Nội dung bài giảng môi trường TSKH. Bùi Tá Long

NỘI DUNG BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ

TSKH. BÙI TÁLONG

NỘI DUNG VÀTH ỜI LƯỢNG

§ MÔ HÌNH, MÔ HÌNH HÓA VÀMÔ HÌNH HÓA CÁC

QUÁTRÌNH MÔI TRƯỜNG (4 TIẾT)

§ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CÁC MÔ

HÌNH TOÁN SINH THÁI (4 TIẾT)

§ MÔ HÌNH HÓA Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ (16 TIẾT) § MÔ HÌNH HÓA Ô NHIỄM NƯỚC (16 TIẾT) § XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍCH HỢP GIS, CSDL MÔI TRƯỜNG VÀMÔ HÌNH TOÁN TRÊN VÍ DỤ CAP, ENVIMAP (5 TIẾT)

§ TÀI LIỆU THAM KHẢO

MỐI LIÊN HỆ GIỮA MÔN HỌC VÀCÁC MÔN H ỌC KHÁC

MÔ HÌNH, MÔ HÌNH HÓA VÀMÔ HÌNH HÓA CÁC QUÁTRÌNH MÔI TRƯỜNG

BùiTáLong, ViệnMôitr ườngvàTàinguyên

Tổngquan v ề môn học

1. Mụctiêu 1. Mụctiêu

2. Nộidung 2. Nộidung

3. Phươngphápnghiên c ứu 3. Phươngphápnghiên c ứu

4. Kiểmtra 4. Kiểmtra

Mục đích

§ Cơ sở lýlu ậnvàth ựcti ễn củaph ươngpháp

môhìnhhóamôitr ường;

§ Biếtcách ứng dụng cụ thể củamôhìnhtrong

côngtácqu ảnlýmôitr ườnghi ệnnay; § Ứng dụng một số phần mềmtính t ựđộ ng

hóatínhtoánô nhi ễm, quảnlýmôitr ường.

Nộidung

§ Vaitrò c ủamôhìnhmôitr ường § Mô hìnhhóatrongnghiên c ứusinhthái § Mô hìnhhóach ất lượng nước § Mô hìnhhóach ất lượngkhôngkhí

Phươngphápnghiên c ứu

§ Xây dựnggi ản đồ thôngtin; § Nắm bắtcácqui lu ật vậtlýtrong t ừngbàitoán; § Cáccông c ụ toán được sử dụng để tham số hóa cácqui lu ật vậtlý. M ột số kiếnth ứctoán được sử dụngtrongmôhìnhhóa: ph ươngtrìnhvi phân, điềuki ệnban đầu, điềuki ệnbiên, ph ương phápgi ải số, biểudi ễn kếtqu ả; § Công cụ tin học: cácph ần mềm; § Tàili ệuthamkh ảo.

NỘI DUNG BÀI 1

§ Mô hìnhnh ư mộtcông c ụ kết nốith ế giới tự

nhiênvàxã h ộiloàing ười.

§ Mô hìnhhóamôitr ườngnh ư một bộ phận khôngtách r ời củamôhìnhhóanóichung.

§ Các dạngmôhìnhmôitr ường. § Một số nguyên tắc cơ bảntrongxây d ựng

môhình

Môhìnhnh ư mộtcông c ụ kết nốith ế giới tự nhiênvàxã h ộiloàing ười.

§ Ngàynay h ầu hếtcácngànhkhoa h ọc đều sử

dụng“môhình”, (“model”).

§ Mô hìnhkhôngch ỉ xuấthi ệntrongkhoa h ọc tự nhiênmàcònxu ấthi ệntrongkhoa h ọcxã h ội. § Vớinhi ềunhànghiên c ứumôhình đượchi ểulà cácmôhình s ố phức tạpch ạytrênmáytính, trong đượchi ểu một số ngànhkhoa h ọckhácmôhình như một dạng mẫu tương tự.

§ Tuynhiêncó r ấtnhi ềuthu ậtng ữ “môhình” được

sử dụng rấtkhácnhau.

Điểm đượcth ốngnh ấtcao v ề “model”

§ Ứng dụng củamôhình r ất rộng,

chúnggiúpchoquátrìnhthông qua quyết địnhtrongcu ộc sống hàngngày;

§ Mô hìnhlà m ộtkháini ệm cơ bản củakhoa h ọcvà đóngvaitrò đặc biệtquantr ọngtrong khoa học môitr ường nơicácphépthí nghiệm rấtkhóti ếnhành

“Make things as simple as possible, but not any simpler.”

Albert Einstein

Môhìnhnh ư mộtcông c ụ chính kết nối tự nhiênvàxã h ội, NicoStehr

§ “Thậtdê ̃ dàngve ̃ mộtbi ểu đồ hơn là môta ̉ chính xácnh ững điềuth ựctê ́ đangdi ễnra”

§ “Trongnghiên c ứukhoa h ọc, thu

thậpthôngtin v ềđố i tượng nghiên cứulàch ưa đủ, cầnthi ết phải tổngquáthóa d ữ liệu được thuth ậpthànhcáccôngth ức”.

Thuậtng ữ “model” cũng được định nghĩatheonhi ềucáchkhácnhau

Mô hìnhlà m ột đối tượngnho ̉, thường đượcxây d ựngtheoty ̉ lệ, nó môta ̉ một vài đối tượngth ực tế trong tự nhiên. Mô hìnhlà m ột mẫuth ể hiện một sự vậtcònch ưa đượcxây d ựngtrênth ực tế, đượcxemnh ư là kế hoạch(trênth ực tế sẽ lớn hơn mẫu) và sẽđượ cxây dựng. Thuậtng ữ “model”cóth ể là một mẫu được sử dụng để trắcnghi ệm về ngữ pháp“hai m ẫucâu có cấu trúc văn phạm tương phảnnhau”. (Noam Chomsky) Thuậtng ữ “model”cóth ểđượ cdùngnh ư mộtki ểu mẫuthi ếtkê ́ của một đối tượng cụ thể. Ví dụ cóth ể nóichi ếcxe củaanhta là mẫuxe của năm ngoái. Thuậtng ữ “model”cóth ểđượ cdùngcho đối tượnglàng ườitiêubi ểucho mộthay nhi ềutiêuchíkhácnhau. Thuậtng ữ “model”cóth ể làng ườihay v ậtth ể phục vụ cho họa sĩ hay người chụphìnhngh ệ thuật. Thuậtng ữ “model”cóth ể dùngch ỉ người có nghề nghiệp là trìnhdi ễnth ời trang.

(The American Heritage Dictionary of the English Language, New York: Houghton

Mifflin 1969)

Stehr đã thêm vào mệnh đề sau

Mô hình là công cụ tốt Mô hình toán học còn tốt hơn.

§ § Mẫu số chungnh ấtcho cácmô hình: chínhlàch ức năngquan trọngnh ất của

chúng – là sự giảmthi ểu độ phức tạp của phạmvi yêu c ầu

§ Pierre Duhem, nhà vậtlýng ườiPháp: “mô hìnhtrongkhoa học chỉ là mộtcông cụ để giải thíchvê ̀ lý thuyếtvà có thể được loạibo ̉ mộtkhi m ộtly ́ thuyết khác được pháttri ển”.

§ Campell, nhà vậtlýng ườiAnh: “mô hình là mộtph ầnthi ết yếu (củaly ́

thuyết), không có nó lý thuyết sẽ hoàn toànkhông có giá trị”

Stehr: 2 thuộctính c ầnquantâm

§ Chất lượngmôhình § Kếtqu ảđị nh lượng được tạora t ừ mô

hình.

Stehr:

§ Mô hìnhlàcông c ụ giúp dự báo cũngnh ư tính toántr ướcnh ững hậuqu ả cóth ế trongth ựcthi các dự ánkinh t ế vàpháttri ểnxã h ội.

§ Dự báo này đượcxây d ựngtrênnh ữngtri th ức về đặctr ưng của các quá trình xảyratrongthiên nhiên, qui luật pháttri ểnxa ̃ hộiva ̀ sự ảnh hưởng lẫnnhautrong m ốiquanhê ̣ tươnghô ̃ này.

Tóm lại

§ Mô hìnhhóacácquátrìnhvàhi ện tượng xảyra đượcth ừanh ận như trongxã h ộivàthiênnhiên mộtcông c ụ mạnhgiúphi ểubi ếtsâu h ơn bảnch ất của tự nhiênvàgiúploàing ườinh ận đượcthôngtin quígiá v ề thế giớith ực.

§ Thông tin nhận được từ quátrìnhmôhìnhhóati

ếp tụcthúc đẩy sự pháttri ểncácph ươngpháp m ới giảiquy ếtcácbàitoánkhoa h ọc cũngnh ư làm cơ sở thôngqua cácquy ết địnhqu ảnlý c ụ thể.

Môhìnhhóamôitr ườngnh ư mộtph ần củamôhìnhhóa t ự nhiên–xã h ội.

§ Một sốđị nhngh ĩavàkháini ệm cơ bản § Cấutrúc c ơ bản củamôhìnhhóamôi

trường

§ Cácthànhph ầntrongquátrìnhmôhình

hóamôitr ườngsinhthái

§ Các bước củaquátrìnhmôhìnhhóamôi

trường

Vìsao c ầnmôhìnhmôitr ường ?

Quan điểmnày đòi hỏi mỗiqu ốcgianhanh chónggi ảiquy ếtcácnhi ệm vụ sau đây:

(cid:155) Xâydựngcácph ươngpháp đánhgiá s ự bền vững củacác

hệ sinhthái;

(cid:155) Nghiên cứucácquylu ậtbi ến đổitheoth ờigian c ủa

chúng;

(cid:155) Hoànthànhcácph ươngpháp đánhgiá định lượngtác độnglênmôitr ườngcácho ạt độngkinh t ế -xã h ội.

(tiếptheo)

§ Để giảiquy ết tốtnhi ệm vụ trên, cầnthi ếtph ảiphát đâylà

triểnlýthuy ết hệ thốngvàmôhìnhhóa, coi công cụ chính để nghiên cứumôitr ường.

§ Vào năm1997, Vi ệnqu ốc tế về phântích h ệ thống

ứng dụng(IIASA, Laxenbourg, Áo) đãcông b ố danh mụccáccôngtrìnhnghiên c ứutrong25 n ăm(1955 –1997) g ồm hơn50.000 côngtrìnhliênquan t ớilý thuyết hệ thốngvàmôhìnhhóamôitr

ường.

Môhìnhmôitr ườnglàgì ?

§ Cácmô

hìnhmôitr ường(Environmental Models)

được sử dụng để tái tạo lại các quá trìnhmôitr ường xảyratrong m ột khoảngth ờigian nào đó”.

§ Ngàynay

loàing ười đã hiểuro ̃ rà ng rằngvi ệcti ến hànhnh ữngthi ́ nghiệmtr ựcti ếp vớisinhquy ển của hànhtinh là khôngthê ̉. Do vậyxây d ựngmôhình là phươngti ệnquan trọng để nhậnthôngtin vê ̀ tì nh trạng có thể củasinhquy ển chịunh ững tác động lớn từ phíacon ng ườilên nó.

Cục bảo vệ môitr ường Mỹ

Nguyênlý c ủamôhìnhhóa

§ Quá trìnhmô hình hóa có thể dựatrênnh ững

nguyênly ́ khácnhau, d ựatrên c ơ sở xemxétva ̀ phân tích các mốiliênhê ̣ nhân – quả.

§ Mô hình toán học của một đối tượng bấtky ̀ là sự mô tả nó bằng cáccông cụ, phương pháp toán học.

Các quátrình được mô tả bằng các biểu thức toán học.

Rất nhiều biểu thức toán học các quátrình liên quan

tới mô phỏng môi trường sinh thái đã tồn tại:

Các quátrình v ật lý: các quátrình lan truy ền, hấp thụ, sự phụ thuộc nhiệt độ, bay hơi. Các quátrình hóa h ọc: ô xy hóa, ion hóa, ... Các quátrình sinh h ọc: quang hợp, sự tăng trưởng, sự lắng trầm tích, sự phân rã, ...

Khả năng củamôhìnhtoán

§ Bằng cáccông cụ mang tính hìnhth ức để giảiph ương

trìnhva ̀ các bấtph ương trìnhhay b ằngthu ật toán ngườinghiên c ứu có thể dự báo sự thay đổi hànhvi của đối tượngnghiên c ứu.

§ Xem các đối tượng nàythay đổinh ư thế nàokhi các

điềuki ện nàyhay điềuki ện khác (đượcmôta ̉ bởi các thamsô ́ củamô hình) thay đổi.

§ Quátrìnhnày g ọilà môph ỏngtoán h ọc.

KurkovskyA.P vàPritskerA.A.B

§ Các hệ thống tựđộ ng gắn vớicácmôhìnhmô

ệuqu ả củanghiên c ứu

phỏngchophépnângcaohi môitr ường;

§ Vấn đề trungtâmtrongnghiên c ứumôitr ườnglà

kháini ệmch ất lượngmôitr ường. Kháini ệmnày g ắn liền với sự thiết lập tảitr ọngmôitr ườngchophép lênmôitr ường.

§ Cầnthi ếtph ảinh ận đượccácmôhìnhchophép

đánhgiáthi ệt hại củacác h ệ sinhthái d ựatrêncác tiêuchu ẩn đượcthi ết lập

Phạm vi không gian – thời gian

của đối tượng cầnxemxét

§ Mức độ toàn cầuti ếnhànhkh ảosát v ớikíchth ướctoàn c ầucó l ưuý đến các tác động tổng hợpcác y ếu tố màng ườikh ảosátquantâm, di ễnratrong m ột khoảngth ờigian t ừ vàitháng t ớivàich ục năm(ví d ụ cácmôhìnhthay đổikhí hậu,...).

§ Mức độ vĩ mô-xemxétcác

đối tượngvàcácquátrình

trongkhônggiancó

kíchth ướcvàingànkm, kíchth ướcth ờigian- t ừ mộtvàitháng t ới một năm (môhìnhlantruy ền vượttuy ếnch ất bẩngi ữacácqu ốcgiahay cáchànhtinh vớinhau, môhìnhnày đã được đưavàoáp d ụng tạiChâuÂuvà B ắc Mỹ,…). có

§ Mức độ trungbình(m ức độ vùng) -xemxétcácquátrìnhtrongkhônggian

kíchth ước từ vàitr ămm t ớivàitr ămkm vàth ờigian t ừ vàigi ờ tới mộtvàitháng (cácquátrìnhnhi ễm bẩnkhíquy ển tạicácthànhph ố côngnghi ệp, các tổ hợp côngnghi ệp, cáctìnhhu ốngtai bi ếnkhicó s ự phát tỏa lớn củacácch ất bẩn vàokhôngkhílàthu

ộc mức độ này).

§ Mức độ vi mô(m ức độđị aph ương) -xemxétcácquátrìnhtrên m ộtdi ện tích từ vàim t ới mộtvàitr ămm vàth ờigian t ừ vàiphút đến mộtvàich ụcphút(m ộtbài ểu ở đâylàtínhcho m ột số ítcácngu ồnth ảivàxemxétchi toánsinhtháitiêubi tiếtphân b ố khônggian c ủa nồng độ tại một địaph ươngnào đó).

Cấutrúc c ơ bản củamôhìnhhóa môitr ường

Cácthànhph ầntrongquátrình môhìnhhóamôitr ườngsinhthái

§ Biếntr ạngthái(state variables), hàm điềukhi ển (forcing function) vàbi ếnngo ạisinh(exogerous variables), cácph ươngtrìnhtoán h ọc(mathematical equations), cáctham s ố (parameters), các hằng số thông số (universal constants).

Ví dụ: Môhìnhhóa h ệ sinh thái dưới nước

Cácthànhph ầntrongquátrình môhìnhhóamôitr ường

Phântích độ nhạy(sensitivity)

§ Xác địnhhi ện ứnggâyra b ởi sự thay đổi nhỏ củacáctham s ố môhìnhlên k ếtqu ả (biếntr ạngthái) b ằngph ươngphápmô phỏng số hay kỹ thuậttoán h ọc

Hiệuch ỉnh(calibration)

§ So sánhth ốngkê đượcth ựchi ệngi ữa kếtqu ả tínhtoán theomôhìnhvàth ực đo; chỉnhlýcáctham s ố củamô hình dựatrên s ố liệuthínghi ệmtìm đượctrongcáctài liệu

§ Là sự cố gắngtìmki ếm sự phù hợpgi ữa dữ liệutính

toánvà d ữ liệuth ực đo bằngcách l ựach ọnthay đổi một vàithông s ố. § Quátrìnhnàycóth ểđượ cth ựchi ện bằngcácphépth ử

đúngsai, ho ặc bằngcách s ử dụngph ần mềmchuyên dùngchovi ệctìmki ếm sự thích hợp tốtnh ấtgi ữacác giátr ị quansátvàgiátr ị tínhtoán.

Bướcxácnh ận(validation)

§ Kiểmtramôhình d ựavào t ập dữ liệu độc lập để theodõi k ếtqu ả môph ỏngtheomô hìnhtrùngkhít v ới dữ liệu đo đạcnh ư thế nào;

§ Bướcxácnh ậnchophép đánhgiámô

hình tốthay không t ốtkhicó đượccác d ữ liệuchu ẩn.

Bướcxácnh ận(validation)

§ Sự chấpnh ận về mặtkhoa h ọcchophép s ử dụng

ổi bậtnh ất

tiếptheo. Quátrìnhnày g ồm: § (1) xácnh ậncácquátrìnhchínhvà n trongquátrìnhxây d ựngmôhình;

§ (2)các quátrình đượcth ựchi ện đúngcác b ước; § (3) môhìnhtrênth ực tế đãph ảnánh đúngcác

hiện tượng đượcquansát.

Các bước củaquátrình môhìnhhóamôitr ường

Các quá trình mô hình hóa

Xác định bài toán

Thông qua

data

ĐỐI TƯỢNG MÔI TRƯỜNG

Sự định cỡ

data

Mô hình toán và Mô hình số

Phân tích Nhạy cảm

Kiểm tra

data

DỰ BÁO

Xác định bài toán

Các phần tử của mô hình hoá § Các yếu tố bên ngoài có ảnh hưởng đến các biến trạng thái (ví

dụ như mưa, nắng, gió, nhiệt độ, áp suất,...)

§ Các biến trạng thái: các dạng vật chất ứng với các điều kiện

nhất định của các đối tượng sinh thái

§ Các phương trình toán học § Các hằng số Ngoài ra cần xác định § Không gian § Thời gian § Các hệ con Trạng thái mà khi thời gian thay đổi, nó vẫn giữ nguyên được gọi

là trạng thái bền vững (Steady state)

Mô hình „tốt“

Dựatrêntri th ức về cácbi ếntr ạng tháivàcácquátrình c ơ bản

•Có tập hợp dữ liệucho chươngtrìnhch ạy •Có tập dữ liệu để hiệuch ỉnh vàki ểmtramôhình

Mô hình “tốt“

Mô hình „chưa tốt“

Kiến thức nghèo nàn Mô hình không thể mô phỏng nhiều chi tiết Tính không xác định cao

Mô hình „tốt“

Kiến thức sâu Mô hình càng chi tiết Tính không xác định thấp

Phânlo ạimôhình

Loạimôhình

Đặc điểm

Được sử dụngnh ư công cụ nghiên cứu

Môhìnhnghiên c ứu(Research models) Môhìnhqu ảnlý(Management models)

Được sử dụngnh ư công cụ quảnlý

Giátr ị dự đoán đượctínhtoánchínhxác

Môhìnhti ền định(Deterministic models) Môhình d ự đoán(Stochastic models)

Giátr ị dự đoánph ụ thuộcvàophân b ố xácsu ất

Môhình h ộp(Compartment models) Môhìnhma tr ận

Cácbi ếnxác định hệ thống được lượnghóa b ằng cácph ươngtrìnhvi phânph ụ thuộcth ờigian Sử dụngma tr ậntrongcáccôngth ứctoán

Mô hình quản lý môi trường có một sốđặ c điểmriêng

§ Bàitoánqu ảnlýcóth ểđượ cphátbi ểunh ư sau: nếu một số biếnngo ạisinh(hay hàm điềukhi ển) thay đổi thì điềunày s ẽ gây ảnh hưởngth ế nào tới hệ sinhthái.

§ Mô hìnhmôitr ường được sử dụng để trả lờichocâu

ường đượcdùng

hỏinày, nóicáchkhácmôhìnhmôitr để dự báo.

Mô hình quản lý và mô hình kiểmsoát

§ Khichúngtach ọncácph ươngántínhtoánkhácnhau, ịch bản(chomô

cóngh ĩalàchúngtahìnhthànhcác k hìnhch ạy). Trong số các kịch bảnnàytach ọn kịch bản phù hợp vớichínhsáchpháttri ểnkinh t ế -xã h ộinh ất. Khi đómôhình được sử dụngnh ư mộtmôhìnhqu ảnlý. ểmsoát khi § Chúngtabi ếnmôhìnhnàythànhmôhìnhki

chúngtamu ốn đạt được mức độ nồng độ chophép ở mộtng ưỡngxác địnhnào đó.

Mong muốn vàhi ện thực

Xu hướng: các mô hình rất phức tạp. Công nghệ máy tính: dễ dàng cộng thêm các biến và các phương trình. Nhưng rất khó lấy được các dữ liệu cần thiết để kiểm tra và hiệu chỉnh mô hình. Càng nhiều tham số càng gây nhiều điều không xác định.

Mô hình cơ sở (Zeigler, 1976)

Chứa đầu vào – đầu ra đầy đủ Mô tả tất cả các quá trình Đòi hỏi một số lượng lớn chương trình tính toán Không có “Mô hình cơ sở“ cho tất cả các hệ sinh thái

Mô hình là công cụ có lợi trong nghiên cứu môi trường

Nghiên cứu các hệ phức tạp:

(cid:155) Nhiều thông tin có thể được ghi nhận

(cid:155)

Thông tin có thể được hiển thị, ví dụ bằng đồ thị

Khám phá các tính chất của hệ:

(cid:155) Các thông tin ghi có thể được phân tích (cid:155) Việc phân tích thông tin có thể khám phá ra tính chất không thể phát

(cid:155)

hiện khi khảo sát Phát hiện những thiết xót trong tri thức và đưa ra các ưu tiên trong nghiên cứu :

(cid:155) Mô hình có thể tối ưu các phép đo ngoài hiện trường (cid:155) Quá trình lặp, mô hình và phép đo bổ sung cho nhau (cid:155) Kiểm tra các giả thiết khoa học

Giới hạn của mô hình

§ Mô hình không khi nào chứa tất cả các đặc điểm

của hệ thực. Đây vẫn chỉ là mô hình !

§ Mô hình có thể có sai sót từ việc đơn giản hóa,

sự cắt đi nhiều thành phần của mô hình.

PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CÁC MÔ HÌNH TOÁN SINH THÁI

BùiTáLong, ViệnMôitr ườngvàTàinguyên

Tổngquan v ề bàigi ảng

1. Mụctiêu 1. Mụctiêu

•Cácnguyênlý, các b ướcxây d ựngmôhình toántrongnghiên c ứumôitr ườngsinhthái

2. Nộidung 2. Nộidung

•Môhìnhlýlu ận(conceptual model)

•Xây dựngmôhìnhtoánsinhthái c ụ thể

•Bài tập ứng dụng

q Độ lớn củahê ̣: chiều dài, độ cao, hìnhthê ̉; q Thờigian t ồn tại(tu ổith ọ); q Khả năng pháttri ển(sinh sản, chết chóc); q Sự tổnth ất đối với hệ (như bệnh tật, thiên tại…) q Tính năng động củahê ̣: dáng điệu, tiệm cận.

Côngvi ệcthi ết lập các mốiquanhê ̣ đó gọi là mô hình hóa

§ Tìmraph ương pháp giải thích sự biến đổi trạng

thái củahê ̣ và sự dẫn tới các trạng thái bền vững.

qNghiên cứu sự thay đổi củahê ̣ khi tốc độ tăng

trưởng củaqu ầnthê ̉ thay đổi;

qDự báo các quá trìnhbi ến đổi, khi các điềuki ện

thànhph ầnthay đổi;

qNghiên cứu điềuki ện ổn định củahê ̣.

Môhìnhlýlu ận(Conceptual Model)

§ A vàB làhaibi ếntr ạngthái,

trongth ực tế là nồng độ (mg/l) (trongmôhìnhdân s ố A, B có thể cóth ứ nguyênlà s ốđơ n vị trên một đơn vị diệntích). § Các mũitên(1) –(6) ch ỉ các

quátrình.

Nguyênlý b ảotoànkh ối lượng

Môhìnhlýlu ận(Conceptual Model)

( 1 )

(3)

(2)

dA dt

( 4 )

(6)

dB dt

( 5 )

§ Xét mộthê ̣ sinh tháiS g ồm các thành

phần(bi ến trạng thái) Si. Khi đó có thể biểudi ễn dưới dạng1 véctơ như sau:

,...,

(

, SS 1

)NS

N = 1: S được gọi là hệ mộtchi ều.

N ‡ 2 : S được gọi là hệ nhiềuchi ều.

§ Dòng dịchchuy ển vậtch ất từ trạng thái này đến trạng thái khác củahê ̣ trong một đơn vị thờigian được gọi là tốc độ dònggi ữa2 trạng thái.

Ký hiệuJ(i,j) l à tốc độ dòng từ trạng tháii đến trạng thái j

Mồi S1 Thú S2

J(1,2)

J(1,1) J(2,2)

§ Ngoài các thànhph ần, hệ còn có cácbi ến ngoạisinhva ̀ biến điều

khiển, ảnh hưởng đến cácbi ến trạng thái.

Dinh dưỡngtrong n ước(S 1)

Thực vật nổi(S 2)

Động vật nổi(S 3)

Mưa, gió, nhiệt độ, bứcxa ̣, ápsu ất, khôngkhi ́

Động vật đáy(S 4)

Cá (S5)

Chế độ đánh bắt cá và bổ sung dinh dưỡng

J(3,1)

Ñoäng vaät noåi(S 3)

Khí haäu

J(3,5)

J(3,2) J(2,3)

J(1,2)

Dinh döôõng S1

Thöïc vaät noåi S2

Caù S5

J(2,1)

J(2,4)

J(1,2)

J(4,5)

Ñoäng vaät ñaùy S4

Ñieàu khieån cuûa con ngöôøi V2

J(4,1)

§ Một hệ gồmn bi ếntrong đó có biến trạng thái, ngoại sinhvà điềukhi ển, muốn xác định các tốc độ dòng J(i,j) trong đói,j là các trạng thái của hệ, ta phải làm thínghi ệm.

)1,1(

”

rS 1

Mồi S1

)1,1(

S 1

SK - 1 K

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) ł

J(1,1)

Mồi S1 Thú S2 J(1,2)

Q1,N Q2,P

1Q 2Q

)2,2(

”

)2,1(

”

Qr 2 2

QaQ 2 1

)1,1(

”

Qr 1 1

J(2,2) J(1,1)

J(3,1)

J(1,2)

J(2,3)

J(2,1)

J(3,3)

J(1,1)

J(2,2)

Dinh dưỡng S1 Thực vật nổi S2 Động vật nổi S3

Xây dựng tốc độ dòng

§ Động vật nổikhông hútdinh

dưỡngtr ựcti ếp mà qua thực vật nổi: J(1,3)=0;

§ Thực vật nổikhông ăn động vật

nổinênJ(3,2)=0;

§ Động vật nổi ănth ứcqua s ự lọc bởith ực vật nổinênxem nó là vậtchu ̉, thực vật là vật mồiva ̀ J(2,3)=aS2S3 trong đó a=Cg/V với Cg là tốc độ lọc của mỗi cá thể; V: thể tích; S2/V: độ tập trungth ực vậttrong1 đơn vị thể tích:

)2,1(

(

) XGXG T

SSKa 1 11 K S +

J(1,2) là tốc độ tiêuthu ̣ dinh dưỡng củath ực vật nổiphu ̣ thuộc vào mộtsô ́ biến ngoạisinhnh ư: nhiệt độ, bứcxa ̣, tổngsô ́ dinh dưỡng S1. Vậy:

M: tốc độ tăngtr ưởng cực đại;

K1: là hệ số bán bão hòagi ữath ực vật nổiva ̀ dinh dưỡng;

a1:hệ số kinhnghi ệm;

)1,2(

(

p T XGS

J(2,1) là tốc độ táisinhdinh d ưỡngqua th ực vật nổi bàiti ết và chết, nó phụ thuộc vàoth ờiti ếtva ̀ số lượngth ực vật nổi, nên

J(3,1) là tốc độ táisinhdinh d ưỡngqua động vật nổi, t ức là do sự thối rữa của động vật nổi, và phầndinh d ưỡngqua th ực vật đến với động vật nổi, saukhi dùngkhông h ết lạitr ở về vớidinh dưỡng.

)1,3(

SK 3

SS 2

2 S

Ka 2 +

Ø Œ º

ø œ ß

a23 – là tỷ lệ biến năng lượng từ thực vật nổiqua động vật nổi

Tốc độ dòngJ(i,i)

-q

S q i . V

Tốc độ nước vàorakhu v ực đang xét

Là sự dịchchuy ển của Si điratrên m ột đơn vị thể tích

-iC

iiJ

=),(

i -

S i V

Là nồng độ của Si trong nước

Từ thựcnghi ệmtacócáccôngth

ức

vDC = )(1

)1,1(

)( v

qD 1

)2,2(

)( v

qC 2

S 1 V S 2 V

)3,3(

)( v

qC 3

S 3 V

§ Tốc độ biến đổi của mộtbi ến trạng tháii củahê ̣ bằng tổng tất cả cá chi ệu qu ả thực sự của các dòng vậtch ất đối vớibi ến đó trong một đơn vị thời gian.

§ Nói một cách khác là bằng tổng tất cả cá c dòng vậtch ất đi vàotr ừ đi tổng tất cả các dòng vậtch ất đira t ừ biếni trong1 đơn vị thờigian.

Ký hiệu tốc độ biến đổi của mộtbi ến

trạng thái i là Fi . Khi đó

,( iJ

),(a ijJ

F i

(cid:229)

„

1 =

-N

Là số biến trạng thái củahê ̣

-jia

Là tỷ lệ chuyển hóa vậtch ất từ j vàoi (j=1,..N)

)2,1( J

= )2,2(

J +

JF )1,1( = - 1 J )2,1( =a 12

QQaQr - 11 211 QQaQr = + 22 212

F 2

Mồi S1 Thú S2

J(1,2)

J(2,2) J(1,1)

)1,1(

)1,2(

)1,3(

)2,1(

JF == 1

J a + 21

J a + 31

)2,2(

)2,1(

)1,2(

)3,2(

JF = 2

a 12

)3,3(

)3,2(

)1,3(

F 3

dS 1 dt dS 2 dt dS dt

)( v

(

)

F 1

qD 1

a 21

p XGS T

a 31

SK 33

a 23

SS 32

S 1 V

dS 1 dt

Ka 2 2 SK + 2

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

Ø Œ º

ø +œ ß

(

)

(

MXGXG S

SSKa 1 211 SK + 1 1

(

)

(

)

F 2

qC 2

a 12

XGXMG T

p XGa T 2

SaS 32

dS 2 dt

S 2 V

SSKa 211 1 SK + 1 1

F 3

qC 3

a 23

SaS 32

SK 33

a 23

SS 32

dS 3 dt

S 3 V

Ka 2 2 SK + 2

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

Ø Œ º

ø œ ß

mgN

ngay

88.5 gC / ; gN 6.0 gC / 28.0 gN / 17.0 gN / gC = = = = a 12 a 23 ; gC a 31 ; gC a 21

025.01 =

/ mgC

ngay

Hệ số bán bão hòadinh d ưỡng

ngay

Hệ số bán bão hòa củath ực vật nổi

32 = 075.03 = K

Sự mục nát của động vật nổi

litV

. ngay

/13.0=

. C ngay

/3=

300

ngay

.005.0) =

P ( XG T

Cường độ bão hòa ánh sáng

)

;30/

( XG T

)

( XG S

( XI I

Ø exp 1 Œ º

ø œ ß

Nhiệt độ

§ Trạng tháikhôngbi ến đổitheoth ờigian được gọi là trạng thái bền vững (steady state) hay là trạng thái cân bằng(Equilibrium).

§ Giả sử hệ có N biến trạng thái. Hệ được gọi là cân

bằng nếu tất cả các trạng thái đềucân b ằng tức Si = hằngsô ́ với mọii=1,2,…N.

,0)( =

tF i

dS i dt

§ Hay:

§ Xéthê ̣ quầnthê ̉ có sứcch ứaK, ph ương

trình dự báo có dạng

F 1

S 1

dS 1 dt

SK - 1 K

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) ł

§ S1đạt sự cân bằngkhi:

: =

SK 1

* S 1

SK - 1 K

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:246) S =(cid:219)=(cid:247) 1 ł

Tính mật độ (số lượng) cân bằnggi ữacon m ồiva ̀ vật ăn thịtthôngqua mô hình củaLotka–Volterra.

dN dt

Khiqu ầnthê ̉ con mồiva ̀ vật ăn thịt sốngriêng rẽ thì phương trìnhsinhtr ưởngqu ầnthê ̉ của chúngnh ư sau:

N – mật độ con mồi, t: thờigian, r 1-hê ̣ số sinhtr ưởngti ềm năng củacon m ồi khikhông có vật ăn thịt

2-=

dP dt

(

)

NPKr 1 - 1

(

)

PrNK 2 -

dN dt dP dt

:1K Hệ số thể hiện mức giảm sự pháttri ển củaqu ầnthê ̉

P – mật độ vật ăn thịt, t: thờigian, r 2- hệ số chếtti ềm năng của vật ăn thịtkhi không có con mồi

:2K

con mồido m ột cá thể vật ăn thịt

Hệ số thể hiện mức tăng sự pháttri ển củaqu ầnthê ̉ vật ăn thịttheo m ột đơn vị (hoặcsinhkh ối) con mồi

(

)

(

)

NPKr 1 - 1

NPKr 1 1

CB =(cid:219)=

(

)

PrNK 2 -

(

)

PrNK -

N CB =(cid:219)=

dN dt dP dt

r 1 K 1 r 2 K

Trên một cánh đồngsô ́ lượngchâuch ấudao độngtheo số lượngchim ănchâuch ấu. Biết rằng đối vớichâu chấu: r1 = 2.0, K1 = 0.25; r2 = 1.0, K2 = 0.04

Xác địnhxem chúngcân b ằng ở số lượngbaonhiêu

Muốngi ữ N = 20 để khônggây hại đếncâytr ồng, cần phảithay đổihê ̣ số gia tăngqu ầnthê ̉ riêng r2 của chimva ̀ r1 củachâuch ấu là baonhiêu n ếu vẫnmu ốn giữ số lượngchim là 8.

NCB

PCB

0.1 04.0

r 2 K

r 1 K

0.2 25.0

04.0

8.0

=(cid:222)=

NCB

r 2

r 2 K

r 2 04.0

25.0

0.2

=(cid:222)=

8 =·

PCB

r 1

r 1 25.0

r 1 K

Sơ đồ mô hình lý luận các mức tổ chứckhácnhau

Sự kết nối các mô hình thành mộtmôhình t ổngth ể

RAIN

WINO

RADIA- TION

EVAPORA -TION

WATER FLOW CONC

PREDICTED WATWR CON- SUMPTION

FISH MODEL

Cu- MODEL

THERMO CLINE MODEL

EUTRO PHICA- TION

BOX MODEL

pH- MODEL

O2- MODEL

DDT MODEL

FROM ALL MODEL

DECISIONS

MANAGE-MENT SUGESTION

MÔ HÌNH HÓA Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ(I)

BùiTáLong, ViệnMôitr ườngvàTàinguyên

Tổngquan v ề bàigi ảng

1. Mụctiêu 1. Mụctiêu

• Cơ sở lý luận vàth ực tiễn xây dựng mô hình ô nhiễm không khí

2. Nộidung 2. Nộidung

ễm

•Cáckháini ệm cơ bảntrongmôhìnhhóaô nhi khôngkhí; •Cácph ươngtrình c ơ bản củamôhìnhkhôngkhí;

qMô hìnhGauss; qMô hìnhBerliand; qMô hìnhHanna;

•Bài tập, ứng dụngcácph ần mềmCAP, ENVIM;

Kếtqu ả dự kiến đạt được

§ Sinhviên n ắm đượcph ươngphápti ếp cận

giảibàitoánth ực tế;

§ Biếtcáchthíchnghicácmôhìnhthông

dụngchocác điềuki ện cụ thể tại địa phương;

§ Nguyênlý Step by Step trongbàitoánmô

hìnhhóa;

§ Biếtcách s ử dụng một số phần mềm.

Nộidung bàigi ảng

§ Cáckháini ệm cơ bảnliênquan t ớimôhìnhhóaô

nhiễmkhôngkhí;

§ Mô hìnhhóa y ếu tố khí tượngtrongbàitoánô

nhiễmkhôngkhí

Lan truyền ô nhiễm không khí trên diện rộng;

́, va ̀ đặcbi ệt

Ô nhi ễmkhôngkhi trongvi ệc giảmô nhi ễmkhông khí đến một mứcch ấpnh ận được, là một vấn đề môitr ường quan trọng; ́ khônggi ới Ô nhi ễmkhôngkhi hạntrong các vùng có nguồn thải lớn. Cácch ấtô nhi ễmkhôngkhi ́ lắng đọngtrênbê ̀ mặtkhông ch ỉ của khu vực có nguồn thải lớn mà còn cả cáckhu v ựcxungquanh.

Vấn đề cầnquantâm

Cần xác định chính xác loại nào cần được giảmva ̀ nơi nào cần giảm.

Nồng độ và mức lắng đọng chấpnh ận được(ho ặc tới hạn) cần được xác định chính xác và ô nhiễmkhôngkhi ́ cần giảm đến các mức độ nà ynh ưng khôngnên giảm hơn, (do chi phí thêm có thể rất đắt, va ̀ vì vậy, có thể gâynênnh ữngkho ́ khăn lớnvê ̀ mặtkinhtê ́).

Vaitr ò củamôhìnhtoán

Cácmô hình toánbi ểudi ễnhi ện ́ là những tượngô nhi ễmkhôngkhi công cụ khôngthê ̉ thiếutrong quá trìnhnô ̃ lực giảiquy ết các bài toán được phác họa ở trên. Để giảm tối ưu mứcô nhi ễmkhông khí đến mức độ chấpnh ận được có thể được giảiquy ết thànhcông ch ỉ khi sử dụng cácmô hình toán họcô nhiễmkhôngkhi

́ đángtin c ậy.

Vìsaoph ảidùngmôhình pháttánô nhi ễmkhôngkhí

§ Dự báo

(cid:155) Đánhgiá được ảnh hưởng củangu ồncònch ưaxây

dựng

§ Chi phí

(cid:155) Rẻ hơn đo đạc

§ Tính ứng dụng

(cid:155) Cónh ữnglúckhôngth ể đo được (cid:155) Đánhgiá được ảnh hưởng củangu ồnriêng l ẻ

§ Sử dụngnhi ều lần

(cid:155) Công cụ đánhgiákháchquan

Dự báo

Nhưngtr ời sắp nắng

Hiện đang mưa

Thôngbáo

Kiểmtra

Simulations

Observations

100

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

101

PHÁT THẢI (EMISSION)

§ Tronggiai đoạn đầutiên này, cácch ấtô nhi ễm tỏa vàokhi ́ quyển từ cácngu ồn thải khác nhau.

§ Phátth ải bề mặt(area source): cácngu ồnth ảith ấp, đámcháy. § Nguồnth ải đường(line source):

đườnggiaothông

102

§ Cácngu ồn điểm(point source):ốngkhói.

Quátrình tải -Advection

§ Chuyển động tả là sự di chuyển củakh ốikhítrong khíquy ểntheo1 dòngva ̀ đi từ điểm này đến điểm khác.

flow

§ Đối với một tạpch ấtdi

y

chuyểntrong m ộtkhíquy ển, sự tải là sảnph ẩm của vận tốckh ốithê ̉ tíchkhí.

x

§ Tácnhângâyrahi

ện tượng

tải là gió.

103

Khuếchtán(DIFFUSION)

Cácch ấtô nhi ễmkhông khí khuếch tán rộng trongkhi ́ quyển(theo cả ̀ chiều chiềungangva đứng).

104

Sự phântán(dispersion)

§ Sự tương tácgi ữakhu ếch tán rối vớigradient v ận tốcdo l ực dịchchuy ểntrongkh ốikhí t ạora s ự phântán.

§ Sự dichuy ển các tạpch ấtkhítrongkhíquy ển trongtr ường hợpcógió(trên1 m/s) chu ̉ yếu bởi quátrình t ải, nhưng sự dichuy ển của tạpch ấtkhí trongtr ường hợpgió l ặngth ường là do sự phân tán.

105

Biến đổihóa h ọc (Chemical transformation)

§ Nhiều phản ứng hóa học khácnhau diễnratrongsu ốt quá trìnhlan truyềnch ấtô nhi ễmtrongkhi ́ quyển.

§ Kết quả của các phản ứng hóa học này là nhiềuch ấtô nhi ễmth ứ cấp (secondary pollutant) được tạora (cácch ấtô nhi ễmkhôngkhi ́ được thảitr ựcti ếp từ cácngu ồn thảitrong khôngkhi ́ thường được gọi là các chấtô nhi ễm cơ bản, primary pollutant).

106

LẮNG ĐỌNG ƯỚT (WET DEPOSITION)

107

Lắng đọng ướt là mộttrong những cơ chế làm sạchkhi ́ quyểnhi ệu quả nhất. Tuynhiên, trongkhikhi quyển được làm sạch, đất có thể bị axithoa ́ do mộtsô ́ chấtô nhi ễmva ̀ điều này có thể rất có hại đối với mộtsô ́ khu vực nhạy cảm

LẮNG ĐỌNG KHÔ (DRY DEPOSITION)

́ (khí

́;

Lắng đọngkhô của cácch ấtô nhi ễmkhôngkhi vàcác h ạt)là quá trì nhdi ễnratrong quá trì nhlan truyềnch ấtô nhi ễmkhôngkhi Cơ chế gâyra quá trình lắng đọngkhô:

Đối với cácphân t ử lớn:do lắng đọng của lực trọngtr ường; Cây cối; Quá trình hútho ặc phản ứngtrênbê ̀ mặt trái đất

108

Sự phânlo ạimôhìnhô nhiễmkhí

§ Mức độ vi mô(m ức độđị aph ương) -xemxétcácquátrình

ểu ở ết

trên mộtdi ện tích từ vàim t ới mộtvàikm vàth ờigian t ừ vài phút đến mộtvàich ụcphút(m ộtbàitoánsinhtháitiêubi đâylàtínhcho m ột số ítcácngu ồnth ảivàxemxétchi ti phân bố khônggian c ủa nồng độ tại một địaph ươngnào đó).

§ Mức độ trungbình(m ức độ vùng) -xemxétcácquátrình

trongkhônggian cókíchth ước từ vàitr ămm t ớivàitr ămkm ễm vàth ờigian t ừ vàigi ờ tới mộtvàitháng(cácquátrìnhnhi bẩnkhíquy ển tạicácthànhph ố côngnghi ệp, các tổ hợp côngnghi ệp, cáctìnhhu ốngtai bi ếnkhicó s ự phát tỏa lớn củacácch ất bẩnvàokhôngkhílàthu

ộc mức độ này).

109

Sự phânlo ại(ti ếptheo)

§ Mức độ vĩ mô-xemxétcác

đối tượng

trongkhônggiancó

vàcácquátrình kíchth ướcvàingànkm, kíchth ướcth ời gian- t ừ mộtvàitháng t ới một năm(mô hìnhlantruy ền vượttuy ếnch ất bẩngi ữa cácqu ốcgiahay cáchànhtinh v ớinhau, môhìnhnày đã được đưavàoáp d ụng tạiChâuÂuvà B ắc Mỹ,…).

đổikhí

§ Mức độ toàn cầuti ếnhànhkh ảosát v ới kíchth ướctoàn c ầucó l ưuý đến cáctác động tổng hợpcác y ếu tố màng ười khảosátquantâm, di ễnratrong m ột khoảngth ờigian t ừ vàitháng t ớivài chục năm(ví d ụ cácmôhìnhthay hậu,...).

110

Những việc cần phải làm cho

ứng dụngmôhình

§ Đánhgiátr ường nồng độ vàtr ường lắng đọng § Đánhgiá ảnh hưởng củaphátth ảivàkhí t ượng

lên mức độ ô nhiễmkhôngkhí

§ Khốngch ế phátth ảichophù h ợp vớitiêuchu ẩn

chất lượngkhôngkhí

§ Chuẩn bị cácnghiên c ứu đánhgiá ảnh hưởnglên

môitr ường

111

Viện sĩ MarchukG.I.

§ Khixây d ựnghay l ựa chọnmôhình c ầnxác định bướctheokhông gianvàth ờigian;

112

Viện sĩ MoiseevN.N.

§ Mô hìnhnghiên c ứu: đòi hỏi mức độ chi tiết củaCSDL, phươngti ệntínhtoán m ạnh. § Mô hìnhgiúpqu ảnlývàthông

qua quyết định: đòi hỏiít d ữ liệu, phươngti ệntínhtoán v ừaph ải.

113

Một số ví dụ về bướcth ờigian

§ Quátrình l ắng đọng(phút, gi ờ) § Quátrìnhthoát h ơi(gi ờ, ngày) § Sự hìnhthànhtráicây(ngày, tháng) § Sự thay đổitrongcácqu ầnxãth ựcvà động vật

(bằngtháng, n ăm);

§ Sự hìnhthành đất(n ăm, thế kỷ); § Sự hìnhthành địa mạo(th ế kỷ, thiênniên k ỷ)

114

Cấu tạo củakhíquy ển

§ Cácch ấtkhíth ườngtr ựctrongkhíquy ển: O2, N2, Ar, Ne, He, Kr, thờigian t ồn lưutrongkho ảng10 3-107 năm;

§ Cácch ấtkhíbi ếnthiên:CO 2, CH4, H2, N2O, th ời

gian tồn lưutrongkho ảng5-100 n ăm;

§ Cácch ấtkhíbi ếnthiên m ạnh: H2O, CO, O3, NO2, NH3, SO2, DMS, thờigian t ồn lưutrongvàingày

115

Cấutrúc c ủakhíquy ển

§ Tầng đối lưu (troposphere) § Tầng bình lưu (stratosphere); § Tầngtrungbình (mesosphere) § Tầngnhi ệtquy ển (thermosphere); § Tầngbênngoàitrái đất(exosphere).

116

Tầng đối lưu (troposphere):

§ Tầng đối lưu(troposphere): dày khoảng10 – 12 km ở các vĩ độ trung bìnhva ̀ 16- 18 km ở các cực.

§ Là nơi phátsinh s ự xáotr ộn khôngkhi ́ theochi ều đứng.

§ Nhiệt độ giảmtheochi ều

117

cao khoảng0.5 –0.6 ºC/100 m

Tầng bình lưu (stratosphere):

§ Tầng bình lưu

(stratosphere): có chứa một lượngnh ỏ khíozon O3.

§ Nhiệt độ khôngkhí d ừng

lạikhông giảm nữavà đến độ cao20-25 km lại bắt đầu tăng.

118

§ Tại độ cao55 km đạt0 0C

Tầngtrungbình(mesosphere)

§ Là tầng nằmtrên t ầng

bình lưu bắt đầu từđộ cao 50 km cho tới độ cao80 – 85 km;

§ Nhiệt độ giảm từ 00C tới -

900C

119

Tầngnhi ệtquy ển(thermosphere)

§ Tầngnhi ệtquy ển

(thermosphere): tầngtrên cùng củakhíquy ển;

§ Nhiệt độ khíquy ển tăngtheo chiềucaova ̀ đạt1200 ºC ở độ cao700 km.

120

Tầngnhi ệtquy ển(thermosphere)

§ Lớpkhi ́ rất loãng với mật độ phân tử khoảng1013 phân tử/cm3 ;

121

PHẦN BÊN NGOÀI KHÍQUY ỂN (EXOSPHERE)

§ Phầnbênngoàitrái

đất trongph ạmvi 10.000 km

122

Hạtsol khí

§ Kíchth ướcthay đổitrongkho ảng0.001-100 μm

Dạng hạtnhân (ngưng tụ của hơi) Dạngtích l ũy (đông lại+ng ưng tụ) Dạngthô (các hạt bề mặtvà h ạtmu ối)

§ Nồng độ sol khítrongkhíquy ển.

123

KHÁI NIỆM ỔN ĐỊNH CỦA KHÍQUY ỂN

§ Yếu tố phân tầng củakhíquy ển; § Thế nàolàkhíquy ển ổn địnhvàkhông ổn định; § Sự thay đổinhi ệt độ theo độ cao của mộtkh ốikhí

khichuy ển độnglêncaohay xu ốngth ấp;

§ Sự thay đổinhi ệt độ theo độ cao củakhôngkhíkhí

quyển

§ Mô hìnhhóa y ếu tố khí tượng đượcth ựchi ệnnh ư

thế nào ?

124

Yếu tố phân tầng củanhi ệt độ

125

Khíquy ển ổn địnhvàkhông ổn định

§ Vớitr ạngtháibi ếnthiênnhi ệt độ theochi ềucaonào

ủa

đómà l ựctác động vậtlý c ủakhíquy ểnlàmchoch ất ô nhiễmkhu ếchtántheochi ềucaokhông d ễ dàngthì gọilàkhíquy ển ở trạngthái ổn định, tứclàkhíquy ển ổn định sẽ cảntr ở sự khuếchtánvàphaloãng c chấtô nhi ễm;

§ Ngược lại vớiprofile bi ếnthiênnhi ệt độ theochi ều

caonào đómà s ự hòatr ộnkhôngkhítheochi ềucao được dễ dàngthì s ẽ làmchoch ấtô nhi ễmkhôngkhí ển dễ dàngthì khuếchtán(phaloãng) trongkhíquy gọilàkhíquy ển ở trạngtháikhông ổn định.

126

127

NHIỆT ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG THẲNG ĐỨNG CỦA MỘT KHỐI KHÔNG KHÍ

128

Đối vớikhi ́ khô

§ Adiabatic (đoạnnhi ệt): chỉ tínhch ất củamôitr ường khôngkhíkhi s ự trao đổinhi ệt củakh ốikhí v ớimôi trườngkhông đủ lớn để diễnra s ự cân bằngnhi ệt nên có thể bỏ qua;

§ Gradient nhiệt độ đoạnnhi ệt là độ hạ hoặc tăng

́ khilêncaoho ặc hạ

nhiệt độ của mộtkh ốikhôngkhi xuống

129

Mốiquan h ệ giữaápsu ấtvànhi ệt độ trongkh ốikhítheo độ cao

§ Quá trình dãn nở hoặc nén ép đều xảyratheo tínhch ất đoạnnhi ệt

130

Mốiquanhê ̣ giữa ápsu ấtva ̀ nhiệt độ của chấtkhi ́ khô trong quá trình đoạnnhi ệt

286.0=

dT T

R C

dp p

286.0

pCR /

p 2 p 1

T 2 T 1

p 2 p 1

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

́ ở điđiềềuu kikiệệnn đđẳẳngng áápp, J/ , J/kg.Kkg.K;;

131

CCpp –– tytỷ ̉ nhinhiệệtt củcủaa chchấấtt khikhí ở , Pa.m33/kg.K /kg.K ́, Pa.m R R –– hhằằngng sôsố ́ chchấấtt khikhí

Mốiquanhê ̣ giữa ápsu ấtva ̀ nhiệt độ của chấtkhi ́ ẩm trong quá trình đoạnnhi ệt

' p

C C =

dT T

R '= C

dp p

Lượng hơi nước tính bằngkg ch ứatrongkh ốikhôngkhi ́ ẩm có phầnkhô là 1kg.

́ ở điđiềềuu kikiệệnn đđẳẳngng áápp, J/

, J/kg.Kkg.K;;

CCpp –– tytỷ ̉ nhinhiệệtt củcủaa chchấấtt khikhí ở R R –– hhằằngng sôsố ́ chchấấtt khikhí

‚£

́, Pa.m, Pa.m33/kg.K/kg.K 210)21(w -

Thườngthi ̀

' C »(cid:222) p C

132

83.11 61.11 + + w w

Mốiquanhê ̣ giữa ápsu ấtva ̀ nhiệt độ của chấtkhi ́ bãohòa trong quá trình đoạnnhi ệt

3 10.418.51

' b

dT T

R C

dp p

R C

dp p

1 p

e s pT de s dT

Ø Œ Œ Œ 3 10.47.51 Œ º

ø œ œ œ œ ß

̀ sự thay đổi tương đối

133

Trong quá trình đoạnnhi ệt ứng với một sự thay đổinh ất định nào đó của ápsu ất tương đốidp/pthi dT/T củatr ường hợpkhi ́ bão hòanho ̉ hơn vớitr ường hợp khí khô.

§ Phương trình cơ bản của cơ học thủy tĩnh

g r-=

dp dz

r Khối lượng đơn vị khí

SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ THEO CHIỀU CAO CỦA KHÔNG KHÍ TRONG QUÁ TRÌNH DÃN NỞ HOẶC NÉN ÉP ĐOẠN NHIỆT

==(cid:222)=

1 v

p RT

134

Từ phương trình

Từ cáccôngth ức:

286

.0=

g r-=

dT T

R C

dp p

dp dz

1 == v

p RT

00976

/ mC

-=G

dT dz

g C

2 81.9 / sm o J Ckg 1005 /

1 J 2 smkg

G Gradiannhi ệt độ hay độ giảmnhi ệt độ củakh ốikhôngkhi

khôkhi b ốclêncaotrong điềuki ện đoạnnhi ệt(Dry Adiabatic Lapse Rate). Lấy gần đúng Γ≈1ºC/100m.

́ ẩmch ưa bão hòa cũng được tính xấp

135

Đối vớikhôngkhi xỉ như trên

Đối vớikh ốikhôngkhi

́ bão hòa

bốclêncao

r-=

dT T

R C

dp p

1 == v

p RT

dp dz

2 ,10.

100

-=G

dT dz

g C

136

-30

-20

-10

Nhieätñoä Aùpsuaát, mbar 1000 500

0.9 0.9

0.9 0.8

0.7 0.6

0.6 0.5

0.5 0.4

0.4 0.3

137

Trị số ứng với ápsu ấtva ̀ nhiệt độ khácnhau, ºK/100 m

§ Xem xét sự phânbô ́ nhiệt độ theochi ềucao củakhôngkhi

́ trong lớp

khí quyển sát mặt đất

r-=

)1(dz

1 == v

p RT

dp dz

dp p

g RT

Trong lớpkhi ́ quyển sát mặt đất sự thay đổinhi ệt độ theochi ều caoth ườngdi ễnratheoquylu ật hàmsô ́ bậcnh ất

(

)

)2(

-=(cid:222)-

T -= 1

z 1

/ bRg

)1(

)2(

(cid:222)

p p

T T

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

138

SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ THEO CHIỀU CAO (GRADIAN) VÀ ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA KHÍ QUYỂN

§ Khinhi ệt độ tăngtheo độ cao β<0: nghịchnhi ệt; § β- có thể thay đổitrong m ột phạmvi r ất lớn: từ giá trị

âm tớigia ́ trị dương lớn hơn1.

139

Khíquy ển rấtkhông ổn định

140

Khíquy ển rất ổn định

141

G>b

§ Độ giảmnhi ệt độ theo

chiềucao mạnh hơnso v ới độ giảmnhi ệt độ theo quá trình đoạnnhi ệt –phânbô ́ nhiệt độ siêu đoạnnhi ệt. § Trong điềuki ệnsiêu đoạn nhiệt( β>Γ ) mọichuy ển độ thẳng đứng của một khốikhôngkhi ́ luôn kèm theogia t ốc

142

Khíquy ển rấtkhông ổn định

G=b

§ Sự phânbô ́ nhiệt độ theo chiềucao trùng với đường đoạnnhi ệt. Trongtr ường hợpnày, kh ối lượng của khốikhi ́ cân bằng với khôngkhi ́ xungquanhva ̀ nó chiếm vị trí cân bằng mới.

§ Trong điềuki ệntrung tính sự khuếch tán cácch ấtô nhiễmkhôngthu ận lợi bằng điềuki ệnkhông ổn định.

143

< b0

§ Khinhi ệt độ giảmtheochi ều cao dươngnh ưngnho ̉ hơn so vớigradiannhi ệt độ của quá trình đoạnnhi ệtkhô; § Nếukh ốikhi bị đẩylêncao (hoặcxu ốngth ấp) thì nhiệt độ của nó theo quá trình đoạnnhi ệt sẽ nhỏ hơn (hoặc lớn hơn) so vớinhi ệt độ xungquanh t ứckh ối lượng của nó nặng hơn (hoặcnhe ̣ hơn) so với khôngkhixungquanh có xu hướng kéokh ốikhôngkhi trở lại vị trí ban đầu.

144

G<< 0b

§ Giốngnh ư trường hợp trênnh ưng độ ổn định củakhi ́ quyển còncao hơn(l ực kéotr ở lại vị trí ban đầu mạnh hơn)

AB: đường đoạnnhi ệtkhô;

CD: phânbô ́ nhiệt độ khôngkhi ́ theo đường nghịchnhi ệt;

145

§ β>Γ : khí quyểnkhông ổn định; § β= Γ : khí quyểntrung tính; § β< Γ: khí quyển ổn định từ vừa đến mạnh(kê ̉ cả

khi β > 0 hoặc β< 0);

146

CÁC HÌNH DẠNG KHÁC NHAU CỦA LUỒNG KHÓI

147

CÁC HÌNH DẠNG KHÁC NHAU CỦA LUỒNG KHÓI

§ Looping –lu ồng khói uốn

lượn;

§ Coning –lu ồng khói hìnhcôn; § Fanning –Lu ồng khói hình

quạt;

§ Lofting –lu ồng khóikhu ếch

tán mạng ở biêntrên § Fumigation –lu ồng khói

“xông khói”;

§ Trapping –lu ồngkhói m ắc

148

kẹt;

Looping: uốn lượn

§ Khí quyểnkhông ổn định mạnh(khiphân bố nhiệt độ theochi ều caosiêu đoạnnhi ệt);

§ Thường xảyra vào

ban ngàykhi m ặttr ời đốt nóng mặt đất với cường độ bứcxa ̣ lớn

Luồng khói uốn lượn –khi ́ quyểnkhông ổn định mạnh

149

Đoạnnhi ệt Môitr ường

Coning: hìnhcôn

Luồng khói hìnhcôn g ần với điều kiệntrung tính

§ Hình thànhtrong điềuki ện trung tínhho ặc gầntrung tínhkhitr ời có mâyche phủ làmcho m ặttr ời vào ban ngày bị chephu ̉ hay bứcxa ̣ hồng ngoại từ mặt đất vàoban đêm bị giảm;

§ Góc mở khoảng20.

150

Đoạnnhi ệt Môitr ường

Fanning: hình quạt

§ Xảyratrong điềuki ệnkhi ́

quyển ổn định vớiphânbô ́ nhiệttheochi ềucao nghịchnhi ệt;

§ Rốitheochi ều đứng bị

triệttiêu, c hỉ có pháttri ển theochi ềungang.

Luồng khói hình quạt- lớp nghịch nhiệt từ bề mặt đất đến độ cao trên ống khói

151

Đoạnnhi ệt Môitr ường

Lofting: vồnglên

§ Phía dưới sát mặt đất

trong phạmvi ống khói có nghịchnhi ệt, còn phía trên vẫn bìnhth ường (đoạnnhi ệt, siêu đoạn nhiệt);

Luồng khóikhu ếch tán mạnh ở biên trên(lofting) – l ớp nghịchnhi ệt từ mặt đất tới độ cao ống khói

§ Chấtô nhi ễm sẽ tíchtu ̣ ở gần méptrên của lớp nghịchnhi ệt;

§ Chấtô nhi ễmkhu ếch tán thuận lợi ở phíatrên.

152

Đoạnnhi ệt Môitr ường

Fumigation: xông khói

§ Ngược lại vớitrên:l ớp nghịchnhi ệt ở bêntrên lớpsiêu đoạnnhi ệt; § Luồng khóikhu ếch tán mạnh ở phía dưới; § Thường xảyra vào buổi sáng sớm

Luồng khóikhu ếch tán mạnh ở biên dưới

153

Đoạnnhi ệt Môitr ường

Trapping: mắc bẫy

§ Chấtô nhi ễm rất

khó khuếch tánlên trên lẫnxu ống dưới.

154

Luồng khói bị hạnchê ́ cả ở biêntrên l ẫnbiên d ưới: nghịchnghi ệtbên d ướiva ̀ bêntrên ống khói

155

Key words: từ khóa cầnnh ớ

§ Adiabatic (đoạnnhi ệt): chỉ tínhch ất củamôitr ường khôngkhíkhi s ự trao đổinhi ệt vớimôitr ườngkhông đủ lớn để diễnra s ự cân bằngnhi ệtnên có thể bỏ̉ qua;

§ Gradiennhi ệt độ đoạnnhi ệt: độ hạ hoặc tăngnhi ệt độ của mộtkh ốikhi ́ khilêncaoho ặcxu ốngth ấp; § Độ ổn định củakhi ́ quyển: không ổn định, trung tính,

ổn định;

156

Tóm tắtbàigi ảng

§ Cáckháini ệm cơ bảnliênquan t ớimôhìnhhóaô

nhiễmkhôngkhí;

§ Mô hìnhhóa y ếu tố khí tượng;

157

MÔ HÌNH HÓA Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ(II)

BùiTáLong, ViệnMôitr ườngvàTàinguyên

158

Tổngquan v ề bàigi ảng

1. Mụctiêu 1. Mụctiêu

•Nắm được các luận điểm cơ bản trong xây dựng mô hình Gauss -mô hình hóa ô nhi ễm không khí;

2. Nộidung 2. Nộidung

159

•Sự khuếchtán, địnhlu ậtFick •Cácph ươngtrình c ơ bản củamôhìnhkhôngkhí; •MôhìnhGauss c ơ bảnvàbi ến đổi; •Bài tập, ứng dụngcácph ần mềmCAP, ENVIM;

Kếtqu ả dự kiến

§ Họcviên n ắm đượcph ươngphápti ếp cận

giảibàitoánth ực tế;

§ Biếtcáchthíchnghicácmôhìnhthông

dụngchocác điềuki ện cụ thể tại địa phương;

§ Nguyênlý Step by Step trongbàitoánmô

hìnhhóa;

§ Biếtcách s ử dụngph ần mềmCAP.

160

DẠNG CỦA VỆT KHÓI PHỤ THUỘC VÀO ĐỘ ĐỊNH CỦA KHÍQUY ỂN

162

Nhỏ mộtgi ọt mực đỏ

Khuếchtánlàgì ?

Thờigiantrôi đi.

163

Bàito án mộtchi ều

C:Nồng độ C:Nồng độ

164

x: Vị trí x: Vị trí

Biểuth ứcto án học

Phươngtrìnhthay đổi

Điềuki ệnban đầu

C ¶ t ¶ ( xC ( t , =¥- ( txC ,

)

Điềuki ệnbiên

C ¶ 2 x ¶ ( )x ) d=0, ) 0 1 4 p

) 0 ( , =¥ t (cid:230) x (cid:231)(cid:231) exp Dt 4 Ł

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

C:Nồng độ

Hàmphân b ố chuẩn

HàmDelta

x: Vị trí

165

Nghiệm

Bài tập

Phươngtrìnhthay đổi

Điềuki ệnban đầu

C ¶ t ¶ ( xC ( , =¥- t C ( ) , txC

Điềuki ệnbiên

C ¶ 2 x ¶ ( )x ) d=0, ) 0 1 4 p

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

( ) 0 , =¥ t (cid:230) x (cid:231)(cid:231) exp Dt 4 Ł

Nghiệm

166

Hãych ứng tỏ rằngph ươngtrình(4) th ực sự lànghi ệm của phươngtrình(1) v ới điềuki ệnban đầu(2) và điềuki ện biên(3). Hãy v ẽđồ thị củanghi ệm vớicác b ướcth ờigian khácnhau.

Khuếch tán

Khuếchtán x ảyralà k ếtqu ả của chuyển độngng ẫunhiên

Thờigianch ạy.

167

Khuếch tán

Nếuchuy ển độngng ẫunhiên x ảyra d ướitác động sự trao đổi vị trí củacácphân t ử do tínhch ấtnhi ệt động họcthìquá trìnhnày g ọilà khuếchtánphân t ử (Molecular diffusion).

Nếuchuy ển độngng ẫunhiêndo s ự rốithìquátrìnhnày g ọilà khuếchtánxoáy (eddy diffusion) hay khuếchtán r ối(turbulent diffusion).

đườngdòng

168

Nếuchuy ển độngng ẫunhiêngâyrado các chảykhácnhauhay do các v ận tốckhácnhautrongtr ường thìquátrìnhnày g ọilàphântán (dispersion).

§ Mộtngu ồn điểmthu ốcnhu ộmtrong n ước cần

khoảng24 gi ờ để đạt được một vòng tròn có đường kính1 m. Nh ưngkhi n ước chảytrong các điềuki ện rối - nghĩa là số Reynolds lớn hơn2000 -xu ấthi ện mộthi ện tượng khác: khuếch tán rối.

169

Khuếch tánphân t ử

ển động củach ất

Nướctronglykhôngcóchuy lỏng.

Thờigianch ạy.

170

Khicógi ọt mực, tạivùngtrongph ạmvi l ớpnh ớt trên bề mặt củathànhch ất rắn.

Khuếch tán rối (Turbulent diffusion)

Nướctrongly b ị khuấylên.

Thờigianch ạy.

171

Sự phátth ảikhói t ừ miệng ốngkhói.

Phân tán(Dispersion)

Sự lantruy ềnch ấtô nhi ễmtrong đất

Sự lantruy ềnch ấtô nhi ễmtrongkênhsông

Ta đặt mực đỏ tạith ời điểmt=0 vào trongsông

t: Thờigian

172

Phân tử nướctrong t ế bào

173

Cân bằngkh ối lượng(không c ó dòngch ảy, 1 chiều)

•Nhiệt đượctruy ền từ nơicónhi ệt độ caosang n ơico nhi ệt độ thấp.

•Tương tự như vậy, khối lượng đượcchuy ển từ nơicó n ồng độ caosang nơicó n ồng độ thấp.

•Lượngchuy ển đổi tỷ lệ vớigradient n ồng độ.

Gọilà “ độ khuếchtán”hay “ H ệ số khuếchtán”

C Thông lượng

-=

D

¶ C ¶ x

Chấthòatan s ẽ dichuy ểntheo h ướngnày

2 [m /s] trong hệ SI

174

Địnhlu ật1 Fick(1855)

Thông lượng

-=

D

¶ C ¶ x

D –là h ệ số khuếchtánphân t ử (cóth ứ nguyênlà m2/s), thông lượng –là l ượngch ấtch ảyqua m ột đơn vị diệntích, cóth ứ nguyênlà mg/m2.s, thứ nguyên của dC/dx là mg/m4.

175

Lượng chất đi qua một đơn vị diện tíchtrong m ột đơn vị thờigian

C ¶ x ¶

176

Địnhlu ật2 Fick(cóth ờigian)

Khối lượngvào

xzy D+DD x

Khối lượngra C ¶ x ¶

xzy

C ¶ x ¶

(Khối lượngvào) –(Kh ối lượngra) = (Tích lũy)

zy DD

--DD x

x D+

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł -

zy DD

x D+

yD x x D+ ( ) ) ) tCt zyx - DDD d C ¶ t ¶

(cid:246) (cid:246) ( =(cid:247)(cid:247) ( tCt d (cid:247) x ł ł C ¶ (cid:246) zy DD =(cid:247) x ¶ ł cho x tiến tới 0

C ¶ x ¶ C ¶ x ¶ Chiacho

C ¶ x ¶ (cid:230) -- (cid:231) Ł zyx DDD

zyx DDD C ¶ t ¶

C ¶ 2 x ¶

177

Cân bằngkh ối lượng(c ó dòng chảy, trường hợp1 chi ều)

Ø uC Œ º

C ¶ ø œ xx ¶ ß

x D+

C ¶ ø œ xx ¶ ß u

C(x,t)

A B

x+‡ ™x

178

Các số hạngtrongph ươngtr ình khuếch tán mộtchi ều

)

C ¶ t ¶

( uC x ¶

C ¶ 2 x ¶

Sựđố i lưuhay truy ền tải Khuếchtán

179

Đạohàmtheoth ờigian(s ự thay đổi địaph ương của nồng độ)

Các số hạngtrongph ươngtr ình khuếch tán, trường hợp3 chi ều

C ¶ t ¶

uC ¶ x ¶

vC ¶ y ¶

wC ¶ z ¶

¶ x ¶

¶ y ¶

¶ z ¶

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247)(cid:247) C ł

Sựđố i lưuhay truy ền tải Khuếchtán

180

Đạohàmtheoth ờigian(s ự thay đổi địaph ương của nồng độ

Khuếchtán“r ối”

§ Xét2 kh ốith ể tíchch ứakhôngkhí đượcphâncách b ởi một bức

tường(m ũitênch ỉ chuyển động rối, quả bóngch ỉ cácphân t ử chấtô nhiễm)

Cácphân t ử khíchuy ển độngng ẫu nhiênkhikhôngcóô nhi

ễm

Cácphân t ử ô nhiễmchuy ển động ngẫunhiêntheo s ự ngẫunhiên c ủa rối

181

Tháo bức tườnggi ữa 2 khốith ể tích

Tốc độ vượtqua t ường củacácphân t ử ô nhiễmph ụ thuộcvào s ự chênh lệch về nồng độ giữa2 m ặt. Tốc độ này bằngK ∂C/∂x, ở đó hệ số K gọi là hệ số khuếchtán r ốicóth ứ nguyênlà m 2/sec. Độ lớn củaK ph ụ thuộcvào độ lớnchuy ển động rối.

182

Sự thay đổitheo h ướng x

AuC

] }2

AuC

][ ][ mm/s )dx

)VuC (

( AuC

[ { μg/m ¶ ( AuC x¶ ) dx

¶ x ¶

183

Sự thay đổi theo hướng z do khuếchtán r ối

1 -

][ ][ 3 2 - smmμg

Tốc độ biến đổi khối lượng ra

{ CK z

¶ z ¶ ¶ z ¶

][ } [ { mmCK ¶ { } CK z z ¶

¶ z ¶

]1 (cid:246) } z d(cid:247) ł

(cid:230) (cid:231) Ł

} VCK {

¶ z ¶

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:246) } { z CK d (cid:247) z ł

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) ł

184

Sự thay đổi theo hướng y do khuếchtán r ối

1 -

Tốc độ biến đổi khối lượng ra

][ ][ 3 2 - smmμg { CK y

][ } [ { mmCK ¶ } { CK y y ¶

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

¶ y ¶

¶ y ¶ ¶ y ¶ ¶ y ¶

¶ y ¶ ¶ y ¶

¶ y ¶

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

(cid:246) } { (cid:247)(cid:247) y CK d y ł

]1 (cid:246) } y d(cid:247)(cid:247) ł (cid:246) } VCK { (cid:247)(cid:247) ł

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

185

Địnhlu ật bảotoànkh ối lượng

( ) VCu

) VCK (

C ¶ t ¶

¶ x ¶

¶ y ¶

¶ z ¶

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) ł

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

(cid:246) ) ( +(cid:247)(cid:247) VCK ł

186

Phương trình lan truyền và

khuếchtánchomôhìnhGauss

C ¶ t ¶

C ¶ x ¶

¶ y ¶

C ¶ y ¶

¶ z ¶

C ¶ z ¶

(cid:236) (cid:237) (cid:238)

(cid:252) (cid:253) (cid:254)

(cid:236) (cid:237) (cid:238)

(cid:252) (cid:253) (cid:254)

187

Điềuki ệnban đầuvà điều kiệnbiên

=zyxC

Nồng độ nền= 0

)

()( dd

Hz -

. ¥ﬁ¥ﬁ¥ﬁ

0ﬁC

Tại điểm(0,0,H):

K z

C ¶ z ¶

188

Điềuki ệnph ản xạ hoàntoàn t ại mặt đất

Một số giả thiết

§ Nghiệmkhôngph ụ thuộcvàoth ờigian(cáctham

số phátth ảilàkhông đổi)

§ Vận tốcgiókhông đổi. § Hệ số khuếchtánkhôngph ụ thuộcvào t ọa độ

khônggian.

§ Sự khuếchtántheo h ướngx lành ỏ so với vận tốc

lantruy ền.

189

¶ y ¶

¶ z ¶

C ¶ z ¶

C ¶ x ¶

C ¶ y ¶

(cid:236) (cid:237) (cid:238)

(cid:252) (cid:253) (cid:254)

(cid:236) (cid:237) (cid:238)

(cid:252) (cid:253) (cid:254)

=zyxC

)

()( dd

Hz -

. ¥ﬁ¥ﬁ¥ﬁ

0ﬁC

K z

C ¶ z ¶

1 -

exp

xCC =

y K

z K

U 4 x

Ø Œ Œ º

ø œ œ ß

(cid:236) (cid:239) (cid:237) (cid:239)(cid:238)

(cid:252) (cid:239) , (cid:253) (cid:239)(cid:254)

190

Mô hìnhGauss c ơ sở

5.0

K y

2 s y

K z

2 s z

u x

exp

M 2 u ssp

y 2 s

z 2 s

2 y

2 z

(cid:230) (cid:231) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) (cid:247) ł

Ø Œ Œ º

ø œ œ ß

exp

M 2 u ssp

y 2 s

z 2 s

2 y

2 z

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

(cid:230) (cid:231) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) (cid:247) ł

191

sy sz - được gọilàcác h ệ số khuếchtántheoph ươngngangvaph ương đứng, cóth ứ nguyênlà độ dài(do K y , Kz –cóth ứ nguyênlà m 2/s)

)

(

M 2 u ssp

y 2 s

2 y

Hz - 2 2 s z

(cid:230) (cid:231) exp (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) (cid:247) ł

(cid:230) (cid:231) exp (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) (cid:247) ł

Nguồn tương đương hay nguồn ảo

Độ nâng vệt khói Δh

Độ cao hữu dụng H=h+Δh

Sự phân bố dọc theo hướng gió

Nồng độ tại độ cao z

C(x,0,0)

Độ cao vật lý h của ống khói

Nồng độ dọc theo chiều gió x tại mặt đất z = 0

Nồng độ cực đại tại điểm x>0

192

Mô hình Gauss lưu ý tới phản xạ (Gauss plume formula)

(

)

(

exp

y 2 s

M 2 u ssp z

2 y

Hz - 2 2 s z

Hz + 2 2 s z

ø œ ß

Ø Œ º

ø +œ ß

Ø Œ º

(cid:230) (cid:231) exp (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) (cid:247) ł

(cid:236) (cid:239) exp (cid:237) (cid:239)(cid:238)

(cid:252) (cid:239) (cid:253) (cid:239)(cid:254)

)

(

)

(

Phản xạ hoàntoàn t ại mặtph ẳngz = 0

C exp = - - -

2 y

y 2 s M 2 u ssp z Hz - 2 2 s z Hz + 2 2 s z Ø Œ º Ø Œ º ø œ ß ø -œ ß (cid:230) (cid:231) exp (cid:231) Ł (cid:246) (cid:247) (cid:247) ł (cid:236) (cid:239) exp (cid:237) (cid:239)(cid:238) (cid:252) (cid:239) (cid:253) (cid:239)(cid:254)

193

Hấpth ụ hoàntoàn t ại mặtph ẳngz = 0

Nguồn tương đương hay nguồn ảo

Độ nâng vệt khói Δh

Độ cao hữu dụng H=h+Δh

Sự phân bố dọc theo hướng gió

Nồng độ tại độ cao z

C(x,0,0)

Độ cao vật lý h của ống khói

Nồng độ dọc theo chiều gió x tại mặt đất z = 0

Nồng độ cực đại tại điểm x>0

194

Gauss tứcth ời(cóth ờigian) (Gauss puff formula)

)

(

tzyxC ),,,(

2/3

tux - 2 2 s x

2 y 2 2 s y

) Hz - 2 2 s z

) Hz + 2 2 s z

Q ( ) 2 sssp x z

(cid:246) (cid:247) +(cid:247) ł

(cid:230) (cid:231) exp (cid:231) Ł

ø (cid:246) (cid:247) œ (cid:247) œ ł ß

Ø (cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) exp Œ (cid:231) (cid:247) Œ Ł ł º

)

(

),,,( tzyxC

2/3

tux - 2 2 s x

2 y 2 2 s y

) Hz - 2 2 s z

) Hz + 2 2 s z

Q ( ) 2 sssp z x

(cid:230) (cid:231) exp (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) -(cid:247) ł

(cid:230) (cid:231) exp (cid:231) Ł

Ø (cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) exp Œ (cid:231) (cid:247) Œ Ł ł º

ø (cid:246) (cid:247) œ (cid:247) œ ł ß

Phản xạ hoàntoàn t ại mặtph ẳngz = 0

195

Hấpth ụ hoàntoàn t ại mặtph ẳngz = 0

Nồng độ chấtô nhi ễmtrên m ặt đất

yxC ,(

)

y 2 s

M ssp z

2 y

H 2 2 s z

(cid:230) (cid:231)(cid:231) exp Ł

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

(cid:230) (cid:231) exp (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) (cid:247) ł

Nguồn tương đương hay nguồn ảo

Độ nâng vệt khói Δh

Độ cao hữu dụng H=h+Δh

Sự phân bố dọc theo hướng gió

Nồng độ tại độ cao z

C(x,0,0)

xC )(

Độ cao vật lý h của ống khói

M ssp z

H 2 2 s z

(cid:230) (cid:231)(cid:231) exp Ł

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

Nồng độ dọc theo chiều gió x tại mặt đất z = 0

Nồng độ cực đại tại điểm x>0

196

Nồng độ trên mặt đất dọctheo trục gió (trụcx)

xK z u

xKy 2 u

(cid:230) (cid:231) Ł

2/1 (cid:246) (cid:247) ł

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

2/1 (cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

197

sy sz - phụ thuộcvàokho ảng cáchx, độ ổngđịnh củakhíquy ểnvà vận tốcgió

(

X, Y, Z )

Z

X

(X, 0, 0)

(X, Y, Z)

Y

198

Công thức tính sy(x), sz(x) cho vùngnôngthôn

Loại ổn định

sy(x)

sz(x)

0.20x

0.22x(1+0.0001x)- 0.5

0.12x

0.16x(1+0.0001x)- 0.5

0.11x(1+0.0001x)- 0.5

0.08x(1+0.0002x)- 0.5

0.08x(1+0.0001x)- 0.5

0.06x(1+0.0015x)- 0.5

0.03x(1+0.0003x)-1

0.06x(1+0.0001x)- 0.5

0.16x(1+0.0003x)-1

0.04x(1+0.0001x)- 0.5

199

Côngth ức tính sy(x), sz(x) cho vùng thànhth ị

Loaïitaàngkeát

sy(x)

sz(x)

A - B

0.24x(1+0.001x)0.5

0.32x(1+0.0004x)- 0.5

0.12x

0.22x(1+0.0004x)- 0.5

0.14x(1+0.0003x)-0.5

0.16x(1+0.0004x)- 0.5

E - F

0.08x(1+0.0005x)-0.5

0.11x(1+0.0004x)- 0.5

200

Mức ổn định củakhi ́ quyển

§ A -raátkhoângbeànvöõng § B -khoângbeànvöõngloaïitrungbình § C -khoângbeànvöõngloaïiyeáu § D -trunghoøa § E -beànvöõngyeáu § F -beànvöõngloaïitrungbình

201

Phân loại độ bền vững khí quyểntheoPasquill

Böùcxaïban ngaøy

Ñoächephuûban ñeâm

Toácñoägioù taïiñoäcao 10m

Ítmaây> 4/8

Maïnh (bieânñoä > 60)

Trungbình (Bieânñoä 35-60)

Yeáu (Bieânñoä 15-35)

Nhieàu maây< 3/8

< 2

A – B

2 - 4

A - B

4 - 6

B – C

> 6

202

Mộtsô ́ côngth ức tính toán độ nâng vệt khói

203

4/1

w u

D T

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) ł

khoi

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

hv =D

w u

(cid:230) (cid:231) Ł

4/1 (cid:246) (cid:247) ł

w u

(cid:230) Dh =D (cid:231) t Ł

4/1 D T (cid:246) . (cid:247) T ł khoi

D – đườngkính ốngkhói;

w- vận tốcban đầu củalu ồngkhói t ạimi ệngkhói, m/s;

u – vận tốcgió, m/s;

Tkhoi –nhi ệt độ củakhói t ạimi ệng ốngkhói;

0C, hoặc

¨ΔT –chênh l ệchnhi ệt độ giữakhóivàkhôngkhíxungquanh, 0K.

204

ĐỘ NÂNG VỆT KHÓI THEO HOLLAND

T khoi

xung

quanh

. DP

h =D

Da w u

Khoi

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

(cid:230) (cid:231)(cid:231) 10.68.25.1 Ł

§D – đườngkính;

§P –ápsu ấtkhíquy ển, milibar(1atm = 1013 mbar);

§Tkhoi, T xungquanh –nhi ệt độ củakhívàkhôngkhíxungquanh, K

§ a –là h ệ số hiệuch ỉnh

§CấpA , B vàC –nh ận với hệ số 1.1 –1.2;

205

§CấpD, E, F –nhân h ệ số 0.8 –0.9

CÔNG THỨC BRIGGS G.A.

3/1

6.1

h =D

3/2 f

F u

4 sm /

TDg 2 w 4

khoi - T khoi

625

4 sm /

f =

4.0

4 sm /

120

‡

f =

206

CÔNG THỨC BRIGGS G.A.

4/1.1.5 F

h =D

g T

T ¶ z ¶

(cid:230) (cid:231) Ł

8/3 - (cid:246) (cid:247) ł

3/1

6.2=D

F u

207

CÔNG THỨC BERLIAND

875.1

6.1

h =D

D w u 10

TgL D 3 xqTu 10

U10 –vaäntoácgioùñoñöôïcôûñoäcao10 m;

L –löulöôïngkhíthaûitaïimieängoángkhoùi, m3/s;

D –ñöôøngkínhoángkhoùi;

w-vaäntoácban ñaàucuûaluoàngkhoùitaïimieängkhoùi, m/s;

Txq –nhieätñoäcuûakhoùitaïimieängoángkhoùi;

208

ΔT – cheânhleächnhieätñoägiöõakhoùivaøkhoângkhíxung quanh, 0C, hoaëc 0K.

Hạnch ế củamôhìnhGauss

§ Chỉ ứng dụngtrongtr ường hợp bề mặt tương đối

phẳng;

§ Rấtkhó l ưuý t ới yếu tố cản; § Các điềuki ệnkhí t ượnglàkhông đổitrên m ộtdi ện

rộng;

§ Chỉ ứng dụng tốt đối vớikhícó m ật độ gần với

khôngkhí;

§ Vận tốcgiótrungbình

u > 1 m/s.

209

210

Step by step trongmôhìnhGauss

yxC ),(

M ssp z

y 2 2 s y

H 2 2 s z

(cid:230) (cid:231)(cid:231) exp Ł

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

(cid:230) (cid:231) exp (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) (cid:247) ł

xC )(

M ssp z

H 2 2 s z

(cid:230) (cid:231)(cid:231) exp Ł

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

uu = h h hH D+=

§ M – Lượng thải(côngsu ấtngu ồn thải) (mg/s);

211

Côngth ức tính sy(x), sz(x) cho vùng nôngthôn

Loại ổn định

sy(x)

sz(x)

0.20x

0.22x(1+0.0001x)- 0.5

0.12x

0.16x(1+0.0001x)- 0.5

0.11x(1+0.0001x)- 0.5

0.08x(1+0.0002x)- 0.5

0.08x(1+0.0001x)- 0.5

0.06x(1+0.0015x)- 0.5

0.03x(1+0.0003x)-1

0.06x(1+0.0001x)- 0.5

0.16x(1+0.0003x)-1

0.04x(1+0.0001x)- 0.5

212

Công thức tính sy(x), sz(x) cho vùng thànhth ị

Loại ổn định

sy(x)

sz(x)

A - B

0.24x(1+0.001x)0.5

0.32x(1+0.0004x)- 0.5

0.12x

0.22x(1+0.0004x)- 0.5

0.14x(1+0.0003x)-0.5

0.16x(1+0.0004x)- 0.5

E - F

0.08x(1+0.0005x)-0.5

0.11x(1+0.0004x)- 0.5

213

Côngth ứctính v ận tốcgió

trongmôhìnhGauss

p

Loại tầng kết

Nôngthôn

Thànhph ố

0.15

0.7

voi

m 200 <

0.15

0.7

( ) zU

(cid:230) (cid:231) Ł

z 10 2.

(cid:246) (cid:247) ł p voi

200m

‡

(cid:236) (cid:239) U (cid:237) (cid:239) (cid:238)

0.20

0.10

0.25

0.15

0.40

0.35

0.60

0.55

214

Bài tập ứng dụng mô hình Gauss

§ §

Nhàmáynhi ệt điệnA có ốngkhóicao 40 m, đường kính củami ệng ốngkhói b ằng2.2 m, l ưu lượng khíth ảilà10.02 m 3/s, tải lượngch ấtô nhi ễmSO 2 bằng20.7 g/s, nhi ệt độ củakhóith ảilà200ºC. ốc độ Nhiệt độ khôngkhíxungquanhlà30ºC và t gió ở độ cao10 m là4.5 m/s. Ápsu ấtkhôngkhí= 1013 Mbar. Chotr ạngtháikhíquy ểnlà c ấp C, điềuki ệnnôngthôn. Tính độ cao hữu dụngtheomôhìnhHolland. Tính sự phân bố nồng độ chấtô nhi ễm dọctheo hướnggió t ạicáckho ảngcách1020 m. Tínhtoán n ồng độ chấtô nhi ễm tại điểmcó t ọa độ (x,y) = (1020 m, 45 m).

215

Giải.

Áp dụngcáccôngth ức

sy(x) =0.11x(1+0.0001x)-0.5 sz(x) =0.08x(1+0.0002x)-0.5 vớix = 1020

Ta có sy(x) = 106.881, sz(x)= 74.366 Tính vận tốcgió t ại độ caomi ệng ốngkhói

(cap

U, C)

5.4

(m/s)

1.0p , =

( ) UhU =

10m

(cid:230) (cid:231) 10m Ł

ph (cid:246) (cid:247) 10 ł

216

§ Ta được u40m = 5.169 (m/s) § Vận tốckhíph ụt:

w= Lưu lượng/diệntíchmi ệng ốngkhói = 10.02/(1.1*1.1*p) =2.636 (m/s)

T 1.2,

473

TK,

303

PK,

1013,

ω2.2,

2.636

(cid:222)

khoi

xung_quanh

khoi

xung_quanh

Δh

1.5

2.68.10

P.D

3.852

43.852 (m)

H =(cid:222)

ωDa u

40m

Khoi

(cid:246) =(cid:247)(cid:247) ł

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

217

xC )(

exp

H 2 s

M ss y

2 z

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

( 1020 ) C

(69.0

3 mmg /

)

14.3

366.74

7.20 229.5 ·

1000 · 881.106 ·

2 366.74

2 909.44 ·

(cid:246) =(cid:247)(cid:247) ł

(cid:230) (cid:231)(cid:231) exp Ł

218

MÔ HÌNH HÓA Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ(III)

219

NỘI DUNG

§ Cácph ươngtrình c ơ bảntrongmôhình

Berliand;

§ Bài tập, ứng dụngcácph ần mềmCAP

2.5, ENVIMAP;

220

Sự phânlo ạitheoWMO

§ Mô hìnhth ốngkêkinhnghi ệm; § Mô hìnhth ốngkê thủy động; § Mô hìnhsô ́ trị,

221

MôhìnhGauss

qDựatrên c ơ sở lý thuyết toánho ̣cGauss. q Cácnha ̀ toá nho ̣cco ́ công pháttriê ̉nmô hì nh

này là Taylor (1915), Sutton(1925 –1953), Turner (1961 –1964), Pasquill(1962 –1971), Seifeld(1975)

qGần đây được cácnha ̀ khoaho ̣cmôitr ường của các nướcnh ư Mỹ, Anh, Pháp, ... ứngdu ̣ng và hoà n thiê ̣nmô hì nh tính theo điều kiê ̣ncu ̉a mỗi nước.

222

Mô hìnhth ốngkê thủy động

qCòn gọi là lý thuyết nửath ứ nguyên (còn

gọi là mô hìnhK). Mô hình này được Berliand(Nga) hoànthi ệnva ̀ áp dụng ở LiênXô;

qỞ ViệtNam, m ộtsô ́ nhà khoa học đã áp

dụngmô hình nàycho m ộtsô ́ công trình, dự án.

223

Mô hìnhsô ́ trị

qTức là hệ các giảiph ương trình vi phân

bằngph ương phápsô ́;

qViệctriê ̉nkhaimô hình này tạiViê ̣tNam đòi hỏith ời gianvi ̀ số liệuchomô hình còn thiếu và phương tiện tính toánch ưa đủ mạnh.

224

Phươngtrìnhxu ấtphát

V x

V y

V z

C ¶ t ¶

C ¶ x ¶

C ¶ y ¶

C ¶ z ¶

¶ x ¶

C ¶ x ¶

¶ y ¶

C ¶ y ¶

¶ z ¶

C ¶ z ¶

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:246) +(cid:247) ł

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:246) α-(cid:247) ł

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

(cid:246) +(cid:247)(cid:247) ł

§ C – nồng độ trung bình củach ấtô nhi ễm(mg/m 3 ); § x,y,z – các thànhph ần tọa độ theo3 trụcOx, Oy, Oz; § t –th ờigian; § Kx, Ky, Kz – các thànhph ần củahê ̣ số khuếch tán rối

theo3 trụcOx, Oy, Oz;

§ Vx, Vy , Vz – các thànhph ần của tốc độ trung bìnhtheo

ba trụcOx, Oy, Oz ;

§ α -hê ̣ số tính đến sự biến đổich ấtô nhi ễm thành các chất khác do quá trình phản ứng hóa học xảyratrên đườnglantruy ền.

225

Các giả thiết làm đơn giản bàitoán

§ Công suất củangu ồn điểm phát thải là liên tụcva ̀

coi là quá trình dừng, nghĩa là

C ¶ t ¶

§ Nếu hướng trụcOx trùng với hướnggio ́ thì thành

phần vận tốcgio ́ chiếulên trụcOy sẽ bằng 0

r uV =

0=yV(cid:222)

226

Cácgi ả thiếtlàm đơngi ảnbài toán

§ Trên thựctê ́ thànhph ầnkhu ếch tán rốitheochi ều

gió nhỏ hơn rấtnhi ềuso v ới thànhph ầnkhu ếch tán rốitheoph ươngvuông góc vớichi ềugio ́, khi đó:

(

0) »

¶ x ¶

C ¶ x ¶

227

Saucácphép đơngi ảntrên

q Tốc độ thẳng đứngth ườngnho ̉ so với tốc độ gió nên có thể bỏ qua, trụcz th ường lấychi ều dương hướnglên trên, do đó đối với bụi nặngthi ̀ thànhph ần Vz sẽ bằng tốc độ rơi của hạt(d ấuâm), còn đối vớich ấtô nhi ễmkhi ́ và bụinhe ̣ thì Vz = 0

Berliand

V x

C ¶ x ¶

¶ y ¶

C ¶ y ¶

¶ z ¶

C ¶ z ¶

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) ł

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

(cid:246) +(cid:247)(cid:247) ł

228

Điềuki ệnban đầu

( ( ) . yMCu . dd .

)Hz -

x y

0 0

(cid:236) (cid:239) (cid:239) (cid:237) (cid:239) (cid:239) (cid:238)

229

Điềuki ệnbiên

0ﬁC

x ¥+ﬁ z ¥+ﬁ y ¥ﬁ

Ø Œ Œ Œ º

Điềuki ệnxavô cùng

00 = =z

0 ==zC

C ¶ z ¶

230

Điềuki ệnph ản xạ hoàntoàn Điềuki ện hấpth ụ hoàntoàn

Giả thiết đikèm

k z

k y

z z 1

(cid:230) (cid:231)(cid:231) uV = 1 x Ł

n (cid:246) (cid:247)(cid:247) ; ł

(cid:230) (cid:231)(cid:231) k 1 Ł

m (cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

́ sá t đất ở cá ckhucôngnghi

231

q Trong đó u1 , k1 – là vận tốcgio ́ và hệ số rối đo đạcva ̀ chỉnhly ́ tại độ cao z1 = 1 m; n và m là cácthamsô ́ không thứ nguyên được chỉnhly ́ tí nh toán từ số liệu đo đạc trong tầngkhôngkhi ệp (thườngthi ̀ ngườita l ấy xấp xỉ m ≈ 1, n ≈ 0,15, z1 = 1m), q k0 được xác địnhtrên c ơ sở giải bài toánng ượckhu ếch tán rối(k ết qu ả nhận đượcchoth ấy k0 bằng0.1 –1 m phụ thuộc vào mức ổn định của tầng kết).

Nghiệmgi ảitích x ấp xỉ

;

ukK y 0=

V x

C ¶ x ¶

¶ y ¶

C ¶ y ¶

¶ z ¶

C ¶ z ¶

z z 1

(cid:230) (cid:231)(cid:231) uV = 1 x Ł

n (cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

(cid:230) (cid:231)(cid:231) kK = 1 z Ł

m (cid:246) (cid:247)(cid:247) , ł

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:246) ,(cid:247) ł

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

(cid:246) +(cid:247)(cid:247) ł

. Cu

( ) ( . yM dd .

)Hz -

tHz =

== 0,

00 =

C ¶ z ¶

nm -

nm + mn -+

)

Mz 1

y xk

ø œß

, zyxC

(

)

m 1 - mn -+

nm + mn -+

n 1 + mn -+

Ø exp Œº ( 2 -+

zu ( ) xnm 2 -+ )

)

( z (

xk 0

)( xk 1

( 2 u 1

1 n + mn -+

232

Nồng độ tại mặt đất

§ Đối với độ caoz m ộtvàim v ớix > 10 –20 m có

thểđặ tz = 0);

§ Giới hạntr ường hợpm ≈1.

n 1 +

( , yxC

) 0,

y 4 xk 0

( 12

( 1

) kn 1

xk 0

Hu 1 2 ) xkn + 1

(cid:230) (cid:231) exp (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) (cid:247) ł

233

Nồng độ cực đại tại mặt đất

n 1 +

( yxC ,

) 0,

y xk 4 0

( 12

( 1

) kn 1

xk 0

Hu 1 2 ) xkn + 1

(cid:246) (cid:247) (cid:247) ł

(cid:230) (cid:231) exp (cid:231) Ł

C ¶ x ¶

C ¶ y ¶

1 +

2 3

k 1 uk 10

Hu 1 ( k 1 + 1

2 ( ) Mn 116.0 1 + ( ) n 15.1 + Hu 1

234

Các biểu thức chính trong môhình

n 1 +

( yxC ,

) 0,

y xk 4 0

( 12

( 1

) kn 1

xk 0

Hu 1 2 ) xkn + 1

(cid:230) (cid:231) exp (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) (cid:247) ł

;

k z

k 0

k y U

z z 1

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

(cid:230) (cid:231)(cid:231) k 1 Ł

n (cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

(cid:230) (cid:231)(cid:231) uUV == x 1 Ł

§ k0 – Kíchth ướckhu ếch tán rốingang(m): k 0 =ky/U; § u1 – Tốc độ gió tại độ caoz = 1 m.

235

Xác định hệ số khuếchtán rối đứng

§ Profile thẳng đứngcóqui lu ậtlu ỹ thừa

K 1

.104,0

z z 1

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) ł

D U

( D

Ø 38,11 Œ º

ø T ) œ ß

(cid:155) DU = U2 - U0,5 -hi ệu tốc độ gió ở mực2 và0,5 mét (cid:155) DT = T0,5 - T2 -hi ệunhi ệt độ khôngkhí t ại mực0,5 và

2 mét.

§ Phương phápBuduko

1 z

2,0

= - K 1

T D 2 u 1 ln ln

0,5

236

u 0.14 1 1 z z z Ø Œ Œ 1 Œ Œ º ø œ œ œ œ ß

Xác định hệ số khuếchtán rối đứng

0.8

K 1

B P - 1.56 D

T D+

Sử dụngcác k ếtqu ả quantr ắccân b ằngnhi ệt của bề mặt đệm.

237

Trong đó B –cân b ằng bức xạ, P làdòngnhi ệtvào đất, DT và De làchênh l ệchnhi ệt độ và độ ẩmkhôngkhí ở các mức 0.5 m và2 m

Xác định hệ số khuếchtán rối đứng(tt)

Chỉ số n vàgiátr ị Z0 theothángvà n ăm ở Hà Nội

Tốc độ gió ở độ cao2m, 1 m và 0.5 m đượctínhtheocác côngth ức:

1 0.19 0.0085 4 0.19 0.016 7 0.17 0.0083 10 0.23 0.017 Năm 0.20 0.016 Tháng n Z0 (mét)

238

V V = V . = Vz Z 10 (cid:246) (cid:247) ł (cid:230) (cid:231) Ł ln ln Z 10 ln ln Z z - -

Xác định hệ số khuếchtán rối đứng(tt)

§ Nếunh ư khôngcó s ố liệuquantr ắc củanhi ệt độởđộ

ể sử dụng

850

T =D

cao2 m và0.5 m thìtacóth T k T - k 1000

§ Nếukhôngcó c ả cácgiátr ị nhiệt độ quantr ắc ở mức

850 HPathìch ấpnh ận

2 -

2 - =

239

10.63,0*5,1 945,0 10. =DT

Tính hệ số khuếchtán r ối ngang hệ số K0

05.0

1 grad-

510.29,7zw

1 w

K z 1

Z 0 Z

h 10

ln ln

Độ dày của lớpbiên 2 K 1 2 z w 1

h 10

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) ł

Vận tốcgió ở ngoài lớpbiên - -

K =0

h VK

240

hệ số K0

Đối với tạpch ất nặng

1 +

( 1 w

( yxC ,

)

MH w ( 1 +G

1 + ) w

( 12

21 + )

y xk 0

Hu 1 ) 2 xkn +

( 1

) w u 1 ( ) xkxk pw 0 1

(cid:230) (cid:231) exp (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) (cid:247) ł

2.10.3.1 - r

2 ppr

w ( 11 k +

w - là tốc độ rơi của các hạt có dạng hình cầu, trong đó ρp - mật độ các hạt bụi, rp - bán kính của chúng. Trongcôngth ứctrên w được xác định bằng cm/s, còn ρp và rp đượccho b ằngg/cm 3 và mm tương ứng.

241

Nồng độ cực đại tại mặt đất

+ w

1 +

Hu 1 2

)

5.1(

) w+

k 1 uk 10

( 5.1 ( 1 +G

5.1 ) w w ) e w

2 ) ( 1 063.0 Mn + ( ) 15.1 n + Hu 1

§ M – Lượng thải(côngsu ấtngu ồn thải) (mg/s); § k1 – là hệ số khuếch tán rối ở độ cao z1 = 1m (m2/s); § n –sô ́ mũ hàmbi ếnthiên t ốc độ gió n = 0.14 –0.2. Th ường lấy n=0.14 trong điềuki ện bất ổn địnhva ̀ n = 0.2 khikhi ́ quyển ổn định(GS. Lê ĐìnhQuang đãtínhchoHà N ội); § k0 – Kíchth ướckhu ếch tán rốingang(m): k 0 =ky/U; § u1 – Tốc độ gió tại độ caoz= 1 m.

242

Trường hợp lặnggió

( yxC ,

)

1 +

M ( 1

)

2 k p 1

b ( 1

H ) 2 kn 1

Ø Œ º

ø œ ß

1 4

n + ( 12 +

) )n

( 1 H

MK 2 pb

12k»b

243

Độ cao hữu dụng

r TTT -=D k

5,2

H =D

RW . .5,1 0 V

.3,3 ( T +

Rg T . . D 0 ) 273 .1, V

2 10

(cid:230) (cid:231) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) (cid:247) ł

§ V10 – Vận tốcgio ́ tại độ cao10 m; § ΔT –Hi ệunhi ệt độ giữakhi ́ thảira khỏimi ệng ống

́ xung

khói (Tr) và nhiệt độ môitr ườngkhôngkhi quanh (Tk);

§ W0 – Tốc độ phụtra củalu ồngkhi ́ thải(m/s); § R0 – Bán kínhmi ệng ống khói(m); § g –Gia t ốc trọngtr ường(m/s 2);

244

Bài tập ứng dụng phương phápBerliand

NhàmáyB có ốngkhóicao35 m, bánkínhtrong c

ủami ệng ốngkhóilàr =

§ § §

§ §

0.9 m, vận tốckhíth ải từ ốngkhóiph ụtra là W 0 =9.1 m/s, tải lượngCO làM = 76.580 g/s, nhi ệt độ củakhóith ảilàTs = 228ºC. Nhi ệt độ không khíxungquanhlàTa = 30 (cid:176)C. Tốc độ gió ở độ cao10 m d ự báolàlà3.0 m/s, hệ số khuếchtán r ốingang k 0=12 m2 /s,hệ số khuếchtán r ối đứng k1 =0.03 m2/s, hệ số lưuý t ới sự thay đổi vận tốcgiótheoph ương đứng n = 0.14. Hãy tính vận tốcgió t ại độ cao1 m. Hãy tính vệtnâng ốngkhóitheocôngth ứcBerliand. Hãy tính nồng độ chấtô nhi ễm dọctheo hướnggió t ạikho ảngcáchx = 1500 (m). Hãy tính nồng độ chấtô nhi ễm tại điểmcó t ọa độ (x,y) = (1500 m, 45 m). Tìmgiátr ị cực đại đạt được của nồng độ.

245

Các bướcgi ải

14.0

UU = h

(173.2

sm )/

3 ·=

U 1

h 10

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) ł

1 10

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) ł

5,2

H =D

RW .5,1 . 0 0 V 10

..3,3 ( T + k

TRg . D 0 ) 2 .1,273 V 10

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

5,2

m )(?

H =D

9.01.95,1 · 0.3

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł hH

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł (cid:246) 198 9.08.93,3 · · =(cid:247)(cid:247) ( ) 2 30 0.31,273 · + ł H m .53 889 ( )

D+=

246

1 +

0,0,

( xC

)

Hu 1 ) 2 xkn +

( 1

( 12

) kn

xk 0

(cid:230) (cid:231) exp (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) (cid:247) ł

58.76

1000

0,0,

( 1500

)

14.0

03.0

15.3

1500

( 1

)

14.01

173

.53

889

exp

14.0

03.0

1500

( 1

· ) 2

(cid:230) (cid:231) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) =(cid:247) ł

1 +

exp

( yxC ,

)

y xk 0

( 12

) kn

Hu 1 2 ) xkn +

xk 0

(cid:246) (cid:247) (cid:247) ł

58.76

(cid:230) (cid:231) (cid:231) ( 1 Ł 1000 ·

( yxC ,

)

03.0

14.3

1500

( 14.012 +

)

14.01 +

1500

45 ·

889 03.0

1500

173.2 .53 · ( ) 2 14.01

(cid:230) (cid:231) exp (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) =(cid:247) ł

247

Tính nồng độ cực đại

max

) 2 Mn ) n+

k 1 uk 10

( 116 1 + ( 15.1 Hu 1

116.0

1000

197.0

(

mmg /

)

max

173.2

03.0 ·

( ) 14.01 58.76 +· · · ( ) 14.015.1 +· 889.53 173.2 ·

248

MÔ HÌNH HÓA Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ(IV)

BùiTáLong, ViệnMôitr ườngvàTàinguyên

249

NỘI DUNG

§ Tínhtoán n ồng độ trungbình; § Mô hìnhHanna –Gifford chongu ồnvùng;

250

Nồng độ trungbình

Trung bình:

Ngày đêm, tháng, năm

251

Nồng độ trungbìnhtháng, n ăm

(cid:229) (cid:229) (cid:229)

(cid:229)

cap cua

.CP on khi

Tat ca nguon

cac thai

8 16 ‚ huong

Cac van

cap toc

gio

Cac dinh quyen

Nồng độ trung bình năm của chấtô nhi ễm tại điểm tính toán

P – tầnsu ấtxu ấthi ện của các sự kiện(thôngsô ́) như: vận tốcgio ́, hướnggio ́ và cấp ổn định củakhi ́ quyển.

252

C – nồng độ tứcth ời củach ấtô nhi ễm tại điểmxem xétdo mộtngu ồn thảinh ất địnhtrong điềuki ệnth ờiti ếtnh ất định (vận tốcgio ́, hướnggio ́, độ ổn định) gâyra.

Hệ số trungbình v ề tầnsu ấtgió

tgió -Th ờigian có gió trên tất cả các hướng; tlặng -Th ờigian l ặnggio ́; to = tgió+ tlặng - Tổngth ờigianquantr ắc (ngày đêm, thángho ặc năm);

ta -th ờigian có gió trên hướng ; m –sô ́ hướnggio ́, thôngth ườngm = 8.

253

Phương phápth ứ nhất

tlang 0t

- Tầnsu ất lặnggio ́: Plặng =

= - Tầnsu ấtgio ́ trên hướng a : Pgió =

gio

lang

t a t t a - tt 0

lang

(cid:229)

1 =

P ,1 1 < = P a

- tt 0

lang

)

langP

k a

P = a

k a

t a t

t a t 0

gio

gio t 0

gio

t 0

254

-Hê ̣ số trung bìnhk của hướnggio ́ a trongtr ường hợp này sẽ là

Phương phápth ứ hai

tlang 0t

- Tầnsu ất lặnggio ́: Plặng =

a =P

- Tầnsu ấtgio ́ trên hướng a :

ta 0t

lang

(cid:229)

P ,1 1 P 1 < < + = P a P a nhưng

k = a P a

255

-Hê ̣ số trung bình kα của hướnggio ́ a trongtr ường hợp này sẽ là

Phương phápth ứ ba

lang t

gio

- Tầnsu ất lặnggio ́: Plặng =

ta t

gio

- Tầnsu ấtgio ́ trên hướng a : P a =

lang

(cid:229)

1 =

k a

P a langP

)

t a 1( +

t a + t

P 1 + > P a nhưng 1 = P a

t a P + lang

P lang

lang

gio

256

-Hê ̣ số trung bình kα của hướnggio ́ a trongtr ường hợp này sẽ là t a t 0

Côngth ứcxác định nồng độ trung bìnhngày đêmtheo t ầnsu ấtgió

i )(

CP lang

lang

i )(

)

a(cid:229) Ck

langP

k a

P = a

)

i )(

CP lang

lang

i )(

lang

i )(

a(cid:229) CP

[

)

]

(

tong

)

CP lang

lang

i )(

lang

i )(

(cid:229)

a(cid:229) CP

257

Cxy(i) – nồng độ trung bình tại vị trí có tọa độ x,ydo ngu ồn thứ i gâyra;

CÁC KÝ HIỆU

§ Cxy(tổng) - nồng độ tổng cộngtrung bìnhdo n

nguồn thảigâyra tại điểm tính toán;

§ Clặng(i) -nồng độ tứcth ờido ngu ồn thảith ứ i gây

ra tại điểm tính toánkhi l ặnggio ́ (u=0);

§ Ca(i) - nồng độ tứcth ờido ngu ồn thảith ứ i gây ra tại điểm tính toánkhi có gió thổitheo h ướng a ứng với vận tốcgio ́ trung bìnhtrên h ướng đó và độ ổn địnhtrung bình củakhi ́ quyểntrong suốt khoảngth ờigian tính toán trị số trung bình (ngày đêm, thángho ặc năm)

258

Baéc

Ñoâng-Baéc Taây- Baéc

Taây Ñoâng

7 giờ

1 giờ

13 giờ

19 giờ

Gió

Nhiệt độ

1/29/1999

26.1

Lặng

25.5

29.6

27.3

Tây Nam 1

Đông Bắc 4

Đông Nam 4

259

Taây- Nam Ñoâng- Nam Nam

TẦN SUẤT LẶNG GIÓ, TẦN SUẤT THEO 8 HƯỚNG CHÍNH VÀ VẬN TỐC GIÓ TRUNG BÌNH

Tháng 1

Lặnggió,P %

25.6

Bắc, P% VTB Đông Bắc,P% VTB Đông, P% VTB ĐôngNam, P% VTB Nam, P% VTB TâyNam, P% VTB Tây, P% VTB Tây Bắc VTB

0.7 2.2 10.2 3.0 52.3 4.8 5.4 3.7 2.0 2.8 0.07 3.0 0.7 2.6 2.4 2.1

260

MôhìnhHanna –Gifford

nguồnth ảivùng

ử dụngcácgiá

261

qKhitínhtoánpháttánô nhi ễmch ấtkhítrongmôitr ường ệc khôngkhído cácngu ồnth ảikhácnhaugâyra, ngoàivi xác định nồng độ ô nhiễm tứcth ời, tacòn c ầnph ảibi ếtvà dự báo được sự phân bố nồng độ trungbìnhtrong m ột phạmvi th ờigiandài h ơn qĐã cónhi ềumôhình được đề xuất để giảiquy ếtbàitoán này. Mộttrong s ố môhình đólàmôhình do Hanna –Gifford đề xuất. qĐặc điểm nổi bật củamôhìnhnàylànó s trị trungbình v ề khí tượng cũngnh ư tải lượngô nhi ễm trong mộtph ạmvi th ờigiandài(ví d ụ trungbìnhtháng)

ĐẦU VÀO (INPUT) CHO MÔ HÌNH

§ Về khí tượng: vận tốcgiótrungbìnhvà

tầnsu ấtgiótrungbình.

§ Tải lượngô nhi ễm: trungbìnhtheo

tháng.

262

aiQ

Qai –là t ải lượngô nhi ễm tạicácô vuông (mg/s) đượcgáncho điểm tạitâmô vuông. Kýhi ệu N0 là số hàngvà M 0 là số cột. Như vậy tạitâm m ỗihìnhch ữ nhật ở trêncó m ộtgiátr ị tải lượngô nhi ễm(ví d ụ tạiô (i,j) tháng6/2004 th ảira 30 t ấn CO sẽ chuyển đổithành11574.07 mg/s).

263

HƯỚNG BẮC

j,1

,1-

),( ji

1 -

b 1 -

jiQa ),(

jkQa

ki -

) 1) +

( (*2

) 1) -

[ ( (*2),(

(cid:229)

1 1(

b )

2 p

1 =

x (cid:230) D (cid:231) 2 Ł

b 1 - (cid:246) (cid:247) ł

au B

(cid:230) (cid:231) Ł

](cid:247) (cid:246) ł

264

HƯỚNG NAM

(cid:246)

b 1 -

jiQa ),(

i +-

i --

) 1)

( (*2

) 1)

P N

[ ( (*2),(

(cid:229)

](cid:247)(cid:247)

1 1(

b )

2 p

jkQa 1 +=

x (cid:230) D (cid:231) 2 Ł

1 b - (cid:246) (cid:247) ł

au N

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

HƯỚNG ĐÔNG

1 b -

),( jiQa

j +-

j --

) 1)

( (*2

) 1)

C D

P D

[ ( (*2),(

(cid:229)

](cid:247)

1 1(

) b

2 p

kiQa 1 +=

x (cid:230) D (cid:231) 2 Ł

1 b - (cid:246) (cid:247) ł

au D

(cid:230) (cid:231) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) ł

265

HƯỚNG TÂY

1 -

(cid:246)

1 -

iQa

),( j

,( kiQa

) 1) +

( (*2

) 1) -

C T

P T

[ ( (*2)

(cid:229)

](cid:247)(cid:247)

1 1(

)

2 p

1 =

x (cid:230) D (cid:231) 2 Ł

1 - (cid:246) (cid:247) ł

au T

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

HƯỚNG ĐÔNG BẮC

1 -

iQa ,(

)

iQa (

jk ,

) 1

( *2

) 1

[ ( *2)

(cid:229)

1 1(

)

2 p

1 =

x (cid:230) D (cid:231) 2 Ł

(cid:246) (cid:247) ł

(cid:230) (cid:231) Ł

](cid:247) (cid:246) ł

266

HƯỚNG ĐÔNG NAM

iN - 0

(cid:246)

1 b -

),( jiQa

(

kjkiQa +

) 1

( *2

) 1

P DN

[ ( *2)

(cid:229)

](cid:247)(cid:247)

) b

2 p

1 =

x (cid:230) D (cid:231) 2 Ł

1 b - (cid:246) (cid:247) ł

1 au 1( DN

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

HƯỚNG TÂY NAM

iN - 0

(cid:246)

1 b -

),( jiQa

(

kjkiQa +

) 1

( *2

) 1

P TN

[ ( *2)

(cid:229)

](cid:247)(cid:247)

1 1(

) b

2 p

1 =

x (cid:230) D (cid:231) 2 Ł

1 b - (cid:246) (cid:247) ł

au TN

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

1 -

jiQa ),(

(

kjkiQa -

HƯỚNG TÂY BẮC ) 1

( *2

) 1

P TB

[ ( *2)

(cid:229)

1 1(

b )

2 p

1 =

x (cid:230) D (cid:231) 2 Ł

1 - (cid:246) (cid:247) ł

au TB

(cid:230) (cid:231) Ł

](cid:247) (cid:246) ł

267

BẢNG HỆ SỐ SMITH

a b

Loaïioånñònhkhí quyeåntheoPasquill

A 0.4 0.91

B,C 0.33 0.86

D 0.22 0.80

Khi đó nồng độ tạitâmô vuông (i,j) đượctính theocôngth ức

,( JI

C T

268

E,F 0.06 0.71

MÔ HÌNH CHẤT LƯỢNG NƯỚC (I)

BùiTáLong

269

Nộidung

1. Mởđầ u 1. Mởđầ u

2. Cáckháini ệm cơ bản 2. Cáckháini ệm cơ bản

3. Môhìnhch ất lượng nước đơngi ản 3. Môhìnhch ất lượng nước đơngi ản

270

4. Bài tập 4. Bài tập

Mởđầ u

§ Hiệnnay ch ất lượng nước đanglà v ấn đềđượ cquantâm

nghiên cứu.

§ Theo tổ chứcy t ế thế giớikho ảng30% dân s ố cònthi ếu nước ănvà h ơn35% không đủ nước sạch(400 tri ệu người mắc bệnh đườngru ột, giun: 200 triệu, sốtrét:100 triệu, bệnh tả: 20 –40 tri ệu/năm).

271

§ Để bảo vệ nguồntàinguyên n ướcvàki ểmsoátô nhi ễm nước cầnph ảibi ết đánhgiách ất lượng nước, kiểmsoát cácngu ồngâyô nhi ễm. Ở đâymôhìnhch ất lượng nước có mộtý ngh ĩaquantr ọng.

Thuậtng ữ, cơ sở pháplý

§ ISO 6107-3:1993: TCVN 5982-1995. Chất lượng nước,

thuậtng ữ -ph ần3.

§ ISO 6107 –6:1980: TCVN 5985 –1995-Ch ất lượng

nước, thuậtng ữ-ph ần6.

§ TiếngAnhtrong k ỹ thuậttàinguyên n ước(tácgi ả: Bùi CôngQuang, Tr ần MạnhTuân, NXB. Xây d ựng2001). § Từ điểnmôitr ườngvàpháttri ển bền vữngAnh –Vi ệt,

272

NXB KH & KT.

ĐẶC TÍNH CHUNG CỦA THỂ NƯỚC

(cid:155) Nướcsông được đặctr ưng bởi hướngdòngch ảyvà độ sâu

tương đối của lớp nước(t ừ 0.1 m/s tới2-3 m/s);

(cid:155) Dòng chảythay đổiliên t ụctheokhônggianvàth

ờigian. Di ễnra

sự xáotr ộnliên t ụctheoph ương đứngnh ờ dòng đối lưuvà dòng rối. Ngoàira s ự xáotr ộntheoph ươngngangdo s ự hợp lưuhay nh ững nơisông r ộng.

(cid:155) Kíchth ước củath ủy vựcvàkhí h ậuquy ết định đặctínhth ủy

động của mỗi dạng nước.

§ Đặctínhth ủy động

273

§ Đặctínhhóalý § Đặctínhsinh h ọc

Đặctínhhóalý

§ Thông số vậtlý : màu sắc, mùi vị, nhiệt độ của nước, lượngcácch ất rắn lơ lửngvàhòatan trong n ước, cácch ất dầu mỡ trên bề mặt nước.

§ Cácthông s ố hóa học: phảnánhnh ững đặctínhhóa h ọc hữu cơ và

vô cơ của nước.

§ Đặctínhhóa h ữu cơ của nướcth ể hiệntrongquátrình s ử dụngôxy hòatan trong n ước củacáclo ạivi khu ẩn, vi sinh vật để phân hủy cácch ất hữu cơ. Cácthông s ốđặ ctr ưng ở đâylà: Nhu c ầuôxysinh họcBOD (mg/l), nhu c ầuôxyhóa h ọcCOD (mg/l), nhu c ầuôxy t ổng cộngTOD (mg/l), t ổng số cáccácbon h ữu cơ TOC (mg/l). Trong cácthông s ố trên, BOD làthông s ố quantr ọngnh ất.

§ Đặctínhhoávô c ơ của nướcbao g ồm độ mặn, độ cứng, độ pH, độ axít, độ kiềm, lượngch ứacácion, mangan(Mn), Clo(Cl), Sunfat (SO4)…

274

Đặctínhsinh h ọc

§ Thông số sinh học: gồmlo ạivà m ật độ củacácvi khu ẩn

275

gây bệnh, cácvi sinh v ậttrong m ẫu nướcphântích.

Phânlo ạingu ồn nước

§ Tùytheo m ục đích sử dụng đượcchiathànhcáclo ại

nguồn nước: cấpchosinhho ạt, nuôitr ồngth ủy sản …

§ Theo độ mặn: n ướcng ọt, nước lợ và nước mặn. § Theo vị tríngu ồn nước: nguồn nước mặt(sông, su ối, ao,

276

hồ ….), nguồn nước dưới đất.

Các nguồn gây ô nhiễm Water Pollution Sources

§ Cáckh ối nướcnh ư sông, hồ hay bãi n ướccóth ể bị ô nhiễmdo cácngu ồn từ nơikhácch ảyvào, ví d ụ như sôngcóth ể bị ô nhiễmdo s ự lắng đọng từ khôngkhí, vàcóth ể bị ô nhiễmdo s ự trao đổiô nhi ễmdo bùn l ắng phùsa t ừ đáy.

§ Cácngu ồnch ảyvàocóth ểđượ cchiarathành:

277

nguồn điểm hay nguồnkhông điểm, phụ thuộcvào điềuch ấtô nhiễm được đổ vàonh ư mộtdòng t ậptrung d ưới dạng ống cốngriêngbi ệthay ch ấtô nhi ễm đổ xuốngsông t ừ dòngch ảytràn t ừ bề mặt đất vớicácch ấthóa h ọcvà sinh họctrong đó.

Nướcth ải từ nhàhàng, ch ợ

278

Nướcth ảicôngnghi ệp

279

Nướcth ảisinhho ạt

280

Cáckháini ệm cơ bản

281

Một số kýhi ệu

§ BOD (Biochemical Oxygen Demand) –nhu c ầuoxy

sinhhóatoànph ần(mg/l);

§ BOD đạidi ệnchonh ữngthànhph ầncóth ể phân ủysinh

hủysinh h ọc. Nếucóoxy, quátrìnhphân h học sẽ đòi hỏi một lượngoxy t ương ứng với lượng giảmBOD;

§ BOD5 –Nhu c ầuoxy sinhhóasauth ờigian5 ngày

(mg/l);

§ COD (Chemical Oxygen Demand )–nhu c ầuoxy

hóa học(mg/l);

§ DO (dissolved oxygen) – Nồng độ oxy hòatan

(mg/l);

282

Khốith ể tích nước

cu dd zy

[

ddd ] zyx

¶ x ¶

mg 3 m

m s

mg s

§ Xét mộtkh ốith ể tích. Chất lượng nướctrongth ể tíchph ụ

thuộcvàokh ối lượng củach ấtô nhi ễm.

§ Mô hìnhch ất lượng nước cầnth ể hiệnkh ối lượng củach ất

đótrong y ếu tố thể tích

283

§ Sự thay đổikh ối lượng đượctínhtoán b ằng sự chênh lệnh giữadòngkh ối lượngnh ậpvàovàxu ấtrakh ỏith ể tích.

Quá trình hình thành chất lượng nước

§ Khối lượng đượcdòngch ảy vậnchuy ểntheocácthành

phầnvéct ơ vận tốc U(U, V, W). Quátrìnhnày được gọilà quátrìnhchuy ển tải(advection) . Khối lượngchuy ển tải theoph ươngx b ằngC x U x dy x dz. Trong đóC là n ồng độ chất đangxét.

§ Cácthànhph ầnkhác được gọilà phântán . Cóhaithu ật ngữ cầnphânbi ệt: diffusion (khuếchtán), dispersion (phântán).

đềudo xung độnggâyra

284

§ Phân tán đượcdùngch ỉ tác động kết hợpgi ữakhu ếchtán phân tử (molecular diffusion) vàkhu ếchtán r ối(turbulent diffusion). Cả haiquátrìnhnày theo địnhlu ậtBrown v ề khuếchtánphân t ử do ảnh hưởng củagradient n ồng độ.

tuânth ủđị nhlu ậtFick

§ Quátrìnhphântán § Cácquátrình v ậnchuy ểncácch ấtvào n ước: Thủy

phân(ph ản ứngtrao đổigi ữa nướcvàcáclo ạikhoáng chất); hòatan (phá h ủy cấutrúc m ạngtinhth ể củacác loạimu ốivàphânlythànhcác d ạngion)

§ Cácquátrìnhtáchcác v ậtch ấtrakh ỏingu ồn nước :

285

bao gồmcácquátrình l ắng đọng(do t ỷ trọng, nồng độ vuợtgi ới hạnbãohòa, quátrình h ấpth ụ, quátrìnhkeo tụ, cácquátrìnhph ản ứnggi ữacác h ợpch ấtvàcác quátrìnhsinhtháich ất lượng nước…)

Chất hữu cơ

§ Cácch ất hữu cơ (organic wastes): cácch ấtth ảicó

nguồn gốc từ cácsinh v ật sốngho ặcch ết. Khi được đưavàongu ồn nước, cácch ất hữu cơ sẽ làmcho cácvi sinh v ậthi ếukhípháttri ển. Cácvi sinh v ật này sẽ tiêuth ụ oxy làmcho l ượngoxy hoàtan s ẽ giảmxu ốngchonêncá s ẽ dần dầnbi ến mất. Khi phần lớn lượngoxy hoàtan gi ảm đithìcácvi sinh vật kỵ khí sẽ biến đổicác h ợpch ấtcóch ứa lưu huỳnhthành H 2S làmcho n ướccómùi...

286

Chất dễ phânhu ỷ sinh học

§ Chất dễ phânhu ỷ sinh học (readily biodegradable substances): chấtcóth ể bị phânhu ỷ sinh học đến một mức độ nhất địnhnào đótheocácphépth ử đã định đối vớikh ả năngphânhu ỷ sinh họchoàntoàn. § Sự phânhu ỷ sinh họchoàntoàn : sự phânhu ỷ sinh

học dẫn đến sự vô cơ hoáhoàntoàn.

§ Phân huỷ bậcnh ất: sự phânhu ỷ cấutrúcphân t ử của mộtch ất đến mức dộđủđể loại bỏ mộttính chất đặctr ưngnào đó.

287

Hằng số tốc độ phânhu ỷ K1

§ Hằng số tốc độ phânhu ỷ cácch ất hữu cơ k1 là đại lượng đặctr ưngcho t ốc độ củaph ản ứngphânhu ỷ cácch ất hữu cơ dễ phânhu ỷ sinh họcdo cácvi ảy đượcxác định sinh vậthi ếukhítrongdòngch trong điềuki ện tĩnhtrongphòngthínghi

ệm.

288

Hiện tượng nạp khí (oxy từ không khíxâmnh ậpvào n ước mặt)

§ Nạpkhí(Reaeration) là

quátrình v ậtlý(chuy ển hóakh ối lượng) củaoxy từ khíquy ểnvàokh ối nước.

§ Để sử dụngcácmôhình chất lượng nướcsông cầnthi ếtph ảixây d ựng phươngpháptínhtoán hệ số tốc độ hòatan oxy qua mặtthoáng. (ngày -1)

289

Môhìnhch ất lượng nước đơngi ản(môhìnhBOD/DO đơngi ản)

290

Đặc điểm

§ Loạimôhìnhnàyliên

quan đến nồng độ oxy trongsôngvàsu ối § Mô hìnhch ất lượng nước đầutiênxemxét mốiquan h ệ BOD/DO trong một hệ thống sông đã đượcphát triển bởiStreeter Phelps năm1925.

291

Cácgi ả thiếttr ợ giúplàm đơngi ản hóamôhìnhStreeter Phelps

§ Chỉ có mộtngu ồnô nhi ễm tồn

tại. Tảitr ọngô nhi ễmkhông đổi đượcth ảira ở một điểmcho trước. Sôngkhông cónhánh. Vận tốcdòngch ảykhông đổi.

§ § § Mặt cắtngangdòngsôngcoi

292

như không đổi.

Tiếptheo

§ Sự khuếchtán t ạo điều kiệncho n ồng độ BOD vàDO coinh ưđồ ng đềutrong m ặt cắt của sông.

LK .1-= t

dL t dt

§ Sự phân hủysinh h ọc diễnratrongsôngcó bậcnh ấtvàngoàira khôngcó s ự thamgia củacácquátrìnhkhác.

293

PhươngtrìnhStreeter -Phelps

.1-= LK t

= 1

DKLK t -

dL t dt

dD dt

§ Dt = Cs – Ct § Cs = nồng độ oxy bãohòa § Ct = nồng độ oxy ở thời điểm t § Lt = nồng độ chất hữu cơ, được đo bằngBOD ở thời

điểm t

§ K1 = hệ số tốc độ phân hủycácch ất hữu cơ hay hằng số tốc độ tiêuth ụ oxy do quátrìnhphân h ủycácch ất hữu cơ (ngày-1)

§ Ka = hệ số tốc độ hòatan oxy qua m ặtthoáng(ngày -1)

294

(gọing ắn gọnlà h ệ số thấmkhí)

t CLD

TD ,0

a RK ,

NKK ,1

LK 1

t -

DK a

dD dt

295

Một số vấn đề nảysinh

§ § §

Làmth ế nào để tính được K1 và Lt? Làmsaotínhtoánnh ữngtác động củanhi ệt độ? Làmsao ước lượng sự nạpkhí(reaeration)?

Giátr ị của K1, Ka, Lt và No được đưaracho m ột số trường hợp đặctr ưng ở Bảngsau đây.

Kýhi ệu KN là hằng số tốc độ của sự nitrathóa:

4 + 2O2 (cid:224) NO3

- + H2O + 2H+

296

NH+

Một số ký hiệu dùng trong các phương trình

§ Ka (20oC)= hệ số nạp khí(t ốc độ hòatan oxy qua m ặt

thoáng) ở 200C.

§ Ka(T)= hệ số nạp khí(t ốc độ hòatan oxy qua m ặtthoáng)

ở T0C.

297

§ v = vận tốctrungbình c ủadòngch ảy(m/s). § H = độ sâu(m). § θ = hằng số = 0.0240oC-1, 5oC

Cáchtính K a

§ Ka phụ thuộcvàonhi ệt độ, vận tốcdòngch ảyvà độ sâudòngch ảynh ưđượ c đề ratrongnh ữngph ương trình dưới đây:

1 -

20(

)

( ngay

)

26.2 2

( T

ngay

) (

( ) TK a

H v 26.2 3/2 H

298

Giátr ị của K1, Ka, Lt và No được đưaracho m ột số trường hợp đặctr ưng ở Bảngsau đây.

KN là hằng số tốc độ của sự nitrathóa:

4 + 2O2 (cid:224) NO3

- + H2O + 2H+

299

NH+

Cáchtính K 1, KN

Để tính K1

Để tính KN

1.05

1.06 - 1.08

KT (tại 200C)

No là nồng độ ammonium và L0 là nồng độ chất hữu cơ đo bằngBOD ban đầu. K1 và KN phụ thuộcvào nhiệt độ T:

T 05.1

T 06.1

) C

( ) KTK = 1 ( ) KTK

( 0 20 ( 0 20

· )

300

Giátr ị đặctr ưng K1, KN, No và Lo (ở nhiệt độ 20oC)

Nước

thải

0.35 –0.40

0.15 –0.20

80 –120

150 –250

đôth ị

0.35

0.10 –0.25

70 –120

75 -150

thải Nước đôth ị đã xử lý cơ học

0.10 –0.25

0.05 –0.20

60 –120

10 –80

thải Nước đôth ị đã xử lýsinh h ọc

Nước uống

0.05 –0.10

0.05

0 – 1

Nướcsông

0.05 –0.15

0.05 –0.10

0 – 2

0 - 5

301

TínhtoánBOD

§ Nồng độ chất hữu cơ trong nướcth ảith ường

đượcch ỉđị nh bằngBOD 5 hay BOD7, lần lượtlà lượngoxy tiêuth ụ trong5 và7 ngày.

§ Như đã đề cập ở trên, từ giả thiết sự phân hủy

tuântheoquylu ật bậcnh ấtnêntacó:

tK 1

LK .1-= t

L t

.0 eL

dL t dt

-- .1( e

L 5

KeL - . 0

302

) = BOD 5 L o

Giảiph ươngtrìnhStreeter - Phelps choDO

tK 1

= 1

DKLK t -

eLKDK = 01

dD dt

0 D 0

D t ==

0 D 0

D t ==

tK a

tK 1

„

. eD 0

)

( e

LK 1 0 K -

tK 1

K (

) eDLtKD **

Ø Œ Œ Œ º

303

Độ thiếu hụtDO c ực đại

tK a

tK 1

(cid:219)=(cid:222)

eD .0

( e

)

dD dt

LK 1 0 K -

tk 1

Dk a

eLk 1 o

dD dt

tk 1

eL o

k k

304

Điểmmà t ại đó nồng độ oxyth ấp nhấtchínhlàgi ới hạnnguy h ại

max

ﬁ

(cid:219)

dD dt

2 Dd 2 dt

§ Do D = Cs – Ct suyra C t=Cs-D, khiD max ngh ĩalà C t

min

)

K K

1 -

( KD - a 0 LK 1

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

Ø Œ º

ø œ ß

305

Có lưu ý tới sự nitrat hóa trong phương trình cân bằng oxy

.1 LK

NKa N

DK a

dD dt

§ Trong đó a làquan h ệ giữa nồng độ ammonium và lượng

oxy tiêu thụ tương ứng với phương trình

NH+

4 + 2O2 (cid:224) NO3

- + H2O + 2H+

§ a được tính là2.32/14 = 4.4mg O 2 với mỗi mg ammonium; b phụ thuộc vào sự đồng hóa vi sinh của ammonia, tỉ lệ này là4.3mg O 2 với mỗi n ammonium trong thực tế

tK a

tK N

tK a

tK 1

(

)

(

)

. eD 0

. LK 1 0 K -

. NK 0 N K K -

306

Thaybi ếnt = x/vtrongcác côngth ứctrên

§ Nước thải sau khi gia nhập vào dòng sông, có sự sự hòa trộn hoàn toàn với dòng chảy

§ Vận tốc dòng chảy là như nhau trong suốt các mặt cắt ngang dòng sông.

vxK

vxK a

KK „

. eD 0

( e

)

LK 01 K - 1

/ vxK 1

KK =

x ** v

(cid:230) KD = (cid:231) 1 Ł

(cid:246) eDL (cid:247) 0 ł

Ø Œ Œ Œ Œ º

307

Bài tập

308

Nướcth ải đượcphatr ộn với nướcsông, k ếtqu ả làBOD 5 được đo ở 25oC là25mg/l. H ằng số tốc độ thấmkhí ở nhiệt độ 15oC đượcxác định trên sông là0.8 l/ngày. Tìm L 0 và Ka ở 20oC. Sử dụng giátr ị trung gian từ bảng đã cho để đánh giácác thông s ố. Giải. K1 ở 25oC được xác định bằng phương trình tính theo K1 tại 200C K1(ở 25oC) = 0.375 * 1.055 = 0.479 L0 được xác định từ phương trình BOD5 = L0(1-e-K1*5) 25 = L0 (1 –e -0.479*5) = L0*0.91 (cid:222) L0=27 mg/l Ka ở 20oC cóth ể tính được từ phương trình Ka(T)=Ka(20)eq(T-20) 0.8=(Ka ở 20oC)e 0.025*(-5) =(Ka ở 20oC)*0.88 (cid:222) Ka(ở 20oC) = 0.91 l/ngày.

Bài tập

ếtDO bãohòa= 9.1 mg/l.

ềudòngch ảy tại đó

Nướcth ải của mộtnhàmáyphatr ộn với nướcsông, k ếtqu ả là BOD = 10.9 mg/l, DO = 7.6 mg/l. S ự phatr ộndi ễnra t ạinhi ệt độ 20(cid:176)C, tốc độ phân hủycácch ất hữu cơ trên sông đượcxác định là0.2 ngày -1. Vận tốctrungbình c ủadòngch ảylà0.3 m/s, độ sâutrungbìnhlà3.0 m. Chobi §Hãy tínhth ờigianvàkho ảngcáchtheochi độ thiếu hụtlà c ực đại? §Hãy tìmgiátr ị nhỏ nhất củaoxy hòatan (DO)?

309

Bàigi ải

§ Độ thiếu hụtban đầu

Do = 9.1 –7.6 = 1.5 mg/L

§ Đánhgiá h ệ số tốc độ hòatan oxy qua m ặtthoáng(ngày -1)

( T q e

(cid:222)

) ( 1 - ngay

)

( ) TK a

20 -

) 20

( q e

33.0

( ) 20

)1- ( ngay

v 26.2 3/2 H 26.2 3.0 · 3/2 0.3

310

Bàigi ải(ti ếptheo)

§ Tínhth ờigiankhi độ thiếu hụt đạt cực đại với tc:

(

)

1 KK - a 1

K a K 1

KKD - a 1 LK 1 o

(cid:236) ln (cid:237) (cid:238)

ø œ ß

Ø 1 Œ º

(cid:252) (cid:239) (cid:253) (cid:239)(cid:254) )2.0

)2.0

33.0 2.0

- 9.10

1 33.0( -

33.0(5.1 2.0 ·

Ø 1 Œº

ø œß

(cid:236) ln (cid:237) (cid:238)

(cid:252) (cid:253) (cid:254)

ngay

= x

13.3 vt

0.3

m/s

86,400

.133

ngay

81,129

s/ngay ·

311

Bàigi ải(ti ếptheo)

§ Giátr ị nhỏ nhất củaDO c ũng đạt đượckhi D c là lớnnh ất

Độ thiếu hụtDO c ực đạilà:

(0.2day

)(3.13days

)

tK 1

9.10(

mg/L)

D c

eL o

2.0 33.0

K K

9.10(

mg/L)

527.0

48.3

mg/L

2.0 33.0

62.5

/ Lmg

48.31.9 -

min

312

BÀI TẬP 3

Khucôngnghi ệpA có x ả nướcth ảivào m ột đối tượngti ếpnh ậnlà m ột con kênh. Lưu lượngdòng n ướcth ảilà14400 (m 3/ngày), BOD5 ở nhiệt độ 200C là40 mg/l, n ồng độ oxy hòatan trongdòng n ướcth ải là2.5 (mg/l) nhi ệt độ củadòng n ướcth ảilà24 (

0C) .

độ sâu2.5

Dòngch ảy củacon kênhcó l ưu lượnglà2000 (m 3/giờ), BOD5 ở 200 là 2.5 (mg/l), nồng độ oxy hòatan là7.5 (mg/l). Nhi ệt độ dòngch ảylà 22 (0C). Dòngch ảycó v ận tốctrungbìnhlà0.3 (m/s), (m).

Biết rằng sự hòatr ộnhoàntoàndi ễnra t ứcth ời. Lấy hệ số tốc độ phân

hủycácch ất hữu cơ K1 tạinhi ệt độ 200C là0.15 (ngày -1) .

Hãytính: 1/ Hệ số Ka tạinhi ệt độ 200 C theocôngth ứcJorgensen S.E.

20(

)

( ngay

K a

26.2 2

H trong đóv (m/s) là v ận tốctrungbình c ủadòngch ảy, H (m) –là độ sâu

trungbình c ủasông.

2/ Lưu lượngphatr ộngi ữa nướcth ảivà n ướcsông.

313

3/ BOD5 phatr ộn tạinhi ệt độ 200C. 4/ Tính nồng độ chất hữu cơ ở thời điểmban đầusaukhi

có sự phatr ộn(L 0).

5/ Nồng độ oxy hòatan phatr ộnban đầu. 6/ Nhiệt độ phatr ộngi ữa nướcth ảivà n ướcsông. 7/ Hệ số tốc độ phân hủycácch ất hữu cơ K1 (ngày -1) sau

khicó s ự phatr ộn.

314

8/ Hệ số thấmkhí K a saukhicó s ự phatr ộn. 9/ Độ thiếu hụtoxy ban đầusaukhi có s ự phatr ộn 10/ Thờigian đại được sự thiếu hụtoxy c ực đại 11/ Độ thiếu hụtoxy c ực đại 12/ Khoảngcách n ơi đódi ễn ra độ thiết hụtoxy c ực đại

Bảng1. N ồng độ oxybãohòatrong nướcnh ư mộthàm s ố củanhi ệt độ

Nồng độ oxybãohòa(mg/l)

STT

Nhiệt độ 0C

10.0

9.7

9.5

9.4

9.2

9.0

8.8

8.7

8.5

8.4

315

Bàigi ải

1/Tính hệ số Ka(20oC)

3,0

326

( 20

)

( ngay

K a

· 3/2

26.2 H

26,2 3

2/Lưu lượngphatr ộngi ữa nướcth ảivà n ướcsông:

1500

400

1500

1900

(

3 hm /

)

9600 24

3/BOD5 phatr ộn ở nhiệt độ 20oC:

400

1500

BOD

(95,8

lmg )/

35 + 1900

316

4/Nồng độ chất hữu cơ ở thời điểmban đầusaukhicó s ự phatr ộn: Từ BOD5= Lo(1-e-K

5) 1

(96,16

lmg )/

Lo =(cid:222)

5 ·

95,8 15,0 - e

)

5/Nồng độ oxy hòatan phatr ộnban đầu:

400

1500

(74,6

lmg )/

max

2 +· 1900

6/Nhiệt độ phatr ộngi ữa nướcth ảivà n ướcsông:

400

1500

(42,22

)

max

+ 1900

317

7/Hệ số tốc độ phân hủych ất hữu cơ saukhicó s ự phatr ộn:

42,22(

)20

42,2

20(

)

15,0

)05,1(

( 42.22

)

TKC ·

8/Hệ số thấmkhísaukhicó s ự phatr ộn:

(

)20

20(

q· eC )

4,22(024

a o 42,22(

(345.0

1 - ngay

)

( ) TK a K (cid:222)

326,0) ·

)20 - =

9/Độ thiếu hụtoxy ban đầusaukhicó s ự phatr ộn Do = DO bãohòa –DO ban đầu,

DO bãohòa tra bảng1 = 8,754(mg/l) (n ộisuy)

754

74,6

(018,2

lmg )/

Do =(cid:222)

318

10/Thời gian đạt được độ thiếu hụtoxy c ực đại:

)

K K

1 -

( KD - a 0 LK 1

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

Ø Œ º

ø œ ß

)17,0

33.0

( ngay

17,0

345,0 17,0

345,0(018 17,0

- 96,16

1 345,0 -

Ø 1 Œ º

ø œ ß

(cid:236) (cid:237) (cid:238)

(cid:252) (cid:253) (cid:254)

ctK 1

-· e

11/ Độ thiếu hụtoxy c ực đại: Dc K K

17,0

3,3

96,16

77.4

( ngay

17,0 345,0

319

12/ Khoảngcách n ơidi ễnra độ thiếu hụtoxy c ực đại:

3,3

3600

3,0

85536

(

)

v =·

320

321

Đườngcong DO

322

Streeter Phelps

= 1

DKLK t -

tK a

tK 1

„

dD dt eD . 0

)

( e

LK 1 0 K -

tK 1

) eDLtKD **

Ø Œ Œ Œ º

tK 1

D c

eL o

K ( K K

)

K K

1 -

( KD - 0 1 LK 0 a

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

Ø Œ º

ø œ ß

323

(T-20)

)

-- e .1(

BOD 5

L o

) -20

)( TK a

( q T e

( ) .20

Để tính K1

Để tính KN

1.05

1.06 -1.08

KT (tại20 0C)

324

K1 tạinhi ệt độ T = (K1 hay KN tại20 0C) KT

Nồng độ pha trộn nước thải trong nướcsông

CQCQ . + w r r QQ + r

ộn

§ C - nồng độ trungbìnhsaukhiphatr § Qw - lưu lượngdòng n ướcth ải § Cw - nồng độ oxy trong nướcth ải § Qr - lưu lượngdòngsông § Cr - nồng độ oxy trong nướcsông

325

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH STREETER -PHELPS

BùiTáLong, ViệnMôitr ườngvàTàinguyên

326

Nộidung

§ Sự pháttri ểnti ếptheo c ủacácmôhìnhDO/BOD § Phương trìnhcân b ằng: hệ thốngnút–dòngch

ảy

(plug –flow)

§ Một số hạnch ế môhìnhStreeter –Phelps § Mô hìnhStreeter –Phelps c ảiti ến (cid:155) Quátrìnhhô h ấp của lớpbùn đáy (cid:155) Quátrìnhoxy hóacác h ợpch ấtch ứanit ơ (cid:155) Quátrình l ắngcácch ất lơ lửng (cid:155) Quátrìnhphântán v ậtch ấttrongdòngch ảy

327

Sự phụ thuộc K1 vàonhi ệt độ T

§ Sự phụ thuộcvàonhi ệt độ T đượcxác định bằng

côngth ứcVan’tHoft-Arrhenius

§ k1 =k1,20Ө(T-20) § k1- Tốc độ tiêuth ụ oxy do sự phânhu ỷ cácch ất hữu

cơ, ngày-1

§ K1,20- Tốc độ tiêuth ụ oxy ở nhiệt độ 20oC, ngày-1 § Ө: Hệ số thựcnghi ệm (Ө ≈ 1.048)

328

Sự phát triển tiếp theo của cácmôhìnhDO/BOD

§ Thànhph ầnth ủy lực, § Sự sinhtr ưởng củaphiêusinh động vậtvàphiêu

sinhth ực vật,

§ Sự tiêuth ụ oxy củabùn đáy, § Sự lắng đọng, phântán § Sự hiệndi ện củanh ữngthành t ố cótính độc ảnh

hưởng đếnkh ả năngphân h ủysinh h ọc.

329

Môhìnhvàngu ồn gốcnghiên c ứu

Cácquátrình được lưu ý

Eckenfelder and O’Connor (1961)

Rối, sự tăngtr ưởngsinh h ọc dưới đáysông, s ự thích nghikhí h ậu củavi sinh, độcch ất

Thomas (1961)

Sự lắng đọng

Eckenfelder (1970)

Sự nitrathóa t ựđộ ng

O’Connell vàThomas (1965)

Quang hợpvàhô h ấp

Fair vàcáctácgi ả khác(1941)

Sự hấpth ụ oxy của động vật đáy

Edwards vàRolley(1965)

Sự hấpth ụ oxy của động vật đáy

O’Connor (1962)

Sự phatr ộntheochi ều dọc(s ự phântán)

Dobbins (1964)

Sự phatr ộntheochi ều dọc(s ự phântán)

Hansen vàFrankel (1965)

Profile oxy hòatan ngày đêm

O’Connor (1967) O’Connor vàDiToro (1970)

Sự phân bố theokhônggianvàth ờigiando kích c ỡ, quang hợp, hô hấp, hô hấp của động vật đáy

ờigian v ớicác điều

DOSAG I: Ủyban pháttri ển nướcthu ộcti ểuban Texas (1970)

Sự thay đổitheokhônggianvàth kiệnkhácnhau c ủadòngch ảyvànhi ệt độ

DOSAG M: Armstrong (1977)

Nhu cầuoxy hòatan, t ảitr ọngcoliform, phiên b ảnnâng cao củaDOSAG I

Lưuý chi ti ết tớicác y ếu tổ thủy động lực mộtchi ều

QUAL I: Ủyban pháttri ển nướcthu ộcti ểuban Texas (1970)

QUAL II: Quảnlýtàinguyên n ước(1973)

GiốngQUAL I + nhu c ầuoxy c ủa động vật đáy, quang hợp, bốc hơi, coliforms, phóng xạ

, N2, NO2, N,

RECEIV II : HãngRaytheon (1974)

Cácbi ếntr ạngthái: BOD, DO, NH 4 coliform tổng, chlorophyll

330

Một số kết quả về hệ số Ka ở 200C ngày-1

§ D = độ sâutrungbình c ủa

dòngch ảy, m

25.1

25.08.4

K a

O’Connor and Dobbins (1985)

§ V = vận tốcdòngch ảy, m/s

087.2

6.2

DE D

§ U* = vận tốc động lực của

Krenkel and Orlob (1963)

dòngch ảy, m/s với ED = hệ số khuếchtán r ối đứng, m2/s

Thackston and Krenkel (1966)

K a

*6.18

§ t = thờigianch ảy, ngày

Lau (1972)

1 -

1088

64.

K a

§ S = độ dốc đáy củalòng d ẫn,

Foree(1976)

m/m

116.0

2147

2.18. S

gDS

U* =

331

Côngth ứctính K a ở 200C ngày-1 theo vận tốcgió t ại độ cao10 m

2/1

782

317

0372

K a

332

W –là v ận tốcgió đo đạc tại độ cao10 m.

Sự sảnsinhoxy t ừ quátrình quang hợp

§ a là tỷ lệ mg O2 /chlorophyll a (giátr ị a nằmtrong

khoảng0.1 –0.3) (trungbình0.18)

§ µ là tỉ lệ sinhtr ưởng củaphiêusinhth ực vật (đâylà

mộthàm s ố củanhi ệt độ)

§ P là nồng độ củaphiêusinhth ực vậtth ể hiệntheo

µg chl. a/l

§ G lànhân t ố suygi ảmánhsáng.

333

P(mg 02/ l*ngày)= a* m * P (1.066)T-20 * G

Côngth ứcxác định G

( ) ) exp d-

718

= I

( ( ) exp -b- ( ) exp ed-

f ·· H e

a I/I a

§ F –chu k ỳ quang hợp(kho ảngth ờigiancóánhsángtrong

ngàytính b ằnggi ờ/24);

ở đóphiêusinhth ực vật tăngtr ưởng ở mức

§ e - hệ số mở rộng;cóth ể coi= 1.8/z s , zs –là độ sâuSecchi. § Ia – bức xạ trungbình c ủa mặttr ờitrongngàyly/ngày; § I -ánhsángmà tối đa, ly/ngày § H –là độ sâu

334

Sự hô hấp của phiêu sinh thực vật, R mg/l.ngày

1.0

Pa ···

( 08.1

)

§ a là tỷ lệ mg O2 /chlorophyll a (giátr ị a nằmtrong

khoảng0.1 –0.3) (trungbình0.18)

§ P là nồng độ củaphiêusinhth ực vậtth ể hiệntheo

µg chl. a/l (chlorophyll)

335

Nhu cầuoxy chobùn đáy

S =

SOD H

§ SOD là số g O2/m2.ngày ở nhiệt độ nước20 0C § SOD cóth ể đohay đánhgiátheo b ảng dưới đây

336

Mộtvàigiátr

ị SOD thường gặp (g oxygen/m2 ngày)

Dạng đáy

Phạmvi

Trungbình

2-10

Bùnsinhho ạt gần cốngth ải

1-2

1.5

Bùnsinhho ạt ở xa cống

Bùnvùng c ửasông

1-2

1.5

Đáycócát

0.2 –1.0

0.5

Đấtkhoáng

0.05 –0.1

0.07

337

ĐánhgiáSOD

§ Cóý ki ếncho r ằng tốc độ hấpth ụđộ c lập với nồng độ oxy

trong lớp nước bề mặt.

§ Edwards vàOwens (1965) ch ỉ ra rằng tốc độ hấpth ụ thay

đổitheo n ồng độ oxy.

§ FillosvàMolof đề xuất mốiquan h ệ sau đây đối với sự phụ

thuộc của nồng độ oxy:

SOD

SOD a

C 7.0+

SODa -lànhu c ầuoxy bùn đáyth ực tế ở nồng độ oxy làC (mg/l)

338

HỆ THỐNG NÚT –DÒNG CH ẢY

339

Phươngtrìnhcân b ằng: hệ thốngnút –dòngch ảy(plug –flow)

–

)

–

C –D+

( CQ

)

dC dt

QC xA D

( VCd dt

u -=

–

0ﬁDx

QC xA D C ¶ t ¶

CQ D xA D C ¶ x ¶

Q A

C ¶ x ¶

C ¶ t ¶

340

Xéttr ường hợpdòngch ảy dừng

C ¶ t ¶

§ r thường đượcgi ả thiếtnh ư sau:

r -=

dC dx

k u

CC =

x u

(cid:230) exp (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) ł

0 C

C x ==

341

Sự phụ thuộcC/C 0 vàox và t

x/u

ngày

x,km 0 5 10 20 30 50 100 200

C/CO 1.0 0.94 0.91 0.84 0.76 0.64 0.42 0.19

ln(C/CO) 0.0 -0.062 -0.094 -0.174 -0.274 -0.446 -0.868 -1.661

0 0.145 0.289 0.579 0.868 1.447 2.894 5.787

342

MôhìnhStreeter – Phelps cảiti ến

343

Một số hạn chế mô hình Streeter -Phelps

§ Chỉ lưuý t ới sự tiêuth ụ oxy do quátrìnhoxy hóacácch

ất

hữu cơ trongdòngch ảydo cácvi sinhhi ếukhívà s ự hòatan oxy qua mặtthoángvào n ước.

344

Quátrìnhhô h ấp của lớpbùn đáy

Dk a -

S d

D ¶ t ¶

D ¶ x ¶

DD = 0

xk a u

(cid:230) exp (cid:231) Ł

S dk a

Ø 1 Œ º

ø (cid:246) (cid:247) œ ł ß

Độ thiếu hụtD trongdòngch ảy ở điêuki ện ổn địnhlà: (cid:246) +(cid:247) ł

qS –nhu c ầuoxy c ủa lớp cặn đáy, mg O2/m2.ngày

345

qd-chi ềusâu c ủa lớp nước.

Quátrìnhoxy hóacác h ợpch ất chứanit ơ

§ Bổ sung thêmquátrìnhtiêuth

ụ oxy do quátrình

NkDk a -

oxy hóacác h ợpch ất hữu cơ cóch ứanit ơ (ammôn hóa, nitritvànitrathóa). Khi đónh ận đượcph ương trình: D ¶ t ¶

D ¶ x ¶

346

Quá trình oxy hóa các hợp chấtch ứanit ơ (tiếptheo)

§ Độ thiếu hụtoxy D trongdòngch ảy ở điềuki ện ổn

định

DD = 0

xk a u

xk N u

xk a u

Nk 0 N k k -

(cid:230) exp (cid:231) Ł

(cid:246) +(cid:247) ł

(cid:246) -(cid:247) ł

(cid:230) exp (cid:231) Ł

Ø (cid:230) exp (cid:231) Œ Ł º

ø (cid:246) (cid:247) œ ł ß

§ N – nồng độ các hợpch ấtch ứanit ơ theoNBOD,

(mg/l)

§ kN – hằng số tốc độ tiêuth ụ oxy do quátrìnhnitrat

hóa, ngày-1

347

Quátrìnhquang h ợp–hô h ấp

§ Phương trìnhmô t ả sự thiếu hụtoxy do s ự phân hủycác chất hữu cơ vàdo quátrìnhquang h ợp –hô h ấp của hệ thực vật nước

( PRDk - a

)TB

D ¶ t ¶

D ¶ x ¶

348

Quá trình quang hợp – hô hấp(ti ếptheo)

§ Sự thiếu hụtoxy trong điềuki ện ổn định:

DD = 0

xk a u

PR - k

xk a u

(cid:230) exp (cid:231) Ł

(cid:246) +(cid:247) ł

(cid:230) exp (cid:231) Ł

Ø 1 Œ º

ø (cid:246) (cid:247) œ ł ß

§ P – sảnph ẩm sơ cấp củaquátrìnhquang

hợp,mg/l.ngày

§ R – Lượngoxy tiêuhaodo quátrìnhhô h

ấp,

mg/l.ngày

Loạimôhìnhnàyth ường đượcáp d ụngtínhtoán s ự biến động về hàm lượngoxy hòatan theoth ờigiantrongngày t ạicác l ưu vựcdòng chảygiàuch ấtdinh d ưỡng với sự pháttri ển mạnhcácloàith ực vật nước

349

Quátrình l ắngcácch ất lơ lửng(ti ếp)

exp

xk r u

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) ł

- - - DD = 0 xk a u k xk r u xk a u Lk 01 k - (cid:246) -(cid:247) ł (cid:230) exp (cid:231) Ł (cid:246) +(cid:247) ł (cid:230) exp (cid:231) Ł Ø (cid:230) exp (cid:231) Œ Ł º ø (cid:246) (cid:247) œ ł ß

§ ks – tốc độ lắng đọngcácch ất hữu cơ dạng lơ lửngvà

phântántrongquátrìnhlantruy ền, ngày-1

§ k1 – tốc độ tiêuth ụ oxy do quátrìnhphân h ủycácch ất

hữu cơ, ngày-1

§ kr – tốc độ chuyểnhóacácch ất hữu cơ trongdòngch ảy,

351

ngày-1

Phương trình Streeter- Phelps chobùn đáy

ThThấấmm khkhíí

COCO22

DODODO

BOD1BODBOD11

oxy do SSựự tiêutiêu ththụụ oxy do Carbonaceous ququáá trtrììnhnh Carbonaceous

SSựự llắắngng đđọọngng ccủủaa chchấấtt hhữữuu cơcơ

Bùn đáy

NhuNhu ccầầuu oxyoxy ccủủaa bbùùnn đđááyy

352

353

MôhìnhStreeter-Phelps c ảiti ến

ThThấấmm khkhíí

COCO22

NONO33

DODODO

CBOD1 CBOD11 CBOD

NBOD2 NBOD22 NBOD

LLắắngng đđọọngng

Carbonaceous Carbonaceous Deoxygenation Deoxygenation

Nitrogenous Nitrogenous Deoxygenation Deoxygenation

Bùn đáy

NhuNhu ccầầuu oxy oxy ccủủaa bbùùnn đđááyy

1 sử dụngBOD1; 2 sử dụngBOD2

354

Nitrogenous BOD

355

Số liệu đầuvàochomôhình

Streeter-Phelps cảiti ến

356

§ SOD (Sediment Oxygen Demand) (g/m2.ngày) § CBOD (carbonaceous biochemical oxygen demand). (mg/l) § NH3 -NBOD (nitrogenous biochemical oxygen demand),

(mg/l)

§ BOD5 –5 ngày c ủaBOD (mg/l)

5 -

K 1

CBOD

( 1

)

( 1

) 57.4

BOD 5

357

Sự phụ thuộcvàonhi ệt độ

=

K T

20(20) T K q - T

Ở đó:

Giátr ị củabi ến tạinhi ệt độ, T (°C)

KT TK

Giátr ị củabi ến tại20 °C

Hằng số thựcnghi ệm với mỗinhi ệt độ do người dùng lựach ọn

358

Môhìnhlýlu ậnDO tuy ếntính

ThThấấmm khkhíí

NO3NONO33

KhoKhoáángng hhóóaa

COCO22

Org-NOrgOrg--NN

DODODO

NH3NHNH33

BOD1BODBOD11

NitritNitrit hhóóaa

SSựự tiêutiêu ththụụ oxy do oxy do carbonaceous carbonaceous

Phyto Phyto

LLắắngng đđọọngng

SSựự hôhô hhấấpp ccủủaa ththựựcc vvậậtt phiêu sinhsinh phiêu

oxy ccủủaa

NhuNhu ccầầuu oxy bbùùnn đđááyy

359

ĐầuvàochomôhìnhDO

360

TÍCH HỢP CÁC MÔ HÌNH

361

Bốnquátrìnhph ức tạp cần lưu ý

362

§ Ảnh hưởng củagió đến hệ số nạpkhí, § Sự sảnsinhoxy t ừ quátrìnhquang h ợp, § Sự hô hấp củaphiêusinhth ực vật § Nhu cầuoxy chobùn đáy

Ví dụ 1 (về sông): Bốnchutrình trong mộtmôhìnhsông

§ Áp dụngnguyênlýcân b ằng vậtch ấtcho m ột lắt cắtnh ỏ củasông. Điềunày d ẫn tới3 ph ươngtrìnhvi phânsau:

LK 1-=

N-=

NKLK -

qU- vận tốctrungbình c ủadòngch ảy qL – nồng độ cácch ất hữu cơ theoBOD qP – sảnph ẩm sơ cấp củaquátrình quang hợp qR – lượngoxy tiêuhaodo quátrìnhhô hấp qS –nhu c ầuoxy c ủa lớp cặn đáy qN – tảitr ọngammonia qKN – tốc độ tiêuth ụ oxy do nitrathóa

SRp

--+

dL dt dN dt dC dt (

)

CCK s

363

Ví dụ 2 (về hồ): xem hồ như một hệ xáotr ộnhoàntoàn

LVK 1

–

)

QC in

( CCAK s

LVK 1

dL dt dC dt

§ Trong đóW là t ảitr ọngBOD trong m ỗi đơn vị thờigian, § Q là vận tốcdòngch ảytrong h ồ, § V làth ể tích hồ, § A làdi ệntích h ồ, § WO là tất cả cácngu ồnvàovàtiêuth

ụ oxybao g ồmquang

hợp, hô hấpvànhu c ầuoxytr ầmtích.

364

Trạngthái ổn định

LVK 1

–

)

QC in

( CCAK s

LVK 1

dL dt dC dt

dL dt

dC dt

W VKQ +

–

AKC a AKQ

QC in AKQ +

s +

LVK 1 AKQ +

WO AKQ +

365

Bài tập ứng dụng

ải nướcth ảisinhho ạtra m ộtdòngch ảy

Mộtnhàmáycóth mặt. Điềuki ện xấunh ấtxu ấthi ệntrongnh ữngthángmùa hè, khi màdòngch ảych ậmvànhi ệt độ của nướccao. Dòng nướcth ảicódòngch ảy đạtlà12000 m 3/ngày, BOD5=40 mg/l (ở 20oC), nồng độ oxyhòatan là2 mg/l, nhiệt độ là to=25oC. Dòngch ảycó l ưu lượnglà1900 m 3/h, BOD5=3mg/l (ở 20oC), nồng độ oxyhòatan là8 mg/l. S ử ộn). Nhiệt độ dụng K1=0.15 (xem bảng8.1 chodòngphatr củadòngch ảy đạtmax x ấp xỉ 22oC. Sự hòatr ộnhoàn ộn) là toàn tứcth ời. Dòngch ảytrungbình(saukhi hòatr 0.2 m/s, độ sâudòngch ảylà2.5 m. N ồng độ oxybãohòa là8.7 mg/l. Hãytính độ thiếu hụtoxy c ực đạicùngth ời gian đạt được.

366

Bàigi ải

§ Tính Ka tạinhi ệt độ 200C:

( 0 20

)

( - ngay 25.0

2.0 26.2 · 3/2 5.2

§ Sự phatr ộn:

3 (h/m500

nuoc

thai )

(h/m1900

nuoc

song )

h/m2400

§ BOD5 phatr ộn

40.500

1900

l/mg7.10

+ 2400

3.20

/ lmg

5.15.0

7.10 5276

7.10 - e

( 1

)

367

Bàigi ải

§ Oxy hòatan là:

2.500

1900 8.

l/m7.6

DOmixture

+ 2400

§ Nhiệt độ phatr ộnlà:

25.500

1900

22.

0 6.22

mixture

+ 2400

§ K1 tại22.6 0 là

6.22

05.1.15.0

17.0

§ Ka tại22.6 0 là

024

6.22(

)20

e.25.0

27.0

368

Bàigi ải

) 17.0

( 27.02

25.4

1 - ngay

27.0

17.0

27.0 17.0

- 3.20.17.0

1 -

(cid:230) 1 (cid:231) Ł

§ Thờigian đạt tới hạnlà: Ø ln Œ º

ø (cid:246) =œ (cid:247) ł ß

25.4.17.0 -

tK 1

l/mg2.6

D c

eL o

e.3.20.17.0 27.0

§ Độ thiếu hụtoxy c ực đạilà: K 1 K a § Khoảngcách đạt đượclà: 3600

.2.0

m25.4.24.

73440

§ Nồng độ oxy hòatan t ại điểm tới hạnlà:

5.2

l/mg

2.67.8 -

369

MÔ HÌNH PAAL CHUYỂN TẢI -PHÂN TÁN CHẤT Ô NHIỄM CHO NGUỒN ĐIỂM

BùiTáLong

370

Nộidung

§ Xây dựngcácph ươngtrìnhtoán c ơ bản dựa trêncácqui lu ật vậtlý(ph ươngtrìnhtoánlý);

ến;

§ Trungbìnhhóacácthambi § Mô hìnhPaalchongu ồn xả điểm, cáctr ường

hợpkhácnhau;

§ Phần mềmENVIMWQ.

371

Sự truyền tải(advection), khu ếchtán (diffusion) vàphântán(dispersion)

372

Phươngtrìnhliên t ục

)

r ¶ t ¶

( u r x ¶

( v r y ¶

( ) w r z ¶

const

u ¶ x ¶

v ¶ y ¶

w ¶ z ¶

373

Khuếchtánphân t ử và địnhlu ậtFick

374

Địnhlu ậtFickth ứ 2

§ Sự thay đổi của nồng độ theoth ờigian c ủa mộtch ấttrongquátrình

khuếchtánphân t ửđượ cbi ểudi ễn bằngph ươngtrình

c ¶ t ¶

c ¶ m ¶ 2 x

§ Dạng3 chi ều

C ¶ t ¶

¶ x ¶

C ¶ x ¶

¶ y ¶

C ¶ y ¶

¶ z ¶

C ¶ z ¶

376

§ Cân bằng tỷ lệ thay đổitheoth ờigiantrongph ần tử với

(

)

(

)

(

cw )

c ¶ t ¶

¶ x ¶

¶ y ¶

¶ z ¶

§ Cácgiátr ị của nồng độ và vận tốc, mặcdùtheolýthuy ếtlà t ức

thời, thực tếđượ c đotrongcáckho ảngth ờigianng ắn. Vì vậythành phần vận tốc tứcth ờiu cóth ểđượ cbi ểudi ễn dưới dạng:

§ ở đó

'uu

T làchu k ỳ đo

dtu

+1 Tt (cid:242) T t

378

tỷ lệ thay đổi củadòngtheo3 tr ụctanh ận được:

'uu

)(' tu

dtu

+1 Tt (cid:242) T t

379

§ Tương tự

(

uc )('

(

)('

wwc )('

(

¶ t ¶

¶ x ¶

¶ y ¶

Các số hạngtrongcácngo ặc đơn() cóth ểđượ ckhaitri ểnvà tất cả các số hạngch ỉ có một thànhph ầncó d ấuph ẩy sẽ lấy trungbình b ằngzero. Ví d ụ số hạngcu’=0 thì ¶ z ¶

(

)

(

)

(

)

cu '(

cv '(

(

cw '

c ¶ t ¶

¶ x ¶

¶ y ¶

¶ z ¶

¶ x ¶

¶ y ¶

¶ z ¶

(

)

cu '(

cv '(

(

cw '

0)' =

c ¶ t ¶

c ¶ x ¶

c ¶ y ¶

c ¶ z ¶

u ¶ x ¶

v ¶ y ¶

w ¶ z ¶

¶ x ¶

¶ y ¶

¶ z ¶

380

§ Sử dụngph ươngtrìnhliên t ục:

u x

v y

w z

¶ ¶

cu '(

cv '(

(

cw '

0)' =

c ¶ t ¶

c ¶ x ¶

c ¶ y ¶

c ¶ z ¶

¶ x ¶

¶ y ¶

¶ z ¶

§ Các số hạngnh ư

'cu

biểudi ễn sựđố i lưudo cácth ănggiáng c ủa rốivà b ằngph ươngpháp t ương tự các địnhlu ậtkhu ếchtánphân t ử Fick, chúngcóth ểđượ cbi ểudi ễn bằng một hệ thốngkhu ếchtán tương đươngtrong đódòngkh ối lượngch ất tỷ lệ vớigradient n ồng độ trungbìnhvàdòngch ảytheo h ướnggradient n ồng độ trungbình. Vì vậy

381

' cv

-='

' cu

-='

' cw

-='

c ¶ y ¶ y

c ¶ x ¶ x

c ¶ z ¶ z

§ Trong đó kx, ky, kz làcác h ệ số khuếchtán r ối. Phươngtrìnhcóth ể

viết lại bằngcách b ỏ qua những gạchtrungbìnhnh ư sau:

(

)

(

)

(

)

c ¶ t ¶

c ¶ x ¶

c ¶ y ¶

c ¶ z ¶

¶ x ¶

c ¶ x ¶

¶ y ¶

c ¶ y ¶

¶ z ¶

c ¶ z ¶

kx, ky, kz không cầnthi ếtlành ư nhautheo t ất cả các hướng. Tuy nhiên, chúng sẽ có bậc lớn hơn Dm hệ số khuếchtánphân t ử. Chúng cũngcóth ể thay đổigiátr ị phụ thuộcvào v ị trítrongdòng hoặc ở cửasôngdo s ự thay đổi của hướngdòngch ảy.

(

)

(

)

(

)

cF )(

c ¶ t ¶

c ¶ x ¶

c ¶ y ¶

c ¶ z ¶

¶ x ¶

c ¶ x ¶

¶ y ¶

c ¶ y ¶

¶ z ¶

c ¶ z ¶

382

Phươngtrìnhphântán– t

ải

vớich ất bẩn

SF +

( ) 0 =

D - z

D - y

V + x

V + y

V + z

D - x

S ¶ 2 z ¶

S ¶ 2 y ¶

S ¶ 2 x ¶

S ¶ z ¶

S ¶ y ¶

S ¶ x ¶

S ¶ t ¶

§ Hàm số F(S) đặctr ưngchocácquátrìnhhóa h

ọc, sinh hóa họcvàkhác, x ảyra v ớicácch ấtô nhi ễmtrong h ệ thống nước

383

§ Đối với từngch ấtô nhi ễm cụ thể hàm số F(S) đượcxác địnhtùythu ộcvào đặctính c ủaquátrình.Trongph ần lớn được cáctr ường hợpng ườitacho r ằngquátrìnhnày miêu tả bởiph ươngtrìnhph ản ứng bậc1 (s ự ôxyhóacác chất hữu cơ, sự chết củavi khu ẩn, sự thấmkhívàv.v…)

§ Trong điềuki ệncác h ệ thống nướcch ảy(sông, kênhv.v..) V z = Vy = 0.

Khi đóph ươngtrìnhcó d ạng

V +

D -

0 =

S 2

S ¶ t ¶

S ¶ x ¶

S ¶ 2 x ¶

S ¶ 2 y ¶

¶ z ¶

§ Trong đó Vx – vận tốctrungbình ở tiếtdi ện ướt củadòngch ảy. § Hệ số phântán đượcxác định mộtcáchtrungbình đối vớiti ếtdi ện ướt

củadòngch ảy,

§ Dx , Dy , Dz khôngph ụ thuộcvào t ọa độ và đại lượng củachúngcóth ể

đượcxác địnhqua cácch ỉ số thủy lựclòngsông.

384

Phươngtrìnhmôph ỏngoxy hòatan trênkênhsông

385

Phương trình tính oxy hòa tan C

S -

V +

k + 1

C ¶ 2 z ¶

C ¶ t ¶

C ¶ x ¶

C ¶ 2 y ¶ 0

C ¶ 2 x ¶ α R +

(

C C ¶ ¶ y z ¶ ¶ ) CCk - 2 - h

§ k1 – hệ số vận tốcôxyhóach ất hữu cơ; § k2 – hệ số vận tốcth ấmkhí; § S – Nồng độ cácch ấtô nhi ễmtheo s ự tiêuth ụ ôxysinh

học(BOD);

386

§ a – hằng số ôxitrongquátrìnhquang h ợp; § R –cân b ằng bức xạ.

Phươngtrình độ thiếu hụt oxy

V +

D -

D z

D ¶ t ¶

D ¶ x ¶

D ¶ y ¶

D ¶ z ¶

D ¶ 2 x ¶

D ¶ 2 y ¶

D ¶ 2 z ¶

S - k

R 0 =a+

k 1

§ k1 – hệ số vận tốcôxyhóach ất hữu cơ; § k2 – hệ số vận tốcth ấmkhí; § S – Nồng độ cácch ấtô nhi ễmtheo s ự tiêuth ụ ôxysinh

học(BOD);

387

§ a – hằng số ôxitrongquátrìnhquang h ợp; § R –cân b ằng bức xạ.

Đơngi ảnhoábàitoánvà

đặt điềuki ện

ban đầuvà điềuki ệnbiên

388

ự thải

dừngvàcác s ố hạng

trongph ươngtrình b ằngkhôngvàquá

và

S ¶ t ¶

Nếunh ư chấtth ảixâmnh ập đềutheoth ờigianthìchúngtacó s 2 S 2 x

¶ ¶

trìnhtr ộn lẫntrongsôngkhi V y = Vz = 0 đượcmiêu t ả bằngph ươngtrình

( A )

)(

0 =

S 2

S ¶ x ¶

S ¶ 2 y ¶

¶ z ¶

Phươngtrình(A) s ẽ cho nồng độ cácch ấtô nhi ễmtheo h ướngngangvà hướngth ẳng đứng. Đối vớisôngth ườngch ấpnh ậnchi ều rộnglà l ớn hơn nhiềuso v ớichi ềusâu B >> H. Trongtr ường hợpnàycóth ể khôngtính đếnphântántheoph ươngth ẳng đứng, cóngh ĩalà ¶2S/¶z2 = 0. Khi đó phươngtrình(A) có d ạng

F (S)

S 2 y

¶ ¶

S ¶ x ¶

389

Điềuki ệnban đầu

§ S=f(x, y, z) khit = 0 vàx > 0, y > 0, z > 0.

390

§ Cũngcóth ể chấpnh ận: S = const khi t = 0.

Điềuki ệnbiên c ủaph ươngtrình

§ Điềukiênbiêntrên b ề mặtngoài, xác định sự cóhay

khôngcó m ặt sự trao đổich ấtqua b ề mặt;

391

§ Điềuki ện ở những mặt cắt đầutiên ở chỗ nướcth ải.

§ Điềuki ệnbiêntrên m ặtph ẳngbiên

( )t

S n

¶ ¶

ấm đối vớich ấtô nhi ễm

• Nếulòngsu ốilàhoàntoànkhôngth chúngtacó

S n

¶ ¶

392

smVx ( )/

394

Sct : nồng độ chấtô nhi ễmtrong n ướcth ải(mg/l)

Q : lưu lượng nướcth ải(m 3/s)

B: chiều rộng củasông(m)

Sp : nồng độ chấtô nhi ễmtrong n ướcsông ở phía

trên mặt cắtth ải(mg/l)

k1 - hệ số chuyểnhoách ấtô nhi ễm(ngày -1)

Vx –là v ận tốctrungbình c ủadòngch ảy(m/s)

H –là độ sâutrungbình c ủasông(m)

Phân bố nồng độ theokho ảngcáchcáchngu ồn

Phươngtrìnhmô t ả sự phân bố nồng độ chấtô nhi ễmlà

Sk =(cid:215)+ 1

S ¶ x ¶

S ¶ 2 y ¶

395

Nguồn nướcth ải được xả rabên b ờ sông với lưu lượng nướcth ảilàq, n ồng độ chấtô nhi ễmtrong chất lỏngth ảilà S CT, nồng độ chấtô nhi ễmtrong nướcsông ở ngayphíatrên m ặt cắt xả nướcth ải Sp. Khi đó, điềuki ệnban đầulà:

,( yxS

)

(

)

xx =

yy =

0 ,

qS CT HV x

396

(xo,yo) là vị tríngu ồnth ải.

(0,-B/2) là vị tríngu ồnth ải.

Điềuki ệnbiên:

smVx ( )/

,( yxS

)

(

)

B 2

qS CT HV x

S ¶ yy ¶

–=

B 2

¥ﬁx

S ¶ x ¶

397

(cid:230) (cid:231) Ł

k 1

x V

§ Giả thiết rằng nướcth ải được xả ratrên b ờ phải củasông. Trong trường hợpnày s ự phân bố cácch ấtô nhi ễmth ủyhóa đượcxác địnhtheocôngth ức (đơngi ảnxem S p = 0) B (cid:246) + (cid:247) 2 ł xD y

qS CT xDVH p x

erf

(cid:230) (cid:231) (cid:231) exp (cid:231) (cid:231) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) (cid:247) (cid:247) (cid:247) (cid:247) ł

x xD y

(cid:246) (cid:247) (cid:247) ł

(cid:230) (cid:231) (cid:231) Ł

x -

Erf

)( x

d x

exp(

xf (

))

xfe )(

x (cid:242) 0

2 p

§ Nồng độ cực đại đạt đượckhiy = -B/2

max

k 1

smVx ( )/

x V

qS CT xDVH p x

(cid:230) (cid:231)(cid:231) exp Ł

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

erf

x xD y

(cid:230) (cid:231) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) (cid:247) ł

398

Độ thiếu hụtoxy

x V

k 1 -

(cid:230) (cid:231)(cid:231) exp Ł

(cid:246) +(cid:247)(cid:247) ł

(cid:230) (cid:231)(cid:231) exp Ł

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

Ø Œ º

(cid:236) (cid:239) (cid:237) (cid:239)(cid:238)

(cid:230) (cid:231) Ł

x V

xDVH

B (cid:246) (cid:247) 2 ł xD y

(cid:230) (cid:231)(cid:231) exp Ł

(cid:246) (cid:247)(cid:247) ł

ø œ ß

(cid:252) (cid:239) (cid:253) (cid:239)(cid:254)

erf

(cid:230) (cid:231) (cid:231) exp (cid:231) (cid:231) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) (cid:247) (cid:247) (cid:247) (cid:247) ł

x xD x

(cid:230) (cid:231) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) (cid:247) ł

399

Một số côngth ứctính D y

§ Để tínhtoánth ựcti ễn đề nghị sử dụngcôngth ứcBansal[1971] ở

dạnglogarit

547,3

378,1

B H

(cid:230) lg (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) ł

y HV x

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

(cid:246) -=(cid:247)(cid:247) ł

hoặc ở dạnghi ện:

3478

BHV x 3524 H

(cid:230) (cid:231) Ł

,1 (cid:246) (cid:247) ł

400

§ Theo số liệu củaKaraushevA.V. [1946] h ệ số phântánxác định

theocôngth ức

y =

gHV x 76,12C

trong đóC – h ệ số Chezy.

C =

6/11 R n

trong đóR –làbánkínhthu

ỷ lực.

401

)

smV x (

§ Sự xả nướcth ải xảyra t ừ khoảngcách t ừ bờ. Theo sơđồ này sự

phân bố nồng độ cácch ấtô nhi ễmph ụ thuộcvàovi trí x ả y0 = -B/2 +b. Giảibàitoánbiênta

được

2 (cid:246) Vb (cid:247) ł

(cid:230) (cid:231) Ł

k 1

x V

B 2 xD y

qS CT xDVH p x

B-b

(

erf

(cid:246) (cid:247) (cid:247) (cid:247) (cid:247) (cid:247) ł

(cid:230) (cid:231) (cid:231) exp (cid:231) (cid:231) (cid:231) Ł

x xD x

) xD y

(cid:230) (cid:231) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) (cid:247) ł

(cid:230) (cid:231) (cid:231) Ł

402

XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍCH HỢP GIS, CSDL MÔI TRƯỜNG VÀMÔ HÌNH TOÁN TRÊN VÍ DỤ CAP, ENVIMAP

403

BùiTáLong

Nộidung

1. Mụctiêu 1. Mụctiêu

2. Phươngphápti ếp cận 2. Phươngphápti ếp cận

3. Nộidung 3. Nộidung

404

4. Giớithi ệuph ần mềmENVIMAP 4. Giớithi ệuph ần mềmENVIMAP

Mụctiêu

405

§ Xây dựng các Hệ thống thông tin –mô hình môi trường tích hợp với GIS thành một công cụ duy nhất cho người sử dụng trên những ví dụ các phần mềm ENVIMAP 3.0, ENVIMWQ 3.0.

Phươngphápti ếp cận

§ Để xemxét ứng dụng cụ thể của CNTT trongcôngtácqu ảnlýmôi trường, côngngh ệ, kỹ thuậtmôi trườngtrongbàigi ảngnàybày m ột số ứng dụng cụ thể.

§ Trongbàigi ảng đưaracáchti ếp cận gần vớith ực tế. Hiệnnay t ại nhiều nướctrênth ế giớiph ương pháp kết hợpgi ữa số liệuquan trắc, GIS, môhình đang đượcquan tâm đặcbi ệt.

§ Nộidung bàigi ảngnày r ất gần với cácki ếnth ức củasinhviên được họctrongcácmôn h ọckhác, đặc đánhgiá biệtlàmônmôhìnhhóa, tác độngmôitr ường. Sinhviênnên kết hợpxemsáchthamkh ảo, slide bàigi ảng bằngfile powerpoint

406

Nộidung

§ Mụctiêu c ủaph ần mềmENVIMAP § Sơđồ cấutrúcvàcácch ức năngchính c ủaph ần mềm

ENVIMAP

§ Cácch ức năng tạo đối tượngqu ảnlýtrongENVIMAP § Nộidung báocáo đượcth ựchi ệntrongENVIMAP § Tínhtoánmôph ỏngch ất lượngkhôngkhítrong

ENVIMAP

407

§ Cácch ức năng hỗ trợ kháctrongENVIMAP § Một số chức năng mới củaphiên b ảnENVIMAP 3.0

Xuất xứ

§ Phần mềmENVIMAP phiên bản1.0 (ENV ironmental Information Management and Air Pollution estimation) ra đời năm2003 d ựatrên c ơ sở nâng cấpvàch ỉnh sửaph ần mềm CAP 2.5.

§ Tháng11/2005 ph ần mềm

ENVIMAP 1.0 đượcnâng c ấp thànhphiên b ản mới2.0 § Tháng 10/2006 ENVIMAP

đượcnâng c ấpthành b ản3.0

408

Mụctiêu c ủaENVIMAP

§ Quản lý các nguồn thải cố định (cụ thể làcác ống khói). § Cho phép tính toán ảnh hưởng của các nguồn thải lên

bức tranh ô nhiễm chung.

§ Cho phép tính toán ảnh hưởng của các nguồn thải tại

những vị trí cố định (gọi làcác v ị tríki ểm tra, kiểm soát). § Thực hiện các báo cáo về các nguồn thải cũng như các

kết quả tính toán.

§ Nhận và lưu trữ các dữ liệu liên quan tới khí tượng; § Tích hợp các văn bản pháp lý liên quan tới quản lý chất

409

lượng không khí;

Sơ đồ cấu trúc ENVIMAP

410

Cấutrúc d ữ liệu

411

Môhình

MÔ HÌNH

MÔ HÌNH BERLIAND

412

Cácch ức năng tạo đối tượng

quảnlýtrongENVIMAP

§ ENVIMAP đượcthíchnghi v ới mộtvùng c ụ thể

đượcth ể hiệnthôngqua b ản đồ GIS củavùng đó (ví dụ bản đồ GIS củaTp. Đà Nẵng).

§ Các dữ liệu bản đồ này đượcth ựchi ện từ các đề tài, dự ánkhác, theochu ẩnVN2000. Các d ữ liệu này được kế thừavà đưavàoph ần mềm ENVIMAP.

413

Tạo đối tượng

414

Nộidung báocáo được thựchi ệntrongENVIMAP

§ Kếtqu ả quantr ắcch ất lượngkhôngkhí t ạicác điểmquan

trắc(m ộthay nhi ềutr ạm).

§ Kếtqu ả tínhtoán(n ồng độ) chấtô nhi ễm tạicác điểm kiểmsoát; (lúcxu ất kếtqu ả ramànhìnhchophépuser chọnnh ữngthôngtin liênquan t ớicácngu ồnth ải, thông tin liênquan t ớicác điểmki ểmsoát, kho ảngcách t ừ các điểmnày t ớicácngu ồnth ải, chất đượcch ọnchotính toán, điềuki ệnkhí t ượnglúctính, ngàygi ờ tính) (trong báocáo c ũngin raTCVN đối vớich ấtô nhi ễmnày)

§ Kếtqu ả tínhtoán n ồng độ cực đạich ấtô nhi ễmkhôngkhí

ốngkhói(tínhtheomôhình

đượctínhdo nhómcác Berliand);

415

§ ChophépUser l ựach ọnthêm m ột số chức năngnh ư: thể hiện dưới dạng đường đồng mức, có lưới, đường đồng mức đượctô đặchay khôngtô đặc, đường đồ thị.

Qui trìnhnh ập số liệu đo đạc – làmbáocáotrongENVIMAP

416

Tínhtoánmôph ỏngch ất lượng

khôngkhítrongENVIMAP

§ Mô hìnhBerliandtínhtoán m ốiquan h ệ giữa“ngu ồnth ải điểm”–“n ơiti ếpnh ận”.

417

Các bướcth ựchi ệnmô hìnhhóa

ỏng(ngày,

§ Lựach ọnth ờigianchotínhtoánmôph tháng, năm), (giờ: 1 trong4 kho ảng)

ịch bảntínhtoán.

§ Xác địnhcác ốngkhóithamgiavào k § Tải dữ liệukhí t ượng từ CSDL. § Trướckhitính c ầnchophépng ườidùnghi ểnth ị bảng

418

cáctham s ốđầ uvàothamgiavàoquátrìnhtínhtoán gồmcácnhóm:

§ Bắt đầutínhtoán: chophéphi ệnth ị một số thôngbáo

ị cực đại để

lênmànhìnhtheoth ờigian(tính đượcbaonhiêu%). Kếtqu ảđượ cth ể hiện bằngcác đường đồng mức. Mặc địnhtheoTCVN ( được đưavàoCSDL tr ước đó) ví dụ:mức1: 0.1 * TCVN, m ức2: 0.5 * TCVN, m ức3: TCVN, mức4: 2*TCVN,…. Choin ragiátr người sử dụngcóth ểđị nh hướng.

419

§ Lưu lạithànhfile (saukhing ười sử dụngch ọnph ương áncu ốicùng để hiểnth ị kếtqu ả). File kếtqu ả cầnin l ại cáctham s ố Input thamgiavàoquátrìnhtínhtoán c ũng như in ra kếtqu ả tínhtoán d ưới dạngText vàGraphics (sự phân bố chất bẩntheokho ảngcách đối với từng nguồnth ải cũngnh ư tác động tổng hợpdo nhi ềungu ồn thải).