Giáo trình Mô hình hoá môi trường: Phần 2

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:32

Thêm vào BST

Báo xấu

7
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tiếp nội dung phần 1, Giáo trình Mô hình hoá môi trường: Phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như mô hình hoá trong môi trường nước; mô hình hóa ô nhiễm tiếng ồn; ứng dụng mô hình hóa môi trường. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Mô hình hoá môi trường: Phần 2

Chương 4: MÔ HÌNH HOÁ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC 4.1. Giới thiệu chung và những đặc tính chung của môi trường nước. Hiện nay vấn đề nước đang là vấn đề được quan tâm nghiên cứu. Theo tổ chức y tế thế giới khoảng 30% dân số cong thiếu nước ăn và hơn 35% không đủ nước sạch (400 triệu người mắc bệnh đường ruột, giun: 200 triệu, sốt rét: 100 triệu, bệnh tả: 20-40 triệu/ năm) Để bảo vệ nguồn tài nguyên nước và kiểm soát ô nhiễm nước cần phải biết đánh giá chất lượng nước, kiểm soát các nguồn gây ô nhiễm. Ở đây mô hình chất lượng nước có một ý nghĩa quan trọng. Thể nước có ba đặc tính chung cơ bản sau: 1) Đặc tính thuỷ động: - Nước sông được đặc trưng bởi hướng dòng chảy và độ sâu tương đối của lớp nước (từ 0,1m/s tới 2-3m/s) - Dòng chảy thay đổi liên tục theo không gian và thời gian. Diễn ra sự xáo trộn liên tục theo phương đứng nhờ dòng đối lưu và dòng rối. Ngoài ra sự xáo trộn theo phương ngang do sự hợp lưu hay những nơi sông rộng. - Kích thước của thuỷ vực và khí hậu quyết định đặc tính thuỷ động của mỗi dạng nước. 2) Đặc tính lý hoá - Thông số vật lý: Màu sắc, mùi vị, nhiệt độ của nước, lượng các chất rắn lơ lửng và hoà tan trong nước, các chất dầu mỡ trên bề mặt nước. - Các thông số hoá học: Phản ánh những đặc tính hoá học hữu cơ và vô cơ của nước. Đặc tính hoá học hữu cơ của nước thể hiện trong quá trình sử dụng oxy hoà tan trong nước của các loại vi khuẩn, vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ. Các thông số đặc trưng ở đây là: nhu cầu sinh học BOD (mg/l), nhu cầu oxy hoá học COD (mg/l), nhu cầu oxy tổng cộng TOD (mg/l), tổng số các các bon hữu cơ TOC (mg/l). Trong các thông số trên BOD là thông số quan trọng nhất. Đặc tính hoá vô cơ của nước bao gồm độ mặn, độ cứng, độ pH, độ axit, độ kiềm, lượng chứa các ion, mangan (Mn), clo (Cl) Sunphat (SO4),... 68
3 ) Đặc tính sinh học: Thô ng số sinh học gồm loại và mật độ của các vi khuẩn gây bệnh, các vi sinh vật mẫu trong mẫu nước phân tích. Phân loại nguồn nước: - Tuỳ theo mục đích sử dụng được chia thành các loại nguồn nước: cấp cho sinh hoạt, nuôi trồng thuỷ sản. - Theo độ mặn: Nước ngọt, nước lợ và nước mặn - Theo vị trí nguồn nước: Nguồn nước mặt (sông, suối, ao, hồ,...), nguồn nước dưới đất. Các nguồn gây ô nhiễm nguồn nước - Các khối nước như sông, hồ hay bãi nước có thể bị ô nhiễm do các nguồn từ nơi khác chảy vào, ví dụ như sông có thể bị ô nhiễm do sự lắng đọng từ không khí, và có thể bị ô nhiễm do sự trao đổi ô nhiễm do bùn lắng phù sa từ đáy. - Các nguồn chảy vào có thể được phân thành nguồn điểm hay nguồn không điểm phụ thuộc vào điều chất ô nhiễm được đổ vào như một dòng tập trung dưới dạng ống cống riêng biệt hay chất ô nhiễm đổ xuống sông từ dòng chảy tràn từ bề mặt đất với các chất hoá học và sinh học trong đó. Hình 4-1: Nước thải từ nhà hàng, chợ 69
Hình 4-2: Nước thải công nghiệp Hình 4-3: Nước thải sinh hoạt 4.2. Các khái niệm cơ bản của mô hình hóa môi trường nước 4.2.1. Một số ký hiệu sử dụng trong mô hình hóa môi trường nước - BOD (Biochemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxy sinh hoá toàn phần (mg/l). BOD đại diện cho những thành phần có thể phân huỷ sinh học sẽ đòi hỏi một lượng oxy tương ứng với lượng giảm BOD. - BOD5 – Nhu cầu oxy sinh hoá sau thời gian 5 ngày (mg/l) - COD (Chemical Oxygen Demand) – Nhu cầu oxy hoá học (mg/l) - DO (Dissolved Oxygen) - Nồng độ oxy hoà tan (mg/l) 4.2.2. Khối thể tích nước Hình 4-3: Khối thể tích nước - Xét một khối thể tích. Chất lượng nước trong thể tích phụ thuộc vào khối lượng của chất ô nhiễm. - Mô hình chất lượng nước cần thể hiện khối lượng của chất đó trong yếu tố thể tích. - Sự thay đổi khối lượng được tính toán bằng sự chênh lệch giữa dòng khối lượng nhập vào và xuất ra khỏi khối thể tích. 70
4.2.3. Quá trình hình thành chất lượng nước + Chuyển tải (Advection): Khối lượng được dòng chảy vận chuyển theo các thành phần véctơ vận tốc U. Khố lượng chuyền tải theo phương x bằng CxUxdydz. + Khuếch tán (Diffusion): Khuếch tán xảy ra là kết quả của chuyển động ngẫu nhiên. Các chất ô nhiễm khuếch tán rộng trong nước theo cả chiều ngang và chiều đứng. Hình 4-5: Khuếch tán trong nước (Diffusion) - Khuếch tán phân tử (Molecular Diffusion): Nếu chuyển động ngẫu nhiễn xảy ra dưới tác động sự trao đổi vị trí của các phần tử do tính chất nhiệt động học thì quá trình này gọi là khuếch tán phân tử. - Khuếch tán rối (Turbulent Diffusion): Nếu chuyển động ngẫu nhiên do sự rối thì quá trình này gọi là khuếch tán rối. + Phân tán (Dispersion): Phân tán được dùng để chỉ tác động kết hợp giữa khuếch tán phân tử (Molecular Diffusion) và khuếch tán rối (Turbulent Diffusion). Cả hai quá trình này đều do xung động gây ra theo định luật Brown về khuếch tán phân tử do ảnh hưởng của gradient nồng độ. Nếu chuyển động ngẫu nhiên gây ra do các đường dòng chảy khác nhau hay do các vận tốc khác nhau thì quá trình này gọi là phân tán. + Các quá trình vận chuyển các chất vào nước: - Thuỷ phân: Phản ứng trao đổi giữa nước và các loại khoáng chất. - Hoà tan: Phá huỷ cấu trúc mạng tinh thể của các loại muối và phân ly thành các dạng ion. 71
+ Các quá trình tách các vật chất ra khỏi nguồn nước: Bao gồm các quá trình lắng đọng (do tỷ trọng, nồng độ vượt giới hạn bão hoà, quá trình hấp thụ, quá trình keo tụ, các quá trình phản ứng giữa các hợp chất và các quá trình sinh thái chất lượng nước. + Chất hữu cơ (Organic Wastes): Các chất thải có nguồn gốc từ các sinh vật sống hoặc chết. Khi được đưa vào nguồn nước, các chất hữu cơ sẽ làm cho các vi sinh vật hiếu khí phát triển. Các vi sinh vật này sẽ tiêu thụ oxy làm cho lượng oxy hoà tan sẽ giảm xuống cho nên cá sẽ dần dần biến mất. Khi phần lớn lượng oxy hoà tan giảm đi thì các vi sinh vật kỵ khí sẽ biến đổi các hợp chất có chứa lưu huỳnh H2S làm cho nước có mùi,… + Chất dễ phân huỷ sinh học (Readily Biodegradable Substances): Chất có thể bị phân huỷ sinh học đến một mức độ nhất định nào đó theo các phép thử đã định đối với khả năng phân huỷ sinh học hoàn toàn. + Sự phân huỷ sinh học hoàn toàn: Sự phân huỷ sinh học dẫn đến sự vô cơ hoá hoàn toàn. + Phân huỷ bậc nhất: Sự phân huỷ cấu trúc phân tử của một chất đến mức độ đủ để loại bỏ một tính chất đặc trưng nào đó. + Hằng số tốc độ phân huỷ phân huỷ các chất hữu cơ k1: Là đại lượng đặc trưng cho tốc độ của phản ứng phân huỷ các chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học do các vi sinh vật hiếu khí trong dòng chảy được xác định trong điều kiện tĩnh trong phòng thí nghiệm. + Hiện tượng nạp khí (oxy từ không khí xâm nhập vào nước mặt): Nạp khí (Reaeration) là quá trình vật lý (chuyển hoá khối lượng) của oxy từ khí quyển vào khối nước. Để sử dụng các mô hình chất lượng nước song cần thiết phải xây dựng phương pháp tính toán hệ số tốc độ hoà tan oxy qua mặt thoáng (ngày-1). 4.3. Mô hình hóa chất lượng nước đơn giản – Mô hình BOD/DO 4.3.1. Đặc điểm - Loại mô hình này liên quan đến nồng độ oxy trong sông và suối - Mô hình chất lượng nước đầu tiên xem xét mối quan hệ BOD/DO trong một hệ thống sông đã được phát triển bởi Streeter Phelps năm 1925. 72
4.3.2. Giả thiết làm đơn giản hoá mô hình - Chỉ có một nguồn ô nhiễm tồn tại - Tải trọng ô nhiễm không đổi được thải ra ở một điểm cho trước. - Sông không có nhánh - Vận tốc dòng chảy không đổi - Mặt cắt ngang dòng sông coi như không đổi. - Sự khuếch tán tạo điều kiện cho nồng độ BOD/DO coi như đồng đều trong mặt cắt của sông. - Sự phân huỷ sinh học diễn ra trong sông có bậc nhất và ngoài ra không có sự tham gia của các quá trình khác. 4.3.3. Mô hình hoá lan truyền chất hữu cơ: Có nhiều kỹ thuật đánh giá mức độ ô nhiễm nước dựa vào giá trị của các thông số chọn lọc. Các kỹ thuật này sử dụng các chỉ số để thực hiện mức độ ô nhiễm. Trong đó có thể nêu một số chỉ số đang được công nhận như: Chỉ số ô nhiễm dinh dưỡng (NPI) dựa vào các thông số NH4+, NO3-, NO2-, tổng P, pH, chlorophyll, độ dẫn điện và độ đục. Chỉ số ô nhiễm hữu cơ (OPI) dựa vào các thông số BOD, COD, nhiệt độ và DO. Với nguồn số liệu có được từ một số đề tài được thực hiện tại Viện Hải dương học như đề tài cấp Cơ sở phòng Vật lý biển, phòng Thủy địa hóa, đề tài cấp Viện Khoa học và Công nghệ, Các Dự án hợp tác quốc tế, tác giả sử dụng gói phần mềm MIKE 21 HD, ECO Lab để mô phỏng quá trình lan truyền một số vật chất có thể gây ô nhiễm từ các nguồn thải của khu công nghiệp, nuôi trồng thủy sản và khu dân cư trong 2 mùa: mùa mưa và mùa khô. Trong khuôn khổ của luận văn, mục tiêu của học viên là có thể tính toán, mô phỏng, đưa ra được bức tranh về quá trình động lực và quá trình truyền tải các vật chất gồm BOD, DO, NO3-, PO4+, NH3+. Một kịch bản mô phỏng sự lan truyền các vật chất ô nhiễm với giả thiết có sự gia tăng cực đại nồng độ các chất gây ô nhiễm từ số liệu thực đo tại cống xả thải và công suất tính tại thời điểm khảo sát từ các nguồn thải của khu công nghiệp, nuôi trồng thủy sản và khu dân cư để có thể đánh giá mức độ lan truyền và ảnh hưởng của các vật chất này tới chất lượng nước. 73
Hình 4.6: Các thành phần trong Mô hình hóa BOD/DO + Phương trình Streeter - Phelps: Mô hình Streeter – Phelps (năm 1925) là một mô hình cổ điển cho hệ sinh thái nước mặt dựa trên nguyên lý bảo toàn vật chất và nguyên lý động lượng bậc nhất. Mô hình này sử dụng phương trình sau đây: (4.1) Trong đó các tham số trong mô hình Streeter được mô tả: Bảng 4-1: Các tham số mô hình BOD/DO Hoặc chúng ta có thể thu gọn lại: 74
(4.2) Trong đó: D = Cs - Ct Cs : Nồng độ oxy bão hoà Ct: Nồng độ oxy ở thời điểm t Lt: Nồng độ chất hữu cơ, được đo bằng BOD ở thời điểm t K1: Hệ số tốc độ phân huỷ chất hữu cơ hay hằng số tốc độ tiêu thụ oxy do quá trình phân huỷ các chất hữu cơ (ngày-1). Ka: Hệ số tốc độ hoà tan oxy qua mặt thoáng (ngày-1) hay gọi ngắn gọn là hệ số thấm khí. + Một số ký hiệu: Ka(200C): Hệ số nạp khí (tốc độ hoà tan oxy qua mặt thoáng) ở 200C. Ka(T0C): Hệ số nạp khí (tốc độ hoà tan oxy qua mặt thoáng) ở T0C. v : Vận tốc trung bình của dòng chảy (m/s) H: Độ sâu (m) : Hằng số = 0,02400C-1 (50C
K N (T )  K N (200 C) 1,06T 20 Bảng 4-2. Bảng tra hệ số để tính K1 và KN Để tính K1 Để tính KN KT (tại 200C) 1,05 1,06 - 1,08 Bảng 4-3: Giá trị đặc trưng K1, KN, N0 và L0 ở nhiệt độ 200C + Tính toán BOD - Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải thường được chỉ định bằng BOD5 hay BOD7 lần lượt là lượng oxy tiêu thụ trong 5 và 7 ngày. - Như đã đề cập ở trên, từ giả thuyết sự phân huỷ tuân theo quy luật bậc nhất nên ta có: dLt   K1.Lt (4.5) dt => Lt  L0 .e K1t => L5  L0 .e K1 .5 => BOD5  L0 .(1  e K1 .5 ) +) Giải phương trình Streeter - Phelps cho DO:  dD  dD   K1.Lt  K a D   K1.Lt  K1 L0 e  K1t  dt   dt   Dt 0  D0   Dt 0  D0 76
 K .L  D  1 0 (e K1t  e Kat )  D0 .e Kat , K1  K a K a  K1  (4.6)   D  ( K1  t  L0  D0 ).e K1t , K1  K a + Độ thiếu hụt DO cực đại K1.L0 dD D (e K1t  e Kat )  D0 .e Kat => 0 (4.7) Ka  K1 dt dD k1  K1 L0 e  K1t  K a .D  0 => Dc  .L0e k1t dt ka + Điểm mà tại đó nồng độ oxy thấp nhất chính là giới hạn nguy hại dD d 2D D => Max  0, 2  0 dt dt Do D = Cs - Ct ==> Ct = Cs - D, khi D max nghĩa là Ct min + Thời gian oxy đạt min là: 1  Ka  D0 ( K a  K1 )   tc  ln  1   K a  K1  K1  K1 L0  (4.8) + Có lưu ý tới sự Nitrat hoá trong phương trình cân bằng oxy dD  K1.Lt  a.K N .N t  K a D (4.9) dt Trong đó a là quan hệ giữa nồng độ ammonium và lượng oxy tiêu thụ tương ứng với phương trình: a được tính là 2,32/14=4,4 mg O2 với mỗi mg ammonium. b phụ thuộc vào sự đồng hoá vi sinh của ammonia, tỷ lệ này là 4,3mg O2 với mỗi n ammonium trong thực tế. Thay biến t=x/v trong các công thức trên 77
- Nước thải sau khi gia nhập vào dòng sông có sự hoà nhập hoàn toàn với dòng chảy. - Vận tốc dòng chảy là như nhau trong suốt các mặt cắt ngang của dòng sông. Hình 4-7: Hình ảnh lan truyền chất Ô nhiễm  K .L  D  1 0 (e K1 .( x / v )  e Ka ( x / v ) )  D0 .e Ka ( x / v ) , K1  K a K a  K1  (4.10)   D  ( K1  t  L0  D0 ).e K1 ( x / v ) , K1  K a + Nồng độ pha trộn nước thải trong nước sông (4.11) Trong đó: C - Nồng độ trung bình sau khi pha trộn Qw - Lưu lượng dòng nước thải Qr - Lưu lượng dòng sông Cw - Nồng độ oxy trong nước thải Cr - Nồng độ oxy trong nước sông 78
4.4 Mô hình hóa nước dưới đất (nước ngầm) 4.4.1. Khái niệm nước dưới đất Nước dưới đất hay đôi khi còn được gọi là nước ngầm là thuật ngữ chỉ loại nước nằm bên dưới bề mặt đất trong các không gian rỗng của đất và trong các khe nứt của các thành tạo đá, và các không gian rỗng này có sự liên thông với nhau. Một thành tạo đá hoặc các dạng tích tụ vật liệu không cố kết được gọi là tầng chứa khi nó chứa và có thể cung cấp một lượng nước có thể sử dụng được. Độ sâu của không gian có mặt khe nứt hoặc lỗ rỗng trong đá, mà ở đó bắt đầu bão hòa nước hoàn toàn thì được gọi là mực nước ngầm. Nước dưới đất được bổ cấp từ, và chảy từ bề mặt đất tự nhiên xuống. Nơi xuất lộ tự nhiên của nước thường là tại các sông suối. Nếu sông suối này chảy vào vùng bị đóng kín thì tạo ra các vùng đất ngập nước, và tại vùng sa mạc thì có thể hình thành các ốc đảo. Nước dưới đất thường được khai thác phục vụ cho nông nghiệp, đô thị, và công nghiệp qua các giếng khai thác nước. Ngành nghiên cứu sự phân bố và vận động của nước dưới đất được gọi là địa chất thủy văn. Phần lớn nước dưới đất hình thành theo một nhánh trong vòng tuần hoàn nước cùng với các yếu tố thủy văn khác. Có 4 con đường hình thành nước dưới đất.  Do nước mưa, nước mặt trong sông hồ, đầm lầy,... ngấm xuống các tầng đất đá bên dưới khi những tầng này có đới độ rỗng cao. Phần lớn nước dưới đất thuộc dạng này.  Trong trầm tích, khi lắng đọng thì ở dạng bùn ướt. Quá trình trầm tích tiếp theo tạo ra lớp đè lên trên, gây nén kết đá và nước bị tách ra thành vỉa. Các vỉa nước dưới đáy mỏ dầu khí thuộc dạng này.  Nguyên sinh: Do magma nguội đi thì quá trình kết tinh xảy ra, lượng dư hydro và oxy nếu có sẽ tách ra, rồi kết hợp thành nước. Đây là quá trình chính thời viễn cổ khi Trái Đất từ dạng khối vật chất nóng chảy nguội dần, nước tách ra từ magma tạo ra khí hơi nước, mây rồi tích tụ tạo ra các đại dương cổ. Nguồn nước từ magma đã giảm nhiều, do vỏ rắn Trái Đất hiện dày hơn, và hydro là nguyên tố nhẹ nên ít nằm lại trong lòng Trái Đất.  Thứ sinh: Các hoạt động xâm nhập làm nóng đất đá, gây biến chất các lớp trầm tích bên trên, dẫn đến thải nước từ trầm tích. Về chi tiết thì có hai hiện tượng: 79
Nước tự do, tức là phân tử H2O tự do nằm trong đất đá và có thể di chuyển hay khai thác được, do nhiệt độ cao nên tách ra khỏi tầng đá. Nước liên kết, là nước trong các phân tử ngậm nước của đất đá. Bình thường thì nước này không tự do di chuyển và không khai thác được. Quá trình biến chất chuyển đổi khoáng vật của đất đá sang dạng khác "đặc" hơn và thải nước liên kết ra. Thời gian từ lúc khối nước tách ra khỏi nguồn cho đến ngày nay, gọi là "tuổi" của nước dưới đất. Tuổi của nước phun ra ở giếng chân đê sông Hồng mùa lũ có thể chỉ là vài ngày, nhưng nước khai thác ở tầng sâu 150 m ở Nhà máy nước Cáo Đỉnh thì có tuổi cỡ triệu năm, từ tầng Đệ tứ Q1. Ở Việt Nam việc khai thác nước ngầm có các hình thức: giếng đào, giếng khoan,... tại các nhà máy nước hay tại hộ dân cư. Khi khai thác nước từ tầng đất cổ thì lượng ion sắt Fe2+ khá cao, nên phải bố trí hệ thống khử và lọc lắng, cũng như định kỳ phải xả bùn sắt tích tụ. Trước đây nhiều đô thị, chẳng hạn như Hà Nội, Tp. Hồ Chí Minh,... nguồn cung cấp nước từ nước ngầm chiếm phần lớn. Tuy nhiên sự rút bớt nước trong đất đá bên dưới mà không có nguồn bù đắp kịp, đã dẫn đến hạ thấp độ cao mặt đất, nói đơn giản là sụt đất[2][3]. Vì thế quá trình chuyển sang dùng nước sông (hay nước mặt) đang diễn ra. Nước cấp cho Hà Nội hiện nổi tiếng với "đường ống dẫn nước sông Đà", và sự kiện vỡ đường ống nước luôn được mọi người quan tâm. 4.4.2. Ô nhiễm nước dưới đất Nước dưới đất thường được coi là sạch, không bị ô nhiễm. Tuy nhiên nếu không để ý đến bảo vệ nguồn nước thì sẽ dẫn đến ô nhiễm, không sử dụng được nữa. Tại vùng đồi núi, nơi có độ chênh cao dẫn đến nước mưa thấm qua các tầng đất đá và có tạo được dòng thấm hay chảy ngầm, thì sự luân chuyển nước đảm bảo được nước dưới đất là sạch cho các khai thác nhỏ của hộ gia đình hay cụm dân cư. Tại vùng đồng bằng thì sau hàng chục năm du nhập lối sống công nghiệp, chất thải ở các bể phốt của nhà vệ sinh ngấm ra các tầng nước đã dẫn đến ô nhiễm nặng amoni đến độ sâu 20 m, làm cho nước từ giếng đào hay khoan nông không còn sạch nữa. Theo đánh giá năm 2011 của Trung tâm Quan trắc và dự báo tài nguyên nước, Bộ TN&MT, dựa trên quan trắc ở khu vực đồng bằng Bắc Bộ, Nam Bộ và Tây Nguyên, cho thấy "mực nước ngầm đang sụt giảm mạnh, chất lượng nước ở nhiều nơi không đạt tiêu chuẩn" và "7/7 mẫu đều có hàm 80
lượng amoni cao", có nơi "hàm lượng amoni lên đến 23,30mg/l, gấp 233 lần tiêu chuẩn cho phép" [4]. Các làng nghề hiện đang bị ô nhiễm cả nước mặt và nước ngầm, dẫn đến phải cấp nước từ nguồn xa y như tại các thành phố. Nguy cơ ô nhiễm và cạn kiệt nguồn nước tại các vùng ven biển và hải đảo hiện tại không được quan tâm đúng mức. Tại vùng này, đặc biệt là các đảo Trường Sa, Song Tử Tây,... thì nguồn nước ngầm có được là do nước mưa ngấm xuống cát tích tụ lại thành ổ, qua hàng chục ngàn năm mà có được ổ lớn. Ở đâu đó rìa biển là ranh giới nước ngầm ngọt với nước mặn của biển, nếu khai thác mà không bổ sung bằng nước mưa thì ranh giới với nước mặn sẽ tiến dần vào đảo và nước ngọt có thể hết. Nguy cơ này do con người gây ra, hiện có hai dạng: Một là, Không quan tâm đến cách giữ nước mưa để nước ngấm xuống cát. Các sân xi măng rộng lớn và đúc liền thuận tiện cho sinh hoạt, nhưng không có khe để nước thấm. Quanh đảo không có gờ giữ nước mưa. Không bố trí các nhà vệ sinh phù hợp để chất thải từ đó gây ô nhiễm nước ngầm. Hai là, Xử lý ô nhiễm nước dưới đất hiện còn là việc bất khả thi, vì thế việc bảo vệ trước là hành vi khôn ngoan cần có. Hình 4.4-1: Phủ Beton ở đảo, làm nước mưa không ngấm xuống cát, sẽ dẫn đến cạn kiệt nước ngầm 4.4.3. Mô hình khuếch tán chất ô nhiễm trong nước ngầm. 4.4.3.1. Định luật Darcy Năm 1856 kỹ sư người Pháp tên là Henry Darcy đã xây dựng ra một biểu thức thực nghiệm để biểu diễn sự chuyển động của nước ngầm trong môi trường rỗng và được đặt tên là định luật Darcy. 81
dh v  K Công thức định luật: dL Trong đó: v : vận tốc dòng chảy tới hạn hay vận tốc trung bình của mặt cắt ngang (m/s). K : độ thấm thủy lực (m/s) Hình 4.4-2: Mô hình định luật Darcy dh/dL : gradien thủy lực (m/m) với hệ số K ta có bẳng tra sau: Bảng 4.4-1 : Hệ số thấm K Xác định lưu lượng chảy qua một mặt cắt ngang, ta có: dh Q   A.v   A.K (5.1) dL Trong đó: Q là lưu lượng chảy qua một mặt cắt (m3/s) A là diện tích mặt cắt (m2) Hình 4.4-3: Lưu lượng qua một mặt cắt ngang 82
4.4.3.2. Phương trình dòng chảy nước ngầm Phương trình cân bằng vật chất cho một phần tử với nguồn bổ cấp nước từ mặt đất:  ( V )  Q |x Q |x x  LH yx (5.2) t Các Mô hình xáo trộn : Khi chất ô nhiễm thải ra trên mặt đất đi vào tầng nước ngầm có thể xảy ra hai trường hợp xảy ra khi chất ô nhiễm đi vào nước ngầm. Hai trường hợp này được minh họa dưới đây  Mô hình xáo trộn Zero là trường hợp xấu nhất về khả năng pha loãng và ảnh hưởng chất lượng nước trên bề mặt tầng chứa nước. 83
 Mô hình xáo trộn hoàn toàn là trường hợp xấu nhất với các chất ô nhiễm viết hay chất độc bởi vì toàn bộ tầng chưa nước sẽ bị ô nhiễm. 4.4.3.3. Sự lan truyền chất ô nhiễm không phản ứng trong nước ngầm Mô hình xáo trộn đơn giản: Với cách tiếp cận đơn giản để đánh giá nồng độ của chất ô nhiễm trong nước ngầm là giả thiết chất ô nhiễm xáo trộn hoàn toàn trong tầng nước ngầm, không phản ứng với thành phần của nước ngầm. Mô hình một chiều, trường hợp có 1 nguồn thải tức thời xâm nhập vào dòng chảy có nồng độ nền bằng 0 tại x = 0, khi chất thải xâm nhập xuôi dòng theo chiều dương của x, với vận tốc v, nồng độ lan truyền Công thức áp dụng như sau: M  ( x  vx t ) 2  C ( x, t )  exp    (4 Dx t )1/2  4 Dxt  (5.3) Trong đó M là khối lượng chất thải trên đơn vị mặt cắt ngang. 84
Áp dụng thực hành: Bài tập tính toán mô hình hóa môi trường nước ngầm Tính toán xác định nồng độ nitrat trong giếng nước ngầm ở hạ lưu hướng chảy do ảnh hưởng của sự xáo trộn trong tầng nước ngầm từ các hồ thấm nước thải sau xử lý (như hình vẽ). Giả sử lưu lượng nước thải sau xử lý đi vào tầng nước ngầm là 100 m3/ngày/m. Nồng độ nitrat trong nước tahir sau xử lý là 15 mg/L. Độ thấm thủy lực của tầng ngậm nước là 10 -5 m/s và độ dốc của mặt nước phía thượng nguồn là -0,018 m/m. Nồng độ ban đầu của nitrat trong nước ngầm là 0,5 mg/L. 85
Chương 5: MÔ HÌNH HÓA Ô NHIỄM TIẾNG ỒN 5.1 Ô nhiễm tiếng ồn: Hiện nay, với quá trình công nghiệm hóa, Ô nhiễm tiếng ồn là một vấn đề bức thiết cần được nghiên cứu và giảm thiếu. Ô nhiễm tiếng ồn (Tiếng Anh: Noise pollution hoặc noise disturbance) là tiếng ồn trong môi trường vượt quá ngưỡng nhất định gây khó chịu cho người hoặc động vật. Hầu hết ở các nước, nguồn gây ô nhiễm tiếng ồn chủ yếu từ tiếng ồn ngoài trời như phương tiện giao thông, vận tải, xe có động cơ, máy bay và tàu hỏa. Tiếng ồn ngoài trời còn được nói gọn từ tiếng ồn môi trường. Quy hoạch đô thị không tốt có thể làm phát sinh ô nhiễm tiếng ồn, vì bên cạnh các tòa nhà công nghiệp và dân cư có thể dẫn đến tình trạng ô nhiễm tiếng ồn trong khu dân cư. Những ghi chép liên quan đến tiếng ồn đô thị đã được nhắc đến từ thời Rome cổ đại.[3] Tiếng ồn ngoài trời có thể được gây ra bởi hoạt động của máy móc, xây dựng hay các buổi biểu diễn âm nhạc, đặc biệt là ở một số nơi làm việc. Điếc do tiếng ồn có thể bị gây ra ở bên ngoài (ví dụ như tàu hỏa) hoặc ở bên trong (ví dụ như âm nhạc). Mức tiếng ồn cao có thể góp phần gây các bệnh tim mạch ở người như bệnh động mạch vành. Ở một số loài động vật, tiếng ồn quá mức có thể làm tăng nguy cơ tử vong bằng cách thay đổi vật ăn thịt, cản trở việc phát hiện con mồi, khó khăn trong việc sinh sản và có thể gây ra mất thính lực vĩnh viễn hình 6-1. Hình 5-1: Tác hại của tiếng ồn đến con người 86
5.2 Nguyên nhân ô nhiễm tiếng ồn. • Do nguồn gốc thiên nhiên Do hoạt động của núi lửa và động đất.Tuy nhiên đây chỉ là một nguyên nhân thứ yếu, chỉ lúc nào có núi lửa và động đất thì lúc đó mới có ô nhiễm về tiếng ồn và chỉ thực sự tác động đến các hộ dân sống gần khu vực núi lửa hoặc động đất. Mặt khác đây không phải là nguyên nhân có tính chu kỳ mà nó xảy ra một cách ngẫu nhiên. • Do nguồn gốc nhân tạo Đây được xem là nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng ô nhiễm tiếng ồn. Hiện nay phương tiện giao thông đang ngày càng tăng với mức độ chóng mặt, mật độ xe lưu thông trên đường phố ngày càng lớn gây nên ô nhiễm về tiếng ồn do tiếng của động cơ, tiếng còi cũng như tiếng phanh xe. Ở Việt Nam, số lượng phương tiện kém chất lượng lưu thông trên đường phố ckhá nhiều đã tạo nên sự ô nhiễm về tiếng ồn đáng kể. Máy bay cũng là một nguồn gây ô nhiễm không thể bỏ qua. Lúc máy bay cất cánh hoặc hạ cánh là lúc mà các hộ dân sống gần sân bay phải chịu một tần số âm thanh không nhỏ. Nên có biện pháp di dời sân bay ra xa khu vực đông dân cư để giảm thiểu tiếng ồn. Hơn nữa, việc sử dụng các loại máy móc trong xây dựng là khá phổ biến. Đây là một nguồn gây ô nhiễm tiếng ồn đáng kể. Hoạt động công nghiệp và sản xuất thì việc sử dụng máy móc được xem là không thể thiếu. Tuy nhiên do ý thức của các cơ sở sản xuất, của một số khu công nghiệp đã làm cho mức độ ô nhiễm tiếng ồn đang ngày càng tăng cao. Trong sinh hoạt, việc bật máy nghe nhạc quá lớn cũng tác động không nhỏ đến thính giác của người xung quanh, nhất là trong các vũ trường hay quán bar. Đây là nguồn gây ô nhiễm mà được xem là khó xử lý nhất và chỉ dựa vào ý thức của người dân là chủ yếu. Một số nguồn gây ô nhiễm tiếng ồn khác như: Các cuộc biểu tình, các sự kiện công cộng, các sự kiện thể thao (trường bắn, karting...). Nguồn từ động vật như tiếng chó sủa, mèo kiêu, tiếng chăn nuôi. Từ nhà hàng xóm, như tiếng nhạc bật lớn, la hét, tiếng ồn máy cắt, báo động vô tình, pháo hoa. Đặc biệt tiếng điện thoại di động ở những nơi công cộng, bao gồm phòng học, hội nghị cũng là một nguồn gây ô nhiễm tiếng ồn. 5.3 Mô hình hóa tiếng ồn Để sử dụng trong thực tiễn, bất kỳ phương pháp mô tả nào, các phép đo và đánh giá tiếng ồn môi trường phải được liên hệ tới vài cách thức đã được biết về sự phản ứng của con người với tiếng ồn. Có nhiều hậu quả bất lợi của việc tăng tiếng ồn môi trường với sự gia tăng tiếng ồn, nhưng mối quan hệ chính xác liên đới giữa liều – phản ứng vẫn tiếp tục là chủ đề tranh luận khoa học. Thêm vào đó, điều quan trọng là tất cả các phương pháp được dùng cần phải khả thi trong khuôn khổ bối cảnh chung về chính trị, kinh tế, xã hội mà các phương pháp đó được sử dụng. Vì lý do này, hiện tại có rất nhiều phương pháp khác 87