đường giao thông;
- Lắp đặt các tấm chắn tường cách âm.
Vật thể dùng làm chắn tường cách âm có thể sử dụng các loại sau:
- Các yếu tố địa hình nhân tạo và tự nhiên (đất đào, đất đắp, đồi…);
- Các tòa nhà, mà các phòng sử dụng trong đó cho phép mức âm thanh lớn hơn 50 dBA;
- Các tòa nhà dân cư có các biện pháp cách âm, được lắp đặt nằm bao quanh cấu trúc bên ngoài tòa nhà;
- Các tòa nhà dân cư, mà trong đó có cửa sổ của phòng tiện ích nằm về phía hướng nguồn tiếng ồn (Phòng tiện ích là phòng được thiết kế để đáp ứng nhu cầu gia đình như nhà bếp, nhà vệ sinh, phòng tắm, phòng kho…).
Kết quả điều tra cho thấy, tỷ lệ bệnh lý của dân cư đô thị sống tại các khu vực tiếp giáp với đường phố chính cao hơn so với dân cư sống tại các khu vực khác. Điều này càng khẳng định thêm về sự không phù hợp trong các chỉ số chất lượng môi trường tại khu vực dân cư sinh sống, đó là các yếu tố về ô nhiễm không khí và tiếng ồn.
Vấn đề cấp bách nhất hiện nay là xây dựng các biện pháp nhằm cải thiện chất lượng môi trường tại khu vực đô thị.
Nồng độ trung bình của các chất ô nhiễm tại TP. Hà Nội và TP. HCM luôn lớn hơn so với khu vực nông thôn và ở khu vực trung tâm của thành phố, hàm lượng của chúng cao hơn so với các vùng ngoại ô từ 15-30%. Theo các số liệu thống kê, mức độ ô nhiễm tại các thành phố lớn ở Hà Nội thường xuyên ở mức xấu, rất xấu, đặc biệt vào những ngày sương mù dày đặc và mùa đông [1]. Theo PGS.TS. Vũ Văn Giáp, Phó Giám đốc Trung tâm hô hấp, Bệnh viện Bạch mai cho biết, có sự liên quan giữa tỷ lệ về tần suất nhập viện của bệnh hô hấp ở trẻ em với những đợt ô nhiễm không khí cao điểm. Trong những đợt ô nhiễm không khí này, tần suất nhập viện tăng lên đáng kể [2].
Ngoài ra, tại TP. Saint Peterburg (Liên bang Nga), các nhà nghiên cứu đã khảo sát tỷ lệ mắc bệnh của trẻ em sinh sống tại cùng một tuyến phố cho thấy kết quả về sự không đồng đều của chỉ số mắc bệnh đối với trẻ em sống tại các dãy nhà chẵn và lẻ. Lý do cho sự khác biệt này là số trẻ em sống tại các dãy nhà lẻ có vị trí nằm theo hướng gió chính của luồng không khí, do đó tỷ lệ mắc bệnh của trẻ em tại đây nhỏ hơn so với trẻ em sống tại các dãy nhà chẵn [6].
2. Ý nghĩa của việc tạo nên chế độ thông gió trong việc giảm thiểu mức độ ô nhiễm không khí tại không gian đô thị
Các nghiên cứu cho thấy, gió được tạo ra do sự hình thành các dòng xoáy tuần hoàn trong không gian của đường phố, mang theo các chất ô nhiễm từ lòng đường đến mặt tiền của các tòa nhà [6]. Hơn nữa, các xoáy nhỏ sẽ xuất hiện ở các bức tường chắn gió của dãy nhà đón gió [3].
Sự lưu thông không khí ở trong các khu vực đường phố dạng “hẻm núi” dẫn đến sự gia tăng nồng độ khí thải ô nhiễm gần các tòa nhà ở phía đón gió, vì dòng xoáy lớn nhất mang hầu hết các chất ô nhiễm từ nguồn thải và dòng thứ hai giữ chúng ở tầng thấp hơn của tòa nhà.
Việc theo dõi nồng độ ô nhiễm theo chiều cao của địa hình cho thấy, khu vực chịu tác động ô nhiễm chính của khí thải phương tiện vận tải là tầng 1-3 và ít hơn là từ tầng 4, do đó tỷ lệ mắc các bệnh hô hấp ở trẻ em sống từ tầng 4 trở xuống cao hơn các tầng khác.
Để giảm thiểu tác động tiêu cực đến sức khỏe của cộng đồng dân cư sống gần tuyến đường phố trong đô thị, cần áp dụng các phương pháp tiếp cận tổng hợp để đánh giá chất lượng môi trường sống, có tính đến các yếu tố ảnh hưởng chính đến môi trường xung quanh. Đồng thời, quan trọng cần phải xác định các nguồn lực có sẵn nhằm giảm tác động tiêu cực của hoạt động giao thông đường bộ đến môi trường sống bằng các biện pháp kỹ thuật trong việc quy hoạch đô thị.
Thực tế cho thấy, trong quá trình lập đồ án quy hoạch khu dân cư có tính đến các yếu tố an toàn môi trường, trước hết cần đưa ra đánh giá các tác động môi trường và dự kiến mức độ ô nhiễm không khí [7]. Trong việc đánh giá tổng thể này tồn tại mối quan hệ chức năng giữa các yếu tố, là chất lượng thông gió của không gian đường phố phải đảm bảo từ quan điểm cảm nhận nhiệt của con người và việc tuân thủ yếu tố mức độ ô nhiễm không khí không vượt quá nồng độ giới hạn.
Nghiên cứu chỉ ra, chỉ số quan trọng nhất đặc trưng cho sự ảnh hưởng của các tòa nhà đối với sự biến dạng của gió và sự lưu thông các tạp chất trong khu vực “hẻm núi”, là tỷ số giữa chiều cao của các tòa nhà ở các dãy đối diện H và khoảng cách giữa chúng dọc theo mặt quay ra đường B [3]. Các chỉ số kích thước hình học này có ảnh hưởng đến nồng độ chất ô nhiễm CO trong không khí của khu vực đường phố. Đây là chất độc hại nhất chứa trong khí thải, chiếm tỷ trọng lớn nhất trong tổng số lượng khí thải phát ra, được ước tính bằng tỷ số tương quan r trong khoảng 0,6-0,7, tương ứng với ảnh hưởng của tốc độ gió (r = 0,7 - 0,8) và cường độ giao thông (r = 0,85 - 0,9) [9].
Công thức tính toán sự phụ thuộc của nồng độ CO ban đầu vào tốc độ (vận tốc) gió thu được trên cơ sở khảo sát thực địa tại đường phố chính [8] được thể hiện qua công thức sau:
q0 = A.e-αu0 (1)
Trong đó: q0 và u0 - nồng độ CO trong không khí và vận tốc gió trên mép đường ở độ cao 1,5 m (mg/m3); e - logarit; A và a là hệ số đặc trưng cho giá trị nồng độ CO cực đại ở trạng thái tĩnh, khi u0 = 0.
Giá trị của hệ số a theo cấp số nhân được tính đối với từng loại đường giao thông: đường trong đô thị vào mùa hè là 0,453 và 0,430 cho mùa đông. Đối với đường quốc lộ và cao tốc, khu vực có lưu lượng xe tải và phương tiện công cộng di chuyển tương ứng lần lượt là 0,437 và 0,418. Đường cong hồi quy được biểu diễn trong Hình 1.
Hình 1. Biểu đồ thể hiện sự phụ thuộc của nồng độ ban đầu của CO trong không khí vào vận tốc gió trên đường giao thông: 1,4 - đường trong thành phố; 2 - đường quốc lộ, chủ yếu xe tải chạy; 3 - đường quốc lộ chủ yếu là xe con và phương tiện công cộng. A - mùa hè; B - mùa đông [8]
Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, nồng độ ban đầu khí nito dioxit (NO2) cũng giảm đáng kể khi vận tốc gió nằm trong khoảng 0 - 2,5 m/s với mật độ phương tiện nằm trong khoảng 103 xe/giờ, chất khí oxi hóa cũng thay đổi với tốc độ gió nằm trong phạm vi từ 0-3 m/s với mật độ phương tiện là 102 xe/giờ. Ngoài ra, còn quan sát thấy nồng độ nhất định của khí hydrocacbon trong hàm lượng các khí thải này [6].
Điều này cho phép khằng định rằng, trong quá trình hòa trộn vào không khí, các chất khí thải riêng lẻ đã mất đi động năng của chúng, do quá trình khuyếch tán khiến cho việc cân bằng mật độ và khối lượng riêng giữa hỗn hợp khí thải và không khí diễn ra nhanh chóng.
Điều này càng được thể hiện rõ ở Hình 2, ta thấy các đường cong về sự sụt giảm nồng độ CO và nito oxit (NO+NO2) trong điều kiện mô hình hóa sự phát tán khí thải trong một khu vực mở.
Hình 2. Sự phụ thuộc nồng độ ban đầu khí thải CO (1) và NO+NO2 (2) trong không khí vào vận tốc gió trong điều kiện mô phỏng [6]
Để nghiên cứu, người ta sử dụng một đường ống thiết kế đặc biệt, được kết nối với ống xả của động cơ ô tô. Ống thải được mô phỏng cùng hướng theo luồng giao thông trên đường, các khí thải được thoát ra liên tục và theo chiều ngang từ những lỗ nhỏ nằm dọc bên sườn của ống thải. Việc này đã loại bỏ được sự ảnh hưởng của vận tốc ban đầu và hướng phát thải theo vecto vận tốc của dòng khí tại điểm xác định nồng độ ban đầu của chất được nghiên cứu.
Do đó, có thể coi mô hình thể hiện sự phụ thuộc giữa nồng độ ô nhiễm khí thải CO vào mức độ thông gió (tốc độ gió) đại diện cho toàn bộ hỗn hợp khí thải do các luồng giao thông thải ra.
Từ đồ thị ở Hình 1 cho thấy, với tốc độ gió lớn hơn 3 m/s, mức độ ô nhiễm không khí trên các khu vực được quan sát giảm đáng kể (3-5 lần) và đạt đến mức tối thiểu. Điều này phù hợp với các kết quả thu được khi khảo sát ở các giao lộ, nơi ghi nhận nồng độ các chất ô nhiễm vượt quá 2-3 lần nồng độ ô nhiễm cho phép, với tốc độ gió trên 3 m/s nồng độ ô nhiễm giảm xuống đáng kể. Nói cách khác, khi chế độ thông gió có vận tốc trên 3 m/s sẽ làm giảm mức độ ô nhiễm không khí và cân bằng mật độ, khối lượng riêng giữa hỗn hợp khí thải và không khí.
Thực tế quan sát tại một số thành phố lớn ở Liên bang Nga cho thấy, nồng độ ô nhiễm cho phép của các khí thải (CO, NO2, CnHm) có thể đạt giá trị 40 - 70 % trên tổng chiều dài các đường phố chính [10] trong phạm vi tốc độ gió 3-4 m/s; tương ứng với điều kiện thời tiết thoải mái và dễ chịu để con người hoạt động ngoài trời.
Việc nghiên cứu các mục tiêu quy hoạch và công tác phát triển đô thị đóng góp vai trò quan trọng trong việc phát triển đô thị bền vững. Hịên nay, các dự án quy hoạch ít quan tâm đến tiêu chuẩn vệ sinh môi trường không khí. Vì vậy, để xây dựng được một phương án thiết kế tối ưu, phù hợp với các tiêu chuẩn môi trường cần thiết phải đảm bảo phương trình cơ bản sau [10]:
Cmaxj = A.e-αuCj (2)
Trong đó: Cmaxj - nồng độ tối đa cho phép của thành phần riêng lẻ của khí thải; UCj - vận tốc gió (m/s), cung cấp sự pha loãng của các thành phần trong không khí đến nồng độ cho phép trên 1 đoạn đường.
Kết quả chia (1) cho (2) và logarit, ta thu được phương trình sau:
uCj - uo - 1/α ln qj/Cmaxj (3)
Trong đó: u0 - vận tốc gió trên đường phố theo phương án thiết kế quy hoạch sẽ được điều chỉnh (m/s); qj/Cmaxj - dung trọng của thành phần trong không khí (tính theo 1 đơn vị Cmax) với các thông số về lưu lượng giao thông trên đường phố.
Vế trái của phương trình (3) phản ánh sự thiếu hụt khí hoặc vận tốc gió ∆u = (uCj - u), cần thiết để đưa dung trọng của các thành phần trong không khí xung quanh đạt tiêu chuẩn vệ sinh bằng cách thay đổi các quyết định quy hoạch.
Nghiên cứu của Balakin V.V. đã chỉ ra sự phụ thuộc về thông số H/B và chu vi mật độ xây dựng có ảnh hưởng đến nồng độ khí thải và vận tốc gió với hướng chính của nó đối với trục đường phố [9], có thể khẳng định rằng, việc đảm bảo nồng độ ô nhiễm ở mức cho phép trên các tuyến phố chính trong công tác dự báo có thể xây dựng dựa trên các biện pháp kỹ thuật để duy trì chế độ thông khí (sục khí) tối ưu của không gian đường phố. Phương thức thông gió này được xây dựng dựa trên việc bố trí và lựa chọn vị trí của tuyến đường theo hướng gió tự nhiên chính, số tầng của tòa nhà và các kỹ thuật trong công tác quy hoạch khu dân cư.
Tại từng khu vực có đặc điểm địa lý riêng, trong quá trình phát triển các khu dân cư, hệ thống đường giao thông, cần tính toán đến yếu tố thông khí để đảm bảo giảm thiểu tối đa các tác động tiêu cực do việc ô nhiễm không khí do khí thải của các phương tiện giao thông cơ giới.
Ở những khu vực địa lý nơi có gió mạnh chiếm ưu thế, dẫn dến hiện tượng mất nhiệt cơ thể của dân cư sống tại đó và ảnh hưởng đến sức khỏe của họ, thì việc bảo vệ khu dân cư khỏi các ảnh hưởng của gió lạnh là cần thiết. Ở đây bao gồm các phương tiện quy hoạch chắn gió, có tính đến đặc điểm của địa hình, số tầng của các tòa nhà, phương pháp quy hoạch, trồng cây…
Cùng với đó, sự thông gió trên đường chưa đảm bảo yếu tố thoải mái - với vận tốc gió nhỏ hơn 5 m/s được quan sát thấy trong năm tại các vùng rừng và đồi núi vào mùa hè. Thậm chí có nơi tốc độ gió thấp hơn (dưới 3 m/s), gió tĩnh (0-1 m/s) được ghi nhận tại các vùng ẩm ướt. Rõ ràng, trong khu vực khí hậu này, cần phải quan tâm đến các yếu tố nhằm phát triển đô thị để mang lại cảm giác nhiệt thoải mái và mức độ thông gió tự nhiên của đường phố. Có thể giữ gìn và tăng cường tốc độ gió ban đầu tại các khu vực này bằng cách tăng khoảng cách giữa các tòa nhà. Ở một số thành phố sử dụng khả năng giữ lại vận tốc gió ban đầu bằng cách vận dụng địa hình thung lũng, sự lưu thông gió của các khối không khí…
Tuy nhiên, trong mọi trường hợp, nên loại bỏ khả năng xuất hiện một luồng không khí lưu thông tại không gian đường phố làm ngăn cản sự trao đổi không khí của các hướng gió chính. Do đó, khi xây dựng đường phố cần áp dụng phương pháp kỹ thuật với số lượng hạn chế các tòa nhà nhiều phần, nhiều góc cạnh, tạo nên các hẻm núi. Ví dụ: Dịch chuyển trục của các tòa nhà vào một hàng, vị trí của chúng ở một góc hoặc thụt vào từ đường vạch xây nhà và thay đổi số lượng tầng hoặc cấu trúc thiết kế của tòa nhà [4].
Thực tế cho thấy rằng, tại các thành phố lớn có yếu tố quy hoạch lịch sử lâu đời thì không bắt kịp với tốc độ cơ giới hóa của xã hội. Hiện trạng quy hoạch cũ chịu áp lực lớn và nhiều rủi ro bởi các yếu tố tác động môi trường gây nên.
Để giải quyết vấn đề này cần tạo ra một môi trường sống lành mạnh, chủ yếu phát sinh ở trung tâm thành phố lớn trong điều kiện tự động hóa cần thiết sử dụng các biện pháp tái thiết và lập kế hoạch triệt để theo hướng mới như việc đưa xe tải, container ra khỏi khu vực khu dân cư, mở rộng khu phố, mở rộng phố đi bộ…
Giảm tỷ lệ mắc bệnh tại các khu vực dân cư do tác động tiêu cực của phương tiện giao thông là kết quả của việc thực hiện các hoạt động giao thông và quy hoach đô thị quy mô lớn. Ví dụ: Chuyển đổi giao thông dừng sang mạng lưới đường cao tốc tại khu vực ngoại ô; phát triển mạng lưới đường hiện có và bổ sung mới ngoài hiện trạng đang có; thiết lập hệ thống góc bến đỗ, trang thiết bị cho bãi đỗ; trong khu vực dân cư trung tâm loại trừ các vùng giao thông bằng phương tiện và thay vào đó bằng hình thức đi bộ.
3. Kết luận
Vấn đề ô nhiễm không khí từ khí thải phương tiện cơ giới hiện nay được tất cả các thành phố lớn trên thế giới quan tâm. Hoạt động giao thông vận tải gây nên vấn đề ô nhiễm không khí và tiếng ồn, ảnh hưởng không nhỏ đến dân cư sinh sống trong đô thị. Tỷ lệ dân cư tại thành phố lớn mắc các bệnh liên quan đến ô nhiễm không khí và ô nhiễm tiếng ồn ngày càng gia tăng.
Trong quá trình lập đồ án quy hoạch khu dân cư cần phải đưa ra đánh giá tác động môi trường và dự kiến mức độ ô nhiễm không khí tại đó. Thông qua các biện pháp kỹ thuật để duy trì chế độ thông khí (sục khí) tối ưu của không gian đường phố để xây dựng các dự báo mức độ ô nhiễm có thể đạt được. Phương thức thông gió này được xây dựng dựa trên việc bố trí và lựa chọn vị trí của tuyến đường theo hướng gió tự nhiên chính, số tầng của tòa nhà và các kỹ thuật trong công tác quy hoạch khu dân cư.
Việc quy hoạch đô thị hiện nay hướng đến xây dựng đô thị thông minh, mà trong đó cần tạo ra một môi trường an toàn và lành mạnh. Để giải quyết vấn đề này cần thiết sử dụng các biện pháp tái thiết và lập kế hoạch triệt để theo hướng mới như việc kiểm soát phương tiện giao thông trong đô thị, đưa xe tải, container ra khỏi khu vực khu dân cư, mở rộng khu phố, mở rộng phố đi bộ…
Nguyễn Phương Ngọc
Khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến Trúc Đà Nẵng
(Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường số Chuyên đề Tiếng Việt I/2021)
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. http://cem.gov.vn/tin-tuc-moi-truong/o-nhiem-khong-khi-o-ha-noi-20-nam-nghien-cuu
2. https://nhandan.com.vn/tin-tuc-y-te/benh-ly-ho-hap-dang-ngay-cang-gia-tang-376930.
3. Chan T. L., Dong G., Leung C. W., Cheung C. S., Hung W. T., Validation of a two -dimensional pollutant dispersion model in an isolated street canyon// Atmospheric Environment. - 2002. - Vol. 36, no. 5. - P. 861-872.
4. Nguyễn Phương Ngọc (2019), Đề xuất mô hình tính toán quá trình phân tán chất ô nhiễm trên không gian đô thị đường phố, Tạp chí môi trường, Chuyên đề I/2019, tr. 14.
5. Nguyễn Phương Ngọc (2020), Đánh giá mức độ ô nhiễm của các khí thải độc hại trong khu vực không gian ven đường, Tạp chí môi trường, Chuyên đề II năm 2020, tr. 35.
6. Балакин В. В., Сидоренко В. Ф. Обеспечение гигиенических нормативов выбросов автомобильного транспорта в воздухе жилой застройки градостроительными средствами/ Современное строительство и архитектура.. - 2016, №1(01). С.7-12.
7. Балакин В. В., Сидоренко В. Ф., Сидоренко И. В. и др. Градостроительные мероприятия по снижению загазованности урбанизированных территорий выбросами автомобильного транспорта// Экология урбанизированных территорий. - 2015, №4, с.79-85.
8. Балакин В.В. Влияние ветрового режима на очищение воздуха магистральных улиц от выбросов автотранспорта// Гигиена и санитария. - 1980, №6, с.5-8.
9. Балакин В. В., Сидоренко В. Ф. Трансформация воздушного потока при обтекании жилых зданий на городских улицах// Вестник ВолгГАСУ. Сер. Строительство и архитектура. 2016.Вып. 44(63).Часть 2. С.4-18.
10. Балакин В. В. Расчет загрязнения атмосферного воздуха на застраиваемых участках городских дорог// Вестник ВолгГАСУ. Сер. Строительство и архитектура. - 2010. - Вып. 18 (37). - С. 138-143.
PROPOSED METHODS FOR REDUCING THE POSITIVE IMPACT ON THE URBAN ENVIRONMENT BY TRANSPORTATION
Nguyen Phuong Ngoc
Faculty of Construction, Da Nang Architecture University
Abstract
The paper analyzes the negative effects of the transportation system's operation on life activities and health of residents in big cities. It should be emphasized that the effects of air pollution caused by transportation activities are significantly related to the incidence of respiratory diseases among the population in the affected area. Therefore, it is necessary to develop optimal planning options to eliminate dangerous air pollution cases in urban streets. Construction of intercity roads in suburban areas, planning of no-vehicle zones and pedestrian streets have brought about a positive effect in reducing urban pollution levels.
Keyworks: Air pollution, ventilation (aeration) regime, road traffic, urban roads, wind speed, construction works, urban planning.
