Mô hình hóa môi trường

1
NỘI DUNG BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ
TSKH. BÙI TÁLONG
2
NỘI DUNG VÀTHỜI 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 VÍDỤCAP, ENVIMAP (5 TIẾT)
 TÀI LIỆU THAM KHẢO
3
MỐI LIÊN HỆ GIỮA MÔN HỌC
VÀCÁC MÔN HỌC KHÁC
MÔ HÌNH, MÔ HÌNH HÓA VÀMÔ HÌNH
HÓA CÁC QUÁTRÌNH MÔI TRƯỜNG
BùiTáLong,
ViệnMôitrườngvàTàinguyên
5
Tổngquanvềmônhọc
1. Mụctiêu
1. Mụctiêu
2. Nộidung
2. Nộidung
3. Phươngphápnghiêncứu
3. Phươngphápnghiêncứu
4. Ki mtra

4. Ki mtra
6
Mục ñích
 Cơ sở lýluậnvàthựctiễncủaphươngpháp
môhìnhhóamôitrường;
 Biếtcách ứngdụngcụthể củamôhìnhtrong
côngtácquảnlýmôitrườnghiệnnay;
 Ứngdụngmộtsốphầnmềmtínhtựñộng
hóatínhtoánô nhiễm, quảnlýmôitrường.
Nộidung
 Vaitròcủamôhìnhmôitrường
 Mô hìnhhóatrongnghiêncứusinhthái
 Mô hìnhhóachấtlượngnước
 Mô hìnhhóachấtlượngkhôngkhí
8
Phươngphápnghiêncứu
 Xây dựnggiản ñồ thôngtin;
 Nắmbắtcácqui luậtvậtlýtrongtừngbàitoán;
 Cáccôngcụtoán ñượcsửdụng ñể thamsốhóa
cácqui luậtvậtlý. Mộtsốkiếnthứctoán ñược
sử dụngtrongmôhìnhhóa: phươngtrìnhvi
phân, ñiềukiệnban ñầu, ñiềukiệnbiên, phương
phápgiảisố, biểudiễnkếtquả;
 Công cụ tin học: cácphầnmềm;
 Tàiliệuthamkhảo.
9
NỘI DUNG BÀI 1
 Mô hìnhnhư mộtcôngcụk tn ith giớitự
nhiênvàxãhộiloàingười.
 Mô hìnhhóamôitrườngnhư mộtbộph

n
khôngtáchrờic amôhìnhhóanóichung.
 Cácd
ngmôhìnhmôitrường.
 Mộts
nguyênt ccơbảntrongxâydựng
môhình
10
Môhìnhnhư mộtcôngcụk tn ith
giớitựnhiênvàxãhộiloàingười.
 Ngàynay hầuhếtcácngànhkhoahọcñềusử
dụng“môhình”, (“model”).
 Mô hìnhkhôngchỉ xuấthiệntrongkhoahọctự
nhiênmàcònxuấthiệntrongkhoahọcxãhội.
 Vớinhiềunhànghiêncứumôhình ñượchiểulà
cácmôhìnhsốphứctạpchạytrênmáytính, trong
mộtsốngànhkhoahọckhácmôhình ñượchiểu
như mộtdạngmẫutươngtự.
 Tuynhiêncórấtnhiềuthuậtngữ “môhình” ñược
sử dụngrấtkhácnhau.
Đ ểm ñượcthốngnhấtcaovề“model”
 Ứngdụngcủamôhìnhrấtrộng,
chúnggiúpchoquátrìnhthông
qua quyết ñịnhtrongcuộcsống
hàngngày;
 Mô hìnhlàmộtkháiniệmcơbản
củakhoahọcvà ñóngvaitrò
c
biệtquantrọngtrong
khoahọc

môitrường nơicácphépthí
nghiệmrấtkhótiếnhành
12
Albert Einstein
“Make things
as simple as
possible,
but not any
simpler.”
13
Môhìnhnhư mộtcôngcụchínhk t
n itựnhiênvàxãhội, NicoStehr
 “Thậtdê dàngve mộtbiểu ñô
hơn là môta chính xácnhững
ñiềuthựctê ñangdiễnra”
 “Trongnghiêncứukhoahọc, thu
thậpthôngtin vềñốitượng
nghiêncứulàchưa ñủ, cầnthiết
phảitổngquáthóadữliệu ñược
thuthậpthànhcáccôngthức”.
Thuậtng “model”c ng c ñịnh
nghĩatheonhiềucáchkhácnhau
 Mô hìnhlàmộtñốitượngnho, thường ñượcxâydựngtheoty lê, nó môta
một vài ñốitượngthựctếtrongtư nhiên.
 Mô hìnhlàmộtmẫuthể hiệnmộtsựvậtcònchưa ñượcxâydựngtrênthực
tế, ñượcxemnhư làkếhoạch(trênthựctếsẽlớnhơnmẫu) vàsẽñượcxây
dựng.
 Thuậtngữ “model”cóthể làmộtmẫuñượcsửdụng ñể trắcnghiệmvềngữ
pháp“haimẫucâu có cấu trúcvănphạmtương phảnnhau”. (Noam
Chomsky)

 Thuậtngữ “model”cóthểñượcdùngnhư mộtkiểumẫuthiếtkê củamộtñối
tượngcụthể. Vídụcóthể nóichiếcxe củaanhta là mẫuxe củanămngoái.
 Thuậtngữ “model”cóthểñượcdùngcho ñốitượnglàngườitiêubiểucho
mộthay nhiềutiêuchíkhácnhau.
 Thuậtngữ “model”cóthể làngườihay vậtthể phụcvụchohọasĩhay người
chụphìnhnghệ thuật.
 Thuậtngữ “model”cóthể dùngchỉ người có nghê nghiệp là trìnhdiễnthời
trang.
(The American Heritage Dictionary of the English Language, New York: Houghton
Mifflin 1969)
tehr ña thêm vàomệnh ñê sau
 Mô hình là công cụ tốt
 Mô hình toán học còntốthơn.
Mẫusốchungnhấtcho cácmô hình:
chínhlàchứcnăngquan trọngnhất của
chúng–là sự giảmthiểu ñô phức tạp của
phạmvi yêucầu
 Pierre Duhem, nhàvậtlýngườiPháp:
“mô hìnhtrongkhoa học chỉ là mộtcông cụ ñê
giải thíchvê ly thuyếtvà có thê ñược loạibo
mộtkhimộtly thuyết khác ñược pháttriển”.
 Campell, nhàvậtlýngườiAnh:
“mô hình là mộtphầnthiếtyếu(củaly
thuyết), không có nó ly thuyết sẽ hoàn
toànkhông có gia trị”
ehr: 2 thuộct nhcầnquant
 Chấtlượngmôhình
 Kếtquảñịnhlượng ñượctạoratừmô
hình.
tehr:

 Mô hìnhlàcôngcụgiúpdựbáocũngnhư tính
toántrướcnhữnghậuquả cóthế trongthựcthi
cácdựánkinhtếvàpháttriểnxãhội.
 Dư báo này ñượcxâydựngtrênnhữngtri thức
vê ñ
ctrưng của các quá trình xảyratrongthiên
nhiên, qui luật pháttriểnxa hộiva sư ảnhhưởng
lẫnnhautrongmốiquanhê tươnghô này.
Tómlại
 Mô hìnhhóacácquátrìnhvàhiệntượngxảyra
trongxãhộivàthiênnhiên ñượcthừanhận như
mộtcôngcụmạnhgiúphiểubiếtsâuhơnbảnchất
củatựnhiênvàgiúploàingườinhận ñượcthôngtin
quígiávềthế giớithực.
 Thông tin nhận ñượctừquátrìnhmôhìnhhóatiếp
tụcthúc ñẩysựpháttriểncácphươngphápmới
giảiquyếtcácbàitoánkhoahọccũngnhư làmcơ
sởthôngqua cácquyết ñịnhquảnlýcụthể.
20
M h nhh am itrườngnhư mộtphần
củam h nhh atựnhi n–x ội.
 Mộtsốñịnhnghĩav kh iniệmcơbản
 Cấutrúccơbảncủamôhìnhhóamôi
trường
 Cácthànhphầntrongquátrìnhmôhình
hóamôitrườngsinhthái
 Cácbướcc
aquátrìnhmôhìnhhóamôi
trường
saocầnm h nhm itrường?

Quan ñiểmnày ñòihỏimỗiquốcgianhanh
chónggiảiquyếtcácnhiệmvụsau ñây:
 Xâydựngcácphươngpháp ñánhgiásựbềnvữngcủacác
hệ sinhthái;
 Nghiên cứucácquyluậtbiến ñổitheothờigiancủa
chúng;
 Hoànthànhcácphươngpháp ñánhgiá ñịnhlượngtác
ñộnglênmôitrườngcáchoạt ñộngkinhtế-xãhội.
22
(tiếptheo)
 Để giảiquyếttốtnhiệmvụtrên, cầnthiếtphảiphát
triểnlýthuyếthệthốngvàmôhìnhhóa, coi ñâylà
côngcụchính ñể nghiêncứumôitrường.
 Vàonăm1997, Việnquốctếvềphântíchhệthống
ứngdụng(IIASA, Laxenbourg, Áo) ñãcôngbốdanh
mụccáccôngtrìnhnghiêncứutrong25 năm(1955
–1997) gồmhơn50.000 côngtrìnhliênquantớilý
thuyếthệthốngvàmôhìnhhóamôitrường.
23
M h nhm itrườngl g
 Cácmô hìnhmôitrường(Environmental Models)
ñượcsư dụng ñê tái tạo lại các quá trìnhmôitrường
xảyratrongmộtkhoảngthờigian nào ño”.
 Ngàynay loàingười ña hiểuro ràngrằngviệctiến
hànhnhữngthi nghiệmtrựctiếpvớisinhquyển của
hànhtinh là khôngthê. Do vậyxâydựngmôhình là
phươngtiệnquan trọng ñê nhậnthôngtin vê tình
trạng có thê củasinhquyển chịunhững tác ñộnglớn
tư phíacon ngườilên nó.
CụcbảovệmôitrườngMỹ

24
 Quá trìnhmô hình hóa có thê dựatrênnhững
nguyênly khácnhau, dựatrêncơsởxemxétva
phân tích cácmốiliênhê nhân– quả
.
 Mô hình toán học củamộtñốitượngbấtky là sư mô
ta nó bằng cáccông cụ, phương pháp toán học.
Nguyênlýcủamôhìnhhóa
25
Các quátrình ñ c mô tả b ng cá
c
bi u thức toán họ
c.
Rất nhiều biểu thức toán học các quátrình liên quan
tới mô phỏng môi trường sinh thái ñã tồn tại:
Các quátrình vật lý: các quátrình lan truyền, hấp thụ, sự
phụ thuộc nhiệt ñộ, bay hơi.
Các quátrình hóa học: ô xy hóa, ion hóa,
Các quátrình sinh học: quang hợp, sự tăng trưởng, sự
lắng trầm tích, sự phân rã,