Hệ thống thông tin môi trường part 4

Chia sẻ: Pham Duong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

175
lượt xem 63
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Về mặt tổ chức hành chính có thể xây dựng Trung Tâm Phân Tích Thông Tin Môi Trường Vùng (TTPTTTMTV) – là cơ quan quản lý qui mô vùng trong HTQTMTQG. Cơ quan này có các chức năng thu thập, xử lý, cung cấp tài liệu và bảo quản thông tin môi trường cần thiết cho các cấu trúc vùng cũng như hình thành thông tin trong hình thức thích hợp để trình lên cấp quốc gia của HTQTMTQG.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Hệ thống thông tin môi trường part 4

Về mặt tổ chức hành chính có thể xây dựng Trung Tâm Phân Tích Thông Tin Môi Trường Vùng (TTPTTTMTV) – là cơ quan quản lý qui mô vùng trong HTQTMTQG. Cơ quan này có các chức năng thu thập, xử lý, cung cấp tài liệu và bảo quản thông tin môi trường cần thiết cho các cấu trúc vùng cũng như hình thành thông tin trong hình thức thích hợp để trình lên cấp quốc gia của HTQTMTQG. Ngoài ra TTPTTTMTV phải tiến hành bảo đảm thông tin cho các cơ quan và tổ chức quan tâm trong khuôn khổ vùng. Ở mức quốc gia, thành phần chính của HTQTMTQG là Trung Tâm Phân Tích Thông Tin Quan Trắc Môi Trường Quốc Gia (TTPTTTQTMTQG). Theo quyết định số 955/BVMT của Cục Bảo vệ môi trường ngày 25/10/2004, Trung tâm quan trắc và dữ liệu môi trường (Trung tâm QTDLMT) đã được thành lập. Cũng theo Quyết định này, Trung tâm QTDLMT có 3 chức năng chính: - Quan trắc môi trường: o Quản lý hệ thống quan trắc môi trường, thực hiện quan trắc môi trường; o Quản lý thống nhất số liệu điều tra, quan trắc về môi trường; o Xây dựng và tổ chức thực hiện các quy trình, quy phạm, hướng dẫn, quy định, định mức về quan trắc môi trường; o Xây dựng, phát triển Phòng thí nghiệm và Phân tích môi trường; - Quản lý thống nhất số liệu môi trường: o Làm đầu mối thu thập, lưu trữ, quản lý thống nhất số liệu môi trường; o Tổ chức và xây dựng, phát triển và quản lý thống nhất các cơ sở dữ liệu môi trường, các hệ thống thông tin báo cáo môi trường; o Xây dựng và tổ chức thực hiện các quy định, quy chế, quy chuẩn thông tin và cơ sở pháp lý khác về dữ liệu và thông tin môi trường. - Ứng dụng công nghệ thông tin – viễn thông trong lĩnh vực môi trường: o Xây dựng và phát triển hạ tầng cơ sở công nghệ thông tin của Cục Bảo vệ môi trường; o Làm đầu mối nghiên cứu, triển khai ứng dụng công nghệ thông tin, viễn thông, viễn thám, hệ thống thông tin địa lý (GIS) của Cục Bảo vệ môi trường. Để giải quyết nhiệm vụ này trong TTPTTTQTMTQG phải thực hiện việc thu thập, bảo quản và phân tích thông tin môi trường tổng hợp nhận được từ các mắt xích thông tin của các Hệ thống quan trắc quy mô vùng và địa phương, cũng như thông tin tổng hợp từ các Trung tâm cấp trung ương của các hệ thống cơ quan nhà nước. Ngoài ra, TTPTTTQTMTQG còn giải quyết một số nhiệm vụ sau đây trong HTQTMTQG: - Bảo đảm hình thành các hệ thống quan trắc chuyên biệt không có ở các mức vùng và địa phương (các hệ thống quan trắc tầng ôzôn của Trái đất, quan trắc nền, quan trắc sự ô nhiễm xuyên biên giới các chất ô nhiễm không khí, ...). - Bảo đảm sự tham gia của quốc gia vào các hệ thống quan trắc môi trường xung quanh của quốc tế và khu vực, trong số đó có hệ thống toàn cầu. - Bảo đảm chất lượng và tính tương thích thông tin nhận được ở mọi quy mô của HTQTMTQG, xử lý trên cơ sở tính đến các phương pháp khoa học phù hợp. 5.4 Đề xuất mô hình hệ thống thông tin môi trường cấp tỉnh Qua việc thực hiện một số đề tài xây dựng công cụ tin học trợ giúp công tác quản lý môi trường trong giai đoạn hiện nay tại một số tỉnh thành của cả nước, tác giả nhận thấy công tác giám sát chất lượng môi trường trong giai đoạn hiện nay đòi hỏi lưu trữ các mảng thông 91
tin môi trường rất lớn và thường xuyên biến đổi. Không chỉ lưu trữ mà còn cần thiết phải khai thác sử dụng có hiệu quả dữ liệu để thông qua quyết định ở các cấp quản lí khác nhau. Bên cạnh đó cần thiết phải xây dựng các công cụ cho phép tính toán theo các kịch bản phát triển khác nhau cũng cho phép dự báo và đánh giá được các hệ quả về mặt môi trường cho các quyết định được thông qua. Từ đó cần thiết phải xây dựng Hệ thống thông tin môi trường cho cấp cơ sở theo hệ thống quản lí môi trường cấp quốc gia. Dựa vào cơ sở lý luận được trình bày trong mục trên, và kinh nghiệm thực tiễn trong /[2] –[4]/ đề xuất một mô hình xây dựng Hệ thống thông tin môi trường cấp tỉnh thành tại Việt Nam. Trên Hình 5.4 là sơ đồ khối Hệ thống thông tin môi trường (Environmental Information System – EIS) cho cấp tỉnh thành được đề xuất. Các bước của quá trình tự động hóa trong hệ thống thông tin môi trường được thể hiện trên Hình 5.5. Hệ thống thông tin môi trường (EIS) được xây dựng theo nguyên lý mô đun. Bước đầu EIS được đề xuất là sự tích hợp ba khối là khối quản lý số liệu quan trắc môi trường, khối ngân hàng mô hình môi trường và khối cung cấp thông tin môi trường /xem [2]/. Phần dưới đây sẽ đi vào phân tích một số khối tham gia trong EIS. Chức năng nhiệm vụ của các khối này cụ thể như sau : Hình 5.4.Sơ đồ cấu trúc của hệ thống thông tin môi trường cấp tỉnh thành /[2]/ 92
Hệ thống thông tin môi trường Người dùng Dân chúng, chính quyền, các nhà đào tạo, danh nghiệp, các tổ chức xã hội và các cá nhân Kết quả Hệ thống truy cập thông tin Báo cáo, bản đồ, các kết quả phân tích, các file, sách mỏng tuyên truyền, tập bản đồ, mạng máy tính, CD-ROM Truyền thông Xử lý số liệu Các thủ tục, các phương pháp đánh giá, bản đồ Các ngân hàng dữ Hệ thống thông tin liệu chuyên gia địa lý Đất, nước, không khí, khí hậu, Các tỷ lệ khác nhau năng lượng, ... Các nguồn dữ liệu Các chương trình quan trắc, files, các bản đăng ký, văn bản, ành chụp, ... Hình 5.5. Quá trình tự động hóa trong hệ thống thông tin môi trường 5.4.1.1 Khối quan trắc môi trường Trạm quan trắc môi trường là một hệ thống tổ chức – kỹ thuật đảm bảo việc thu thập thông tin, xử lý, biểu diễn, kiểm tra độ tin cậy và truyền thông tin. Quan trắc môi trường có ba chức năng chính sau đây: - Thu nhận thông tin cơ sở về tình trạng môi trường xung quanh cũng như nồng độ các chất độc hại chứa trong các phát thải từ các nguồn thải. - Trên cơ sở thông tin ban đầu sẽ tiến hành phân tích, tính toán, dự báo để nhận được thông tin thứ cấp khác. - Hình thành các cơ sở dữ liệu để thông qua quyết định về kinh tế – xã hội nhằm mục tiêu bảo vệ môi trường. 93
Nhöõng baøi toaùn ñaùnh giaù moâi tröôøng chuû yeáu Ñaûm baûo söï toàn taïi cuûa Döï baùo nhöõng thay ñoåi toaøn Ñaûm baûo caùc nguoàn taøi Ñaûm baûo cuoäc soáng vaø söùc nhaân loaïi caàu vôùi moâi tröôøng nguyeân khoeû con ngöôøi Kieåm Ñaûm Döï baùo Döï baùo soaùt tình Ñaùnh baûo söï söï taùc Baûo veä caùc traïng giaù aûnh caân Caûnh ñoäng caùc nguoàn Theo doõi moâi höôûng baèng baùo vaø töông hoå nguoàn taøi quó ñaïo tröôøng do hoaït giöõa soá Döï baùo khaéc cuûa heä nöôùc, nguyeân caùc khoâng ñoäng löôïng taàng phuïc maët trôøi- caùc coù ích, thieân khí, caùc kinh teá daân cö ozon thaûm ñaïi nguoàn caùc thaïch lôùp baêng cuûa caùc vaø taøi hoïa moâi döông- phoùng nguoàn phuû,ngu nhaø nguyeân tröôøng beà maët xaï. naêng oàn nöôùc maùy. löông traùi ñaát. löôïng. uoáng. thöïc. Ngaên ngöøa Baûo veä oâ nhieãm moâi tröôøng sinh hoïc Caùc phöông phaùp vaø thieát bò döï baùo caùc tham soá moâi tröôøng Döï baùo caùc ñieàu kieän cuoäc soáng con ngöôøi theá kyû 21 Hình 5.6. Các bài toán dự báo môi trường chủ yếu của thế kỷ 21 5.4.1.2 Khối ngân hàng mô hình Như một thành phần của Hệ thống thông tin môi trường, khối này tập hợp các tri thức lấy từ các kết quả nghiên cứu từ các Viện, Trung tâm hay các Trường Đại học phục vụ cho bảo vệ môi trường. Các tri thức này đảm bảo cho sự phát triển bền vững. Một thành phần không thể thiếu trong khối nghiên cứu là các mô hình diễn giải số liệu, tính toán theo kịch bản cũng như giúp dự báo. Ngày nay các Trung Tâm khoa học lớn trên thế giới đã xây dựng được nhiều mô hình giúp cho dự báo sự phát triển tình trạng môi trường từ những thay đổi mang tính toàn cầu, đảm bảo sự sống trên trái đất đến những bài toán mang tính khu vực, địa phương như bài toán tìm kiếm nguồn tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ cuộc sống và sức khoẻ con người. Các bài toán dự báo môi trường chủ yếu được trình bày trên Hình 5.6. 5.4.1.3 Khối cung cấp thông tin môi trường Sự không chú ý đúng mức tới việc xây dựng các hệ thống cung cấp thông tin môi trường là một trong những nguyên nhân dẫn tới tình trạng môi trường ít được cải thiện. Khối cung cấp thông tin môi trường đảm bảo cung cấp cho công chúng và những người ra quyết định thông tin về những thay đổi của trạng thái môi trường cùng các nhân tố ảnh hưởng đến trạng thái đó. Vấn đề xây dựng các báo cáo môi trường phục vụ cho các đối tượng khác nhau là một mảng đề tài quan trọng đang được Cục Bảo vệ môi trường phối hợp với chính phủ Đan mạch nghiên cứu xây dựng. Với đặc tính phức tạp và nhanh biến động của môi trường thì việc 94
nghiên cứu xây dựng hệ thống cung cấp thông tin hỗ trợ cho công tác quản lý môi trường là một bài toán không đơn giản nhưng rất cần cho thực tiễn. Ngoài ra, tính kịp thời thì tính đầy đủ của thông tin giúp cho việc đưa ra các giải pháp môi trường một cách kịp thời. Trong đề tài /Bùi Tá Long và CTV, 1999 - 2002. Báo cáo tổng hợp kết quả đề tài «Hệ thống thông tin trợ giúp công tác quản lý, qui hoạch và đánh giá tác động môi trường ». Đề tài cấp Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia, 121 trang/ có đề xuất một số giải pháp xây dựng khối này trong EIS hướng tới hai đối tượng cụ thể là: cung cấp thông tin cho chính quyền phục vụ cho công tác quản lý và cung cấp thông tin cho dân chúng. Một số loại hình cung cấp thông tin môi trường: Chỉ tiêu và chỉ số môi trường: loại hình này giúp các nhà quản lý , người dân nắm - được thực chất của một khối lượng dữ liệu phức tạp. Loại hình thông tin môi trường này đơn giản, cô đọng và dễ hiểu; Báo cáo hiện trạng môi trường: Đây là loại hình báo cáo môi trường toàn diện nhất. - Nó cung cấp một cách nhìn bao quát về các mặt: điều kiện, xu hướng và quá trình, báo gồm thông tin về các hoạt động của con người cũng như về các tài nguyên thiên nhiên; Chính sách, chiến lược và kế hoạch môi trường quốc gia: Các loại hình này bao - gồm các kế hoạch hành động ngành, các chiến lược phát triển bền vững; Báo cáo đánh giá tác động môi trường: Mục tiêu của đánh giá tác động môi trường là - dự bao và xác định những thay đổi môi trường, đặc biệt là những thay đổi do các hoạt động của con người gây ra. 5.5 Khía cạnh kỹ thuật thực thi hệ thống thông tin môi trường Để thực thi Hệ thống thông tin môi trường (HTTTMT), như đã lưu ý ở phần trên cần phải ứng dụng công nghệ mạng kết nối các máy tính cá nhân. Tại Trung tâm xử lý thông tin môi trường cấp địa phương cần thiết lập máy tính với bộ nhớ lớn, bộ vi xử lý đủ mạnh. Để hiển thị thông tin cần sử dụng màn hình lớn có độ phân giải cao. Trên Hình 5.7 là sơ đồ cấu hình kỹ thuật mẫu để tham khảo của khối thông tin quan trắc môi trường cho HTTTMT. Các phương tiện viễn thông đóng vai trò quan trọng trong hệ thống thông tin môi trường. Thực vậy, như chúng ta biết các nguồn thải, các đầu cảm biến đo nồng độ các chất ô nhiễm cũng như hệ thống trung tâm xử lý thông tin thường nằm cách tách biệt. Ngoài ra khoảng cách giữa các thiết bị đo và các thiết bị dùng cho tính toán có thể thay đổi rất khác nhau khi đối tượng quan trắc nằm trên một diện rộng, có thể từ vài chục m tới vài chục km. Khoảng cách đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn các phương tiện viễn thông. Với những khoảng cách không lớn lắm có thể nối cáp quang là cách tiện lợi và đảm bảo tốc độ cao. Có thể sử dụng mạng cục bộ. 95
Modem voâ tuyeán Hình 5.7. Sơ đồ cấu hình kỹ thuật của Hệ thống thông tin môi trường cấp tỉnh Với những đối tượng quan trắc nằm trên một diện lớn không tiện cho việc sử dụng cáp quang người ta sử dụng mạng điện thoại cục bộ hay mạng điện thoại thành phố. Ở đây cần lưu ý tới tốc độ truyền. Trong trường hợp không thể sử dụng được dây dẫn (ví dụ như nằm ở những vị trí khó tiếp cận, hoặc ở những khoảng cách quá xa) có thể sử dụng các thiết bị liên lạc bằng vô tuyến và anten. Trong hệ thống tự động quan trắc một trong số giải pháp thực tế nhất là dùng modem. Ưu điểm nổi bật của mô đem là khả năng tổ chức thông tin với những máy tính cá nhân nằm ở xa và việc ứng dụng môđem chỉ giới hạn ở việc soạn thảo ra các phần mềm điều khiển. Việc sử dụng modem rất tiện lợi cho việc trao đổi thông tin giữa trạm xử lý thông tin Trung Tâm và trạm quan trắc tự động. Ngoài ra với việc sử dụng môđem khả năng bổ sung các trạm mới ở xa không làm ảnh hưởng tới khả năng làm việc của các bộ phận viễn thông khác. Tại trạm xử lý thông tin Trung Tâm và các trạm ở xa cần thiết phải thiết lập các phần mềm giao tiếp với các cổng liên kết khác nhau. 5.6 Một số kết quả triển khai xây dựng hệ thống thông tin môi trường cho các tỉnh thành Việt Nam Trong công trình [3], đã đề xuất một mô hình thông tin được đặt tên là INSEMAG. Phần mềm INSEMAG (INformation System for supporting Enviroronmental Management for An Giang). Đây là một Hệ thông tin – mô hình môi trường tích hợp trợ giúp công tác quản lý môi trường, trong đó hệ quản trị CSDL MS SQL server (quản lí các dữ liệu quan trắc môi trường nước, không khí, khí tượng, thủy văn, ...) GIS và các mô hình tính toán ô nhiễm không khí và nước mặt. INSEMAG có các mục tiêu: giúp thuận tiện trong việc diễn giải thông tin môi trường; hỗ trợ trong việc phân tích thông tin môi trường; cung cấp công cụ trong việc phân tích, đánh giá các kịch bản khác nhau.́ 96
INSEMAG tích hợp cơ sở dữ liệu quan trắc chất lượng môi trường của địa phương như các lớp bản đồ chuyên đề môi trường bên cạnh các lớp thông tin bản đồ địa lí như các lớp về sông ngòi, hành chính,... . Về cấu trúc INSEMAG gồm ba mô đun chính là: ANGIMOD – mô đun quản lý các dữ liệu quan trắc môi trường, ANGICAP – mô đun quản lý các nguồn thải điểm và tính toán phát tán ô nhiễm không khí theo mô hình Berliand, ANGIWASP – mô đun quản lý các cống thải xuống sông và tính toán phát tán ô nhiễm trong môi trường nước theo mô hình Paal đối với các nguồn thải hoạt động trong một khoảng thời gian xác định. Bên cạnh những ưu điểm nhất định, INSEMAG có một số nhược điểm như: - Tính tự động hóa còn chưa cao. Cụ thể là chưa tích hợp các TCVN 1995 và 2001 về chất lượng môi trường nước và không khí vào phần mềm. Điều này gây khó khăn cho người sử dụng khi muốn so sánh các số liệu quan trắc với TCVN cho công tác đánh giá được chất lượng môi trường; - Chưa có khả năng chuyển đổi dữ liệu từ các định dạng (format) khác vào INSEMAG. Điều này gây khó khăn cho người dùng đã có sẵn các file ở dạng format khác muốn chuyển đổi vào INSEMAG. - Các Báo cáo môi trường được thực hiện còn kém tự động và chưa phong phú; - Hỗ trợ GIS chưa nhiều ví dụ như chưa cài đặt các chức năng mới như tương tác trực diện trên bản đồ, tính diện tích và chu vi các hình; - Các chức năng biểu diễn kết quả mô phỏng còn chưa phong phú. - Phần hỗ trợ tính toán mô phỏng còn ít ví dụ như các nguồn thải chưa thể nhóm lại thành group để thực hiện các phép xoá hay cùng tịnh tiến theo một vectơ cho trước. Trong [6] đã đề xuất mô hình tin học mới khác về cơ bản so với INSEMAG. Phần mềm được xây dựng trên cơ sở mô hình này được đặt tên là ENVIMNT (viết tắt của cụm từ tiếng Anh là ENVironmental Information Management software for Ninh Thuan). ENVIMNT là sự tích hợp trong một công cụ duy nhất các module sau : - Module quản lý bản đồ số hoá - Module quản lý dữ liệu - Module phân tích, truy vấn, làm báo cáo - Module quản lý tập văn bản môi trường - Module mô hình - Module WEB - Module quản lý giao diện và giao tiếp user Sơ đồ cấu trúc của ENVIMNT được thể hiện trên Hình 5.8. 97
Cơ sở dữ liệu Module quản lý Module quản lý bản đồ Module phân tích nhập xuất CSDL lập báo cáo, truy vấn dữ liệu Module quản lý ENVIMNT mô hình Module hiển thị thông tin trên Web Module điều khiển giao diện và giao tiếp với người Module quản lý văn dùng bản pháp luật và các quy định về môi trường Người dùng Hình 5.8. Sơ đồ cấu trúc tổng quan ENVIMNT 5.6.1 Module quản lý bản đồ số Dữ liệu bản đồ số trong phần mềm ENVIMNT được kế thừa dữ liệu bản đồ tỉnh Ninh Thuận đã được số hóa từ phần mềm GIS thông dụng là Mapinfo. Để xây dựng module quản lí bản đồ số trong ENVIMNT các tác giả đã xây dựng chương trình sử dụng ngôn ngữ lập trình Visual C++. Module bản đồ số trong ENVIMNT cho phép thực hiện các thao tác cơ bản đặc trưng của một hệ GIS như: phóng to-thu nhỏ, kích hoạt các đối tượng không gian theo điểm hay theo vùng, thêm-xoá-sửa các đối tượng không gian, thực hiện các phép chồng lớp thông tin giữa các đối tượng hay giữa các lớp thông tin ... 5.6.2 Module quản lý dữ liệu Phần mềm ENVIMNT có mục tiêu kết hợp giữa GIS và hệ quản trị dữ liệu phi không gian (trong trường hợp cụ thể ở đây là các dữ liệu môi trường) thể hiện ở một số điểm dưới đây: - ENVIMNT sử dụng hệ thống MS SQL server phiên bản 2000 để lưu trữ, hệ thống hóa, bảo quản dữ liệu liên quan tới môi trường như vị trí địa lí, địa chỉ của nguồn thải, mô tả vật lí của ống khói (chiều cao, đường kính), các phân tích liên quan tới các chất độc hại mà nguồn thải này thải ra (đo đạc, lấy mẫu ...), thông tin về tiêu chuẩn TCVN về chất lượng không khí, dữ liệu liên quan tới nhà máy quản lí ống khói này, các dữ liệu liên quan tới khí tượng, ... Đặc điểm nổi bật của dữ liệu này là tính đa dạng, phong phú các thuộc tính và thường xuyên thay đổi theo thời gian. Chính vì vậy chỉ có những hệ 98
thống quản trị CSDL mạnh như MS SQL Server mới đủ sức để quản lý có hiệu quả các dữ liệu này. - Xử lý thống kê các dữ liệu cũng như tính toán theo mô hình toán nhằm đánh giá mức độ ô nhiêm môi trường cần thiết phải sử dụng ngôn ngữ lập trình đủ mạnh như Visual C ++ kết hợp với các công cụ khác như : ToolKit, Objective Grid, Objective Graph, thư viện SQL API dùng truy cập cơ sở dữ liệu. Sơ đồ khối của module nhập xuất dữ liệu trong ENVIMNT được thể hiện trên Hình 5.9. Module nhập xuất dữ liệu Module nhập xuất Module nhập xuất Module nhập xuất dữ liệu môi văn bản về môi tiêu chuẩn VN về trường trường môi trường Module nhập xuất dữ Module nhập xuất dữ Module nhập xuất dữ liệu môi trường từ liệu môi trường bằng liệu môi trường từ FILE tay các database khác Module nhập xuất Module nhập Module nhập Module nhập Module nhập dữ liệu đối tượng xuất dữ liệu đối xuất dữ liệu đối xuất dữ liệu đối xuất dữ liệu đối Module nhập xuất dữ nước tượng không tượng nước tượng không tượng nước liệu đối tượng không khí khí khí Module nhập xuất Module nhập Module nhập Module nhập xuất Module nhập dữ liệu đối tượng xuất dữ liệu đối xuất dữ liệu đối dữ liệu đối tượng xuất dữ liệu đối text nước uống tượng nước ngầm tượng nước thải nước ven biển tượng nước mặt Hình 5.9. Sơ đố cấu trúc module nhập xuất dữ liệu Phần mềm ENVIMNT cho phép thực hiện một số chức năng như tạo mới một trạm quan trắc mới, di chuyển trạm từ vị trí cũ sang vị trí mới. Lưu ý rằng mỗi trạm quan trắc có các loại thông số : - Thông số cố định theo thời gian (ví dụ như chiều cao ống khói) - Thông số thay đổi theo thời gian (ví dụ lượng phát thải chất ô nhiễm) Trước khi nhập số liệu, ENVIMNT yêu cầu người sử dụng xác định vị trí và thời điểm lấy mẫu theo qui trình được qui định trong TCVN. Người sử dụng được cung cấp các giao diện với tiếng Việt thân thiện để nhập thông tin cần thiết. 5.6.3 Module phân tích, truy vấn, làm báo cáo Nội dung chính 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 câu hỏi đặt ra là có bao nhiêu lần trong một khoảng thời gian nào đó (ví dụ như trong một năm xác định) giá trị nồng độ của BOD vượt quá giới hạn cho phép. Chính vì vậy không chỉ lưu trữ, bảo quản các dữ liệu quan trắc môi trường, 99
ENVIMNT hướng tới chức năng cho phép phân tích các dữ liệu đã được lưu trữ trong CSDL để đánh giá xu thế phát triển môi trường tỉnh Ninh Thuận. Các chức năng được xây dựng trong module truy vấn dữ liệu cho phép xác định vùng và các nguồn có thể gây ra sự vượt quá chuẩn cho phép từ đó đưa ra những thông báo kịp thời cho các cơ quan chức năng, hỗ trợ cho việc thông qua quyết định nhằm khắc phục và làm giảm thiểu các hậu quả có thể. Hình 5.10. Sơ đồ module truy vấn dữ liệu Bảng 5.1. Các module cơ bản trong khối xử lý truy vấn dữ liệu trong ENVIMNT Tên module Nội dung STT 1 ENVIMQR1 Truy vấn dữ liệu theo thời gian, cho phép truy vấn theo dữ liệu tùy chọn nằm trong khoảng thời gian xác định hoặc theo các giá trị trung bình theo ngày, tháng, năm do người dùng tự chọn. 2 ENVIMQR2 Truy vấn dữ liệu vượt tiêu chuẩn cho phép. Người dùng có thể chọn các bản tiêu chuẩn VN cũng như các chỉ tiêu khác nhau trong tiêu chuẩn để so sánh với các giá trị quan trắc. 3 ENVIMQR3 Truy vấn dữ liệu vượt chuẩn theo tần suất : cho phép xác định các điểm quan trắc vượt quá một ngưỡng nào đó do người sử dụng chọn. ENVIMQR4 Truy vấn dữ liệu theo không gian được người dùng chọn.: 4 chọn huyện, chọn xã trong huyện, … Báo cáo môi trường là một công việc không thể thiếu trong qui trình quản lý môi trường. Báo cáo được thực hiện theo yêu cầu của các cấp quản lý nhằm đánh giá được chất lượng môi trường đối tượng quan tâm. 100
Đối tượng khác Đối tượng không khí Đối tượng nước Module tạo lập báo cáo Module kết xuất các báo Module kết xuất các báo cáo theo định dạng động cáo theo các form cố định Module truy Module truy Module truy Module truy vấn vấn dữ liệu vấn dữ liệu vấn dữ liệu theo thời gian theo tham số vượt chuẩn theo khu vực tự do Module kết xuất dưới dạng biểu đồ, hình ảnh Module kết xuất ra file word, excel Hình 5.11. Sơ đồ cấu trúc khối module tạo lập báo cáo ENVIMNT cung cấp chức năng sản sinh báo cáo một cách tự động nhờ các công cụ được xây dựng riêng. Công cụ sinh báo cáo tự động có nhiệm vụ sinh ra các bảng biểu và bản đồ theo một định dạng cố định theo mẫu của cơ quan quản lý môi trường cấp trên theo tùy chọn của người quản lý. Dựa vào TCVN về môi trường cũng như một số tài liệu hướng dẫn nghiệp vụ quan trắc, trong ENVIMNT đã thiết kế mẫu báo cáo. Các dòng thông tin trong module tạo lập báo cáo được trình bày trên Hình 5.11. Phần mới của ENVIMNT so với những sản phẩm trước đây là các module kết xuất các báo cáo định dạng động. 5.6.4 Module quản lý tập văn bản môi trường Người cán bộ quản lý môi trường trong giai đoạn hiện nay đòi hỏi phải nắm được một số lượng lớn các tài liệu văn bản liên quan tới quản lý nhà nước về môi trường. Ngay cả những người có bộ nhớ tốt nhất cũng không thể nhớ hết hay đọc hết các văn bản này. ENVIMNT sẽ trợ giúp khắc phục khó khăn này bằng cách cho phép tích hợp các văn bản môi trường quan trọng. Người sử dụng có thể bổ sung những văn bản môi trường vào ENVIMNT tùy theo nhu cầu của mình. 5.6.5 Module mô hình Các phần mềm GIS thông dụng trên thế giới như Mapinfo, ArcView, .... rất mạnh về xử lý các dữ liệu không gian nhưng không chuyên sâu về tích hợp mô hình toán. Đây là lý do 101
thúc đẩy nhiều nhóm, Trung tâm nghiên cứu trên thế giới xây dựng các phần mềm tích hợp mô hình toán với GIS để giải quyết nhiều bài toán ứng dụng. Việc tích hợp mô hình toán vào GIS và xử lý dữ liệu môi trường đã được tiến hành trong nhiều đề tài trước đây mà ENVIMNT không phải là ngoại lệ. Trong ENVIMNT được tích hợp hai nhóm mô hình toán : mô hình phát tán ô nhiễm trong môi trường không khí Berliand và mô hình phát tán ô nhiễm trong môi trường nước Paal. Các CSDL cần thiết để chạy mô hình toán trong ENVIMNT gồm : các dữ liệu từ các trạm khí tượng, các dữ liệu phi công nghệ về nguồn thải điểm (chiều cao, đường kính nguồn thải, tọa độ địa lý, tên cơ quan chủ quản,...). Các dữ liệu này được ENVIMNT quản lý và được người sử dụng lựa chọn để đưa vào phần kịch bản. Ngoài ra, để chạy mô hình toán, các dữ liệu liên quan tới sự hoạt động của nguồn thải (lưu lượng, tải lượng ô nhiễm, nhiệt độ khí thoát ra, ...) được nhập vào thông qua giao diện của ENVIMNT. Các module con để thực hiện module này được trình bày trong Bảng 5.2 . Khối module mô hình trong ENVIMNT hướng tới các mục tiêu: - quản lý tổng hợp và thống nhất các thông tin liên quan tới các phát thải, xả thải; - tính toán theo mô hình sự lan truyền và khuyếch tán tác nhân ô nhiễm trong môi trường không khí và nước bề mặt; - cung cấp công cụ trong việc phân tích, đánh giá ảnh hưởng các nguồn điểm theo các hoạt cảnh khác nhau. Cơ sở lí luận và thực tiễn của mô hình Berliand và Paal đã được nghiên cứu trong công trình khoa học của các nhà khoa học trong và ngoài nước. 102
Bảng 5.2. Các module con cần thiết cho phần mềm tích hợp Ký hiệu tên các Chức năng của các module module ENVIMODEL1 Nội suy các dữ liệu theo không gian ENVIMODEL2 Vẽ đường đồng mức ENVIMODEL3 Mô hình Berliand tính toán mô phỏng lan truyền và khuếch tán chất ô nhiễm cho nguồn điểm thải cao ENVIMODEL4 Mô hình Paal tính toán mô phỏng phát tán chất ô nhiễm từ cống xả ENVIMODEL5 Xây dựng lưới tính toán rời rạc theo không gian cho tính toán mô phỏng cũng như biểu diễn trực diện các dữ liệu ENVIMODEL6 Lấy những thông tin cần thiết từ CSDL cho tính toán mô phỏng ENVIMODEL7 Lấy những thông tin cần thiết từ kết quả tính toán mô phỏng để biểu diễn kết quả hoặc thông qua quyết định ENVIMODEL8 Biểu diễn kết quả tính toán mô phỏng dưới dạng các đồ thị Biểu diễn kết quả tính toán theo phương pháp chồng ENVIMODEL9 lớp thông tin của GIS 5.6.6 Module WEB Một trong những kết quả của đề tài này là xây dựng trang Web riêng phục vụ cho công tác quản lý nhà nước của Sở Tài nguyên và Môi trường Ninh Thuận. Các chức năng chính của Web này gồm: - User với quyền hạn chế - Chức năng đổi mật khẩu, tên đăng nhập - Chức năng đổi thông tin cán bộ - Chức năng xem và thêm thông tin về khí tượng - Chức năng duyệt và nhập tin tức - Chức năng duyệt, ghi nhận, trả lời thông tin góp ý - Chức năng nhập lịch tiếp dân - Chức năng nhập văn bản, thủ tục đăng ký môi trường - Chức năng duyệt và nhập tin tức tài nguyên - Chức năng nhập thư ngỏ - Chức năng nhập dự báo thời tiết - User với quyền không hạn chế - User hệ thống với quyền cao nhất 5.6.7 Module quản lý giao diện và giao tiếp user 103
Các module quản lý bản đồ số hoá, quản lý dữ liệu, phân tích, truy vấn, làm báo cáo, quản lý tập văn bản môi trường và module mô hình cùng làm việc trong một hệ thống thống nhất thông qua module quản lý giao diện và giao tiếp user. Mối liên hệ giữa các module này và module quản lý giao diện và giao tiếp user được thể hiện trên Hình 5.8. 5.6.8 Một số công cụ khác ENVIMNT cho phép tìm kiếm nhanh chóng các điểm lấy mẫu theo tên gọi hay mã số. Chức năng này cho phép người sử dụng nhanh chóng tìm kiếm các trạm (trong số rất nhiều trạm hiện lên trên bản đồ). Khi người sử dụng nhập vào các thông số một cách chính xác theo yêu cầu của ENVIMNT, trạm lấy mẫu cần tìm sẽ hiện ra ngay (nhấp nháy trên màn hình và hiện ra màu đỏ). Bạn đọc quan tâm nhiều hơn nữa những thông tin về ENVIMNT có thể truy cập vào trang Web: www.envim.com.vn. Hình 5.12. Giao diện của phần mềm ENVIMNT Câu hỏi và bài tập 1. Tính cấp thiết phải ứng dụng CNTT trong công tác quản lý tài nguyên môi trường tại Việt Nam trong giai đoạn hiện nay. 2. Thế nào là một Hệ thống thông tin hỗ trợ phân tích dữ liệu môi trường. 3. Thế nào là một Hệ thống quan trắc môi trường. Chức năng của hệ thống này. Cơ sở kỹ thuật để xây dựng các Hệ thống quan trắc môi trường. 4. Trình bày sự phân cấp trong hệ thống quan trắc môi trường trong hệ thống quốc gia. Chức năng của từng cấp. 5. Trình bày mô hình Hệ thống thông tin môi trường cấp tỉnh thành trên ví dụ phần mềm ENVIMNT. 104
Tài liệu tham khảo 1. Bùi Tá Long và CTV, 2002. Hệ thống thông tin trợ giúp công tác quản lý, qui hoạch và đánh giá tác động môi trường. Báo cáo tổng hợp kết quả đề tài cấp Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia 1999 – 2000, 121 trang. 2. Bùi Tá Long và CTV, 2002. ENVIM, phần mềm hỗ trợ quản lý môi trường tổng hợp và thống nhất. Sản phẩm đề tài Nghiên cứu Khoa học Công nghệ tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, 4/2002. 69 trang. 3. Bùi Tá Long và CTV, 2002. INSEMAG, phần mềm hỗ trợ quản lý môi trường nước và không khí cho tỉnh An Giang. Sản phẩm đề tài Nghiên cứu Khoa học Công nghệ tỉnh An Giang, 9/2003. 120 trang. 4. Bùi Tá Long, Lê Thị Quỳnh Hà, Lưu Minh Tùng, 2004. Xây dựng phần mềm hỗ trợ công tác giám sát chất lượng môi trường cho các tỉnh thành Việt Nam. Tạp chí Khi tượng Thủy văn, N 12 (517), 2004, trang 10 – 19. 5. Bui Ta Long, Le Thi Quynh Ha, Ho Thi Ngoc Hieu, Luu Minh Tung, 2004. Integration of GIS, Web technology and model for monitoring surface water quality of basin river : a case study of Huong river. Proceedings of International symposium on Geoinformatics for spatial – infrastructure development in earth and allied sciences. Pp. 299 – 304. 6. Bùi Tá Long, Lê Thị Quỳnh Hà, Lưu Minh Tùng, Võ Đăng Khoa, 2005. Xây dựng hệ thống thông tin môi trường hỗ trợ thông qua quyết định môi trường cấp tỉnh thành. Tạp chí Khí tượng – Thủy văn, số 5 (533), trang 31 – 40. 7. Bui Ta Long, Le Thi Quynh Ha, Cao Duy Truong, Nguyen Thi Tin, 2005. Integration GIS and environment information system for environment management in central economic key region of VietNam. Proceedings of Asean Conference on Remote sensing, Ha Noi 7-11/11/2005. 10 p. 105
CHƯƠNG 6 MỘT SỐ MÔ HÌNH MẪU LAN TRUYỀN CHẤT Ô NHIỄM TRONG MÔI TRƯỜNG Hiện nay không có một lĩnh vực hiểu biết, nhận thức nào mà người ta không nói đến mô hình. Trong nghĩa rộng, mô hình được hiểu là một cấu trúc được xây dựng trong tư duy hoặc thực tiễn, cấu trúc này tái hiện lại thực tế ở dạng đơn giản hơn, công thức hơn và trực quan hơn. Chức năng quan trọng nhất của mô hình là chức năng nghiên cứu. Trong thực nghiệm mô hình vừa là đối tượng được nghiên cứu, vừa là công cụ nghiên cứu đối tượng được mô hình hóa. Ưu điểm chủ yếu của các thực nghiệm trên mô hình – đó là khả năng nghiên cứu nhiều tình huống mà trên các đối tượng thực có khi hiếm xảy ra, hoặc chỉ xảy ra trong tương lai. Như đã lưu ý ở các chương trước, hệ thống thông tin môi trường trong giai đoạn hiện nay không chỉ thu thập, xử lý các dữ liệu quan trắc đo đạc được mà còn phải có khả năng dự báo cũng như tính toán các hậu quả có thể có do việc thực thi các dự án hoạt động kinh tế. Đây chính là lý do cần mở rộng khái niệm Hệ thống thông tin môi trường thành Hệ thống thông tin – mô hình môi trường như đã được chỉ ra trong phần hai của giáo trình này. Thành phần quan trọng của Hệ thống thông tin – mô hình môi trường là ngân hàng các mô hình về các môi trường nước, không khí và đất. Sự tích hợp các mô hình vào hệ thống thông tin môi trường là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong bất kỳ dự án về hệ thống thông tin môi trường nào. Phần dưới đây trình bày khái quát về một số mô hình mẫu lan truyền chất ô nhiễm không khí và nước. Giáo trình này không đặt mục tiêu trình bày đầy đủ về lĩnh vực mô hình lan truyền chất. Đây sẽ là một môn học độc lập khác. Mục tiêu của chương trình giới thiệu một số mô hình về nước và khí đã được tác giả giáo trình này nghiên cứu từ khía cạnh lý luận cũng như thực tiễn. Đây là cơ sở lý luận cho các phần mềm CAP cũng như các phần mềm ENVIMWQ 2.0, ENVIMAP 2.0, ECOMAP 2.0. 6.1 Mô hình lan truyền chất ô nhiễm không khí từ nguồn điểm Sự lan truyền các chất ô nhiễm khác nhau trên một diện rộng trong khí quyển là quá trình vật lý rất quan trọng. Sự lan truyền các chất ô nhiễm không khí theo diện rộng trong khí quyển có thể gây ra tổn thất nặng nề (ít nhất dưới các điều kiện khí tượng nào đó) cho nhiều vùng khác nhau mặc dù trong những vùng này không có bất kỳ nguồn thải lớn nào. Vì vậy quá trình này cần được nghiên cứu cẩn thận. Có hai câu hỏi được quan tâm nhiều nhất cần trả lời là: (1) Sự tham gia của các nguồn thải từ một vùng đã cho đến các vùng lân cận diễn ra như thế nào ? (2) Mối liên hệ giữa mức phát thải với mức ô nhiễm tại các vùng lân cận? (những yếu tố nào ảnh hưởng đến việc làm giảm đi mức ô nhiễm tại vùng lân cận). Việc giải đáp hai câu hỏi trên sẽ giúp cho nỗ lực giảm mức độ ô nhiễm đến mức qui định một cách tối ưu. Bình thường giảm ô nhiễm là quá trình tốn kém, vì vậy làm thế nào để giảm thiểu ô nhiễm đến mức cần thiết là một bài toán mang ý nghĩa thực tiễn quan trọng. Các mô hình toán mô phỏng ô nhiễm không khí là những công cụ không thể thiếu để giải quyết các bài toán được phác họa ở trên. Phần dưới đây trình bày ngắn gọn một số vấn đề liên quan tới mô hình hóa nhiễm bẩn không khí. 106
Trước khi đi vào trình bày chi tiết chúng ta cùng nhau xem xét các thuật ngữ đã được Tổ chức năng lượng quốc tế định nghĩa như sau: Chuyển động của dòng không khí dưới tác động của gió trong thời gian và sau giai đoạn nâng cột khói gọi là sự lan truyền (transport). Chuyển động rối của khí quyển gây nên sự chuyển động tùy ý của khí thải, dẫn tới sự lan đi của nó theo các hướng ngang và đứng cùng không khí. Quá trình này gọi là khuếch tán không khí (atmospheric diffusion). Sự tổ hợp của lan truyền (transport) và khuếch tán (diffusion) gọi là sự phân tán không khí (atmospheric dispersion). Mô hình mô tả các quá trình này gọi là mô hình lan truyền khuếch tán không khí (atmospheric transport-diffusion) hay các mô hình phân tán không khí (atmospheric dispersion). Hiện tượng vật lý được gọi lan truyền ô nhiễm không khí diện rộng, bao gồm 3 giai đoạn chính: 1.Phát thải (emission). Trong giai đoạn đầu tiên này, các chất ô nhiễm tỏa (emitted) vào khí quyển từ các nguồn thải khác nhau. Nhiều nguồn thải là do con người, nhưng một số chất ô nhiễm lại được phát ra từ các nguồn tự nhiên. 2.Lan truyền (transport). Lan truyền chất ô nhiễm thật sự diễn ra trong giai đoạn thứ hai. Tác nhân gây ra là gió. (Lan truyền chất ô nhiễm trong không khí do gió trong một số tài liệu còn được gọi là “ sự truyền tải các chất ô nhiễm không khí” “advection of the air pollutant”). 3.Biến đổi trong quá trình lan truyền (Transformations during the transport). Ba quá trình vật lý chính diễn ra suốt quá trình lan truyền các chất ô nhiễm trong khí quyển: 3.1.Khuếch tán (Diffusion). Các chất ô nhiễm không khí khuếch tán rộng trong khí quyển (theo cả chiều ngang và chiều dọc). 3.2.Lắng đọng (Deposition). Một số chất ô nhiễm bị lắng đọng ở nhiều nơi trên bề mặt trái đất (đất trồng, nước, và cây cối). Hai loại hiện tượng lắng đọng thường được quan tâm: lắng đọng khô và lắng đọng ướt. Lắng đọng khô tiếp tục trong suốt quá trình lan truyền diện rộng trong khi lắng đọng ướt chỉ diễn ra khi có mưa. 3.3.Phản ứng hóa học (Chemical reactions). Nhiều phản ứng hóa học khác nhau diễn ra trong suốt quá trình lan truyền chất ô nhiễm trong khí quyển. Kết quả của các phản ứng hóa học này là nhiều chất ô nhiễm thứ cấp được tạo ra (các chất ô nhiễm không khí được thải trực tiếp từ các nguồn thải trong không khí thường được gọi là các chất ô nhiễm sơ cấp. 6.1.1 Cơ sở lựa chọn mô hình tính toán lan truyền và khuếch tán chất ô nhiễm không khí Các mô hình nhiễm bẩn của không khí là biểu diễn toán học các quá trình phân tán tạp chất và các phản ứng hóa học diễn ra, kết hợp với tải lượng, đặc trưng của phát thải từ các nguồn công nghiệp và các dữ liệu khí tượng được sử dụng để dự báo nồng độ chất bẩn đang xét. Các nghiên cứu trong 70 năm qua trong lĩnh vực này cho thấy: ngoài các khó khăn mô phỏng các tham số khí tượng (sự phân bố của gió và nhiệt độ trong lớp biên của khí quyển, sự mô tả các quá trình khuếch tán và bức xạ mặt trời), cần phải lưu ý đến các yếu tố liên quan tới bản chất của các chất ô nhiễm: sự nóng lên của các chất được thải ra, sự chuyển hóa do kết quả của các phản ứng hóa học. 107
Trong trường hợp đơn giản nhất, các chất ô nhiễm được xét như một chất khí trơ không nóng với khối lượng riêng bằng khối lượng riêng của không khí. Tuy nhiên, trên thực tế các chất thải của các nhà máy hóa học và các xí nghiệp công nghiệp là khí nóng. Do vậy khi mô phỏng, người ta thường lưu ý tới sự ảnh hưởng của tính nổi nhiệt và các chuyên gia đã đưa ra những hiệu chỉnh trong công thức dự báo nồng độ tạp chất. Việc dự báo các hạt lơ lửng bài toán còn phức tạp hơn do cần phải lưu ý tới sự lắng do trọng lực. Về mặt hóa học, nếu lưu ý tới các thành phần hoạt tính, nghĩa là các thành phần là nguyên nhân của khói quang hóa, sẽ dẫn đến bài toán còn phức tạp hơn nữa, bởi vì khi đó ta còn phải đưa vào mô hình bức xạ mặt trời và độ ẩm. Như vậy, để xây dựng mô hình dự báo chất lượng không khí tại một thời điểm bất kì cũng như tại một vị trí bất kì của khu công nghiệp cần phải dựa vào sự hiểu biết các qui luật vật lý, khí tượng và hóa học. Các mô hình được sử dụng để dự báo sự nhiễm bẩn trong các điều kiện của thành phố cũng như cho một phần lãnh thổ rộng lớn hơn phải thỏa các điều kiện sau: - Có kích thước không gian và thời gian tương ứng với sự thay đổi nồng độ trong miền đang xét vào khoảng thời gian dự báo; - Tác vụ từ quan điểm thời gian đòi hỏi để thực hiện nó (nghĩa là phải cho kết quả nhanh chóng); - Cho phép biểu diễn tổng hợp về các quá trình lan truyền, khuếch tán, các phản ứng hóa học và đặc trưng của chất thải. Ngày nay trên thế giới đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm quí báu trong việc xây dựng các mô hình liên quan tới ô nhiễm không khí. Viện sĩ Moiseev N.N., nhà khoa học hàng đầu của Liên xô cũ về nghiên cứu môi trường, khi đề cập tới các công trình xây dựng mô hình đã đưa ra bức tranh khái quát về hai phương pháp tiếp cận: Hướng nghiên cứu thứ nhất xây dựng các mô hình ở mức độ chi tiết cao đòi hỏi các phương tiện tính toán mạnh và CSDL đầy đủ. Các mô hình này phục vụ cho các mục tiêu nghiên cứu và việc đưa ra phổ biến rộng rãi cho việc sử dụng rộng rãi ít được khuyến cáo. Hướng nghiên cứu thứ hai đặt mục tiêu khiêm tốn hơn và hướng tới sử dụng rộng rãi cho các bài toán thông qua các quyết định hành chính. Bài toán thực tiễn ở đây là sự cần thiết phải so sánh các kịch bản thực thi quyết định khác nhau, do vậy cần phải xây dựng một phần mềm với khả năng đối thoại rộng rãi, với khả năng đưa vào các đánh giá chuyên gia, khả năng tính toán một số các hệ số bán thực nghiệm từ các số liệu quan trắc (các phương pháp tính toán này đã được kiểm nghiệm tốt từ thực tiễn). Các mô hình như vậy có thể tương đối đơn giản nhưng đủ để thông qua quyết định trong bài toán bảo vệ môi trường. Gần 70 năm qua kể từ khi xuất hiện các công trình nghiên cứu của Bonsanquet - Pearson (1936) và Sutton (1947), đến này số lượng công trình liên quan tới xây dựng mô hình ô nhiễm không khí lên tới hàng nghìn, thật khó mà có thể thống kê nổi tất cả các mô hình này trong một công trình nghiên cứu nào. Nói như Krapivin V.F., không phải tất cả các mô hình này hướng tới nghiên cứu ảnh hưởng của ô nhiễm lên môi trường vùng. Trong nhiều công trình đã liên kết các mô hình lan truyền ô nhiễm, các mô hình nghiên cứu ảnh hưởng của ô nhiễm lên thực vật và thế giới động vật, mô hình nghiên cứu ảnh hưởng các hoạt động kinh tế của con người phụ thuộc vào các quá trình xã hội và các quyết định kinh tế được thông qua. Hiện giờ các mô hình phức hợp như vậy được xây dựng cho từng vùng riêng biệt và hướng tới phục vụ cho các cơ quan quản lý môi trường tại các khu vực đó. Kinh nghiệm của nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực mô hình hóa các quá trình lan truyền các chất nhiễm bẩn trong không khí khẳng định sự cần thiết phải phân loại các quá trình này tương ứng với mối liên hệ giữa các kích thước theo không gian và thời gian. Sự cần thiết phải phân loại như vậy được chứng minh chặc chẽ tại nhiều chương trình quốc tế như 108
“Những thay đổi toàn cầu”, “Chương trình về hóa học khí quyển toàn cầu”, “Mô hình các chu trình tuần hoàn sinh địa hóa”… . Phụ thuộc vào kích thước thời gian - không gian của đối tượng và các quá trình sinh thái và địa vật lý người ta chia ra làm 4 mức độ sau: - Mức độ toàn cầu tiến hành khảo sát với kích thước toàn cầu có lưu ý đến các tác động tổng hợp của các yếu tố mà người khảo sát quan tâm tới trong một khoảng thời gian từ vài tháng tới vài chục năm (ví dụ các mô hình thay đổi khí hậu, mô hình tính toán hiệu ứng nhà kính,...). - Mức độ vĩ mô (mức độ hành tinh) - xem xét các đối tượng và các quá trình trong không gian có kích thước vài ngàn km, kích thước thời gian - từ một vài tháng tới một năm (mô hình lan truyền vượt tuyến của chất bẩn của các quốc gia hay các hành tinh với nhau, mô hình này đã được đưa vào áp dụng tại Châu Âu và Bắc Mỹ,…). - Mức độ trung bình (mức độ vùng) - xem xét các quá trình trong không gian có kích thước từ vài trăm m tới vài trăm km và thời gian từ vài giờ tới một vài tháng (các quá trình nhiễm bẩn khí quyển tại các thành phố công nghiệp, các tổ hợp công nghiệp, các tình huống tai biến khi có sự phát tỏa lớn của các chất bẩn vào không khí là thuộc mức độ này). - Mức độ vi mô (mức độ địa phương) - xem xét các quá trình trên một diện tích từ vài m tới một vài trăm m và thời gian từ vài phút đến một vài chục phút (một bài toán sinh thái tiêu biểu ở đây là tính cho một số ít các nguồn thải và xem xét chi tiết phân bố không gian của nồng độ tại một địa phương nào đó). Chính vì vậy trước khi xây dựng mô hình cần phải xác định các bước theo thời gian và không gian đối với quá trình và đối tượng đang xem xét. Các khoảng thời gian được phân loại như sau : - các quá trình lắng đọng – tính bằng phút hoặc giờ; - sự thoát hơi của thực vật – tính bằng giờ, ngày; - sự hình thành trái cây – tính bằng ngày, tháng; - sự thay đổi trong các quần xã thực vật và động vật – tính bằng tháng, năm; - sự hình thành đất – tính bằng nhiều năm hay thế kỷ; - các quá trình địa mạo – tính bằng nhiều thế kỷ, hay thiên niên kỷ. Từ các kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học hàng đầu trong lĩnh vực mô hình hóa cho phép định hướng trong việc lựa chọn mô hình. Điều đầu tiên trước khi tiến hành xây dựng mô hình cần phải phân loại các khoảng thời gian đối với các quá trình đang xét. Việc làm này là cần thiết nằm xác định ưu tiên trong lựa chọn mô hình và như vậy xác định được cấu trúc phần mềm phục vụ cho tính toán thực tế. Hiện nay trong bài toán mô hình hóa ô nhiễm không khí tồn tại một số phương pháp phân loại mô hình phân tán chất ô nhiễm khác nhau. Từ quan điểm tổng hợp tất cả các yếu tố khác nhau, để tính toán mức độ ô nhiễm không khí người ta chia ra làm bốn giai đoạn trong sự phát triển phương pháp mô phỏng nhiễm bẩn không khí công nghiệp. Dạng đơn giản hơn cả của mô hình là mô hình “hộp”. Mô hình này giả thiết sự pha trộn hoàn toàn bên trong một khối đơn vị có diện tích bằng cả một vùng lớn và chiều cao được xác định bởi biên trên của sự pha trộn. Chất được phát ra bởi các nguồn không đổi, phân bố đều trên lãnh thổ vùng. Để tính dòng chất bẩn qua tường của khối người ta sử dụng công thức vận tốc trung bình của gió. Tiếp theo là loại mô hình vệt khói hay còn gọi là các mô hình khuếch tán. Loại mô hình này mô tả sự phân tán của chất khí trơ từ một nguồn điểm, đường hay nguồn diện tích. Sự phân tán ngang thường được đánh giá từ các quan sát thực nghiệm và là hàm số của thời gian. Sự khuếch tán đứng được xác định như là hàm số của độ ổn định của khí quyển. 109
Giai đoạn tiếp theo của sự phát triển dự báo nhiễm bẩn do hoạt động của con người là việc mô phỏng dựa trên việc giải phương trình vi phân bảo toàn khối lượng. Các phương trình này bao gồm các phản ứng hóa học, sự thay đổi theo thời gian của các tham số khí tượng, mô tả đầy đủ hơn sự phát thải từ các nguồn, nghĩa là lưu ý tới sự thay đổi các chất thải trong không gian và theo thời gian. Lớp các mô hình này bao gồm các phương trình bảo toàn khối lượng của tạp chất đang xét, ở đây các biến liên quan tới các phương trình chuyển động, truyền nhiệt và trạng thái là các tham số đầu vào của phương trình mô tả sự lan truyền và khuếch tán của chất ô nhiễm. Cuối cùng xấp xỉ đầy đủ và hoàn chỉnh hơn cả trong việc mô phỏng nhiễm bẩn công nghiệp là giải các phương trình đầy đủ, ba chiều, thay đổi theo thời gian của lớp biên khí quyển có bao hàm cả phương trình bảo toàn khối lượng. Tổ chức Khí tượng thế giới (WMO) và Chương trình Môi trường của Liên hợp quốc (UNEP) đã có cách phân loại theo ba hướng chính sau đây: - Mô hình thống kê kinh nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết toán học Gauss. Các nhà toán học có công phát triển mô hình này là Taylor (1915), Sutton (1925 – 1953), Turner (1961 – 1964), Pasquill (1962 – 1971), Seifeld (1975) và gần đây được các nhà khoa học môi trường của các nước như Mỹ, Anh, Pháp, Hunggari, Ấn độ, Nhật Bản, Trung Quốc,... ứng dụng và hoàn thiện mô hình tính theo điều kiện của mỗi nước. - Mô hình thống kê thủy động, hoặc lý thuyết nửa thứ nguyên (còn gọi là mô hình K). Mô hình này được Berliand (Nga) hoàn thiện và áp dụng ở Liên Xô. Ở Việt Nam, KS Nguyễn Cung cũng đã áp dụng mô hình này cho một số công trình, dự án. - Mô hình số trị, tức là giải phương trình vi phân bằng phương pháp số. Ngày nay do vấn đề môi trường đã trở thành vấn đề toàn cầu cho nên nhiều chính phủ đã quan tâm đặc biệt cho các chương trình nghiên cứu môi trường trong đó có bài toán xây dựng mô hình phục vụ cho việc thông qua quyết định hành chính. Hiện nay tại Việt Nam đã xuất hiện nhiều chương trình nghiên cứu xây dựng các mô hình phục vụ cho bài toán thông qua quyết định tại các khu công nghiệp lớn của đất nước. Phần dưới đây phân tích và hệ thống nghiên cứu xây dựng các mô hình ảnh hưởng của ô nhiễm không khí. Mặc dầu đi sau và còn nhiều khó khăn do điều kiện kinh tế và chiến tranh, các nhà khoa học Việt Nam đã sớm tiếp cận phương pháp mô hình hóa ô nhiễm không khí phục vụ cho công tác quản lý và nghiên cứu. Đề tài cấp nhà nước 42A – 04 – 01 với điều kiện thiếu thốn về thiết bị kỹ thuật đã tiến hành thu thập các dữ liệu cao không, các dữ liệu phát thải và kiểm tra mô hình Berliand cho một số vùng ở miền Bắc. Các kết quả tính toán theo mô hình được so sánh với số liệu đo đạc và cho kết quả tương đối tốt, có thể chấp nhận. Trong vài năm lại đây, xuất hiện nhiều tài liệu nghiên cứu và giảng dạy các vấn đề liên quan tới ô nhiễm không khí và tính toán lan truyền, khuếch tán chất ô nhiễm không khí bằng tiếng Việt. Đáng lưu ý là hai cuốn sách của 2 giáo sư Trường Đại học xây dựng Hà nội /[3] – [4]/. Trong hai cuốn sách này đã tập hợp được nhiều kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về phương pháp mô hình trong nghiên cứu giải quyết vấn đề ô nhiễm không khí. Trong những năm gần đây nhóm nghiên cứu của tác giả giáo trình này đã có một số nghiên cứu các phương pháp xử lý thống kê các số liệu quan trắc tại các trạm khí tượng để xác định các hệ số khuếch tán k0 và k1 (là các hệ số cần thiết cho mô hình Berliand). 6.1.2 Mô hình Berliand tính toán lan truyền chất ô nhiễm trong khí quyển 6.1.2.1 Sự phân bố chất ô nhiễm và phương trình toán học cơ bản 110