Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ TS. Lê Anh Tuҩn 39 Chѭѫng 5. ӬNG DӨNG MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG 5.1 Sѫÿӗ phát triӇn và ӭng dөng mô hình Hình 5.1 là sѫÿӗ tәng quát cho các bѭӟc hoàn chӍnh viӋc phát triӇn và ӭng dөng mӝt mô hình. Trong ÿó 2 quá trình ÿѭӧc xem là quan trӑng là lұp trình thuұt toán và ÿánh giá kӃt quҧ cӫa mô hình. Hình 5.1 Sѫÿӗ phát triӇn và ӭng dөng mô hình Xác ÿӏnh mөc tiêu cӫa mô hình Lѭӧc khҧo các tài liӋu liên quan Khái quát hóa mô hình Hình thành thuұt toán sӕ Mã hóa mô hình Hӧp lý hóa mã sӕ Phân tích ÿӝ nhҥy Thӱ nghiӋm và ÿánh giá mô hình Ӭng dөng mô hình Trình bày kӃt quҧ Hұu kiӇm Thӱ mù Tái ÿánh giá tiӃn trình HiӋu chӍnh KiӇm nghiӋm Giҧi thuұt sӕ Sӕ liӋu thӵc tӃ Sӕ liӋu thӵc tӃ Lұp trình Ĉánh giá Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ TS. Lê Anh Tuҩn 40 ß Mô hình khí hұu toàn cҫu Mô hình tài nguyên tiӇu lөc ÿӏa Mô hình môi trѭӡng lѭu vӵc Mô hình dòng chҧy sông ngòi Mô hình cân bҵng nѭӟc tiӇu vùng % Mô hình lan truyӅn ô nhiӉm  Mô hình biӃn ÿәi sinh thái vùng vq Mô hình môi trѭӡng và con ngѭӡi 5.2 Xu thӃ phát triӇn mô hình hóa môi trѭӡng theo quy mô không gian Các diӉn biӃn trong chu trình thӫy văn là mӝt trong các yӃu tӕ quan trӑng cӫa các quan hӋ môi trѭӡng - sinh thái. Sӵ biӃn ÿәi khí hұu diӉn ra liên tөc tӯ mӭc toàn cҫu ÿӃn mӭc vi khí hұu trong mӝt không gian nhӓÿӅu có nhӳng quan hӋ tѭѫng tác. Ҧnh hѭӣng này ÿã ÿѭӧc mӝt sӕ nhà thӫy văn môi trѭӡng mô phӓng tӯ nhiӅu cҩp qui mô không gian (Hình 5.2). Hình 5.2 Xu thӃ phát triӇn mô hình thӫy văn môi trѭӡng theo quy mô không gian Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ TS. Lê Anh Tuҩn 41 5.3 Giӟi thiӋu mӝt sӕ mô hình môi trѭӡng 5.3.1 Mô hình biӃn ÿәi khí hұu toàn cҫu BiӃn ÿәi khí hұu toàn cҫu ÿang là mӕt vҩn ÿӅ thӡi sӵÿѭӧc nhiӅu khoa hӑc trên thӃ giӟi quan tâm vì nó ҧnh hѭӣng ÿӃn toàn bӝ hoҥt ÿӝng sinh hoҥt, sҧn xuҩt, sinh thái môi trѭӡng trên toàn cҫu. Các mô hình nәi tiӃng vӅ khí hұu ÿѭӧc phát triӇn tӯ Trung tâm Quӕc gia vӅ Nghiên cӭu Khí quyӇn (the National Center for Atmospheric Research - NCAR) ӣ Boulder, Colorado, USA, Phòng Thí nghiӋm Thӫy Ĉӝng lӵc hӑc Ĉӏa Vұt lý (the Geophysical Fluid Dynamics Laboratory) tҥi Princeton, New Jersey, Mӻ, Trung tâm Hadley vӅ Nghiên cӭu và D ӵ báo Khí hұu (the Hadley Centre for Climate Prediction and Research (in Exeter, UK), ViӋn Khí tѭӧng hӑc Max Planck (the Max Planck Institute for Meteorology) ӣ Hamburg, Germany. Chѭѫng trình Nghiên cӭu Khí hұu ThӃ giӟi (The World Climate Research Programme - WCRP), cӫa Tә chӭc Khí tѭӧng ThӃ giӟi (the World Meteorological Organization - WMO). Mӝt sӕ mô hình ÿã phát triӇn nhѭ: ¾ Bӝ Mô hình Luân chuyӇn Tәng quan (General Circulation Models - GCMs), còn gӑi là Bӝ Mô hình Khí hұu Toàn cҫu (Global Climate Models), là mӝt mô hình máy tính chuyên dùng cho dӵ báo khí hұu toàn cҫu, tìm hiӇu khí hұu và phҧn ánh sӵ thay ÿәi khí hұu. Mô hình khӣi thӫy GCMs ÿѭӧc 2 nhà khoa hӑc Syukuro Manabe và Kirk Bryan tӯ Phòng Thí nghiӋm Thӫy Ĉӝng lӵc hӑc Ĉӏa Vұt lý (Mӻ) phát triӇn. ¾ Mô hình Khí quyӇn Toàn cҫu (Global Atmospheric Model - GAM) là mӝt phҫn cӫa bӝ mô hình chuyên vӅ khí hұu ÿѭӧc phát triӇn tӯ các phѭѫng trình vi phân dӵa vào các ÿӏnh luұt vұt lý, cѫ hӑc chҩt lѭu và hóa hӑc. Mô hình này tính toán tӕc ÿӝ gió, chuyӇn hóa nhiӋt, bӭc xҥ mһt trӡi, ÿӝ ҭm tѭѫng ÿӕi và thӫy văn nѭӟc mһt (Hình 5.3). ¾ Mô hình nghiên cӭu tác ÿӝng khí hұu khu vӵc PRECIS (Providing Regional Climates for Impact Studies) do Trung tâm Hadley vӅ Nghiên cӭu và Dӵ báo Khí hұu phát triӇn (Hình 5.4). Hình 5.3 Mô hình Khí quyӇn Toàn cҫu Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ TS. Lê Anh Tuҩn 42 Hình 5.4 KӃt quҧ dӵ báo sӵ gia tăng nhiӋt ÿӝ toàn cҫu tӯ PRECIS 5.3.2 Mô hình quҧn lý lѭu vӵc Mô hình Quҧn lý Lѭu vӵc (Watershed Management Model - WMM) ÿѭӧc phát triӇn bӣi nhà khoa hӑc ngѭӡi Mӻ Camp Dresser and McKee (CDM). WMM phát triӇn chӫ yӃu ÿӇ tính toán khҧ năng dung nҥp chҩt ô nhiӉm theo năm hoһc mùa theo dòng chҧy tràn xuӕng lѭu vӵc (Hình 5.5 và 5.6). Chѭѫng trình này hӳu dөng cho các nhà quҧn lý chҩt lѭӧng nѭӟc lѭu vӵc. Hình 5.5 Trang chính mô hình WMM Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ TS. Lê Anh Tuҩn 43 Hình 5.6 Cҩu trúc Mô hình Quҧn lý Lѭu vӵc WMM 5.3.3 Bӝ mô hình thӫy lӵc - thӫy văn MIKE MIKE là tên cӫa bӝ mô hình nәi tiӃng cӫa ViӋn Thӫy lӵc Ĉan Mҥch (Danish Hydrulics Institute - DHI) phát triӇn. Mô hình MIKE thӵc hiӋn tӕt viӋc mô phӓng các bài toán liên quan ÿӃn thӫy văn môi trѭӡng nhѭ: x Nghiên cӭu xâm nhұp mһn (Hình 5.7) x Nghiên cӭu lNJ lөt x Nghiên cӭu diӉn biӃn chҩt lѭӧng nѭӟc trên hӋ thӕng sông kênh. x Nghiên cӭu xói lӣ và bӗi lҳng dòng sông. x Nghiên cӭu quan hӋ mѭa - dòng chҧy mӝt l ѭu vӵc (Mô hình NAM, Hình 5.8) Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ TS. Lê Anh Tuҩn 44 1-1-1978 16-5-1979 27-9-1980 9-2-1982 24-6-1983 5-11-1984 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 [m^3/s] Hình 5.7 Ví dө kӃt quҧ phҫn mӅm MIKE 11 mô phӓng sӵ xâm nhұp mһn ӣĈBSCL Hình 5.8 Mô hình NAM cho quan hӋ mѭa - dòng chҧy lѭu vӵc Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ TS. Lê Anh Tuҩn 45 5.3.4 Mô hình ô nhiӉm môi trѭӡng sinh thái nѭӟc ngӑt Mô hình AQUATOX (Release 2.2) là mӝt phҫn mӅm mô phӓng ҧnh hѭӣng cӫa các chҩt ô nhiӉm lên hӋ sinh thái nѭӟc ngӑt (Hình 5.9) . Mô hình này là mӝt cung cө tӕt cho các nhà nghiên cӭu sinh thái nѭӟc ngӑt, nhà thӫy văn môi trѭӡng và quҧn lý tài nguyên thӫy sҧn. Ĉây là mô hình miӉn phí do Cөc Bҧo vӋ Môi trѭӡng Mӻ phát triӇn. Phҥm vi ӭng dөng cӫa AQUATOX gӗm: x Phát triӇn mөc tiêu dinh dѭӥng ÿӏnh lѭӧng theo ÿiӇm cuӕi sinh hӑc mong muӕn. x Ĉánh giá các yӃu tӕ tҥo stress do sӵ hӫy hҥi sinh hӑc quan trҳc ÿѭӧc. x Dӵ báo ҧnh hѭӣng thuӕc trӯ sâu và ÿӝc chҩt hòa tan khác vào thӫy sinh. x Ĉánh giá tiӅm năng chӏu ÿӵng cӫa hӋ sinh thái ÿӕi vӟi các loài xâm nhұp. x Xác ÿӏnh ҧnh hѭӣng cӫa viӋc sӱ dөng ÿҩt lên thӫy sinh. x Xác lұp thӡi gian hӗi phөc cӫa cá và cӝng ÿӗng ÿӝng vҩt không xѭѫ ng sӕng sau khi giҧm mӭc tҧi ô nhiӉm. Hình 5.9 Mô hình khái niӋm cӫa AQUATOX vӅ thay ÿәi nӗng ÿӝ ӣ thӫy vӵc Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ TS. Lê Anh Tuҩn 46 Tài liӋu tham khҧo Grayson, R. and Bloschl, G., 2000. Spatial Patterns in Catchment Hydrology: Observations and Modelling. Cambridge University Press, Cambridge. Hillel, D., 1986. Modelling in Soil Physics: A Critical Review. Future Developments in Soil Science Research. Soil Sci. Soc. Am., New Orleans. 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. Popov, O. V., 1968. Underground flow into rivers. Gidrometeoizdat, Leningrad. 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. Woolhiser, D. A. and Brakensiek, D. L., 1982. Hydrologic System Synthesis. In: C. T. Haan, Johnson, H.P., Brakensiek, D.L. , (Ed.), Hydrologic Modeling of Small Watersheds. ASAE Monograph No. 5., St. Joseph, MI. Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ TS. Lê Anh Tuҩn 47 Phө lөc . mѭa - dòng chҧy mӝt l ѭu vӵc (Mô hình NAM, Hình 5. 8) Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ TS. Lê Anh Tuҩn 44 1-1 -1 978 1 6 -5 -1 979 2 7-9 -1 980 9-2 -1 982 2 4-6 -1 983 5- 1 1-1 984 . thӫy văn môi trѭӡng mô phӓng tӯ nhiӅu cҩp qui mô không gian (Hình 5. 2). Hình 5. 2 Xu thӃ phát triӇn mô hình thӫy văn môi trѭӡng theo quy mô không gian Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG. Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ TS. Lê Anh Tuҩn 39 Chѭѫng 5. ӬNG DӨNG MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG 5. 1 Sѫÿӗ phát triӇn và ӭng dөng mô hình Hình 5. 1 là sѫÿӗ tәng