Đang tải... (xem toàn văn)
tài liệu môi trường
http://www.ebook.edu.vn Kính mong sự đóng góp ý kiến của tất cả bạn đọc. Những đóng góp quí báu của bạn đọc sẽ giúp các tác giả nâng cao chất lượng giáo trình này. Giáo trình này trình bày cơ sở lý luận và thực tiễn xây dựng, ứng dụng mô hình toán phục vụ cho công tác bảo vệ môi trường. Các khái niệm cơ bản như mô hình, mô hình môi trường, mô hình hóa bài toán bảo vệ môi trường không khí, môi trường nước mặt, nước dưới đất được trình bày. Trong giáo trình cũng dành sự lưu ý đặc biệt cho những ứng dụng cụ thể trong bài toán bảo vệ môi trường trên đất nước chúng ta. Giáo trình hướng tới đối tượng là sinh viên, học viên cao học chuyên ngành môi trường và một số ngành liên quan, cũng như giảng viên, nghiên cứu viên tại các trường đại học và viện nghiên cứu. http://www.ebook.edu.vn Bn quyn @ 2008 - Bựi Tỏ Long, tin s khoa hc, Lụứi caỷm ụn Giỏo trỡnh ny ra i c l nh s ng viờn v h tr ca quớ thy cụ ng nghip m tỏc gi ó cú dp lm vic v cng tỏc. Tỏc gi xin chõn thnh cm n Lónh o Vin Mụi trng v Ti nguyờn, i hc Bỏch khoa, i hc quc gia TP. H Chớ Minh, i hc nụng lõm TP. H Chớ Minh, i hc Khoa hc Hu, i hc bỏn cụng Tụn c Thng TP. H Chớ Minh, i hc K thut Cụng ngh TP. H Chớ Minh, i hc Yersin TP. Lt ó mi tỏc gi tham gia ging dy cho sinh viờn, hc viờn cao hc chuyờn ngnh mụi trng. Tỏc gi cng gi li cm n chõn thnh n cỏc thnh viờn Phũng Tin hc Mụi trng, Vin Mụi trng v Ti nguyờn, i hc Quc gia Tp. H Chớ Minh, cỏc thnh viờn khỏc ca nhúm ENVIM ó tham gia thc hin cỏc phn mm gn vi mụ hỡnh. Tỏc gi by t li cm n chõn thnh n cỏc thy phn bin ó dnh nhiu thi gian c v úng gúp ý kin nhm nõng cao cht lng ca ti liu ny. Cui cựng tỏc gi xin cỏm n cỏc hc trũ ca mỡnh ó tham gia rt nhit tỡnh phn x lý s liu, nhp s liu cng nh kim tra phn mm, cựng nhiu h tr khỏc nõng cao giỏ tr v mt thc tin cho giỏo trỡnh ny. http://www.ebook.edu.vn http://www.ebook.edu.vn Lời nói đầu Mơ hình hóa với sự trợ giúp của cơng nghệ thơng tin trong thời đại ngày nay đã trở thành một nhánh quan trọng của khoa học hiện đại và là một cơng cụ rất mạnh để nhận thức thế giới xung quanh. Nghiên cứu mơ hình hóa và ứng dụng trên máy tính mở ra những chân trời mới để nhận diện sự phụ thuộc của tin học với tốn học và các ngành khoa học khác – cả tự nhiên lẫn xã hội. Khái niệm “mơ hình” chúng ta đã làm quen từ thời thơ ấu. Đồ chơi ơ tơ, máy bay hay chiếc tầu là những trò chơi u thích của con trai; búp bê, con gấu bơng là những trò chơi khơng thể thiếu của bé gái. Trong nhận thức của trẻ em, trong q trình nhận biết thế giới bên ngồi, những đồ chơi như vậy về thực chất là các mơ hình của thế giới thực. Ở tuổi thiếu niên đối với nhiều em thì các trò chơi lego, các mơ hình lắp ráp ơ tơ, máy bay, tàu thủy gần giống với thực tế đã trở nên quyết định trong việc lựa chọn nghề trong tương lai. Như vậy mơ hình là gì ? Cái gì chung giữa một bên là chiếc tàu trò chơi với hình vẽ được thể hiện trên màn hình máy vi tính, thể hiện một mơ hình tốn học trừu tượng ? Có một điều là giống nhau: trong cả hai trường hợp chúng ta có hình ảnh của một đối tượng thực, thay thế bản gốc nào đó được thực hiện với độ tin cậy và cụ thể nào đó. Nói một cách khác, mơ hình là biểu diễn đối tượng dưới một dạng nào đó, khác với dạng thực của nó. Trong hầu hết các ngành khoa học về thiên nhiên, về thế giới sinh vật hay vơ cơ, về xã hội, việc xây dựng và sử dụng mơ hình là một thứ vũ khí rất mạnh để nhận thức xã hội. Các đối tượng và q trình thực thường rất đa dạng và phức tạp cho nên cách tốt nhất để nghiên cứu chúng là xây dựng mơ hình. Mơ hình được xây dựng chỉ giữ lại một số mặt của hiện thực và http://www.ebook.edu.vn vì thế nó đơn giản hơn. Kinh nghiệm phát triển khoa học trong nhiều thế kỷ đã khẳng định tính đúng đắn của phương pháp tiếp cận như vậy. Giáo trình này hướng tới đối tượng sinh viên chuyên ngành môi trường, cũng như một số ngành có liên quan. Bên cạnh đó giáo trình này cũng có ích cho học viên trên đại học cũng như giảng viên, nghiên cứu viên thuộc các cơ sở đào tạo và nghiên cứu trong nước. Giáo trình này được biên soạn dựa trên tài liệu giảng dạy môn học này vào các năm 2005 - 2008 cho sinh viên và học viên cao học tại Viện Môi trường và Tài nguyên, một số trường đại học khác. Trong giáo trình này tác giả đã cố gắng bám sát thực tiễn của đất nước cũng như chương trình đào tạo ngành môi trường. Dù có nhiều cố gắng nhưng chắc chắn giáo trình này vẫn không thể tránh khỏi những tồn tại và hạn chế. Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý đồng nghiệp cũng như bạn đọc gần xa có quan tâm tới ứng dụng mô hình hóa trong quản lý môi trường cũng như trong nghiên cứu môi trường. Góp ý xin gửi về địa chỉ longbuita@yahoo.com, điện thoại 0918017376 hoặc theo địa chỉ trên trang Web: www.envim.com.vn. TP. Hồ Chí Minh, tháng 6/2008 Tác giả: TSKH. Bùi Tá Long http://www.ebook.edu.vn DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BOD Nhu cầu oxy sinh hóa C Cacbon CAP Computing for Air Pollution – Phần mềm tính tốn ơ nhiễm khơng khí CBOD Nhu cầu oxy sinh hóa các hợp chất cacbon COD Nhu cầu oxy hóa học DIP Phơtpho vơ cơ hồ tan DO Oxy hòa tan DOM Chất khống hòa tan DON Nitơ hữu cơ hòa tan DOP Photpho hữu cơ hòa tan EC Độ dẫn điện ENVIM ENVironmental Information Management software – phần mềm quản lý mơi trường ENVIMAP ENVironmental Information Management and Air Pollution estimation – Phần mềm tính tốn mơ phỏng ơ nhiễm khơng khí ENVIMQ2K Phần mềm mơ phỏng chất lượng nước kênh sơng có ứng dụng GIS GIS Hệ thống thơng tin địa lý GIS Geographic Information System – Hệ thống thơng tin địa lý http://www.ebook.edu.vn GMS Groundwater – Modeling – System – phần mềm mô phỏng nước dưới đất IN Nitơ vô cơ IP Photpho vô vơ NBOD Nhu cầu oxy sinh hóa các hợp chất nitơ NH 4 Ammonia P Phôtpho PO 4 Phôtphat QUAL2K Phần mềm mô phỏng chất lượng nước kênh sông của Mỹ SBOD Nhu cầu oxy của bùn lắng SS Chất rắn lơ lửng TDS Tổng chất rắn hòa tan TN Tổng nitơ TN Tổng nitơ TP Tổng photpho . http://www.ebook.edu.vn MUẽC LUẽC Li cm n iii Li núi u .v Danh mc cỏc t vit tt .vii Mc lc ix M U .1 Tớnh cp thit ca mụn hc . 1 Mc tiờu ca mụn hc .2 Ni dung mụn hc .2 Phng phỏp, cụng c c s dng 5 Gii hn ca phng phỏp mụ hỡnh 5 CHNG 1. TNG QUAN V Mễ HèNH HểA MễI TR NG .7 1.1. Mụ hỡnh vt lý v toỏn hc 7 1.2. Vai trũ ca mụ hỡnh 9 1.3. Mụ hỡnh nh l cụng c qun lý v nghiờn cu mụi trng .13 1.4. S phõn loi mụ hỡnh v cỏc nguyờn lý mụ hỡnh húa 17 1.5. Mụ hỡnh húa mụi trng v s phõn loi chỳng 19 Cõu hi 25 Ti liu tham kho 25 CHNG 2. NHNG KHI NIM C BN CA Mễ HèNH HểA MễI TRNG . 26 2.1. Cỏc giai on c bn ca quỏ trỡnh xõy dng mụ hỡnh mụi trng 26 2.2. Cỏc thnh phn trong quỏ trỡnh mụ hỡnh húa mụi trng 37 2.3. S phõn loi mụ hỡnh mụi trng . 39 2.4. Cỏc nguyờn lý c bn ỏp dng trong xõy dng mụ hỡnh mụi trng 45 Cõu hi 46 Ti liu tham kho 47 CHNG 3. CC YU T KH TNG NH HNG LấN S PHT TN CHT ễ NHIM KHễNG KH 48 3.1. S phỏt tỏn ca cht khớ trong khớ quyn . 48 3.2. Cỏc iu kin nh hng n s phỏt tỏn ca khớ trong khớ quyn .51 3.3. n nh ca khớ quyn 56 Cõu hi 69 Ti li u tham kho 70 http://www.ebook.edu.vn CHƯƠNG 4. MÔ HÌNH HÓA Ô NHIỄM KHÔNG KHI THEO PHƯƠNG PHÁP GAUSS….……………………………………71 4.1. Phương trình cơ bản mô tả sự truyền tải và khuếch tán chất ô nhiễm .71 4.2. Mô hình Gauss tính toán lan truyền chất ô nhiễm không khí 75 4.3. Mô hình phát tán ô nhiễm không khí ISC3 89 4.4. Bài tập ứng dụng mô hình Gauss .103 Câu hỏi 112 Tài liệu tham khảo 112 CHƯƠNG 5. MÔ HÌNH HÓA Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ THEO PHƯƠNG PHÁP BERLIAND 113 5.1. Các phương pháp tiếp cận chính trong việc mô tả khuếch tán khí quyển 113 5.2. Mô hình Berliand tính toán lan truyền chất ô nhiễm trong khí quyển .118 5.3. Các bước tự động hoá tính toán theo mô hình phát tán ô nhiễm không khí 125 5.4. Mô hình phát tán ô nhiễm không khí Sutton 135 5.5. Phương pháp tính toán nồng độ trung bình 140 5.6. Mô hình Berliand kỹ thuật .144 5.7. Bài tập ứng dụng mô hình Berliand .151 Câu hỏi 164 Tài liệu tham khảo 165 CHƯƠNG 6. MỘT SỐ KIẾN THỨC CƠ BẢN LIÊN QUAN TỚI MÔ HÌNH HÓA CHẤT LƯỢNG NƯỚC .166 6.1. Hiện tượng lan truyền chất trong môi trường nước .166 6.2. Chuyển tải 170 6.3. Khuếch tán / phân tán .173 6.4. Sự phân ô 197 6.5. Mô hình hóa chất lượng nước hồ .200 6.6. Bài tập ứng dụng 214 Câu hỏi 219 Tài liệu tham khảo 219 CHƯƠNG 7. MÔ HÌNH STREETER – PHELPS MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC TRÊN KÊNH SÔNG .220 7.1. Nhu cầu oxy sinh hoá (BOD) .221 7.2. Sự ô nhiễm do các chất hữu cơ 223 7.3. Các điểm lưu ý về nhu cầu oxy sinh hóa .225 7.4. Sự oxy hóa các hợp chất của nitơ .227 7.5. Đường cong diễn tiến oxy hòa tan (đường cong lõm) .230 7.6. Mô hình Streeter – Phelps 232 7.7. Bài tập ứng dụng mô hình Streeter 242 Câu hỏi 252 Tài liệu tham khảo 253 CHƯƠNG 8. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY VÀ LAN TRUYỀN CHẤT CHO KÊNH SÔNG .253 http://www.ebook.edu.vn [...]... nhiễm khơng khí Khi chúng ta chọn các phương án tính tốn khác nhau, có nghĩa là chúng ta hình thành các kịch bản (cho mơ hình chạy) Trong số các kịch bản này ta chọn kịch bản phù hợp với chính sách phát triển kinh tế - xã hội nhất Khi đó mơ hình được sử dụng như một mơ hình quản lý mà khơng phải là mơ hình kiểm sốt Chúng ta biến mơ hình này thành mơ hình kiểm sốt khi chúng ta muốn đạt được mức độ nồng... trường và phòng chống thiên tai 2002 – 2003 3 Bùi Tá Long và CTV Mơ hình hố q trình hình thành chất lượng nước sơng Đồng Nai Đề tài nhánh KH.07.17 1999 – 2000 4 Bùi Tá Long, 2006 Hệ thống thơng tin mơi trường Nxb Đại học Quốc gia TP HCM, 334 trang 5 Hans Von Storch, Gotz Floser, 2001 Models in Environmental Research Springer, 2001,232 p (in English) 6 Jorgensen S.E., 1994 Fundanmentals of Ecological Modelling... trình chuyển tải Là q trình nước dưới đất vận động mang theo các chất hòa tan Q trình phân tán Là q trình diễn ra khi các chất hòa tan đi qua mơi trường lỗ rỗng Q trình phân tán có tác động pha lỗng và hạ thấp nồng độ chất hòa tan Hiện tượng trễ Là q trình vật lý và hóa học gây ra hiện tượng trễ của chuyển động chất hòa tan, chất hòa tan có thể khơng chuyển động nhanh như tốc độ cuốn theo đã biết Q trình... 4 IKE (Institut für Kernenergie und Energiesystem) 1 x 1 km Giờ Muller et al (1989) LRTAP (Long Range Transport or Airborne Pollutnats) 500x500 km Ngày D.Davies (1989) ADOM (Acidic Deposition and Oxidants Model) 5 x 5 km Ngày A.Venkatram, P.Karamchand ani (1989) TADAP (Transport and Deposition of Acidifying Pollutants) 5 x 5 km Hàng giờ M.Scholtz et al (1987) ECMWF (European Centre for Medium Range... động các chất hòa tan trong nước dưới đất là điều cần thiết Tuy nhiên sự vận chuyển của các chất ơ nhiễm này rất phức tạp Chúng có thể được biểu thị bằng tốn học, mặc dù trong một số trường hợp chúng ta khơng có đủ số liệu thực tế để giải quyết các bài tốn này Q trình khuếch tán Là q trình mà ion hay những phần tử hòa tan trong nước dịch chuyển từ vùng có nồng độ (hay hoạt tính hòa tan) cao hơn đến... ngày Draxler, Taylor (1982) J.Logan (1983) MOGUNTA (Model Of the Global Universal Tracer transport In The Atmosphere) 10° x 10° Tháng, Ngày, Giờ A.Oort (1983) MSC – E EMEP Lagrangian Trajectory models 150 x 150 km 6 giờ A.Pressman et al (1989) 1 km x 1 km Giờ H.Wang, J Christiansen (1985) TDH (Technishe Hochschule Darmastadt) 100 x 100 km Giờ S.Zwerver, J.Van.Ham (1985) ASTRAP (Advanced Statistical Trajectory... ta xử lý những phép tính tốn rất phức tạp 2 Những hiểu biết chung về các vấn đề ơ nhiễm, bao gồm việc loại trừ hồn tồn ơ nhiễm là khơng khả thi, nhưng việc kiểm sốt ơ nhiễm thích hợp với những nguồn kinh tế giới hạn đòi hỏi sự cân nhắc đúng về những ảnh hưởng của ơ nhiễm tác động lên hệ sinh thái 3 Kiến thức về mơi trường của chúng ta và các vấn đề về sinh thái đã gia tăng đáng kể Đặc biệt, chúng ta. .. của chúng TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Bùi Tá Long và CTV Nghiên cứu xây dựng và hồn chỉnh mơ hình chất lượng nước để mơ phỏng và dự báo lan truyền và phát tán các chất độc hại trong mơi trường nước vùng hạ lưu hệ thống sơng Sài Gòn - Đồng Nai Mã số: SDRBEP – 02.04.06 Đề tài dự án mơi trường lưu vực sơng Sài Gòn - Đồng Nai cấp nhà nước 2002 – 2003 (đề tài nhánh) 2 Bùi Tá Long và CTV Nghiên cứu ứng dụng mơ hình... mức độ nồng độ cho phép ở một ngưỡng xác định nào đó Cũng mơ hình đó nhưng là mơ hình nghiên cứu khi ta muốn tìm sự phụ thuộc giữa nồng độ cực đạt vào các yếu tố khí tượng cũng như các tham số kỹ thuật của ống khói 1.4 SỰ PHÂN LOẠI MÔ HÌNH VÀ CÁC NGUYÊN LÝ MÔ HÌNH HÓA Trong các lĩnh vực ứng dụng người ta phân biệt các dạng sau đây của mơ hình trừu tượng: http://www.ebook.edu.vn Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ... các thơng tin sau: - Phân bố vận tốc nước dưới đất nằm ngang và thẳng đứng (hướng và độ lớn) do mơ hình dòng chảy nước dưới đất đã được hiệu chỉnh tính tốn - Các điều kiện biên của chất tan - Phân bố ban đầu của chất tan (điều kiện ban đầu) - Vị trí, lịch sử và khối lượng của nguồn hóa chất - Độ lỗ rỗng hữu hiệu - Dung trọng tự nhiên - Tỷ lệ các bon hữu cơ trong đất - Tỷ trọng của chất lỏng - Độ nhớt . vơ cơ hồ tan DO Oxy hòa tan DOM Chất khống hòa tan DON Nitơ hữu cơ hòa tan DOP Photpho hữu cơ hòa tan EC Độ dẫn điện ENVIM ENVironmental Information. trường cũng như trong nghiên cứu môi trường. Góp ý xin gửi về địa chỉ longbuita@yahoo.com, điện thoại 0918017376 hoặc theo địa chỉ trên trang Web: