VIỆN MƠI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUN CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO CAO HỌC Quy hoạch mơi trường (Bài 9: Các phương pháp quy hoạch mơi trường) Cán giảng dạy : PGS.TS Phùng Chí Sỹ Các phương pháp quy hoạch mơi trường Thống kê xử lý số liệu Phương pháp lập bảng liệt kê (Checklist) Phương pháp ma trận (Matrix) Phương pháp mạng lưới (Network) Đánh giá nhanh (Rapid Assessment) Mô hình hoá (Environmental Modelling) Phương pháp chuyên gia (Delphi) Phương pháp phân tích lợi ích chi phí (Cost Benefit Analysis) - Phương pháp chồng ghép đồ (Overmapping) (GIS) - Mơ hình hố mơi trường (Environmental Modelling) Mơ hình hố mơi trường Mơ hình : mơ đối tượng thực tế sở số giả thiết Có ba loại mơ hình: - Mơ hình thống kê - Mơ hình vật lý - Mơ hình tốn học Mơ hình hố mơi trường (tt) - Mơ hình thống kê: Dựa vào chuỗi số liệu quan trắc q khứ để dự báo cho tương lai - Mơ hình vật lý : mơ hình mơ tả đối tượng thực tế cách rút gọn kích thước theo tỷ lệ định - Mơ hình tốn học: mơ tả (mơ phỏng) đối tượng thực tế dạng phương tình tốn học kèm theo số giả thiết Mơ hình hố mơi trường (tt) Các loại mơ hình tốn học: - Mơ hình dự báo dân số - Dự báo sinh tưởng quần thể sinh vật, động vật - Dự báo chất lượng khơng khí, chất lượng nước - Dự báo thủy văn - Mơ tả q trình sảy thùng phản ứng hóa học, sinh học Mơ hình số mũ Mơ hình số mũ N t = N o e r t r : tốc độ tăng dân số, t : thời gian Giả thiết: r khơng đổi theo thời gian Mơ hình số mũ Giả thiết: r : tốc độ tăng dân số khơng đổi (r = 1.5%/năm) No = 5.000.000 người (2010) t = 2025 – 2010 = 15 năm Nt = 5.000.000 * exp (1.5% * 15) = 5.896.966 người Mơ hình số mũ Khi r = f(t) N t = N o e r : 2010 ÷ 2015 – 1.5% r : 2016 ÷ 2020 – 1.3% r : 2021 ÷ 2025– 1.2% f ( t ).t r thay đổi theo khoảng thời gian Mơ hình số mũ Các phương trình thuật tốn giải Ds = 475/(33.5+T ) với T nhiệt độ dòng chảy Hệ số thấm khí K2 thường hàm vận tốc dòng chảy độ sâu Một cơng thức thực nghiệm cho K cơng thức Bennett Rathbun sau : U 0.674 K2 = 2.33  h 1.865 Trong : U - vận tốc trung bình dòng chảy ( m/s) h - độ sâu trung bình (m) K2 đo đơn vị 1/ngày Các phương trình thuật tốn giải Wrigh and McDonnel đề nghị cơng thức sau cho K1 : K1 = 99,3xQ-0,49 ( 1/ngày ) Cả K1 K2 hàm nhiệt độ Q (m3/h) lưu lượng Để xét khả tự làm sơng người ta đưa số tự làm f xác định cơng thức sau : f = K 2/K1 Mặc dù, K2 K1 phụ thuộc vào nhiệt độ, tỷ số f khơng phụ thuộc vào nhiệt độ MƠ HÌNH HYDROGIS 2.0 Cơng cụ tính tốn Hydrogis thực nhiệm vụ: - Dự báo biên thủy văn khí tượng thủy văn, mực nước biên - Tính tốn dự báo thơng số thủy văn nồng độ chất nhiễm tồn mạng sơng rạch, ruộng thời điểm Jn dζ i (Ω i ) io = ∑ Q ij + Pi , dt j =1 Jn dVS ( ) io = ∑ Q ij Sj − Pi S, dt j =1 Jn dVC ( ) io = ∑ Q ij C j − Pi C, dt j =1 [ Q ij = sign ζ j − ζ i ] ζ j − ζi Q ij = ssign [ ζ o − ζ d ] bm ϕ t H (1.a) (1.b) (1.c) A ij R 2ij / n ij d ij 1.5 ko ζ i − Z d ≥ ζ i − Z d < 2(ζ j − Z d ) 2(ζ j − Z d ) 3 (chảy ngập), (1.d) chảy tự do) (1, e) MƠ HÌNH HYDROGIS 2.0 -ζ cao trình mực nước ơ; -Ω diện tích ơ; -V thể tích ơ; -Qij lưu lượng trao đổi i với j; -A diện tích ướt biên i j; -g gia tốc trọng trường; -t thời gian; -qi tổng lưu lượng trao đổi i mặt cắt sơng rạch liên hệ; -nij hệ số Manning biên i j; -Pi lượng mưa chổ; -dij khoảng cách tâm i j; -Zd ngưỡng tràn bờ từ j sang i; -SI , Sj độ mặn I j -CI , Cj nơng độ chất bẩn I j -Rij bán kính thủy lực biên i j MƠ HÌNH HYDROGIS 2.0 MƠ HÌNH MIKE - Mơ hình MIKE 11 phần mềm kỹ thuật chun dụng Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) xây dựng phát triển khoảng 20 năm trở lại - MIKE 11 ứng dụng để mơ chế độ thủy lực, chất lượng nước vận chuyển bùn cát vùng cửa sơng, sơng, hệ thống tưới, kênh dẫn hệ thống dẫn khác - MIKE 11 bao gồm nhiều mơ đun có khả nhiệm vụ khác như: + Mơ đun mưa dòng chảy (NAM) + Mơ đun thủy động lực (HĐ), + Mơ đun tải – khuếch tán (AD), + Mơ đun sinh thái (Ecolab) + Một số mơ đun khác Trong đó, mơ đun thủy động lực (HĐ) coi phần trung tâm mơ hình, nhiên tùy theo mục đích tính tốn mà kết hơp sử dụng với mơ đun khác cách hợp lý khoa học MƠ HÌNH MIKE (tt) Mơ đun Mưa-Dòng chảy (NAM) Mơ đun Thuỷ động lực (HD) Mơ đun Tải-khuyếch tán chất (AD) Mơ đun Tải bùn cát (ST) Mơ đun Chất lượng nước (AD) Sơ đồ đơn giản liên kết mơ đun mơ hình MIKE11 MƠ HÌNH MIKE (tt) - Cấu trúc mơ hình tính tốn phần mềm cho thấy, mơ hình có khả mơ tồn q trình hình thành dòng chảy, chế độ dòng chảy vận chuyển yếu tố vật chất sơng - Cốt lõi mơ hình MIKE11 mơ đun HD có khả mơ dòng chảy khơng ổn định hệ thống sơng kênh tự nhiên - Kết mơ mơ đun HD diễn biến mực nước, lưu lượng chất lượng nước - Liên quan tới mơ đun HD có mơ đun NAM UHM mơ dòng chảy từ mưa lưu vực nhập vào mạng sơng kênh - Mơ đun tải khuyếch tán AD bao gồm tải bùn cát cố kết, khơng cố kết tiêu chất lượng nước - Mơ đun tải bùn cát khơng cố kết (NST) sử dụng cho mơ hình hình thái lòng sơng (mơ phòng xói lở, bồi lắng lòng sơng) MƠ HÌNH MIKE (tt) (1) Mơ đun HD Mơ đun thuỷ động lực học xây dựng sở lý thuyết hệ phương phương trình Saint-Venant, có dạng: ∂Q ∂h +b =q ∂x ∂t  Q2 ∂ α A ∂Q +  ∂t ∂x    + gA ∂h + gQ Q = ∂x C AR Trong đó: - Q,h lưu lượng mực nước dòng chảy; - A, b diện tích chiều rộng mặt cắt; - g gia tốc trọng trường; - x,t biến số khoảng cách thời gian; - α hệ số hiệu chỉnh lưu tốc; - C hệ số Chezy; - R bán kính thuỷ lực MƠ HÌNH MIKE (tt) Đồng thời dựa giả thiết: - Chất lỏng đồng khơng nén; - Độ dốc đáy kênh nhỏ; - Chiều dài sóng lớn độ sâu dòng chảy; - Dòng chảy êm (tuy nhiên MIKE11 mơ dòng chảy xiết dựa giả thiêt bỏ qua thành phần thứ tính từ trái qua phương trình thứ hệ Saint-Venant đây) MƠ HÌNH MIKE (tt) u cầu số liệu: Mơ hình HD u cầu loại số liệu sau: - Mạng sơng kênh (nhánh, đoạn, nút, điểm biên) - Tài liệu địa hình (mặt cắt sơng kênh, cao trình mặt ruộng) - Hình dạng, kích thước cơng trình - Điều kiện thuỷ văn nút biên - Các thơng số mơ hình (độ nhám, điều kiện ban đầu ) MƠ HÌNH MIKE (tt) (2) Mơ đun AD Mơ đun AD dựa sở phương trình bảo tồn khối lượng cho chất lơ lửng hay hồ tan nước, thành phần tải-khuyếch tán phương trình (1) Mơ đun cần kết tính tốn lưu lượng, mực nước, mặt cắt sơng kênh từ mơ đun HD Mơ đun AD có khả mơ thành phần (i) Xâm nhập mặn, (ii) Nhiệt độ, (iii) Truyền tải chất Mơ đun AD tiền đề cho mơ hình chất lượng nước tải bùn cát kết dính MƠ HÌNH MIKE (tt) Phương trình bảo tồn chất hồ tan có dạng: ∂AC ∂QC ∂  ∂C  + −  AD  = −AKC + C q ∂t ∂x ∂x  ∂x  Trong đó: C nồng độ chất; D hệ số khuyếch tán; A diện tích mặt cắt ngang; K số phân dã; C2 nồng độ chất nguồn gia nhập; q lưu lượng nguồn nhập; x,t biến khơng gian thời gian + Sơ đồ giải: Phương trình tải-khuyếch tán giải sơ đồ sai phân ẩn trung tâm nhằm giảm tối thiểu khuyếch tán số + u cầu số liệu: Mơ hình AD dùng chung sơ đồ mơ hình HD cần xác định hệ số khuyếch tán cho nhánh, điều kiện chất điểm biên nguồn gia nhập (độ mặn cửa biển ) MƠ HÌNH MIKE (tt) (3) Mơ đun NAM NAM từ viết tắt tiếng Đan Mạch có nghĩa ‘Mơ hình mưa-dòng chảy’ Mơ hình tập hợp cơng thức tốn mơ tả diễn biến thuỷ văn lưu vực, gọi mơ hình mơ hình khái niệm, tập hợp tất định u cầu số liệu: Mơ hình NAM cần loại số liệu sau: - Các thơng số thiết lập mơ hình, thơng số lưu vực (tầng trữ mặt, trữ ngầm) - Các thơng số hiệu chỉnh mơ hình - Điều kiện ban đầu - Số liệu khí tượng (mưa, bốc hơi, nhiệt độ) - Số liệu dòng chảy sơng mực nước ngầm thời kỳ hiệu chỉnh mơ hình Mơ hình NAM thường dùng để mơ dòng chảy từ tiểu lưu vực Kết mơ dòng chảy NAM dùng làm nguồn nhập biên thượng lưu mơ hình MIKE11 MIKE BASIN XIN CÁM ƠN! [...]...Mơ hình tăng dân số (tt) r = f(t) logr X Semi-log 1000 1000 100 100 10 10 log-log t 0.1 0.2 y 10 100 Mơ hình Logarith K -Khả năng chịu tải, r -tốc độ sinh trưởng Mơ hình Logarith Mơ hình chất lượng khơng khí • Mơ hình điểm (point source) • Mơ hình đường (line source) • Mơ hình vùng (area source) MƠ HÌNH ĐIỂM C ( x, y , z , H ) C ( x, y , z , H ) = Q... đánh giá khả năng tự làm sạch của con sơng, mơ hình cũng cho ra hằng số tự làm sạch dọc theo sơng MƠ HÌNH CHẤT LƯỢNG NƯỚC SƠNG (tt) Việc xây dựng một mơ hình tốn học thường gồm một số bước : - Chọn hệ phương trình tốn học mơ tả hiện tượng vật lý cần quan tâm - Thiết lập các điều kiện biên, điều kiện ban đầu cho bài tốn cụ thể cần giải quy t - Chọn các phương pháp số thích hợp để giải bài tốn - Lập trình... Hồ khuấy trộn đều > CR1 = CR2 = CR - Thể tích hồ khơng đổi MƠ HÌNH CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỒ (tt) Ta có phương trình sau VdC dt = (QV1(t) CV1(t) + QV2(t) CV2(t) + QV3(t) CV3(t)) + (QT1(t) CT1(t) + QT1(t) CT2(t))- CR(QR1(t) +QR2(t)) Nghiệm của phương trình trên như sau : − kt C =C o e MƠ HÌNH CHẤT LƯỢNG NƯỚC SƠNG 1 MƠ HÌNH WATER QUALITY 97 Mơ hình WQ97 đã được sử dụng để tính tốn cho tồn bộ hệ thống sơng... để thể hiện thuật giải - Điều chỉnh mơ hình dựa trên các số liệu đo đạc để lựa chọn một số tham số cho bài tốn Các phương trình cơ bản và thuật tốn giải Khi xét các bài tốn chất lượng nước trên kênh sơng người ta thường sử dụng mơ hình một chiều và thành phần thuỷ lực (trường vận tốc) được xem như đã biết từ đo đạc hoặc nhờ mơ hình thuỷ lực qua việc giải hệ phương trình Saint-Venant một chiều sau... bền vững khí quy n (tt) 2 Trời ít mây, trong xanh, gió nhẹ : loại A,B,C 3 Trời nhiều mây, gió mạnh : loại E,F 4 Ban ngày : bức xạ mặt trời, tốc độ gió 5 Ban đêm: độ che phủ mây, tốc độ gió Biết độ bền vững khí quy n -> σ y ,σ z Mơ hình phát tán ơ nhiễm từ một vùng • Tính tốn phát tán ơ nhiễm khơng khí từ một vùng được thực hiện dựa trên mơ hình phát tán ơ nhiễm ISC3 của Cơ quan Bảo vệ Mơi trường Mỹ (U.S... Ngun lý mơ hình Mơ hình phát tán được xây dựng dựa trên quan điểm của Gauss với việc kết hợp với các điều kiện như thời gian bán phân hủy của từng loại hóa chất riêng trong tự nhiên (được tham khảo tại cơ sở dữ liệu AP42 có trong đĩa CD đi kèm - EPA), số liệu địa hình, khí tượng đặc trưng cho từng vùng Cơ sở tốn học của việc mơ tả lan truyền chất bẩn trong khí quy n là nghiệm riêng của phương trình... vùng (tt) 2) Thơng tin đầu ra Dữ liệu về nồng độ chất ơ nhiễm theo thời gian và vị trí trong lưới đo theo u cầu Mơ hình phát tán ơ nhiễm từ một vùng (tt) Thông tin khí tượng, đòa hình, hệ toạ độ Số liệu quan trắc ô nhiễm CHẠY MÔ HÌNH Thông tin về nguồn ô nhiễm SO SÁNH HIỆU CHỈNH KẾT QUẢ MƠ HÌNH CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỒ QV1, CV1 P, CP QV2, CV2 QV3, C V3 QT1, CT1 • • • • E, CE • QR1, CR1 V QR2, CR2 QT2, CT2 TT,... miệng ống khói (m) u: tốc độ gió tại miệng ống khói (m/s) p: áp suất khí quy n (mb) Ts: nhiệt độ khí thải (oK) Ta: nhiệt độ ống khói (oK) W: tốc độ thải khí (lưu lượng/tiết diện ống khói )m/s Độ bền vững khí quy n Chia làm 6 loại: + A,B,C: khơng bền vững + D: trung hòa + E,F: bền vững Độ bền vững khí quy n (tt) Xác định độ bền vững khí quy n 1 Gradient nhiệt độ theo chiều cao: + Nếu tốc độ giảm nhiệt độ... vi phân đối với nguồn tức thời : Mơ hình phát tán ơ nhiễm từ một vùng (tt) δc δ c δ c δ c = Kx 2 + Ky 2 + Kz 2 δt δx δy δz 2 2 2 C (t,x,y,z) là nồng độ chất ơ nhiễm; Kx, Ky, Kz là các hệ số rối theo ba phương x, y, z với Ky=0,5 (y)2 u/x; Kz=0,5 (z)2 u/x y, z là hệ số phát tán ngang và đứng, phụ thuộc vào cấp độ ổn định khí quy n và khoảng cách theo chiều gió Mơ hình phát tán ơ nhiễm từ một vùng... mùa, giai đoạn định trước Phạm vi thời gian khảo sát : 24 giờ/ngày; 365 ngày/năm Áp dụng cho các điều kiện địa hình: đồng bằng, trung du, núi, thung lũng Sử dụng các thơng số khí tượng đặc trưng cho khu vực tính (gió, tốc độ gió, hướng gió, nhiệt độ khơng khí, độ ẩm, độ bền vững khí quy n ) Mơ hình phát tán ơ nhiễm từ một vùng (tt) 1) Thơng tin đầu vào : Vị trí các nguồn ơ nhiễm theo hệ toạ độ địa lý