125 Sự chuyển hóa chất do tác động cơ học có thể chia làm hai thành phần: chuyển hóa do trường vận tốc trung bình của dòng chảy và chuyển hóa do các thành phần hỗn loạn ngẫu nhiên trong trường vận tốc (sự khuếch tán). Sự ô nhiễm không bảo toàn thường được hiểu là sự ô nhiễm do các chất hữu cơ. Các chất này chuyển hóa trong dòng nước, phân hủy, ôxy hóa và trầm tích. Thông thường người ta dùng đại lượng BOD5 làm chỉ số cho sự ô nhi ễm chất hữu cơ. Ảnh hưởng của các yếu tố nêu trên cần phải được tính toán đến trong mô hình toán học của bài toán chất lượng nước. Một mô hình chất lượng nước, theo chúng tôi, cần phải đáp ứng những yêu cầu sau: - Ý nghĩa thực tế: các kết quả nhận được của mô hình cần phải có ứng dung thực tế để thực hiện các công trình tương ứng; - Đơn giản: số lượng các tham số tham gia vào mô hình không được lớn quá. Quá trình thu thập các số liệu thực nghiệm và các số liệu khác không được là quá khó khăn và tốn kém; - Tính vạn năng: khả năng tính toán bức tranh phân bố nồng độ một số lượng lớn các chất ô nhiễm khác nhau theo không gian và thời gian. 6.3.3 Mô hình Paal - mô hình hóa quá trình hình thành chất lượng nước sông Trong việc dự báo chất lượng nước người ta thường xác định nồng độ các chất ô nhiễm (các chất lơ lửng, N, P…) hoặc là các chỉ số xác định trạng thái của nước (nhiệt độ, độ pH, sự sử dụng ôxy sinh học, ôxy hòa tan trong nước v.v…) ở các mặt cắt tính toán. Số liệu ban đầu để tính toán chất lượng nước là các đặc tính của nguồn thải và các đặc tính thủy lực của đối tượng nước. Sự nhiễm ô nhiễm có thể xâm nhập vào các đối tượng nước qua nước thải hoặc là khuếch tán với dòng chảy bề mặt. Cơ sở để tính toán nồng độ các chất ô nhiễm trong các đối tượng nước có thể là - Lý thuyết nửa kinh nghiệm về sự khuếch tán chảy rối; - Lý thuyết khuếch tán chảy rối với vận tốc giới hạn; - Các công thức kinh nghiệm để tính toán sự phân bố các chất trong dòng chảy rối. Trong số đó lý thuyết nửa kinh nghiệm về sự khuếch tán chảy rối và các công thức kinh nghiệm được xây dựng cụ thể hơn. Lý thuyết khuếch tán chảy rối với vận tốc giới hạn đến tận bây giờ vẫn hầu như chưa được áp dụng, mặc dù hiện nay người ta chú ý đến nó nhiều. Nh ư đã biết, phương trình khuếch tán chảy rối biểu diễn định luật bảo toàn chất, và trong cơ sở của phương trình này là các giả thuyết sau đây: - Chất lỏng là không nén; - Số Reynolds đủ lớn để không tính đến hiệu ứng khuếch tán phân tử; - Số lượng các chất giải phóng ra trong 1 đơn vị thời gian trên 1 đơn vị thể tích rất ít, và có thể bỏ qua ảnh hưởng của chúng đến cấu trúc chảy rối. Trong việc dự báo chất lượng của nước người ta thường xác định nồng độ các chất bẩn (các chất lơ lửng, N, P, ) hoặc là các chỉ số xác định trạng thái của nước (nhiệt độ, độ pH, sự sử d ụng ôxy sinh học, ôxy hòa tan trong nước …v và ) ở các mặt cắt tính toán. Số liệu ban đầu để tính toán chất lượng của nước là các đặc tính của nguồn bẩn và các đặc tính thủy lực của đối tượng nước. Sự nhiễm bẩn có thể xâm nhập vào các đối tượng nước qua nước thải hoặc là khuếch tán với dòng chảy bề mặt. 126 Để tính toán sự phân bố các chất bẩn dọc theo sông người ta sử dụng các đại lượng thủy lực đặc trưng như : vận tốc dòng chảy trung bình, bán kính thủy lực và góc lệch của lòng sông. Cơ sở để tính toán nồng độ các chất bẩn trong các đối tượng nước là lý thuyết khuếch tán rối nửa kinh nghiệm và các công thức kinh nghiệm để tính toán sự phân bố các chất trong dòng chảy rối. Những vấ n đề lý luận liên quan tới mô hình chất lượng nước trên kênh sông được trình bày trong Báo cáo đề tài khoa học khác. Phần dưới đây chỉ trình bày ngắn gọn một số nét chính về mô hình trên. Với một số giả thiết nhất định, dựa trên định luật bảo toàn khối lượng, phương trình khuếch tán chảy rối nửa kinh nghiệm có dạng 0 xyz x y z SSSS S S S VVV k k k txyzxxy yz z ⎛⎞ ∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂ ⎛⎞ ⎛⎞ ++++− +− +− = ⎜⎟ ⎜⎟ ⎜⎟ ∂∂∂∂∂ ∂∂ ∂∂ ∂ ⎝⎠ ⎝⎠ ⎝⎠ (6.16) trong đó S(x,y,z,t) là nồng độ trung bình theo thời gian của chất ô nhiễm, V x , V y , V z – vận tốc trung bình theo các hướng x, y, z; k x , k y , k z – các hệ số khuếch tán chảy rối của các chất theo các hướng trục tọa độ x, y, z. Trong thực tế việc giải phương trình (6.16) với các hệ số khuếch tán gặp nhiều khó khăn nhất định, vì có rất ít thông tin về các qui luật thay đổi của các hệ số k x , k y , k z . Chính vì lý do này nên để giải bài toán xác định sự trộn lẫn các chất bẩn với nước mặt nhiều nghiên cứu đã đề xuất sử dụng các hệ số khuếch tán tích phân (theo khắp diện tích ướt của dòng chảy) có nghĩa là hệ số phân tán. Khi đó phương trình dành cho chất ô nhiễm bảo toàn có dạng 0 2 2 2 2 2 2 = ∂ ∂ − ∂ ∂ − ∂ ∂ − ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ z S D y S D x S D z S V y S V x S V t S zyxzyx (6.17) trong đó V x , V y , V z – vận tốc trung bình theo các hướng x, y, z; D x , D y , D z – các hệ số phân tán. Trong điều kiện các hệ thống nước chảy theo một hướng chủ đạo (sông, kênh v.v ) có thể coi V z = V y = 0. Khi đó phương trình (6.2) có dạng 0 2 2 2 2 2 2 = ∂ ∂ − ∂ ∂ − ∂ ∂ − ∂ ∂ + ∂ ∂ z S D y S D x S D x S V t S zyxx , (6.18) trong đó V x – vận tốc trung bình ở tiết diện ướt của dòng chảy. Hệ số phân tán được xác định một cách trung bình đối với tiết diện ướt của dòng chảy, vì vậy chúng không phụ thuộc vào tọa độ và đại lượng của chúng có thể được xác định qua các chỉ số thủy lực lòng sông. Trong phương trình (6.3) hai số hạng đầu tiên xét đến sự thay đổi nồng độ của các chất theo thời gian, còn các số hạng còn lại - sự truyền tải đối lưu, tức là sự nhập vào lưu lượng bổ sung của nước chưa bẩn. Quá trình tự làm sạch trong các hệ thống sông nước tùy vào đặc tính của chất ô nhiễm. Người ta chia các chất ô nhiễm ra làm hai loại chất bảo toàn và không bảo toàn. Nồng độ các chất ô nhiễm bảo toàn chỉ thay đổi do sự pha loãng. Nồng độ các chất ô nhiễm không bảo toàn trong nước củ a các hệ thống nước thay đổi không chỉ do sự pha loãng, mà còn do các sự tương tác hóa học, các quá trình lý - hóa (sự hút, sự nhả, kết tủa, tách ra và v.v ) và các phản 127 ứng sinh hóa. Trong các quá trình đó chất khởi điểm ban đầu chịu những chuyển hóa phức tạp theo các phản ứng song song và nối tiếp, tạo ra những sản phẩm trung gian và cuối khác nhau. Trong quá trình thành lập phương trình phân tán, thường người ta chỉ xem xét các chất bảo toàn. Tuy nhiên để dự báo chất lượng nước cần phải tính toán đến cả các chất không bảo toàn. Trong phương pháp mô hình hóa, để tính đến ảnh hưởng của sự không bảo toàn chất ô nhiễm người ta đưa vào phương trình lan truyền khuếch tán (6.2) hàm số tổng quát F(S) đặc trưng cho các quá trình hóa học, sinh hóa học và các quá trình khác xảy ra với các chất ô nhiễm trong hệ thống nước. Như vậy phương trình phân tán với chất ô nhiễm không bảo toàn có dạng () 222 222 = 0 xyz x y z SSSS S S S VVVD D D FS txyz x y z ∂∂∂∂ ∂ ∂ ∂ +++− − − + ∂∂∂∂ ∂ ∂ ∂ ( 6.19) Đối với từng chất ô nhiễm cụ thể hàm số F(S) được xác định tùy thuộc vào đặc tính của quá trình.Trong phần lớn các trường hợp người ta cho rằng quá trình này được miêu tả bởi phương trình phản ứng bậc nhất (sự ôxy hóa các chất hữu cơ, sự chết của vi khuẩn, sự thấm khí và ….) Nếu như chất thải xâm nhập đều theo thời gian thì chúng ta có sự thải dừng và các số hạng ∂S/∂t và ∂ 2 S/∂x 2 trong phương trình ( 6.19) bằng không và quá trình trộn lẫn trong sông khi Vy = Vz = 0 được miêu tả bằng phương trình 0 )( 2 2 2 2 =+ ∂ ∂ − ∂ ∂ − ∂ ∂ SF z S D y S D x S V zyx ( 6.20) Phương trình (6.5) cho nồng độ các chất ô nhiễm theo hướng ngang và hướng thẳng đứng. Đối với sông thường chấp nhận chiều rộng là lớn hơn nhiều so với chiều sâu B >> H (ở đây kí hiệu B là chiều rộng của sông còn H là chiều sâu). Trong trường hợp này có thể không tính đến phân tán theo phương thẳng đứng, có nghĩa là chấp nhận xấp xỉ ∂ 2 S/∂z 2 = 0. Khi đó phương trình (5.5) có dạng: () 0 2 2 =+ ∂ ∂ − ∂ ∂ SF y S D x S V yx ( 6.21) Khi giải bài toán phân tán dọc theo sông cần phải xác lập điều kiện ban đầu và điều kiện biên. Dựa vào các phương pháp toán học, các nhà khoa học Liên xô (cũ) trước đây đã xây dựng các nghiệm giải tích xấp xỉ cho bài toán biên cho phương trình (6.6). Các tham số cần thiết cho mô hình được trình bày trong Bảng 6.7. Bảng 6.7. Các ký hiệu các tham số trong mô hình Paal STT Ký hiệu ý nghĩa Thứ nguyên 1 S ct Nồng độ chất ô nhiễm trong chất lỏng thải (mg/l) 2 Q Lưu lượng nước thải từ cống thải (m 3 /s) 3 B Chiều rộng của sông (m) 4 S p Nồng độ chất ô nhiễm trong nước sông ở phía trên mặt cắt thải (mg/l) 128 5 K 1 Hệ số chuyển hoá chất ô nhiễm Không thứ nguyên 6 V x Vận tốc trung bình của dòng chảy (m/s) 7 H Là độ sâu trung bình của sông (m) 8 D y Hệ số phân tán ngang theo hướng y (m 2 /s) Hình 6.4. Hệ trục tọa độ và vị trí nguồn thải trong mô hình Paal Giả thiết rằng nước thải được xả ra trên bờ phải của sông. Hệ trục tọa độ được chọn như trên Hình 6.4. Trong trường hợp này sự phân bố các chất ô nhiễm thủy hóa được xác định theo công thức do nhà khoa học xô viết Paal cùng trường phái khoa học của ông tìm ra và đã đưa vào ứng dụng trong thực tế: ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ +− ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ π = xy x y x yx CT V x k xD V B y xD VB xDVH qS S 1 2 4 2 exp 2 erf 1 , (6.22) trong đó () ∫ ξ π = ξ− z dez 0 2 2 erf ( 6.23) Khi sự xả nước thải xảy ra từ khoảng cách b so với bờ thì sự phân bố nồng độ các chất ô nhiễm phụ thuộc vào vi trí xả y 0 = -B/2 +b. Trong trường hợp này Paal đã nhận được công thức sau đây: 129 () ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −+− ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ π = xy x y x y x yx CT V x k xD Vb B y xD VB-b xD Vb xDVH qS S 1 2 4 2 exp 2 erf 2 erf 1 (6.24) Hiện tại phương pháp thực nghiệm vẫn là phương pháp chủ yếu để xác định các hệ số phân tán. Các thực nghiệm được tiến hành trong điều kiện phòng thí nghiệm và điều kiện thực địa, thường thì các số liệu thực địa không nhiều lắm do sự khó khăn của công việc lấy mẫu. Theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm của các tác giả có khá nhiều lựa chọn cho các hệ số phân tán. Trong tài liệu này sử dụng công thức sau đây: xx VBD 5,1 = ( 6.25) Còn để tính hệ số phân tán ngang sử dụng công thức 3478,1 3524 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = H B HV D x y . ( 6.26) Để lưu ý tới sự thay đổi cường độ thải theo thời gian của các cống xả (xem Hình 6.5), Paal đã đề xuất cách tính như sau: Giả thiết rằng các khối nước và chất ô nhiễm bị trôn lẫn hoàn toàn ở mặt cắt ban đầu. Để ý rằng nồng độ nền ở trong nước suối thường là đại lượng không đổi hay là ở sự xấp xỉ thứ nhất S p = 0, khi đó thì nồng độ trung bình của các chất trong nước sông được xác định như là nồng độ cân trung bình i iCTi oi qQ qS S + = (6.27) trong đó - S Cti – nồng độ ô nhiễm trong nước thải trong khoảng thời gian từ (i - 1)t đến it; - q i – lưu lượng nước thải trong khoảng thời gian đó. Khi đó công thức tính toán có dạng 130 ( ) ()() ()() () () () ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −+− ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ × × ⎪ ⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ τ− τ−− − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ τ−− τ−−− × + × ⎩ ⎨ ⎧ +−= ∑ = xD Vb B y xD VB-b xD Vb itD itVx itD itVx S qQ q DkVV D x S y x y x y x x x x x n i CTi i i xxx x 4 2 exp 2 erf 2 erf 1 2 erf 12 1 erf 2 exp 2 1 2 0 1 2 ( 6.28) 1 τ 2 τ 3 τ 4 τ 5 τ 6 τ 7 τ 8 τ 9 τ 10 τ S Hình 6.5.Sự thay đổi nồng độ chất ô nhiễm trong cống nước thải theo thời gian 6.4 Mô hình toán sinh thái 6.4.1 Đặt vấn đề Trong giai hiện nay vấn đề bảo vệ môi trường và đánh giá tình trạng môi trường sinh thái của các đối tượng môi trường có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Rất nhiều dạng hoạt động của con người gây tác động tiêu cực tới môi trường sinh thái dẫn tới những hậu quả rất khó khắc phục. Chính vì vậy điều quan trọng là trước khi thực hiện dự án này hay dự án khác cần thiết phả i tiến hành nghiên cứu phân tích những hậu quả mà nó có thể gây ra cho môi trường thiên nhiên. Để thấy được mối quan hệ giữa phát triển kinh tế với bài toán bảo vệ môi trường, dưới đây xem xét một ví dụ thực tế cụ thể. Xét một vùng R nào đó mà ta đang quan tâm (xem Hình 6.6). Giả sử trên vùng R này có hồ (O), trong hồ này có K loại thủy sinh mà ta đã biết như tảo, cua, cá, Tại vùng R này còn có khu rừng (L). Giả sử rằng, thành phần hệ sinh thái rừng gồm có (N -K) loại mà ta đã biết. Trạng thái sinh vật (phần sống của hệ sinh thái) của vùng được mô tả bởi một hàm vectơ theo thời gian t: 131 Y(t) = (y 1 (t) , , y K (t), y K+1 (t), , y N (t)), trong đó y i (t) - là số lượng (hay mật độ) vào thời điểm t của các thủy sinh với i ≤ K và dạng từ hệ sinh thái rừng với i > K. Trong một thời gian dài, các hệ sinh thái đã được hình thành và đang nằm trong trạng thái cân bằng, mật độ của đại đa số các dạng trong các hệ sinh thái này thay đổi không đáng kể. Trong trường hợp này, vectơ hàm số Y(t) có thể coi là một hàm không thay đổi theo thời gian. Trong trường hợp tổng quát, trạng thái củ a các thành phần sống trong hệ sinh thái đặc trưng bởi một quá trình thay đổi nào đó về mật độ (hay số lượng) của mỗi trong số chúng. Hình 6.6. Mối quan hệ giữa con người với các hệ sinh thái Giả thiết rằng, các cơ quan chính quyền đang xem xét kế hoạch xây dựng tại địa điểm A của vùng R một xí nghiệp nào đó với một công suất xác định, công suất của xí nghiệp này theo thiết kế sẽ thải vào khí quyển chất thứ I với một số lượng a Tấn/năm và thải vào hồ chất thứ II với một số lượng b Tấn/năm. Đây là m ột kịch bản hoàn toàn thực tế, thậm chí cả khi đã sử dụng các thiết bị làm sạch có hiệu suất cao thì vẫn luôn có một lượng chất thải nào đó gia nhập vào môi trường và sẽ lan truyền vào môi trường này. Như vậy ở đây ta đã mô tả một tác động mang yếu tố con người lên môi trường xung quanh (cụ thể ở đây là sự hoạt động của xí nghiệp tại đị a điểm A của khu vực R của vùng đang xét). Trong quá trình mô tả này, ta sẽ xem xét tác động mang yếu tố con người này sẽ dẫn tới sự thay đối môi trường của vùng R và các khu vực phụ cận R như thế nào. Sự tác động của con người lên môi trường thể hiện ở những điểm sau đây : Thứ nhất là sự thay đổi nồng độ của chất I trong không khí do sự thải ra thường xuyên của xí nghiệ p. Thứ hai, cũng do chính nguyên nhân trên mà nồng độ chất thứ II trong nước hồ cũng thay đổi. Ngoài sự phụ thuộc vào loại chất bẩn có thể xảy ra việc chuyển chất bẩn từ môi trường này vào môi trường khác. Ví dụ như do việc đốt than và dầu, cũng như do hoạt động của một loạt các xí nghiệp hóa học, các hợp chất của thủy ngân có thể rơi vào không khí. Trong không khí diễn ra quá trình lan truyền c ủa chúng theo các dòng không khí. Các hợp chất này có thể chuyển từ không khí vào đất và ngược lại và ngược lại từ không khí vào môi trường nước, cũng như từ đất vào nước do gột rửa chúng vào các dòng nước. Trong môi trường nước thủy ngân dưới dạng các 132 hợp chất hòa tan có thể lan truyền do các dòng nước và do sự khuếch tán. Sự tách của các hợp chất thủy ngân từ môi trường nước vào môi trường không khí thường diễn ra chậm hơn các quá trình đã được mô tả ở trên. Vì vậy có thể coi rằng trong môi trường nước các hợp chất của thủy ngân được tích tụ lại. Trên Hình 6.7 có chỉ ra sơ đồ lan truyền chất thải thủy ngân trong môi trường thiên nhiên (một phần nhỏ các hợp chất của thủy ngân di chuyển từ thủy quyển vào môi trường không khí được đánh dấu bởi đường gạch đứt đoạn). Thủy quyển Khí quyển Đất Hình 6.7. Sự lan truyền của thủy ngân trong thiên nhiên Với điều kiện làm việc liên tục của xí nghiệp và do đó với sự phát thải thường xuyên các chất bẩn I và II vào môi trường thiên nhiên, các quá trình lan truyền và khuếch tán chất bẩn diễn ra theo các qui luật địa vật lý, địa hóa và các qui luật khí tượng thủy văn sẽ dẫn tới một sự cân bằng động nào đó. Điều này có nghĩa là, trong các môi trường thiên nhiên đang xét như - nước hồ, đất và không khí sẽ xuấ t hiện các nồng độ xác định của các chất đang xét. Chúng ta biểu diễn qua q = (q 1B ,q 1P ,q 1A ,q IIB ,q IIP ,q IIA ) Trong ký hiệu vectơ các nồng độ này: chỉ số đầu tiên chỉ dạng chất bẩn, chỉ số thứ hai - dạng môi trường, B - môi trường nước, P – môi trường đất, A – môi trường không khí. Như vậy, tác động mang yếu tố con người ở đây cụ thể là sự hoạt động của một xí nghiệp mới xây dựng. Hoạt động của xí nghiệp này sẽ dẫn tới sự thay đổi trong thế giới vô sinh của môi trường (cụ thể ở đây là đất, nước, không khí). Rõ ràng, một trường nồng độ các chất bẩn do các xí nghiệp thải vào các môi trường thiên nhiên của vùng đang xét xuất hiện. Nếu các chất I và II với một lượng nào đó đã có mặt trong các môi trường thiên nhiên thì hoạt động của xí nghiệp sẽ dẫn tới sự thay đổi các nồng độ ban đầu của nó. Ví dụ như các hợp chất c ủa chì có thể rơi vào khí quyển bằng các con đường tự nhiên khác - kết quả từ các nguồn khoáng khác nhau trong lòng đất. Do sự tạo thành hay thay đổi nồng độ q của các chất I và II trong môi trường tự nhiên của vùng bắt đầu diễn ra các quá trình thay đổi trong thế giới sinh vật hệ sinh thái vùng. Những thay đồi này có thể mang đặc tính định lượng hay định tính. Những thay đổi định lượng thực chất là những thay đổi về số lượ ng (hay mật độ) các loài đang sống trong vùng R đang xét và trước khi bắt đầu xét ảnh hưởng mang yếu tố con người. Nếu xí nghiệp thải ra chất SO 2 và trong hệ sinh thái rừng có thông thì sự ra tăng nồng độ của SO 2 trong khí quyển 133 dẫn tới sự giảm mức tăng trưởng của loài thông trong năm. Kết quả là sự giảm dần sinh khối thông trên một đơn vị điện tích . Dưới đây có đẫn ra các dữ liệu trong phần trăm về sự giảm độ tăng truởng năm của thông loại Pinus silvestris L, phụ thuộc vào nồng độ của SO 2 trong không khí so với các vùng cách khá xa nguồn thải SO 2 (nồng độ SO 2 trong khí quyển tại các vùng "sạch" như vậy gọi là nồng độ nền) Bảng 6.8. Độ nhạy cảm của thông với sự có mặt của SO 2 trong khí quyển Nồng độ trong khí quyển mg/m 3 Độ giảm tốc độ tăng trưởng % 100 20 140 25 180 30 Sự thay đổi định tính thực chất là sự biến mất một số dạng của hệ sinh thái trước đây tồn tại trong vùng cũng như xuất hiện một số dạng trong của hệ sinh thái trước đây không tồn tại. Ví dụ như có thể chỉ ra sự vắng mặt địa y trong thành phố nơi nồng độ SO 2 trong không khí rất cao do sự hoạt động của các xí nghiệp công nghiệp, sự hoạt động của trạm nhiệt điện cũng do một loạt các nguyên nhân khác. Địa y là một loại khá nhạy cảm với SO 2 . Dưới đây, trong bảng có dẫn ra các dữ liệu về sự nhạy cảm của một số loài địa y đối với SO 2 . Dấu cộng (+) có nghĩa là khi nồng độ SO 2 lên cao sẽ làm giảm loại này, còn dấu trừ (-) có nghĩa là khi nồng độ SO 2 lên cao nó sẽ không gặp. Bảng 6.9. Độ nhạy cảm một số dạng địa y đối với SO 2 Tên loài Phạm vi nồng độ mg/m 3 2,85 ÷ 5,70 5,70 ÷ 8,55 > 8,55 Bacidia chloroccoca (Graewe) Lett Parmelia sulcata Tayl Cetraria chia Tuck + + + + + - + - - Do sự thay đổi nồng độ của các chất hóa học trong nước cho nên ngoài các quá trình định lượng diễn ra còn có thể các quá trình định tính trong các hệ sinh thái diễn ra. Ví dụ khá điển hình trong trường hợp này là sự thích nghi dinh dưỡng. Chúng ta cùng nhau giải thích hiện tượng này. Sự có mặt trong nước của hồ các phần tử sống ở trong trạng thái hòa tan – các hợp chất nitơ, phốtpho, sắt và một loạt các phần tử khác – là các chất cần thiết cho sự phát tri ển của tảo. Tảo sử dụng năng lượng mặt trời và các chất sinh học để xây dựng các phân tử protit thực vật. Trong các hồ nghèo các chất sinh học, mật độ tảo không cao, và do đó mật độ của các dạng sinh học lấy tảo làm thức ăn (động vật nổi, các loài cá ăn sinh vật nổi). Mật độ cá ăn thịt cũng ít. Các loại hồ nước dạng như v ậy người ta gọi là ngèo dinh dưỡng, ví dụ điển hình thuộc loại này là hồ trên núi. Nếu nồng độ các chất sinh học trong nước tăng lên thì mật độ tảo bắt đầu tăng lên, dạng của chúng cũng thay đổi theo. Với nồng độ các phần tử sinh học lớn mật độ tảo trở nên rất lớn, hồ trở nên “có màu thay đổi”. Với sự thối rữa của tả o liên quan tới một phần lớn oxy hòa tan trong nước. Hồ trở nên “giàu chất sống hơn”, thành phần dạng của hệ sinh thái thay đổi. Quá trình dinh dưỡng thích hợp của các hồ nước với sự tăng nồng độ các phần tử sinh 134 vật trong chúng cũng diễn ra gần tương tự như vậy. Các hồ nước như vậy gọi là các hồ thích nghi dinh dưỡng. Sự thay đổi định tính vừa xét ở trên xuất hiện trong thế giới sinh vật của các hệ sinh thái thiên nhiên phản ứng lại những thay đổi trong thế giới vô sinh là các ví dụ của hiện tượng diễn thế ngoại sinh. Thực chất của hiện tượng này giải thích như sau. Mỗi trạng thái của thế giới vô sinh, như ánh sáng, nhiệt độ và các chế độ thủy văn, nồng độ các chất hóa học trong thế giới tự nhiên và các tham số khác tương ứng với một trạng thái gần cân bằng (trạng thái cực đỉnh) của thế giới sinh vật của hệ sinh thái, được đặc trưng bởi thành phần xác định và các mật độ xác định (hay với số lượng xác định) của các dạng sinh vật trong một hệ sinh thái. Với sự thay đổi của môi trường vô sinh (ví dụ như sự thay đổi trường nồng độ của một vài chất nào đó), trạng thái cực đỉnh trước đây sẽ thay đổi. Bắt đầu quá trình thay đổi đến một trạng thái cân bằng mới tương ứng với trạng thái mới của môi trường vô sinh. Qúa trình này gọi là quá trình diễn thế ngoại sinh. Bây gi ờ chúng ta có thể phát biểu bài toán dự báo môi trường liên quan tới kế hoạch xây dựng nhà máy tại khu vực R. Bài toán này bao gồm hai phần: Xác định nồng độ của các chất bẩn: q = (q IB , q IP , q IA , q IIB , q IIP ,q IIA ) Theo trường nồng độ q đã tìm xác định trạng thái cân bằng mới Y của thế giới sinh vật trong hệ sinh thái, nghĩa là mô tả thành phần dạng và mật độ (số lượng) của dạng đại diện trong hệ sinh thái cực đỉnh mới. Chúng ta mô tả ở phần trên bài toán dự báo môi trường cụ thể chỉ theo kế hoạch nghiên cứu khoa học kỹ thuật. Như vậy, dự báo có thể được s ử dụng trong thực tế chỉ với mục đích thông qua quyết định đối với việc xây dựng một xí nghiệp cụ thể ? Chúng ta xét một trong số các phương án thông qua các quyết định. Giả sử rằng trong thẩm quyền của chúng ta có một tiêu chuẩn Q nào đó cho phép đánh giá lợi ích hoạt động của xí nghiệp cũng như mức độ thích hợp, có lợi của một trạng thái của hệ sinh thái so vớ i trạng thái khác. Giả sử Qp – là mức độ lợi ích của xí nghiệp đang được thiết kế. Mức độ phát thải đã được định mức trước là V = (a,b) xác định trường nồng độ các chất bẩn trong môi trường thiên nhiên, trường nồng độ này ứng với một trạng thái cực đỉnh mới Y của thế giới sinh vật của hệ sinh thái khác với trạng thái ban đầu Y 0 ; khi đó [Q(Y) - Q(Y 0 )] – là số gia mức độ lợi ích trạng thái của hệ sinh thái. Qui tắc thông qua quyết định trong trường hợp này sẽ như sau: nếu tổng lợi ích Q = [Qp + Q(Y) - Q(Y 0 )] dương (Q > 0), thì quyết định xây dựng xí nghiệp sẽ được thông qua, nếu giá trị này âm (Q < 0), thì quyết định xây dựng xí nghiệp sẽ không được thông qua. Sơ đồ này được xây dựng trên một quá trình (linh cảm) so sánh các lợi ích của việc xây dựng xí nghiệp với các chi phí theo nghĩa thay đổi tình trạng môi trường. Ta có thể lưu ý rằng tiêu chuẩn Q được xác định không chỉ bằng các lợi ích kinh tế. Khi soạn thảo các tiêu chuẩn người ta còn lưu ý đến các yếu t ố xã hội, chính trị hay thẩm mỹ. Như vậy, việc giải bài toán điển hình của chúng ta trong việc dự báo môi trường có thể trình bày trên Hình 6.8. [...]... trường đối tượng quan tâm Báo cáo môi trường trở nên càng càng phổ biên Tại Cục Bảo vệ môi trường của Việt Nam đang phối hợp với chính phủ Đan Mạch tiến hành dự án xây dựng một hệ thống thông tin và báo cáo môi trường ở Việt Nam Mục tiêu chính của Dự án là xây dựng một hệ thống thông tin và báo cáo môi trường ở Việt Nam để hỗ trợ quản lý và xây dựng, thực thi chính sách môi trường, nhờ đó các quyết định... regiOn) phiên bản 2.0 (11/20 05) 7.2 GIS như một thành phần quan trọng trong xây dựng Hệ thống thông tin – mô hình môi trường Việc tạo ra các công nghệ mới có khả năng kết nối các dữ liệu có bản chất khác nhau luôn được đặt ra và vào cuối thế kỷ XX một công nghệ liên kết dữ liệu rất hiệu quả ra đời đó là công nghệ hệ thông tin địa lý GIS (Geographic Information System) Hệ thống thông tin địa lý GIS ra đời... mg/L mg/L ́ Thông tin đi kèm với các mẫu đo đạc Theo các TCVN cũng như ISO, bên cạnh các thông tin về chất lượng môi trường thông qua các thông số đo đạc, cần thiết phải quản lý cả các thông tin liên quan tới quá trình lấy mẫu Các phần mềm ENVIM đã lưu ý tới điều này Cấu trúc dữ liệu các thông tin liên quan tới các mẫu đo đạc được trình bày trong Bảng 7.10 Bảng 7.10 Cấu trúc dữ liệu các thông tin liên... hợp của thông tin và báo cáo môi trường trong quản lý và quá trình ra quyết định liên quan đến môi trường; đồng thời nâng cao tính kịp thời của các thông tin và kiến thức môi trường để tạo điều kiện cho việc giải quyết chủ động các vấn đề môi trường Dựa trên những yêu cầu cụ thể của thực tiễn trong các phần mềm ENVIM đều dành nhiều thời gian và công sức cho công việc xây dựng các Báo cáo môi trường. .. Nvarchar Nvarchar Float Float Float Nvarchar Nvarchar Nvarchar Nvarchar Nvarchar Nvarchar nvarchar nvarchar Nvarchar Nvarchar Nvarchar nvarchar Kích thước tối đa (byte) 10 53 53 8 8 8 50 50 90 25 25 25 50 20 25 25 25 50 nvarchar 150 Tạo các vị trí lấy mẫu nước cho mục tiêu quan trắc Theo các chương trình khác nhau, hàng năm tại mỗi vùng đều có tiến hành lấy mẫu phân tích chất lượng nước Các dữ liệu... 7 PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN – MÔ HÌNH MÔI TRƯỜNG TÍCH HỢP VỚI GIS Trong chương này trình bày phương pháp xây dựng các Hệ thống thông tin – mô hình môi trường tích hợp với GIS thành một công cụ duy nhất cho người sử dụng trên những ví dụ các phần mềm ENVIMWQ 2.0, ENVIMAP 2.0, ECOMAP 2.0 Các phần mềm này đã được tác giả giáo trình này đưa vào giảng dạy tại một số Trường Đại học trong nước... quyết định Các phần mềm GIS đang hướng tới đưa công nghệ GIS thành hệ tự động thành lập bản đồ và xử lý dữ liệu, hệ chuyên gia, hệ trí tuệ nhân tạo Các phần mềm GIS xử lý dữ liệu không gian khá hiệu quả Tuy nhiên, so với các hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu truyền thống khác thì có thể thấy rằng hầu hết các hệ thống GIS chưa mạnh trong việc xử lý thông tin phi không gian, đặc biệt với dữ liệu theo thời... nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin trong nghiên cứu môi trường tìm cách xây dựng các hệ quản trị dữ liệu môi trường riêng nhằm một mặt vẫn sử dụng sức mạnh của GIS, mặt khác vẫn lưu ý tới yếu tố thời gian trong bài toán môi trường Những nghiên cứu như vậy đang được tiến hành tại nhiều Trung tâm khoa học trên thế giới Trong các nghiên cứu của nhóm ENVIM đã kết nối GIS với các hệ quản trị CSDL liệu mạnh... khoa học phục vụ cho việc quản lý thống nhất và tổng hợp chất lượng môi trường nước lưu vực sông Đồng Nai” 75 trang 3 Phạm Ngọc Đăng, 1997 Môi trường không khí Nhà xuất bản khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 371 trang 4 Trần Ngọc Chấn, 2000 Ô nhiễm môi trường không khí và xử lý khí thải Tập 1, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 214 tr 5 Chu Đức, 2001 Mô hình toán các hệ thống sinh thái Nhà xuất bản Đại... legend trong Bản đồ cũng như trong Báo cáo Chức năng thống kê trong ENVIMWQ Xử lý các số liệu môi trường là một công việc quan trọng trong công tác quản lý môi trường Một trong những nội dung quan trọng trong xử lý các số liệu quan trắc môi trường là lấy ra những thông tin có ích cho một mục tiêu nào đó Ví dụ như chúng ta cần quan tâm tới thông tin: nồng độ của một chất cụ thể chẳng hạn như BOD và . PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN – MÔ HÌNH MÔI TRƯỜNG TÍCH HỢP VỚI GIS Trong chương này trình bày phương pháp xây dựng các Hệ thống thông tin – mô hình môi trường tích hợp với GIS. vào cuối thế kỷ XX một công nghệ liên kết dữ liệu rất hiệu quả ra đời đó là công nghệ hệ thông tin địa lý GIS (Geographic Information System). Hệ thống thông tin địa lý GIS ra đời vào đầu thập. key regiO n) phiên bản 2.0 (11/20 05) . 7.2 GIS như một thành phần quan trọng trong xây dựng Hệ thống thông tin – mô hình môi trường Việc tạo ra các công nghệ mới có khả năng kết nối các dữ