Giáo trình Mô hình hóa trong quản lý và nghiên cứu môi trường: Phần 1

Chia sẻ: Năm Tháng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:43

Thêm vào BST

Báo xấu

97
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 cuốn giáo trình Mô hình hóa trong quản lý và nghiên cứu môi trường trình bày các nội dung: Giới thiệu chung về mô hình hóa, những khái niệm cơ bản, phân loại mô hình, xây dựng mô hình. 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 hóa trong quản lý và nghiên cứu môi trường: Phần 1

Bé Gi¸o dôc vµ §µo t¹o §¹i häc Th¸i Nguyªn Mai v¨n trÞnh - mai thÞ lan anh m« h×nh ho¸ trong qu¶n lý vµ nghiªn cøu m«i tr−êng (Dïng cho sinh viªn n¨m thø ba chuyªn ngµnh m«i tr−êng) Nhµ xuÊt b¶n §¹i häc Quèc gia Hµ Néi
2
MỤC LỤC Trang Lời nói ñầu ........................................................................................... CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÔ HÌNH HÓA................15 CHƯƠNG II. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN.................................... 2. 1. Các khái niệm...........................................................................18 2.1.1. Hệ thống ........................................................................18 2.1.2. ðộng thái.......................................................................18 2.1.3. Mô hình .........................................................................19 2.1.4. Mô hình hóa...................................................................19 2.2. Mục ñích, ý nghĩa, tính ưu việt và những bất cập của mô hình hóa...................................................................................20 2.2.1. Mục ñích của mô hình hóa .............................................20 2. 2.2. Ý nghĩa của nghiên cứu mô hình hóa.............................22 2.2.3. Tính ưu việt của mô hình hóa .........................................23 2.2.4. Bất cập của mô hình hóa................................................24 CHƯƠNG III. PHÂN LOẠI MÔ HÌNH ............................................... 3.1. Phân loại chung .........................................................................26 3.1.1. Mô hình lý thuyết (ý tưởng) ............................................26 3.1.2. Mô hình chứng minh tương tác.......................................26 3.1.3. Mô hình toán học và thống kê ........................................26 3.1.4. Mô hình minh họa trực quan ..........................................27 3.2. Phân loại theo cặp......................................................................27 3
CHƯƠNG IV. XÂY DỰNG MÔ HÌNH...........................................29 4.1. Cấu trúc của mô hình và các phương tiện mô tả mô hình............29 4.2. Xây dựng mô hình .....................................................................32 4.2.1. Mô tả hệ thống và xác ñịnh vấn ñề .................................33 4.2.2. Xác ñịnh ma trận liền kề ................................................34 4. 2. 3. Thiết lập biểu ñồ lý thuyết ............................................35 4. 2. 4. Thiết lập công thức toán...............................................36 4. 2. 5. Chuyển tải vào máy tính và kiểm tra ñộ chính xác ........37 4. 2. 6. Phân tích ñộ nhạy cho từng mô hình con......................37 4. 2. 7. Phân tích ñộ nhạy cho mô hình lớn ..............................38 4. 2. 8. Hiệu chỉnh mô hình ......................................................39 4. 2. 9. Áp dụng mô hình ra diện rộng......................................40 4. 2. 10. ðánh giá mô hình.......................................................41 4. 2. 11. Áp dụng mô hình hóa trong bài toán cụ thể ................41 CHƯƠNG V. MỘT SỐ MÔ HÌNH CỤ THỂ....................................44 5.1. Mô hình ô nhiễm không khí .......................................................45 5.1.1. Các ñiều kiện ảnh hưởng ñến sự phát tán của khí trong khí quyển............................................................46 5.1.2. ðộ ổn ñịnh của khí quyển và sự phân bố hàm lượng chất ô nhiễm................................................................49 5.1.3. Phương trình cơ bản mô tả sự truyền tải và khuếch tán chất ô nhiễm..........................................................55 5.1.4. Mô hình Gauss tính toán lan truyền chất ô nhiễm không khí.....................................................................57 5.1.5. Mô hình Berliand tính toán lan truyền chất ô nhiễm trong khí quyển............................................................63 5.2. Mô hình ô nhiễm nước...............................................................67 5.2.1. Một số kiến thức cơ bản liên quan tới mô hình hóa chất lượng nước ..........................................................67 4
5.2.2. Giới thiệu mô hình QUAL2K:.........................................70 5.3. Một số mô hình khác ..................................................................... 5. 3.1. Mô hình xói mòn do nước..............................................85 5.3.2. Mô hình ô nhiễm phân tán từ nông nghiệp AGNPS.........99 5.3.3. Mô hình xói mòn LISEM ..............................................107 5.3.4. Mô hình lan truyền thấm sâu chất hóa học LEACHM......109 5.4. Mô hình ñơn giản về lan truyền hóa chất trong ñất. ..................110 5.5. Mô hình Nleach_2D.................................................................113 5.5.1. Giới thiệu mô hình và các mô hình con ........................114 5.5.2. Mô hình cân bằng ñạm trong ruộng lúa có tầng ñế cày......117 5.5.3. Phát triển Nleach thành mô hình mô phỏng không gian ....119 5.6. Mô hình MIKE11. ...................................................................121 5.6.1. Mô tả sơ lược về MIKE 11 ...........................................121 5.6.2. Thuật toán trong mô hình thuỷ lực MIKE 11 ................127 5
6
DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Phân loại mô hình (theo cặp)............................................28 Bảng 2: Kết quả tính toán cân bằng nước và chất ô nhiễm Cadmium ..........................................................................43 Bảng 3: Công thức tính δ z(x), δ y(x) cho vùng thoáng mở (nông thôn) .................................................................................61 Bảng 4: Công thức tính δ z(x), δ y(x) choñiều kiện thành phố .......61 Bảng 5: Giá trị ñiển hình của hệ số mũ trong phương pháp Rating curves....................................................................76 Bảng 6: Hệ số nhám Manning cho các bề mặt kênh hở (Chow et al. 1988) .......................................................................79 Bảng 7: Các biến trạng thái của mô hình Q2K...............................83 Bảng 8: ðộ gồ ghề của mặt ñất trong các ñiều kiện khác nhau ......95 Bảng 9: Giá trị P cho ruộng bậc thang canh tác theo ñường ñồng mức và ñộ dốc..........................................................98 7
DANH MỤC HÌNH Hình 1: Lịch sử và tiến trình phát triển của các loại mô hình sinh thái và môi trường.....................................................16 Hình 2: Ví dụ về cấu trúc biểu ñồ Forrester cho một mô hình hệ thống nông nghiệp trong ñó có nhiều biến trạng thái của một hệ thống nông nghiệp (Haefner, 2005)..........29 Hình 3: Các thành phần cơ bản của biểu ñồ Forrester ...................... Hình 4: Biểu ñồ tổng quát trình tự xây dựng mô hình theo Jøgensnen và Bendoricchio (2001)...................................33 Hình 5: Một hệ sinh thái ñơn giản biểu diễn chu trình các bon giữa các hợp phần sinh thái..............................................34 Hình 6: Biểu ñồ Forrester cho mô hình hệ sinh thái hươu-cỏ (theo hệ thống ở hình 5). Các ñường liền biểu thị ñường biến ñổi C. ðường chấm biểu thị mối quan hệ giữa các cấp và tốc ñộ ñầu vào và ñầu ra (ý nghĩa của từng biểu tượng có thể xem hình 3) ...................................36 Hình 7: Ví dụ về phân tích ñộ nhạy sự ảnh hưởng của các hàm lượng ñạm ban ñầu ñến sự thay ñổi hàm lượng ñạm trong ñất theo thời gian. ...................................................38 Hình 8: Kết quả hiệu chỉnh của mô hình mô phỏng hàm lượng ñạm trong ñất trồng bắp cải (kết quả tính toán rất khớp với hàm lượng ñạm ño trong ñất). ............................40 Hình 9: Biểu ñồ lý thuyết mô tả các thành phần của hệ thống và các mối quan hệ giữa các thành phần ..........................42 Hình 10: Sơ ñồ chùm phân tán chất ô nhiễm không khí ñược sử dụng trong nhiều mô hình phân tán không khí ..................45 8
Hình 11. Một số hiệu ứng từ phát thải do nguồn cao với những ñám khói có hình dáng khác nhau tại các thời ñiểm khác nhau (a), sự phát tán liên tục của luồng chất khí trong không khí (b), và sự phát tán dòng chất nặng của khí với một qũy ñạo ñặc biệt của ñám mây (c) ............48 Hình 12. Khí quyển không ổn ñịnh hoặc siêu ñoạn nhiệt. Trong trường hợp chưa bão hòa (bên trái), khi nâng lên cao, khối khí chưa bão hòa tại mỗi mức ñều nóng hơn nhiệt ñộ không khí xung quanh và vì vậy nhẹ hơn. Trong trường hợp này khối khí sẽ thoát ra khỏi vị trí ban ñầu với gia tốc cụ thể. Trong trường hợp bão hòa (bên phải). Khi nâng lên cao, khối khí bão hòa tại mỗi mức ñều nóng hơn nhiệt ñộ không khí xung quanh. Trong trường hợp này khối khí sẽ thoát ra khỏi vị trí ban ñầu. Nguồn: Bùi Tá Long (2008) ......................................50 Hình 13. Khí quyển ổn ñịnh hoặc “dưới ñoạn nhiệt” với khối khí chưa bão hòa (bên trái) và bão hòa (bên phải), khi nâng lên cao khối khí lạnh hơn và nặng hơn không khí xung quanh. Trong trường hợp này khối khí có xu hướng quay trở lại vị trí ban ñầu. Nguồn: Bùi Tá Long (2008)...............................................................................51 Hình 14: Các trạng thái của môi trường và sự tác ñộng của nó ñến sự phân bố của dải khói trong không gian..................53 Hình 15. Luồng khói bị hạn chế ở cả biên trên lẫn biên dưới như “mắc bẫy” (trapping) – nghịch nhiệt bên dưới và bên trên ống khói ....................................................................55 Hình 16. Sơ ñồ mô hình khuếch tán Gauss........................................59 Hình 17. ðộ nâng của vệt khói và chiều cao hiệu quả của ống khói ..................................................................................62 9
Hình 18. Sự phân bố của dải khói và nồng ñộ chất ô nhiễm trong ñó .....................................................................................64 Hình 19. Biểu ñồ các quá trình lan truyền ........................................69 Hình 20: Sự phân ñoạn của mô hình Q2K.........................................72 Hình 21: Cân bằng nước của ñoạn sông...........................................73 Hình 22: ðập ñỉnh nhọn ...................................................................75 Hình 23: Kênh hình thang ................................................................77 Hình 24: Cột nước............................................................................79 Hình 25: Cân bằng nhiệt ..................................................................82 Hình 26: ðộ gồ ghề với khoảng cách ñộ cao với bề mặt (Hội bảo vệ ñất và nước Hoa Kỳ, 1993)...........................................95 Hình 27: Sơ ñồ xây dựng bản ñồ xói mòn ñất từ các bản ñồ ñầu vào, số liệu thuộc tính dựa trên mô hình RUSLE...............99 Hình 28: Mô hình AGNPS chạy kết hợp với phần mềm GIS mô phỏng các quá trình nước và di chuyển của hóa chất......106 Hình 29: Biểu ñồ biểu diễn cơ chế xói mòn của LISEM (Hessel et al., 2002) ....................................................................107 Hình 30: Mô phỏng hướng dòng chảy trong mô hình xói mòn lưu vực .................................................................................109 Hình 31: Các hợp phần chính và ñường phát triển của LEACHM (Hutson, 2003)................................................................110 Hình 32: Biểu ñồ biểu diễn sự lan truyền chất hóa học trong ñất....111 Hình 33: Phân bố hàm lượng ñạm trong ñất theo chiều sâu lúc ban ñầu, sau 40, 80 và 100 ngày.....................................112 10
Hình 34. Hàm lượng ñạm khoáng ño và tính toán tại các ñộ sâu khác nhau trong ñất trồng lúa trong trường hợp không có mô-ñun tầng ñế cày (trái) và có mô-ñun tầng ñế cày (phải). ......................................................................118 Hình 35. Biểu ñồ lý thuyết mô tả ñộng thái ñộ ẩm ñất và ñạm trong ñất.........................................................................119 Hình 36. Kết quả mô phỏng của mô hình Nleach không gian về hàm lượng ñạm khoáng (mg l–1) tại xã Vân Hội, huyện Tam Dương ngày 6 tháng 3 năm 2004 (a) và ngày 26 tháng 3 năm 2005 (b); dòng ñạm chảy nghiêng tích lũy (kg ha–1 năm–1) năm 2004 (c) và năm 2005 (d); và kết quả mô phỏng tổng lượng ñạm mất do thấm sâu (kg ha–1 năm–1) năm 2004 (e), và năm 2005 (f) ...............120 Hình 37: Mô tả phương trình liên tục .............................................125 Hình 38: Mô tả phương trình ñộng lượng .......................................126 Hình 39: Nhánh sông với các ñiểm lưới xen kẽ ...............................129 Hình 40: Cấu hình các ñiểm lưới xung quanh ñiểm mà tại ñó ba nhánh gặp nhau. .............................................................130 Hình 41: Cấu hình các ñiểm lưới và các ñiểm trong một mẫu hoàn chỉnh......................................................................131 Hình 42: Ma trận nhánh trước khi khử ...........................................133 Hình 43: Ma trận nhánh sau khi ñã khử..........................................133 Hình 44: ðiểm ba nhánh với giới hạn của phương trình liên tục.....134 11
12
LỜI NÓI ðẦU Nghiên cứu và quản lý môi trường ñòi hỏi tổng hợp các kiến thức về các ngành khoa học cơ bản và ứng dụng ñặc biệt là những kiến thức về vật lý, hóa học và sinh học với xu hướng ñịnh lượng hóa ngày một cao, chặt chẽ hơn phục vụ cho việc phát triển công nghệ quản lý, xử lý môi trường. Một phần không thể thiếu ñược trong ñịnh lượng hóa các quá trình môi trường là phương pháp mô hình hóa. Mô hình hóa môi trường giúp chúng ta có những kiến thức cơ bản nhất về nhận biết và mô tả hệ thống, phân tích hệ thống, liên kết các cấu phần của hệ thống thành một loạt các mối quan hệ toán học logic bằng các hàm toán học ñể từ ñó làm chủ ñược các quá trình ñịnh lượng ở mọi ñiều kiện môi trường và lĩnh vực khác nhau. Cuốn giáo trình Mô hình hóa trong quản lý và nghiên cứu môi trường bao gồm 3 chương: Chương 1 giới thiệu chung về mô hình hoá bao gồm những khái niệm cơ bản như hệ thống, mô hình, mô hình hoá, mục ñích ý nghĩa và tính ưu việt của mô hình hoá. Cuối cùng là phân loại mô hình. Chương 2 là phần quan trọng nhất giúp cho người ñọc trang bị cho mình phương pháp mô hình hóa, các bước cơ bản và những ñiều cần chú ý ñể xây dựng một mô hình; Chương 3 là các mô hình cụ thể mà người ñọc có thể tham khảo, tìm hiểu ñể ứng dụng cho nghiên cứu của mình, ñặc biệt là các mô tả chi tiết về mô hình chất lượng nước (Qual2K) và các 13
mô hình về phân tán chất ô nhiễm trong không khí. Giáo trình phục vụ cho bạn ñọc muốn nghiên cứu tìm hiểu về mô hình hóa và hướng dẫn những kiến thức cơ bản ñể nhập môn mô hình hóa. Hy vọng cuốn giáo trình sẽ hữu ích cho nhiều người, ñặc biệt là sinh viên trong các trường ñại học có liên quan ñến mô hình hóa môi trường. Mặc dù ñã hết sức cố gắng trong quá trình biên soạn nhưng không thể tránh khỏi một số thiếu sót, chúng tôi hy vọng nhận ñược nhiều ý kiến, nhận xét ñóng góp của bạn ñọc ñể giáo trình ngày càng hoàn thiện hơn. Các tác giả 14
Chương I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÔ HÌNH HÓA 1.1. MỞ ðẦU Vào những năm 1950, các nhà kỹ thuật ñã bỏ rất nhiều công sức vào việc nghiên cứu những hệ thống ñộng thái phức tạp. Thành công của họ ñã thu hút ñược rất nhiều nhà sinh học trong việc áp dụng những kỹ thuật tương tự trong chuyên môn của mình. Xu hướng ñó ñược ñặc trưng bởi các từ: hệ thống, mô hình và mô hình hóa (De wit, 2006). Mô hình ñược phát triển từ lâu theo nhu cầu nghiên cứu và tìm kiếm các giải pháp kỹ thuật tối ưu cho sản xuất. Mô hình ñược phát triển từ ñơn giản cho ñến phức tạp, từ mô hình ñơn cho ñến những mô hình tích hợp như ngày nay. Theo Jøgensen và Bendoricchio (2001) thì mô hình ñầu tiên là mô hình cân bằng ôxy trong nước (mô hình Streeter - Phelps) và mô hình chuỗi thức ăn (mô hình Lotka - Volterra) ñược phát triển vào những năm 1920. Vào những năm 1950, 1960 phát triển mạnh các mô hình về ñộng thái dân số, các mô hình về nước phức tạp hơn, những mô hình này ñược gọi là mô hình thế hệ thứ hai. Các mô hình sinh thái và môi trường ñược phát triển và sử dụng rộng rãi trong những năm 1970. Trong số ñó mô hình phú dưỡng nguồn nước ñược phát triển phức tạp hơn, ñây là các mô hình thuộc thế hệ thứ ba. ðến giữa những năm 1970 các nhà sinh thái học ñã ñưa nhiều nghiên cứu ñịnh lượng vào giải quyết các vấn ñề sinh thái môi trường, bởi vì vấn ñề quản lý môi trường cần ñược ñánh giá lại. Những kết quả 15
nghiên cứu ñịnh lượng từ ñó ñến nay vô cùng quan trọng cho chất lượng của các mô hình sinh thái. Quan trọng hơn là sự phát triển cao hơn trong công nghệ máy tính ngày càng phát triển. Những mô hình phát triển trong giai ñoạn từ giữa 1970 ñến giữa 1980 có thể ñược coi là thế hệ thứ tư với ñặc trưng của sinh thái ñi sâu vào hiện thực và ñơn giản hóa. Rất nhiều mô hình ñã ñược ñánh giá và chấp nhận rộng rãi cho nghiên cứu cũng như phát triển sản xuất. Mô hình Streeter-Phelps Mô hình Lotka-Volterrs Mô hình ñộng thái dân số Những mô hình trong môi trường nước Mô hình về phú dưỡng Mô hình phức tạp về nước Các thủ tục mô hình hóa ñược xác ñịnh. Hoàn thiện các phương trình cân bằng và phát triển nhiều mô hình sinh thái hơn Mô hình về chất ñộc hại trong sinh thái Nhiều nghiên cứu cụ thể hơn, kết hợp ñánh giá, dự báo Các mô hình ñộng thái cấu trúc, những hạn chế trong sinh thái, các công cụ toán học mới, kể cả các phương tiện phổ biến kiến thức (Jørgensen and Bendoricchio, 2001) Hình 1.1: Lịch sử và tiến trình phát triển của các loại mô hình sinh thái và môi trường 16
Tầm quan trọng của việc sử dụng mô hình trong công tác quản lý môi trường ñang ñược khẳng ñịnh. Sự phát triển kinh tế xã hội ñã tác ñộng mạnh vào môi trường. Năng lượng và các chất ô nhiễm ñược phát thải, xả thải vào môi trường sinh thái, và tại ñây hàm lượng của chất ô nhiễm quá cao, sự phát triển nhanh chóng của các loài có hại dẫn tới làm thay ñổi cấu trúc sinh thái hoặc hủy hoại môi trường. Một hệ sinh thái bất kỳ ñều rất phức tạp. Chính vì vậy việc tiên ñoán các tác ñộng lên môi trường là một nhiệm vụ khá nặng nề. Chính vì lý do này ñã biến mô hình trở thành một công cụ có ích bởi vì mô hình là bức tranh phản ánh thực tế. Với kiến thức môi trường sinh thái ñầy ñủ và hoàn chỉnh, ta có thể rút ra ñược những ñặc trưng của hệ sinh thái liên quan ñến các vấn ñề ô nhiễm và qua nghiên cứu ñể hình thành nên nền tảng của mô hình môi trường. Từ những kết quả của mô hình hóa chúng ta có thể sử dụng ñể lựa chọn kỹ thuật môi trường phù hợp nhất cho giải pháp các vấn ñề môi trường ñặc biệt, hay cho việc xây dựng các bộ luật khung giúp giảm thiểu hay kiểm soát ô nhiễm. Ứng dụng mô hình trong môi trường ñã trở nên phổ biến, nếu chúng ta muốn hiểu sự vận hành của một hệ thống phức tạp như hệ sinh thái. Thật không ñơn giản ñể khảo sát nhiều thành phần và tác ñộng trong một hệ sinh thái mà không sử dụng mô hình như là công cụ tổng hợp. Tác ñộng qua lại lẫn nhau của hệ thống có lẽ không nhất thiết là tổng các tác ñộng riêng rẽ. Mỗi hệ sinh thái có một cấu trúc và tổng các mối quan hệ riêng. Việc nghiên về một hệ sinh thái nào ñó yêu cầu phải mô tả ñược hệ thống và các mối quan hệ của hệ sinh thái ñó. Việc ñưa ra các giải pháp cũng phải dựa trên nguyên tắc cơ bản phân tích hệ thống và sử dụng mô hình hóa như một công cụ hỗ trợ ñắc lực trong quá trình phân tích và ra quyết ñịnh. Do ñó, không có gì ngạc nhiên khi các mô hình môi trường ñã ñược sử dụng ngày càng nhiều trong sinh thái học nói riêng và môi trường nói chung, như một công cụ ñể hiểu về tính chất của hệ sinh thái. Ứng dụng này ñã phản ánh rõ ràng những thuận lợi của mô 17
hình như là công cụ hữu dụng trong môi trường; nó có thể tóm tắt theo những ñiểm dưới ñây: - Mô hình là những công cụ hữu ích trong khảo sát các hệ thống phức tạp. - Mô hình có thể ñược dùng ñể phản ánh các ñặc tính của hệ sinh thái. - Mô hình phản ánh các lỗ hổng về kiến thức và do ñó có thể ñược dùng ñể thiết lập nghiên cứu ưu tiên. - Mô hình là hữu ích trong việc kiểm tra các giả thiết khoa học, vì mô hình có thể mô phỏng các tác ñộng bên trong của hệ sinh thái, dùng nó ñể so sánh với các quan sát. 1.2. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.2.1. Hệ thống Hệ thống là một tập hợp các phần tử có mối quan hệ với nhau. Trong mối quan hệ ấy xuất hiện nhiều thuộc tính về không gian, thời gian và phương thức hoạt ñộng. Trong một hệ thống luôn có sự thống nhất, mâu thuẫn và vận ñộng phát triển mà chúng ta có thể mô tả, ñoán ñọc ñược. Hệ thống ñược ñặc trưng bởi các thành phần, ñơn vị riêng rẽ mà chúng liên hệ với nhau thành một thực thể, tổng thể, ñể phục vụ cho một mục ñích nhất ñịnh. 1.2.2. ðộng thái Vì hệ thống luôn luôn biến ñổi theo phương thức riêng của chúng nên hệ thống thay ñổi theo thời gian hay còn gọi là “phương thức ñộng”. Chúng ta có thể quan trắc chúng bằng cách ño ñếm hoặc thám thính các ñặc tính của một hệ thống nhất ñịnh, ví dụ chúng ta có thể quan trắc bằng cách nhìn trực tiếp vào hệ thống (một chiếc ô tô di chuyển, một người ñang hoạt ñộng) hoặc bằng các loại dụng cụ ño ñếm hiện ñại. 18
Vậy hệ thống ñộng là những hệ thống có xu hướng thay ñổi theo thời gian trong ñó thời gian là yếu tố chủ chốt trong hệ thống. Trong trường hợp hệ thống ñạt trạng thái cân bằng, tại ñó hệ thống dường như không thay ñổi, ñó là trường hợp ñặc biệt và có thể ñặt trạng thái hạn chế ñộng thái. 1.2.3. Mô hình Trong khi nghiên cứu về hệ thống, chúng ta sẽ nghiên cứu về ñộng thái của chúng theo nghĩa của các phương trình toán học. Những hệ thống ñặc trưng ñó ñược gọi là một mô hình toán. Tuy nhiên ñôi khi chúng cũng ñược gọi là mô hình tự nhiên của hệ thống thực. Khi nói về một mô hình, ta nghĩ ñến một mô tả về toán học thông thường của một hệ thống ñể phục vụ cho việc tính toán và phỏng ñoán. Một mô hình có thể ñược hình thành với rất nhiều hình thái, kích cỡ và kiểu khác nhau. ðiều quan trọng là mô hình không phải là hệ thống thực nhưng nó là sự kiến tạo của con người ñể giúp chúng ta hiểu ñược hệ thống thực tốt hơn. Tất cả các mô hình nói chung ñều có những thông tin về ñầu vào, thông tin xử lý và các kết quả ñầu ra. 1.2.4. Mô hình hóa Mô hình hóa hiện nay ñược tất cả các ngành khoa học áp dụng rộng rãi và mỗi ngành có một cách hiểu và ñịnh nghĩa khác nhau theo tính ứng dụng thực tiễn của nó. Một số khái niệm ñược liệt kê như sau: - Mô hình hóa là quá trình tạo ra một sự miêu tả về thực tế như một biểu ñồ, bức tranh, hoặc biểu diễn toán học. - Mô hình hóa là việc sử dụng phân tích thống kê, phân tích máy tính hoặc những sắp ñặt mô hình ñể dự báo những kết quả của nghiên cứu. 19
- Mô hình hóa còn ñược gọi là học quan trắc hoặc bắt chước, là một cách xử lý dựa trên thủ tục liên quan ñến việc sử dụng các mô hình sống ñộng, ñể biểu diễn một thói quen, suy nghĩ hoặc thái ñộ mà người sử dụng có thể muốn thay ñổi. - Mô hình hóa là phương pháp dự ñoán các vấn ñề kỹ thuật: sử dụng cách minh họa máy tính và các kỹ thuật khác ñể tạo ra một lối giải thích ñơn giản hóa về một cái gì ñó, ñể dự ñoán và phân tích các vấn ñề kỹ thuật tiềm năng. - Mô hình hóa không gian: là trình phân tích ñược áp dụng cho hệ thống thông tin ñịa lý (GIS). Có ba ñặc trưng của các hàm chức năng, mô hình hóa không gian có thể ñược áp dụng cho các ñối tượng không gian, ñó là 1) Các mô hình về hình học như tính toán khoảng cách giữa các ñối tượng không gian, tạo các vùng ñệm, tính toán diện tích và chu vi, 2) Các mô hình về trùng khớp như chồng ghép các lớp thông tin theo không gian, 3) Các mô hình tiệm cận (tìm ñường, phân vùng và chia nhỏ vùng). Tất cả ba ñặc trưng cho ta các thao tác về số liệu không gian như các ñiểm, ñường, vùng và lưới ô vuông. Tóm lại: Mô hình hoá và phân tích mô phỏng là quá trình thí nghiệm và thiết lập một mô hình toán học của một hệ thống thực, có thể bao gồm các hợp phần có quan hệ tương tác, chúng có ñầu vào và ñầu ra cho một mục ñích nào ñó. 1.3. MỤC ðÍCH, Ý NGHĨA, TÍNH ƯU VIỆT VÀ NHỮNG BẤT CẬP CỦA MÔ HÌNH HÓA 1.3.1. Mục ñích của mô hình hóa - Theo Pedgen et al. (1995) mục ñích của mô hình hóa là ñể phân tích và mô phỏng các loại hệ thống khác nhau, cụ thể là: Hiểu rõ ñược bản chất hoạt ñộng của hệ thống Một số hệ thống là quá phức tạp và rất khó có thể hiểu ñược các hoạt ñộng và những tương tác trong bản thân chúng nếu như 20