ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HOÀNG QUÝ NHÂN GIÁO TRÌNH NỘI BỘ MƠ HÌNH HĨA MƠI TRƯỜNG Dành cho sinh viên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Công nghệ Môi trường, Kinh tế Tài Nguyên Môi trường (Tài liệu lưu hành nội bộ) Thái Nguyên, năm 2016 Lời Nói Đầu Giáo trình đời nhờ động viên hỗ trợ quí thầy đồng nghiệp mà tác giả có dịp làm việc cộng tác Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, Khoa Môi trường tạo điều kiện cho nhóm tác giả hồn thành giáo trình Mơ hình hóa với trợ giúp cơng nghệ thơng tin thời đại ngày trở thành nhánh quan trọng khoa học đại công cụ mạnh để nhận thức giới xung quanh Nghiên cứu mơ hình hóa ứng dụng máy tính mở chân trời để nhận diện phụ thuộc tin học với toán học ngành khoa học khác – tự nhiên lẫn xã hội Khái niệm “mơ hình” làm quen từ thời thơ ấu Đồ chơi ô tô, máy bay hay tầu trò chơi yêu thích trai; búp bê, gấu bơng trị chơi khơng thể thiếu bé gái Trong nhận thức trẻ em, trình nhận biết giới bên ngoài, đồ chơi thực chất mơ hình giới thực Ở tuổi thiếu niên nhiều em trị chơi lego, mơ hình lắp ráp tơ, máy bay, tàu thủy gần giống với thực tế trở nên định việc lựa chọn nghề tương lai Như mơ hình ? Cái chung bên tàu trị chơi với hình vẽ thể hình máy vi tính, thể mơ hình tốn học trừu tượng ? Có điều giống nhau: hai trường hợp có hình ảnh đối tượng thực, thay gốc thực với độ tin cậy cụ thể Nói cách khác, mơ hình biểu diễn đối tượng dạng đó, khác với dạng thực Trong hầu hết ngành khoa học thiên nhiên, giới sinh vật hay vô cơ, xã hội, việc xây dựng sử dụng mơ hình thứ vũ khí mạnh để nhận thức xã hội Các đối tượng trình thực thường đa dạng phức tạp cách tốt để nghiên cứu chúng xây dựng mơ hình Mơ hình xây dựng giữ lại số mặt thực đơn giản Kinh nghiệm phát triển khoa học nhiều kỷ khẳng định tính đắn phương pháp tiếp cận Giáo trình hướng tới đối tượng sinh viên chuyên ngành môi trường, số ngành có liên quan Mục lục Mở đầu Chương : TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH HỐ MƠI TRƯỜNG 10 1.1 Mơ hình hóa lịch sử phát triển 10 1.1.1 Khái niệm mơ hình hóa 10 1.1.2 Lịch sử phát triển Mơ hình hóa 11 1.2 Vai trị mơ hình hóa môi trường 12 1.3 Mơ hình quản lý nghiên cứu dự báo môi trường 16 1.4 Các nguyên lý mơ hình hóa nói chung 20 1.5 Phân loại mơ hình hóa theo không gian thời gian 23 Chương 2: CÁC BƯỚC XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỐ MÔI TRƯỜNG 29 2.1 Các giai đoạn q trình xây dựng mơ hình hóa mơi trường 29 2.2 Các thành phần q trình mơ hình hóa mơi trường 38 2.3 Phân loại mơ hình hóa mơi trường 41 2.4 Các thuật toán áp dụng xây dựng mơ hình hóa mơi trường 44 Chương 3: MƠ HÌNH HỐ TRONG MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ 46 3.1 Ơ nhiễm mơi trường khơng khí, Vì cần phải mơ hình hố mơi trường khơng khí 46 3.2 Một số khái niệm mơ hình hố mơi trường khơng khí 47 3.3 Mơ hình hóa tính khuếch tán chất nhiễm mơi trường khơng khí 51 3.3.1 Mơ hình hố phân tán chất nhiễm khơng khí theo phương pháp Berliand 53 3.3.2 Tính tốn phân bố nồng độ chất nhiễm theo mơ hình Gauss 61 Chương 4: MƠ HÌNH HỐ TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC 68 4.1 Giới thiệu chung đặc tính chung mơi trường nước 68 4.2 Các khái niệm mơ hình hóa mơi trường nước 70 4.3 Mơ hình hóa chất lượng nước đơn giản – Mơ hình BOD/DO 72 4.4 Mơ hình hóa nước đất (nước ngầm) 79 4.4.1 Khái niệm nước đất 79 4.4.2 Ô nhiễm nước đất 80 4.4.3 Mơ hình khuếch tán chất ô nhiễm nước ngầm 81 Chương 5: MƠ HÌNH HĨA Ơ NHIỄM TIẾNG ỒN 86 5.1 Ô nhiễm tiếng ồn: 86 5.2 Nguyên nhân ô nhiễm tiếng ồn 87 5.3 Mơ hình hóa tiếng ồn 87 5.3.1 Đại lượng mô tả tiếng ồn môi trường 88 5.3.2 Công thức đánh giá ô nhiễm tiếng ồn 88 5.4 Tiêu chuẩn giới hạn cho phép tiếng ồn 90 Chương 6: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH HĨA MƠI TRƯỜNG 92 6.1 Sơ đồ phát triển ứng dụng mơ hình 93 6.2 Xu phát triển mơ hình hóa mơi trường theo quy mô không gian 94 6.3 Giới thiệu số mơ hình mơi trường 95 6.3.1 Mơ hình biến đổi khí hậu tồn cầu 95 6.3.2 Mô hình quản lý lưu vực 97 6.3.3 Bộ mơ hình thủy lực - thủy văn MIKE 98 Tài liệu tham khảo 99 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 Đặc trưng mô hình chuyển động khí 23 Bảng 2-1 Các thuật ngữ mơ hình hóa môi trường 36 Bảng 2-2 Phân loại mơ hình mơi trường (từng cặp theo dạng mơ hình) 41 Bảng 2-3 Nhận dạng mô hình 44 Bảng 2-4 Bảng tham số mơ hình Streeter 46 Bảng 3-1 Trị số Γ` ứng với áp suất nhiệt độ khác nhau, K/100m 61 Bảng 4-1 Các hệ số cơng thức phát tán vệt khói Gauss 79 Bảng 4-2 Cơng thức tính σz (x), σy(x) cho vùng thống mở (nơng thơn) 80 Bảng 4-3 Cơng thức tính σz (x), σy(x) cho điều kiện thành phố 80 Bảng 4-4 Tóm tắt số cơng thức tính vệt nâng ống khói dạng cơng thức .82 Bảng 5-1 Giá trị Z0 số n theo tháng năm Hà Nội 132 Bảng 6-1 Hệ số truyền khối, động lượng, nhiệt 177 Bảng 6-2 Các hệ số phân tán theo điều kiện khác 190 Bảng 6-3 Tóm tắt hệ số phân tán đo dòng chảy 191 Bảng 6-4 Hệ số phân tán thẳng đứng cho hồ phân tầng ngang qua lớp dị nhiệt 193 Bảng 6-5 Hệ số phân tán thẳng đứng trung bình cho hồ 196 Bảng 6-6 Hệ số phân tán nước mờ cặn lắng khe 197 Bảng 6-7 Phân loại mơ hình hồ 202 Bảng 6-9 Nồng độ dinh dưỡng có nước mưa (mg/l) 208 Bảng 6-10 Các hệ số lưu trữ R (D = kích thước hạt) 209 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1 Mối liên hệ khoa học mơi trường,sinh thái, mơ hình hóa môi trường sinh thái, quản lý môi trường công nghệ mơi trườg 13 Hình 1-2 Ý tưởng thể vai trị mơ hình mơi trường quản lý môi trường 14 Hình 1-3 Các ngun lý mơ hình hóa mơi trường 19 Hình 2-1 Các giai đoạn q trình mơ hình hóa mơi trường 28 Hình 2-2 Một q trình mơ hình hóa mang tính thử nghiệm 30 Hình 2-3 Các bước mơ hình hóa theo Jorgensen S.E 31 Hình 2-4 Các thành phần mơ hình hóa mơi trường 38 Hình 2-5 Mơ hình hệ sinh thái nước .39 Hình 2-6 Mơ hình ngẫu nhiên xem xét đại lượng (1), (2), (3) mơ hình tiền định xem đại lượng (2) (3) 40 Hình 2-7 Minh họa mơ hình động mơ hình tĩnh .44 Hình 3-1 Các giai đoạn phát thải nhiễm khơng khí 48 Hình 3-2 Nồng độ cực đại khơng khí theo thời gian theo khoảng cách .49 Hình 3-3 Nồng độ cực đại khơng khí theo thời gian theo khoảng cách .50 Hình 3-4 Các đường đồng mức dạng vệt khói liên tục, đường đồng mức mức độ vào thời điểm khác 50 Hình 3-5 Các đường đồng mức trường hợp nguồn liên tục .51 Hình 3-6 Sự thay đổi vệt khói có mật độ nhỏ khơng khí 52 Hình 3-7 Một số hiệu ứng từ phát thải nguồn cao 53 Hình 3-8 Biên vùng nguy hiểm phát tán chất ô nhiễm 55 Hình 3-9 Sự thay đổi nhiệt độ khối khí theo độ cao .56 Hình 3-10 Khí khơng ổn định siêu đoạn nhiệt .63 Hình 4-1 Chọn trục tọa độ mơ hình khuếch tán Gauss 71 Hình 4-2 Sơ đồ mơ hình khuếch tán Gauss 77 Hình 4-3 Biên vệt khói với thời gian trung bình khác 81 Hình 4-4 Sơ đồ vệt khói phát thải từ ống khói 85 Hình 4-5 Tính vận tốc gió độ cao hữu dụng 90 Hình 4-6 Tính độ cao hiệu chỉnh 91 Hình 4-7 Tính tốn lực thơng lượng động lượng 92 Hình 4-8 Tính tốn vệt nâng cột khói 93 Hình 4-9 Sơ đồ tính tốn độ cao hữu dụng he 95 Hình 5-1 Sơ đồ khuếch tán luồng khí thải dọc theo chiều gió 118 Hình 5-2 Sơ đồ cấu trúc (các module) phần mềm ENVIMAP 129 Hình 6-1 Biểu đồ trình lan truyền 167 Hình 6-2 Sơ đồ biểu diễn gradian vận tốc khác ứng suất cắt nơi phân cách nước – khơng khí, đáy – nước, bờ - nước 169 Hình 6-3 Dịng chảy kênh sông gây nên phân tán theo phương ngang dọc theo lòng dẫn 171 Hình 6-4 Chuyển động chuyển tải từ điểm a tới điểm b 171 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BOD Nhu cầu oxy sinh hóa C Cacbon CAP Computing for Air Pollution – Phần mềm tính tốn nhiễm khơng khí CBOD Nhu cầu oxy sinh hóa hợp chất cacbon COD Nhu cầu oxy hóa học DIP Phơtpho vơ hồ tan DO Oxy hịa tan DOM Chất khống hòa tan DON Nitơ hữu hòa tan DOP Photpho hữu hòa tan EC Độ dẫn điện ENVIM ENVironmental Information Management software – phần mềm quản lý môi trường ENVIMAP ENVironmental Information Management and Air Pollution estimation – Phần mềm tính tốn mơ nhiễm khơng khí ENVIMQ2K Phần mềm mơ chất lượng nước kênh sơng có ứng dụng GIS GIS Hệ thống thông tin địa lý GIS Geographic Information System – Hệ thống thông tin địa lý Mở đầu Hiện nay, ô nhiễm môi trường vấn đề báo động song hành với phát triển kinh tế xã hội, đặc biệt quốc gia phát triển Tại nhiều nơi, chất lượng nước, đất, khơng khí suy giảm nhanh chóng vượt qua khả tự làm tự nhiên Trong lĩnh vực khoa học quản lý môi trường kỹ thuật xử lý môi trường, việc quan trắc dự báo diễn biến môi trường mang tầm quan trọng cho định giải vấn đề Tuy nhiên, việc đo đạc, quan trắc mơi trường tốn kinh phí cơng sức người Nhằm giảm thiểu khó khăn này, nhà khoa học tiếp tục phát triển ứng dụng nguyên lý vật lý, tốn học, cơng nghệ thơng tin vào thực tiễn để mô diễn biến thực tế tự nhiên đưa dự báo cần thiết Việc mô môi trường giúp người tạo dựng hình ảnh vật thu nhỏ tương tự, bắt chước theo thực tế để mô tả kiện tạo kịch biến đổi lượng chất theo không gian thời gian nhằm tiên đoán khả lây - lan truyền chất ô nhiễm khả hồi phục chất lượng tài ngun Mơn học mơ hình hóa mơi trường hình thành từ sở Mơn học mơ hình hóa mơi trường phục vụ cho tất nhà khoa học, nhà kỹ thuật, nhà quản lý, kể nhà xã hội làm việc liên quan đến lĩnh vực môi trường tài nguyên thiên nhiên Chữ “mô hình” (modeling) có nguồn gốc từ chữ La-tinh modellus Từ mang ý nghĩa kiểu cách người tạo để tiêu biểu cho thực Bài giảng trình bày sở lý luận thực tiễn xây dựng, ứng dụng mơ hình tốn phục vụ cho cơng tác bảo vệ mơi trường Các khái niệm mơ hình, mơ hình mơi trường, mơ hình hóa tốn bảo vệ mơi trường khơng khí, mơi trường nước mặt, nước đất, mơ hình, phần mền ứng dụng tin học trình bày Trong giảng dành lưu ý đặc biệt cho ứng dụng cụ thể tốn bảo vệ mơi trường đất nước Chương : TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH HỐ MƠI TRƯỜNG Hiện khơng có lĩnh vực nhận thức mà người ta khơng nói đến mơ hình Trong nghĩa rộng, mơ hình hiểu cấu trúc xây dựng tư thực tiễn, cấu trúc tái lại thực tế dạng đơn giản hơn, công thức trực quan Phần trình bày làm sáng tỏ mơ hình mơ hình hố mơi trường 1.1 Mơ hình hóa lịch sử phát triển 1.1.1 Khái niệm mơ hình hóa Trong lịch sử phát triển người sử dụng mơ hình Mơ hình tranh đơn giản thực tế công cụ để giải nhiều vấn đề Dĩ nhiên, mơ hình khơng chứa đựng tất đặc tính hệ thống thực, vì, khơng phải hệ thống thật Nhưng điều quan trọng việc mơ hình chứa đựng tất đặc tính đặc trưng cần thiết phạm vi vấn đề cần giải hay mô tả Ý nghĩa thực tiễn việc sử dụng mơ hình có lẽ minh họa tốt qua ví dụ thực tế Trong nhiều năm, người ta sử dụng mơ hình vật lý tàu để xác định mặt nghiêng, giúp tàu có cân nước Mơ hình vật lý có hình dáng số thơng số giống tàu thật sự, khơng chứa tất chi tiết chẳng hạn như: trang bị máy móc, cách bố trí cabin, v.v… Những chi tiết khơng liên quan đến mục đích mơ hình cần nghiên cứu Những mơ hình khác tàu đáp ứng mục đích khác: cách bố trí cabin khác nhau, sơ đồ ống dẫn Từ đó, chuyên gia hàng đầu mơ hình mơi trường người Đan Mạch Jorgensen M.E cho mơ hình mơi trường phải mang đặc tính lưu ý đến khía cạnh quản lý hay vấn đề mang tính khoa học, điều mà nhà nghiên cứu mong muốn Môi trường hệ thống phức tạp nhiều tàu, điều nói lên mơ hình mơi trường vấn đề phức tạp Tuy nhiên, nhờ nghiên cứu mạnh mẽ nhiều thập kỷ qua nên 10 Áp dụng thực hành: Bài tập tính tốn mơ hình hóa mơi trường nước ngầm Tính tốn xác định nồng độ nitrat giếng nước ngầm hạ lưu hướng chảy ảnh hưởng xáo trộn tầng nước ngầm từ hồ thấm nước thải sau xử lý (như hình vẽ) Giả sử lưu lượng nước thải sau xử lý vào tầng nước ngầm 100 m3/ngày/m Nồng độ nitrat nước tahir sau xử lý 15 mg/L Độ thấm thủy lực tầng ngậm nước 10 -5 m/s độ dốc mặt nước phía thượng nguồn -0,018 m/m Nồng độ ban đầu nitrat nước ngầm 0,5 mg/L 85 Chương 5: MƠ HÌNH HĨA Ơ NHIỄM TIẾNG ỒN 5.1 Ơ nhiễm tiếng ồn: Hiện nay, với q trình cơng nghiệm hóa, Ơ nhiễm tiếng ồn vấn đề thiết cần nghiên cứu giảm thiếu Ô nhiễm tiếng ồn (Tiếng Anh: Noise pollution noise disturbance) tiếng ồn môi trường vượt ngưỡng định gây khó chịu cho người động vật Hầu hết nước, nguồn gây ô nhiễm tiếng ồn chủ yếu từ tiếng ồn trời phương tiện giao thơng, vận tải, xe có động cơ, máy bay tàu hỏa Tiếng ồn ngồi trời cịn nói gọn từ tiếng ồn môi trường Quy hoạch đô thị khơng tốt làm phát sinh nhiễm tiếng ồn, bên cạnh tịa nhà cơng nghiệp dân cư dẫn đến tình trạng nhiễm tiếng ồn khu dân cư Những ghi chép liên quan đến tiếng ồn đô thị nhắc đến từ thời Rome cổ đại.[3] Tiếng ồn ngồi trời gây hoạt động máy móc, xây dựng hay buổi biểu diễn âm nhạc, đặc biệt số nơi làm việc Điếc tiếng ồn bị gây bên ngồi (ví dụ tàu hỏa) bên (ví dụ âm nhạc) Mức tiếng ồn cao góp phần gây bệnh tim mạch người bệnh động mạch vành Ở số loài động vật, tiếng ồn mức làm tăng nguy tử vong cách thay đổi vật ăn thịt, cản trở việc phát mồi, khó khăn việc sinh sản gây thính lực vĩnh viễn hình 6-1 Hình 5-1: Tác hại tiếng ồn đến người 86 5.2 Nguyên nhân ô nhiễm tiếng ồn • Do nguồn gốc thiên nhiên Do hoạt động núi lửa động đất.Tuy nhiên nguyên nhân thứ yếu, lúc có núi lửa động đất lúc có ô nhiễm tiếng ồn thực tác động đến hộ dân sống gần khu vực núi lửa động đất Mặt khác ngun nhân có tính chu kỳ mà xảy cách ngẫu nhiên • Do nguồn gốc nhân tạo Đây xem nguyên nhân chủ yếu gây tượng ô nhiễm tiếng ồn Hiện phương tiện giao thơng ngày tăng với mức độ chóng mặt, mật độ xe lưu thông đường phố ngày lớn gây nên ô nhiễm tiếng ồn tiếng động cơ, tiếng còi tiếng phanh xe Ở Việt Nam, số lượng phương tiện chất lượng lưu thông đường phố ckhá nhiều tạo nên ô nhiễm tiếng ồn đáng kể Máy bay nguồn gây ô nhiễm bỏ qua Lúc máy bay cất cánh hạ cánh lúc mà hộ dân sống gần sân bay phải chịu tần số âm không nhỏ Nên có biện pháp di dời sân bay xa khu vực đông dân cư để giảm thiểu tiếng ồn Hơn nữa, việc sử dụng loại máy móc xây dựng phổ biến Đây nguồn gây ô nhiễm tiếng ồn đáng kể Hoạt động công nghiệp sản xuất việc sử dụng máy móc xem thiếu Tuy nhiên ý thức sở sản xuất, số khu công nghiệp làm cho mức độ ô nhiễm tiếng ồn ngày tăng cao Trong sinh hoạt, việc bật máy nghe nhạc lớn tác động không nhỏ đến thính giác người xung quanh, vũ trường hay quán bar Đây nguồn gây nhiễm mà xem khó xử lý dựa vào ý thức người dân chủ yếu Một số nguồn gây ô nhiễm tiếng ồn khác như: Các biểu tình, kiện công cộng, kiện thể thao (trường bắn, karting ) Nguồn từ động vật tiếng chó sủa, mèo kiêu, tiếng chăn ni Từ nhà hàng xóm, tiếng nhạc bật lớn, la hét, tiếng ồn máy cắt, báo động vơ tình, pháo hoa Đặc biệt tiếng điện thoại di động nơi cơng cộng, bao gồm phịng học, hội nghị nguồn gây ô nhiễm tiếng ồn 5.3 Mơ hình hóa tiếng ồn Để sử dụng thực tiễn, phương pháp mô tả nào, phép đo đánh giá tiếng ồn môi trường phải liên hệ tới vài cách thức biết phản ứng người với tiếng ồn Có nhiều hậu bất lợi việc tăng tiếng ồn môi trường với gia tăng tiếng ồn, mối quan hệ xác liên đới liều – phản ứng tiếp tục chủ đề tranh luận khoa học Thêm vào đó, điều quan trọng tất phương pháp dùng cần phải khả thi khn khổ bối cảnh chung trị, kinh tế, xã hội mà phương pháp sử dụng Vì lý này, có nhiều phương pháp khác 87 sử dụng khắp giới cho loại tiếng ồn khác nhau, điều làm tăng khó khăn đáng kể cho việc so sánh thông hiểu quốc tế Trong giảng tác giả xin giới thiệu phương pháp mơ hình đo nhiễm tiếng ồn theo TCVN 7878:2010 5.3.1 Đại lượng mô tả tiếng ồn môi trường • Tình đơn lẻ Âm tình đơn lẻ (như tơ tải qua, máy bay bay qua tiếng nổ mỏ đá) ví dụ âm đơn lẻ Một âm đơn lẻ đặc trưng nhiều đại lượng Những ký hiệu bao gồm đại lượng vật lý mức tương ứng đo decibel (dB) Ba đại lượng thường dùng để miêu tả âm tình đơn lẻ Trọng số tần số A không dùng cho âm xung lượng cao âm có tần số thấp Ba đại lượng là: a) Mức tiếp xúc âm với trọng số với tần số riêng b) Mức áp suất âm lớn với trọng số thời gian riêng trọng số tần số c) Mức áp suất âm đỉnh với trọng số tần số riêng Âm môi trường đơn lẻ lặp lại điển hình tượng âm đơn lẻ lặp lại Ví dụ tiếng ồn máy bay, tiếng ồn tàu hỏa, tiếng ồn giao thông đường với lượng giao thơng thấp, xem tổng tiếng ồn nhiều trường hợp đơn lẻ Cũng tiếng nổ súng tổng âm từ nhiều tiếng súng riêng biệt Trong tiêu chuẩn này, việc mô tả tất nguồn âm đơn lẻ lặp lại sử dụng mức tiếp xúc âm tình âm đơn lẻ số tình tương ứng để xác định mức áp suất âm liên tục tương đương • Âm liên tục Biến áp, quạt tháp làm lạnh ví dụ nguồn âm liên tục Mức áp suất âm âm nguồn âm liên tục khơng đổi, dao động biến đổi chậm theo thời gian Thường đánh giá âm liên tục mức áp suất âm liên tục tương đương theo trọng số A khoảng thời gian xác định Mức áp suất âm lớn theo trọng số A với trọng số thời gian xác định âm dao động ngắt quãng sử dụng 5.3.2 Công thức đánh giá ô nhiễm tiếng ồn • Một nguồn âm Nếu khoảng thời gian, Tn, có nguồn âm liên quan mức đánh giá mức áp suất âm liên tục tương đương tính sử dụng phương trình (3) từ mức tiếp xúc âm hiệu chỉnh cho, mức áp suất âm liên tục tương đương hiệu chỉnh cho Mức đánh giá Mức cường độ âm (L đơn vị decibel dB) mở rộng cho khoảng thời gian trình bày  LRe q /Tn  10 lg   Tn • 10 LRe g /10 i Nguồn kết hợp 88    (6.1) Hướng dẫn chung để đánh giá mức đánh giá cho nguồn kết hợp Mức đánh giá nguồn âm kết hợp mở rộng cho khoảng thời gian trình bày Nói chung khoảng thời gian T chia nhỏ thnàh Tnj cho nguồn j Giá trị Tnj chọn cho giá trị hiệu chỉnh LReq/Tn số Việc chia nhỏ T khác nguồn khác Mức áp suất liên tục tương đương đánh giá cho theo công thức: 1 L / 10  LRe qT  10 lg  Tnj  10 Re q / Tn  T n j  T   Tnj Trong đó: (6.2) (6.3) n Cho nguồn j mức tiếp xúc âm đánh giá hàm số mức tiếp xúc âm theo đặc tính âm xung lượng cao Hình 5-2: Mức tiếp xúc âm theo đặc tính xung lượng cao • Mức đánh giá tổng hợp ngày Một phương pháp khác sử dụng rộng rãi để mô tả môi trường tiếng ồn cộng đồng đánh giá mức đánh giá tổng hợp cho ngày từ mức đánh giá khoảng thời gian khác ngày Ví dụ, mức đánh giá ngày/đêm LRdn cho công thức: 24  d d  LRdn  10lg  10( LRd  Kd )/10  10( LRn  Kn )/10  24  24  (6.4) Trong đó:  d số ngày  LRd mức đánh giá cho thời gian ban ngày, bao gồm hiệu chỉnh nguồn âm đặc điểm âm  LRn mức đánh giá cho thời gian ban đêm, bao gồm hiệu chỉnh nguồn âm đặc điểm âm  Kd hiệu chỉnh cho thời gian ban ngày cuối tuần, áp dụng, 89  Kn hiệu chỉnh cho thời gian ban đêm  Các phương trình tương tự áp dụng để tính mức đánh giá ban ngày/buổi tối/đêm, LRdn Cơ quan có thẩm quyền nên chọn khoảng thời gian ban ngày ngày e 24  d  e d  LRden  10lg  10( LRd  Kd )/10  10( LRe  Kn )/10  10( LRe  Kn )/10  24 24  24  (6.5) Trong  e số buổi tối;  LRe mức đánh giá vào ban tối, bao gồm hiệu chỉnh nguồn âm đặc điểm âm Và ký hiệu khác công thức (5.4) Phần trăm dân cư bị khó chịu tiếng ồn giao thơng hàm mức ngày/đêm Hình 5-3: Phần trăm cư dân khó chịu tiếng ồn giao thông 5.4 Tiêu chuẩn giới hạn cho phép tiếng ồn Giới hạn tiêu chuẩn cho phép tiếng ồn tối tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5948:1999 TCVN 7878 2:2010 quy định rõ khu vực công cộng dân cư Theo số liệu tổ chức Y tế giới (WHO) - Mức âm tương đương ca làm việc ( giờ) 80dB chưa gây bệnh điếc nghề nghiệp tiếp xúc lâu dài với - LA,td = 85 dB có 10% cơng nhân bị điếc sau 40 năm tiếp xúc - LA,td = 90 dB có 10% công nhân bị điếc sau 10 năm tiếp xúc 16% sau 20 năm tiếp xúc 90 - LA,td = 95 dB có 17% cơng nhân bị điếc sau 10 năm tiếp xúc 28% sau 20 năm tiếp xúc - LA,td = 100 dB có 15% cơng nhân bị điếc sau năm tiếp xúc, 29% sau 10 năm tiếp xúc 42% sau 20 năm tiếp xúc Bảng 5-1: Tiêu chuẩn âm học khu vục công cộng dân cư (theo mức âm tương đương) TT Khu vực Thời gian Từ 6h – 18h Từ 18h-22h Từ 22h – 6h Khu vực cần đặc biệt yên tĩnh: bệnh viện, thư viện, nhà điều dưỡng, nhà trẻ, trường học 50 dB 45 dB 40 dB Khu dân cư: Khách sạn, nhà ở, quan hành nhà nước 60 dB 55 dB 45 dB Khu vực thương mại, dịch vụ, khu sản xuất nằm xem kẽ khu dân cư 75 dB 70 dB 50 dB Các phương pháp để kiểm soát tiếng ồn: bố trí cơng trình xa nguồn ồn điều kiện có thể, khai thác trồng dải xanh xung quanh nhà để giảm tiếng ồn, xung quanh nguồn ồn Xây dựng vách ngăn, thiết bị, vật liệu chống ồn, dảm bảo Tiếng ồn giao thơng giảm thiểu việc sử dụng rào chắn tiếng ồn , hạn chế lưu lượng xe lưu thông đường phố, thay đổi kết cấu bề mặt đường, hạn chế xe hạng nặng , sử dụng công nghệ để kiểm sốt giao thơng: dịng xe trơn để giảm phanh, thiết kế lốp xe, đặc biệt tiếng còi nên sử dụng hạn chế Một yếu tố quan trọng việc áp dụng chiến lược mơ hình máy tính cảnh báo tiếng ồn đường , có khả giải thời điểm cụ thể, cho biết tình trạng đường, thời tiết, hoạt động giao thông, nhằm giảm thiểu giảm thiểu chi phí cho nhà nước Việc giảm hoạt động Hình 5-4: Phương pháp giảm tiếng ồn giao thông xây dựng giao thơng hạn chế, nên tìm giải pháp có kế hoạch quy hoạch thị cách khoa học, tránh phát sinh tiếng ồn 91 Tiếng ồn công nghiệp giải kể từ năm 1930 thông qua thiết kế lại thiết bị công nghiệp, cách rào cản vật lý nơi làm việc Trong năm gần đây, có nhiều chương trình sáng kiến nỗ lực để chống phơi nhiễm tiếng ồn nghề nghiệp Các chương trình thúc đẩy việc mua công cụ thiết bị chạy êm, khuyến khích nhà sản xuất thiết kế lại thiết bị nhiệt để giảm thiểu tiếng ồn đạt hiệu Hình 5-5: Phương pháp giảm tiếng ồn tỏng sản xuất công nghiệp 92 Chương 6: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH HĨA MƠI TRƯỜNG 6.1 Sơ đồ phát triển ứng dụng mơ hình Hình 7-1 sơ đồ tổng quát cho bước hoàn chỉnh việc phát triển ứng dụng mơ hình Trong trình xem quan trọng lập trình thuật tốn đánh giá kết mơ hình Hình 6-1: Các bước hoàn chỉnh việc phát triển ứng dụng mơ hình 93 6.2 Xu phát triển mơ hình hóa mơi trường theo quy mơ khơng gian Các diễn biến chu trình thủy văn yếu tố quan trọng quan hệ mơi trường - sinh thái Sự biến đổi khí hậu diễn liên tục từ mức toàn cầu đến mức vi khí hậu khơng gian nhỏ có quan hệ tương tác Ảnh hưởng số nhà thủy văn môi trường mô từ nhiều cấp qui mơ khơng gian (Hình 7-2) Hình 6-2: Xu phát triển mơ hình thủy văn mơi trường theo quy mô không gian 94 6.3 Giới thiệu số mơ hình mơi trường 6.3.1 Mơ hình biến đổi khí hậu tồn cầu Biến đổi khí hậu tồn cầu mốt vấn đề thời nhiều khoa học giới quan tâm ảnh hưởng đến toàn hoạt động sinh hoạt, sản xuất, sinh thái mơi trường tồn cầu Các mơ hình tiếng khí hậu phát triển từ Trung tâm Quốc gia Nghiên cứu Khí (the National Center for Atmospheric Research - NCAR) Boulder, Colorado, USA, Phịng Thí nghiệm Thủy Động lực học Địa Vật lý (the Geophysical Fluid Dynamics Laboratory) Princeton, New Jersey, Mỹ, Trung tâm Hadley Nghiên cứu Dự báo Khí hậu (the Hadley Centre for Climate Prediction and Research (in Exeter, UK), Viện Khí tượng học Max Planck (the Max Planck Institute for Meteorology) Hamburg, Germany Chương trình Nghiên cứu Khí hậu Thế giới (The World Climate Research Programme WCRP), Tổ chức Khí tượng Thế giới (the World Meteorological Organization - WMO) Một số mơ hình phát triển như: Hình 7-3: Mơ hình Khí Tồn cầu Bộ Mơ hình Ln chuyển Tổng quan (General Circulation Models GCMs), cịn gọi Bộ Mơ hình Khí hậu Tồn cầu (Global Climate Models), mơ hình máy tính chun dùng cho dự báo khí hậu tồn cầu, tìm hiểu khí hậu phản ánh thay đổi khí hậu Mơ hình khởi thủy GCMs nhà khoa học Syukuro Manabe Kirk Bryan từ Phịng Thí nghiệm Thủy Động lực học Địa Vật lý (Mỹ) phát triển Mơ hình Khí Tồn cầu (Global Atmospheric Model - GAM) phần mơ hình chun khí hậu phát triển từ phương trình vi phân dựa vào định luật vật lý, học chất lưu hóa học Mơ hình tính tốn tốc độ gió, chuyển hóa nhiệt, xạ mặt trời, độ ẩm tương đối thủy văn nước mặt (Hình 7-3) 95 Mơ hình nghiên cứu tác động khí hậu khu vực PRECIS (Providing Regional Climates for Impact Studies) Trung tâm Hadley Nghiên cứu Dự báo Khí hậu phát triển (Hình 7-4) Hình 6-4: Kết dự báo gia tăng nhiệt độ toàn cầu từ PRECIS 96 6.3.2 Mơ hình quản lý lưu vực Mơ hình Quản lý Lưu vực (Watershed Management Model - WMM) phát triển nhà khoa học người Mỹ Camp Dresser and McKee (CDM) WMM phát triển chủ yếu để tính tốn khả dung nạp chất nhiễm theo năm mùa theo dịng chảy tràn xuống lưu vực (Hình 7.5 7.6) Chương trình hữu dụng cho nhà quản lý chất lượng nước lưu vực Hình 6-5: Trang mơ hình WMM Hình 6.6: Cấu trúc Mơ hình Quản lý Lưu vực WMM 97 6.3.3 Bộ mơ hình thủy lực - thủy văn MIKE MIKE tên mơ hình tiếng Viện Thủy lực Đan Mạch (Danish Hydrulics Institute - DHI) phát triển Mô hình MIKE thực tốt việc mơ tốn liên quan đến thủy văn mơi trường như: • • • • • 6.8) Nghiên cứu xâm nhập mặn (Hình 7-7) Nghiên cứu lũ lụt Nghiên cứu diễn biến chất lượng nước hệ thống sông kênh Nghiên cứu xói lở bồi lắng dịng sơng Nghiên cứu quan hệ mưa - dịng chảy lưu vực (Mơ hình NAM, Hình Hình 6.7: Ví dụ kết phần mềm MIKE 11 mô xâm nhập mặn ĐBSCL 98 Tài liệu tham khảo Giáo trình mơ hình hóa mơi trường, PGS.TS BÙI TÁ LONG, 2008 Giáo trình tập thực hành mơ hình hóa mơi trường, PGS.TS BÙI TÁ LONG, 2011 Giáo trình Ơ nhiễm mơi trường khơng khí xử lý khí thải, PGS.TS Trần Ngọc Chấn, 2005 Giáo trình Mơ hình tốn - thủy văn, PGS TS Đặng Văn Bảng, 2005 Bài giảng Mơ hình hóa Mơi trường, TS Lê Văn Thơ, Đại học Nông lâm Thái Nguyên Bài giảng Mơ hình hóa Mơi trường, TS Lê Anh Tuấn, Đại học Cần thơ Bài giảng Mơ hình hóa Mơi trường, TS Lương Văn Việt, Đại học Công Nghiệp Hà Nội Hemond, Harold and Fechner-Lev, Elizabeth (1994) Chemical Fate and Transport in the Environment Academic Press Ramaswami, Anu; Milford, Jana B and Small, Mitchell J (2005) Integrated Environmental Modeling – Pollutant Transport, Fate, and Risk in the Environment John Wiley & Sons 10.Grayson, R and Bloschl, G., 2000 Spatial Patterns in Catchment Hydrology: Observations and Modelling Cambridge University Press, Cambridge 11.Hillel, D., 1986 Modelling in Soil Physics: A Critical Review Future Developments in Soil Science Research Soil Sci Soc Am., New Orleans 12.Hughes, J P., Lettenmaier, D P and Guttorp, P., 1993 A stochastic approach for assessing the effect of changes in synoptic circulation patterns on gauge precipitation Water Resour Res 29, 3303-3315 13.Popov, O V., 1968 Underground flow into rivers Gidrometeoizdat, Leningrad 14.Tim, U S., 1995 Coupling vadose zone models with GIS:Emerging trends and potential bottlenecks Proc.ASA-CSSA-SSSA Bouyoucos Conference: Applications of GIS toModeling Nonpoint-Source Pollutants in the Vadose Zone ASA-CSSA-SSSA, Madison, Wisc 99 ... DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1 Mối liên hệ khoa học mơi trường, sinh thái, mơ hình hóa môi trường sinh thái, quản lý môi trường công nghệ mơi trườg 13 Hình 1-2 Ý tưởng thể vai trị mơ hình mơi trường. .. thái, mơ hình hóa mơi trường sinh thái, quản lý mơi trường công nghệ môi trường Hình 1-2: Ý tưởng thể vai trị mơ hình mơi trường quản lý môi trường công cụ quản lý năm 1970 Quản lý môi trường. .. vực khoa học quản lý môi trường kỹ thuật xử lý môi trường, việc quan trắc dự báo diễn biến môi trường mang tầm quan trọng cho định giải vấn đề Tuy nhiên, việc đo đạc, quan trắc mơi trường tốn kinh