Mô hình hóa môi trường - Chương 5 pdf

Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ


TS. Lê Anh Tuҩn
39
Chѭѫng 5. ӬNG DӨNG MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG
5.1 Sѫÿӗ phát triӇn và ӭng dөng mô hình
Hình 5.1 là sѫÿӗ tәng quát cho các bѭӟc hoàn chӍnh viӋc phát triӇn và ӭng dөng mӝt mô
hình. Trong ÿó 2 quá trình ÿѭӧc xem là quan trӑng là lұp trình thuұt toán và ÿánh giá kӃt
quҧ cӫa mô hình.
Hình 5.1 Sѫÿӗ phát triӇn và ӭng dөng mô hình
Xác ÿӏnh mөc tiêu cӫa mô hình
Lѭӧc khҧo các tài liӋu liên quan
Khái quát hóa mô hình
Hình thành thuұt toán sӕ
Mã hóa mô hình
Hӧp lý hóa mã sӕ
Phân tích ÿӝ nhҥy
Thӱ nghiӋm và ÿánh giá mô hình
Ӭng dөng mô hình
Trình bày kӃt quҧ
Hұu kiӇm
Thӱ mù
Tái ÿánh giá tiӃn trình
HiӋu chӍnh
KiӇm nghiӋm
Giҧi thuұt
sӕ
Sӕ liӋu
thӵc tӃ
Sӕ liӋu

thӵc tӃ
Lұp trình
Ĉánh giá
Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ


TS. Lê Anh Tuҩn
40
ß
Mô hình
khí hұu
toàn cҫu
Mô hình
tài nguyên
tiӇu lөc ÿӏa
Mô hình
môi trѭӡng
lѭu vӵc
Mô hình
dòng chҧy
sông ngòi
Mô hình
cân bҵng
nѭӟc tiӇu
vùng
%
Mô hình
lan truyӅn
ô nhiӉm


Mô hình
biӃn ÿәi
sinh thái
vùng
vq
Mô hình
môi trѭӡng
và con ngѭӡi
5.2 Xu thӃ phát triӇn mô hình hóa môi trѭӡng theo quy
mô không gian
Các diӉn biӃn trong chu trình thӫy văn là mӝt trong các yӃu tӕ quan trӑng cӫa các quan hӋ
môi trѭӡng - sinh thái. Sӵ biӃn ÿәi khí hұu diӉn ra liên tөc tӯ mӭc toàn cҫu ÿӃn mӭc vi
khí hұu trong mӝt không gian nhӓÿӅu có nhӳng quan hӋ tѭѫng tác. Ҧnh hѭӣng này ÿã
ÿѭӧc mӝt sӕ nhà thӫy văn môi trѭӡng mô phӓng tӯ nhiӅu cҩp qui mô không gian (Hình
5.2).
Hình 5.2 Xu thӃ phát triӇn mô hình thӫy văn môi trѭӡng theo quy mô không gian
Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ


TS. Lê Anh Tuҩn
41
5.3 Giӟi thiӋu mӝt sӕ mô hình môi trѭӡng
5.3.1 Mô hình biӃn ÿәi khí hұu toàn cҫu
BiӃn ÿәi khí hұu toàn cҫu ÿang là mӕt vҩn ÿӅ thӡi sӵÿѭӧc nhiӅu khoa hӑc trên thӃ giӟi
quan tâm vì nó ҧnh hѭӣng ÿӃn toàn bӝ hoҥt ÿӝng sinh hoҥt, sҧn xuҩt, sinh thái môi trѭӡng
trên toàn cҫu. Các mô hình nәi tiӃng vӅ khí hұu ÿѭӧc phát triӇn tӯ Trung tâm Quӕc gia vӅ
Nghiên cӭu Khí quyӇn (the National Center for Atmospheric Research - NCAR) ӣ
Boulder, Colorado, USA, Phòng Thí nghiӋm Thӫy Ĉӝng lӵc hӑc Ĉӏa Vұt lý (the
Geophysical Fluid Dynamics Laboratory) tҥi Princeton, New Jersey, Mӻ, Trung tâm
Hadley vӅ Nghiên cӭu và D

ӵ báo Khí hұu (the Hadley Centre for Climate Prediction and
Research (in Exeter, UK), ViӋn Khí tѭӧng hӑc Max Planck (the Max Planck Institute for
Meteorology) ӣ Hamburg, Germany. Chѭѫng trình Nghiên cӭu Khí hұu ThӃ giӟi (The
World Climate Research Programme - WCRP), cӫa Tә chӭc Khí tѭӧng ThӃ giӟi (the
World Meteorological Organization - WMO). Mӝt sӕ mô hình ÿã phát triӇn nhѭ:
¾ Bӝ Mô hình Luân chuyӇn Tәng quan (General Circulation Models - GCMs),
còn gӑi là Bӝ Mô hình Khí hұu Toàn cҫu (Global Climate Models), là mӝt mô
hình máy tính chuyên dùng cho dӵ báo khí hұu toàn cҫu, tìm hiӇu khí hұu và phҧn
ánh sӵ thay ÿәi khí hұu. Mô hình khӣi thӫy GCMs ÿѭӧc 2 nhà khoa hӑc Syukuro
Manabe và Kirk Bryan tӯ Phòng Thí nghiӋm Thӫy Ĉӝng lӵc hӑc Ĉӏa Vұt lý (Mӻ)
phát triӇn.
¾ Mô hình Khí quyӇn Toàn cҫu (Global Atmospheric Model - GAM) là mӝt phҫn
cӫa bӝ mô hình chuyên vӅ khí hұu ÿѭӧc phát triӇn tӯ các phѭѫng trình vi phân
dӵa vào các ÿӏnh luұt vұt lý, cѫ hӑc chҩt lѭu và hóa hӑc. Mô hình này tính toán
tӕc ÿӝ gió, chuyӇn hóa nhiӋt, bӭc xҥ mһt trӡi, ÿӝ ҭm tѭѫng ÿӕi và thӫy văn nѭӟc
mһt (Hình 5.3).
¾ Mô hình nghiên cӭu tác ÿӝng khí hұu khu vӵc PRECIS (Providing Regional
Climates for Impact Studies) do Trung tâm Hadley vӅ Nghiên cӭu và Dӵ báo Khí
hұu phát triӇn (Hình 5.4).
Hình 5.3 Mô hình Khí quyӇn Toàn cҫu
Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ


TS. Lê Anh Tuҩn
42
Hình 5.4 KӃt quҧ dӵ báo sӵ gia tăng nhiӋt ÿӝ toàn cҫu tӯ PRECIS
5.3.2 Mô hình quҧn lý lѭu vӵc
Mô hình Quҧn lý Lѭu vӵc (Watershed Management Model - WMM) ÿѭӧc phát triӇn bӣi
nhà khoa hӑc ngѭӡi Mӻ Camp Dresser and McKee (CDM). WMM phát triӇn chӫ yӃu ÿӇ
tính toán khҧ năng dung nҥp chҩt ô nhiӉm theo năm hoһc mùa theo dòng chҧy tràn xuӕng

lѭu vӵc (Hình 5.5 và 5.6). Chѭѫng trình này hӳu dөng cho các nhà quҧn lý chҩt lѭӧng
nѭӟc lѭu vӵc.
Hình 5.5 Trang chính mô hình WMM
Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ


TS. Lê Anh Tuҩn
43
Hình 5.6 Cҩu trúc Mô hình Quҧn lý Lѭu vӵc WMM
5.3.3 Bӝ mô hình thӫy lӵc - thӫy văn MIKE
MIKE là tên cӫa bӝ mô hình nәi tiӃng cӫa ViӋn Thӫy lӵc Ĉan Mҥch (Danish Hydrulics
Institute - DHI) phát triӇn. Mô hình MIKE thӵc hiӋn tӕt viӋc mô phӓng các bài toán liên
quan ÿӃn thӫy văn môi trѭӡng nhѭ:
x Nghiên cӭu xâm nhұp mһn (Hình 5.7)
x Nghiên cӭu lNJ lөt
x Nghiên cӭu diӉn biӃn chҩt lѭӧng nѭӟc trên hӋ thӕng sông kênh.
x Nghiên cӭu xói lӣ và bӗi lҳng dòng sông.
x Nghiên cӭu quan hӋ mѭa - dòng chҧy mӝt l
ѭu vӵc (Mô hình NAM, Hình 5.8)
Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ


TS. Lê Anh Tuҩn
44
1-1-1978 16-5-1979 27-9-1980 9-2-1982 24-6-1983 5-11-1984
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0

50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
[m^3/s]
Hình 5.7 Ví dө kӃt quҧ phҫn mӅm MIKE 11 mô phӓng sӵ xâm nhұp mһn ӣĈBSCL
Hình 5.8 Mô hình NAM cho quan hӋ mѭa - dòng chҧy lѭu vӵc
Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ


TS. Lê Anh Tuҩn
45
5.3.4 Mô hình ô nhiӉm môi trѭӡng sinh thái nѭӟc ngӑt
Mô hình AQUATOX (Release 2.2) là mӝt phҫn mӅm mô phӓng ҧnh hѭӣng cӫa các chҩt
ô nhiӉm lên hӋ sinh thái nѭӟc ngӑt (Hình 5.9) . Mô hình này là mӝt cung cө tӕt cho các
nhà nghiên cӭu sinh thái nѭӟc ngӑt, nhà thӫy văn môi trѭӡng và quҧn lý tài nguyên thӫy
sҧn. Ĉây là mô hình miӉn phí do Cөc Bҧo vӋ Môi trѭӡng Mӻ phát triӇn. Phҥm vi ӭng
dөng cӫa AQUATOX gӗm:
x Phát triӇn mөc tiêu dinh dѭӥng ÿӏnh lѭӧng theo ÿiӇm cuӕi sinh hӑc mong muӕn.
x Ĉánh giá các yӃu tӕ tҥo stress do sӵ hӫy hҥi sinh hӑc quan trҳc ÿѭӧc.
x Dӵ báo ҧnh hѭӣng thuӕc trӯ sâu và ÿӝc chҩt hòa tan khác vào thӫy sinh.
x Ĉánh giá tiӅm năng chӏu ÿӵng cӫa hӋ sinh thái ÿӕi vӟi các loài xâm nhұp.
x Xác ÿӏnh ҧnh hѭӣng cӫa viӋc sӱ dөng ÿҩt lên thӫy sinh.
x Xác lұp thӡi gian hӗi phөc cӫa cá và cӝng ÿӗng ÿӝng vҩt không xѭѫ
ng sӕng sau
khi giҧm mӭc tҧi ô nhiӉm.
Hình 5.9 Mô hình khái niӋm cӫa AQUATOX vӅ thay ÿәi nӗng ÿӝ ӣ thӫy vӵc
Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ

TS. Lê Anh Tuҩn
46
Tài liӋu tham khҧo
Grayson, R. and Bloschl, G., 2000. Spatial Patterns in Catchment Hydrology:
Observations and Modelling. Cambridge University Press, Cambridge.
Hillel, D., 1986. Modelling in Soil Physics: A Critical Review. Future Developments in
Soil Science Research. Soil Sci. Soc. Am., New Orleans.
Hughes, J. P., Lettenmaier, D. P. and Guttorp, P., 1993. A stochastic approach for
assessing the effect of changes in synoptic circulation patterns on gauge
precipitation. Water Resour. Res. 29
, 3303-3315.
Popov, O. V., 1968. Underground flow into rivers. Gidrometeoizdat, Leningrad.
Tim, U. S., 1995. Coupling vadose zone models with GIS:Emerging trends and potential
bottlenecks. Proc.ASA-CSSA-SSSA Bouyoucos Conference: Applications of GIS
toModeling Nonpoint-Source Pollutants in the Vadose Zone. ASA-CSSA-SSSA,
Madison, Wisc.
Woolhiser, D. A. and Brakensiek, D. L., 1982. Hydrologic System Synthesis. In: C. T.
Haan, Johnson, H.P., Brakensiek, D.L. , (Ed.), Hydrologic Modeling of Small
Watersheds. ASAE Monograph No. 5., St. Joseph, MI.
Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ


TS. Lê Anh Tuҩn
47
Phө lөc