GIỚI THIỆU MÔN HỌC 1 Mục tiêu môn học: Giáo trình “Mô hình hóa môi trường” cung cấp kiến thức mô hình hóa môi trường Giáo trình trang bị cho sinh viên học viên cao học ngành môi trường sau học giáo trình sở toán cao cấp, toán ứng dụng môi trường, lưu chất n n Kèm theo có 02 phần mềm thực hành mô hình hóa môi trường Phần mềm thứ bao gồm tính toán lời ghi giải tích giáo trình trên, giải toán thủy lực chiều phương trình số, toán lan truyền chất sơ đồ tính khác so sánh với nghiệm giải tích, với số tiện ích khác đồ thị, in ấn, … n Phần mềm thứ hai gồm nôi dung tính toán ô nhiễm không khí nguồn điễm cao, nhiều nguồn điểm, tính toán thông số khí tượng phục vụ mô hình,… Thời gian học: gồm 30 tiết lý thuyết 15 tiết thực hành máy tính Nội dung môn học: gồm chương phần mềm Kiểm tra: Thi vấn đáp máy tính Chương I MỞ ĐẦU n Chương II ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG n Chương III PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG KHỐI LƯNG n Chương IV HỆ TÁC ĐỘNG TIẾN n Chương V HỆ TÁC ĐỘNG LÙI n Chương VI SỰ PHÂN TÁN n Chương VII LỜI GIẢI GIẢI TÍCH CHO MỘT SỐ TRƯỜNG HP n Chương VIII Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ n Vai trò, ý nghóa mô hình hóa môi trường: Ø Ø Ø Ø Phân tích trạng Đánh giá xu hướng biến đổi môi trường Đánh giá tác động môi trường ĐTM Các bước xây dựng mô hình hóa Một số khái niệm Tác nhân đồng (hệ số đồng nhất) Nguyên lý bảo toàn cân khối lượng 1.Động học phản ứng 2.Phản ứng bậc 0, 1, 2, bậc n Ø Phản ứng bậc Ø Phản ứng bậc Ø Phản ứng bậc Ø Phản ứng bậc n Ø Phân tích số liệu xác định tốc độ phản ứng Phương pháp tích phân Ø Phương pháp vi phân Ø Phương pháp giá trị đầu Ø Phương pháp bán phân rã Ø Các phương pháp khác Ảnh hưởng nhiệt độ Ø Ø 1.Phương trình cân khối lượng cho hệ trộn tốt Ø Ø Ø Ø Ø Sự biến đổi vật chất Các nguồn tải nạp Dòng Phản ứng Lắng đọng 2.Lời giải cho hệ ổn định Ø Ø Hàm chuyển đổi thời gian tồn Ø Hàm số chuyển đổi Ø Thời gian tồn Sự biến đổi chất ô nhiễm theo thời gian 3.Nghiệm riêng Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Tải nạp xung Tải nạp bậc thang Tải nạp tuyến tính Tải nạp mũ Tải nạp hình sin Nghiệm tổng cộng Chuỗi Fourie 10 IV Sự lắng đọng bụi trình khuyếch tán khí thải từ nguồn điểm cao: • Với bụi nhẹ lơ lửng, cách gần xem vận tốc rơi chúng tác dụng trọng lực không đáng kể mức độ khuyếch tán chúng gần khí • Với khí thải có chứa bụi với thành phần cỡ hạt khác nhau, vận tốc rơi cỡ hạt bụi thơ nặng kích thước d > 20 μm đáng kể, có khác biệt đáng kể nồng độ bụi nồng độ khí mặt đất 32 Dựa vào mơ hình Gauss sở , cơng thức (27) • Với bụi,có thể xem mặt đất vật hấp thụ hồn tồn • Bụi rơi khí tuỳ thuộc vào kích thước hạt khối lượng đơn vị • Cơng thức (27) hiệu chỉnh thành -y 2s y -( z -H + vr x ) u (36) Mb 2s z Cb = e e 2p us ys z Nồng độ bụi mặt đất dọc theo trục gió: Cb ( x ) Mb = e 2p us ys z -( H - vr x ) u 2s z (37) 33 • Cb : Nồng độ bụi tính theo g/m3 • Mb: Lượng phát thảI bụi thuộc nhóm cỡ hạt cầt xem xét, g/s • vr : Vận tốc rơi tới hạn trung bình nhóm cỡ hạt bụi xem xét m/s • x : Khoảng cách dọc theo trục gió kể từ nguồn, m Cường độ lắng đọng bụi mặt đất dọc theo trục gió Gb(x) khối lượng vận chuyển (lưu lượng ) (nồng độ) Gb ( x ) = = diện tích = (vận tốc )(nồng độ) Gb ( x ) M b vr = e 2p us ys z dieän tích = v r C b(x) -( H - vr x ) u 2s z 34 Vận tốc bụi rb gd vr = 18m (39) • ρb : Khối lượng đơn vị bụi, kg/m3 • δ : Đường kính hạt bụi, m • μ : Hệ số tính theo cơng thức (40), Pa.s m t o C = m 0o C 387 æ 273 + t ỗ ữ 387 + t ố 273 ứ m0o C = 17,17.10 -6 3/ (40) Pa.s 35 V.Tính tốn khuyếch tán chất nhiễm từ nguồn điểm cao theo phương pháp BERLIAND M.E Phương trình vi phân trình khuyếch tán từ nguồn điểm cao ỉ ¶ 2C ¶ ỉ ¶C ¶C ¶C u +w = ỗ k y ữ + ỗ kz ữ + a C (41) ảx ảz ố ảy ứ ảz ố ảz ứ 36 ã ã ã ã • C - Nồng độ chất ô nhiểm u - Vận tốc gió w - Vận tốc theo phương thẳng đứng chất ô nhiễm kz, ky - hệ thống trao đổI theo phương đứng phương ngang a - Hệ số xác định thay đổi nồng độ chất nhiễm phân huỷ hố học gội mưa, sương Giả thiết ban đầu • Nguồn điểm đặt độ cao z = H (khi x = 0) • Có phản xạ hồn tồn chất nhiễm từ mặt đất • Nồng độ chất ô nhiễm tiến dần đến triệt tiêu khoảng cách tương đối xa so với nguồn 37 V.1 Đối với khí bụi nhẹ: • Nồng độ ô nhiễm mặt đất khí bụi nhẹ: C( x , y , z =0) M = e 2(1 + n)k1 p k0 x é u1 H 1+n y2 ù êú k0 x ú ê k1 (1+ n ) x ë û (42) • Nồng độ cực đại mặt đất: Cmax 0.116(1 + n) M = u1 H 1.5(1+ n ) k1 k0u1 (43) • Khoảng cách từ XM từ nguồn đến vị trí có nồng độ max 1+ n u1 H (44) X = max k1 (1 + n) 38 Trong cơng thức : • u1 – vận tốc gió độ cao z = 1m, m/s • n = 0.15 ¸ 0.2 • k1= 0.1 ¸ 0.2 m/s ã k0= 0.5 m Cụng thc tính vận tốc độ cao z: ỉZ u z = u10 ỗ ữ ố 10 ứ (45) Vi : • uz - Vận tốc gió độ cao z • u10 - Vận tốc gió độ cao 10m 39 V.2 Đối với bụi nặng cỡ hạt đồng chất: • Nồng độ bụI mặt đất: C( x , y , z =0) MH l (1+ n )u l1 = e 1+ l 1+ l p k0 x 2(1 + n) G(1 + l )(k1 x) vr l= (1 + n)k1 é u1 H 1+ n y2 ù êú ê (1+ n ) k1 x k0 x ú ë û (46) (47) • Nồng độ bụi cực đại mặt đất: Cmax 0.063(1 + n) M = 1.5(1+ n ) u1 H k1 (1.5 + l )1.5+ l l k0u1 e G(1 + l ) (48) • Khoảng cách từ nguồn đến vị trí có nồng độ max u1 H 1+ n xM = (1 + n) (1.5 + l )k1 Γ(1+λ) hàm số Gamma (1+λ) (49) 40 V.3 Khuyếch tán chất ô nhiễm từ nguồn điểm cao điều kiện khơng gió • Phương trình hệ toạ độ trụ: ¶ ¶C ¶ ¶C ( Rkr ) + kz + M d ( r )d ( z - H ) = (50) R ảr ảr ảz ảz ã Các điều kiện biên: • Khi z = : kzảC/ảr =0 ã Khi R2 + z2 đ Ơ : Cđ ã S phõn b nng ụ nhim mặt nằm ngang có tính đối xứng qua tâm nguồn: R = : ¶C/¶r =0 41 Nghiệm phương trình (50) M a(H1+n + z1+n ) + R (51) C(R, z) = 2p k1(1+ n) éa(H(1+n)/2 - z(1+n)/2 )2 + Rù3/2 éa(H(1+n)/2 + z(1+n)/2 )2 + Rù3/2 ë û ë û 4k1 a= (1 + n) (52) Nồng độ mặt đất: M CR = 2p k1 (1 + n)(aH 1+ n + R ) (53) Nồng độ cực đại mặt đất (tại chân ống khói ) Cmax M (1 + n)3 = 32p k1 H 2(1+ n ) (54) 42 VI Tính tốn nồng độ trung bình chất nhiễm mặt đất nguồn thải gây ra: • Hệ số trung bình ứng với số liệu tần suất tần suất lặng gió: (52) ka = P (1 - Plang ) a Pa : tần suất gió hướng a Plang: tần suất lặng gió m - Số hướng gió thơng thường với Plang < ∑Pa = (a = 1, ,m) 43 Công thức xác định nồng độ trung bình theo tần suất gió: • Nồng độ trung bình ngày đêm chất nhiễm mặt đất vị trí tính tốn nguồn thải thứ i gây m C xy ( i ) = Plang Clang (i ) + å ka Ca (i ) (53) a =1 • Nồng độ tổng cộng trung bình điểm có toạ độ x, y n nguồn thải gây n m i =1 a =1 C xy ( tong ) = å ( Plang Clang ( i ) + (1 - Plang )å ka Ca (i ) ) (54) 44 • Cxy(i) : nồng độ trung bình vị trí có toạ độ x, y nguồn thứ i gây • Cxy(tong) : nồng độ tổng cộng trung bình n nguồn thải gây điểm tính tốn • Clang(i) : Nồng độ tức thời nguồn thải thứ i gây điểm tính tốn lặng gió (u = 0) • Ca(i) : Nồng độ tức thời nguồn thải thứ i gây điểm tính tốn có gió thổi theo hướng a ứng với vận tốc gió trung bình hướng độ ổn định trung bình khí suốt khoảng thời gian tính tốn trị số trung bình (ngày đêm, tháng năm) 45 VII Xác định nồng độ tương đối tổng cộng mặt đất nhiều nguồn điểm cao gây ra: • nồng độ tương đối tổng cộng nhiều chất ô nhiễm tồn đồng thời mơi trường khơng khí C1 C2 Cn C0 = + + + (55) Ccf (1) Ccf (2) Ccf ( n ) • C1, C2,…, Cn nồng độ thực tế đo tính tốn chất nhiễm 1,2,3,…,n, mg/m3 • Ccf(1), Ccf(2) ,…, Ccf(n) : giới hạn nồng độ cho phép chất 1, 2,…,n riêng biệt 46 ...1 Mục tiêu môn học: Giáo trình ? ?Mô hình hóa môi trường? ?? cung cấp kiến thức mô hình hóa môi trường Giáo trình trang bị cho sinh viên học viên cao học ngành môi trường sau học giáo trình sở... MỞ ĐẦU I Vai trò, ý nghóa mô hình hóa môi trường: Ø Ø Ø Ø Phân tích trạng Đánh giá xu hướng biến đổi môi trường Đánh giá tác động môi trường ĐTM Các bước xây dựng mô hình hóa II Một số khái niệm... CHO MỘT SỐ TRƯỜNG HP n Chương VIII Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ n Vai trò, ý nghóa mô hình hóa môi trường: Ø Ø Ø Ø Phân tích trạng Đánh giá xu hướng biến đổi môi trường Đánh giá tác động môi trường ĐTM