Mô hình hóa môi trường - Chương 1 doc

BӜ GIÁO DӨC VÀ ĈÀO TҤO
TRѬӠNG ĈҤI HӐC CҪN THѪ
oOo
LÊ ANH TUҨN, PhD.
BÀI GIҦNG MÔN HӐC
MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG
ENVIRONMENTAL MODELING
Cҫn Thѫ, 2008
Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ


TS. Lê Anh Tuҩn
ii
LӠI MӢĈҪU VÀ GIӞI THIӊU
MӨC LӨC
LӠI MӢĈҪU VÀ GIӞI THIӊU ii
MӨC LӨC ii
Danh sách hình iv
Chѭѫng 1. NHҰP MÔN – CÁC KHÁI NIӊM CѪ BҦN 1
1.1 Vҩn ÿӅ 1
1.2 Các ÿӏnh nghƭa và khái niӋm cѫ bҧn 1
1.2.1 Ĉӏnh nghƭa mô hình 1
1.2.2 Mөc tiêu thành lұp mô hình 3
1.2.3 Ĉһc trѭng cѫ bҧn cӫa mӝt mô hình 4
1.3 Mô hình môi trѭӡng 6
1.4 Lӏch sӱ mô hình 6
1.5 Quan hӋ môn hӑc 8
Chѭѫng 2. PHÂN LOҤI VÀ TIӂN TRÌNH MÔ HÌNH 9
2.1 Phân loҥi mô hình 9
2.1.1 Mөc ÿích phân loҥi mô hình 9
2.1.2 Các nhóm mô hình 9

2.2 TiӃn trình vұ
n hành mô hình 12
2.2.1 Thu thұp dӳ liӋu 13
2.2.2 Mô hình khái niӋm 13
2.2.3 Mô hình giҧi tích hoһc mô hình sӕ 15
2.2.4 HiӋu chӍnh mô hình 15
2.2.5 KiӇm nghiӋm mô hình 15
2.2.6 Tiên ÿoán hoһc tӕi ѭu 16
2.3 Tiêu chuҭn chӑn lӵa mô hình 16
2.3.1 Khái niӋm 16
2.3.2 Mô hình "tӕt nhҩt" 17
2.3.3 Chӑn mô hình theo cҩu trúc và giá trӏ vào/ra 18
2.3.4 Chӑn mô hình theo vҩn ÿӅ thӵc tӃ 19
2.3.5 Ĉánh giá lҥi viӋc chӑn lӵa 20
Chѭѫng 3. HIӊU CHӌNH CÁC THÔNG SӔ MÔ HÌNH 21
3.1 Khái quát vҩn ÿӅ 21
3.2 Các bѭӟc trong tiӃn trình hiӋ
u chӍnh 23
3.2.1 Bѭӟc xác ÿӏnh thông tin quan trӑng 23
3.2.2 Bѭӟc chӑn tiêu chuҭn mô hình 24
3.2.3 Bѭӟc hiӋu chӍnh mô hình 24
3.3 Các tiӃp cұn ÿӇ hiӋu chӍnh thông sӕ mô hình 25
3.3.1 TiӃp cұn tiên nghiӋm (a priori approach) 25
3.3.2 TiӃp cұn phù hӧp ÿѭӡng cong (the curve fitting approach) 25
3.4 Các vҩn ÿӅ khi thành lұp các thông sӕ trong các mô hình môi trѭӡng 27
3.4.1 Các vҩn ÿӅ thѭӡng gһp khi thành lұp thông sӕ 27
3.4.2 Sӵ hiӋu chӍnh là mӝt ÿòi hӓi khҳc khe vӅ sӕ liӋu 28
Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ

TS. Lê Anh Tuҩn
iii
3.4.3 Tѭѫng tác giӳa các thông sӕ 28
3.4.4 Sӵ tѭѫng tӵ lѭu vӵc và các vҩn ÿӅ chuyӇn dӏch thông sӕ 29
3.4.5 Giá trӏ thông sӕ và vҩn ÿӅ quy mô cӫa mô hình 30
3.4.6 Vҩn ÿӅ ngoҥi suy thông sӕ 31
Chѭѫng 4. THӆ HIӊN MÔ HÌNH 32
4.1 KiӇm nghiӋm và ÿӏnh trӏ mô hình 32
4.2 Nghiên cӭu kiӇm nghiӋm 32
4.2.1 Mөc tiêu 32
4.2.2 Hàm mөc tiêu 33
4.2.3 Các trӏ sӕ thӕng kê dùng cho kiӇm nghiӋm 33
4.3 Vҩn ÿӅ kiӇm nghiӋm mô hình 37
4.3.1 Các vҩn ÿӅ thѭӡng gһp 37
4.3.2 Hұu kiӇm viӋc phê chuҭn và kiӇm nghiӋm mô hình 38
Chѭѫng 5. ӬNG DӨNG MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG 39
5.1 Sѫÿӗ phát triӇn và ӭng dөng mô hình 39
5.2 Xu thӃ phát triӇn mô hình hóa môi trѭӡng theo quy mô không gian 40
5.3 Giӟi thiӋu mӝt sӕ mô hình môi trѭӡng 41
5.3.1 Mô hình biӃn ÿәi khí hұu toàn cҫu 41
5.3.2 Mô hình quҧn lý lѭu vӵc 42
5.3.3 Bӝ mô hình thӫy lӵc - th
ӫy văn MIKE 43
5.3.4 Mô hình ô nhiӉm môi trѭӡng sinh thái nѭӟc ngӑt 45
Tài liӋu tham khҧo 46
Phө lөc 47
Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ


TS. Lê Anh Tuҩn

iv
Danh sách hình
Hình 1.1. Mô hình xe hѫi thӱ nghiӋm sӱ dөng năng lѭӧng mһt trӡi 2
Hình 1.2. Mô hình thӇ hiӋn sӵ thay ÿәi khӕi lѭӧng nѭӟc trong hӗ chӭa 2
Hình 1.3. Mô hình dӵ báo tình hình thӃ giӟi ÿӃn năm 2100 2
Hình 1.4. Ĉѭӡng ÿi cӫa các chҩt gây ô nhiӉm trong vòng tuҫn hoàn nѭӟc 3
Hình 1.5. Ba thành tӕ chính cӫa mӝt mô hình 4
Hình 1.6: Chia vҩn ÿӅ lӟn thành tӯng vҩn ÿӅ riêng rӁ 4
Hình 1.7: Khái quát mô hình theo khoa hӑc tính toán 5
Hình 1.8: Mһt trên cӫa trӕng ÿӗng Ĉông Sѫ
n (hình trái); mӝt hình khҳc mô phӓng hình
ҧnh hai con chim ÿұu trên mái nhà cӫa con ngѭӡi (hình phҧi) 7
Hình 1.9: Quan hӋ môn hӑc “Mô hình hóa môi trѭӡng” vӟi các môn khác 8
Hình 2.1. Phân loҥi mô hình tәng quát 11
Hình 2.2. Phân loҥi mô hình dӵa theo mô tҧ tiӃn trình 11
Hình 2.3. Phân loҥi mô hình dӵa vào quy mô không gian và thӡi gian 12
Hình 2.4. Phân loҥi mô hình dӵa vào phѭѫng pháp giҧi toán 12
Hình 2.5. TiӃn trình cӫa mӝt mô hình 13
Hình 2.6. Mô hình khái niӋm diӉn ta quan hӋ mѭa – dòng chҧy 14
Hình 2.7 Minh hӑa viӋc phân ÿoҥn chuӛi sӕ liӋu theo thӡi gian ÿӇ HiӋu chӍnh và thӱ
nghiӋm khi ch
ҥy mô hình 16
Hình 2.8 BiӇu ÿӗ minh hӑa quan hӋ giӳa ÿӝ phӭc tҥp cӫa mô hình, mӭc ÿòi hӓi cӫa dӳ
liӋu và khҧ năng thӇ hiӋn kӃt quҧ tiên ÿoán cӫa mô hình 17
Hình 3.1 TiӃn trình mѭa – dòng chҧy trong mӝt lѭu vӵc 21
Hình 3.2 Thӫy ÿӗ ghi nhұn thӵc tӃ diӉn biӃn mѭa và dòng chҧy cùng thӡi ÿoҥn 21
Hình 3.3 Sѫÿӗ diӉn tҧ bài toán quan hӋ mѭa – dòng chҧy 22
Hình 3.4 Ví d
ө minh hӑa kӃt quҧ lѭu lѭӧng dòng chҧy theo mô hình và theo thӵc tӃ 22
Hình 3.5 Ba bѭӟc trong tiӃn trình HiӋu chӍnh 23

Hình 4.1: Mӝt ví dө vӅÿѭӡng tѭѫng quan tuyӃn tính giӳa trӏ quan trҳc và trӏ mô phӓng 35
Hình 5.1 Sѫÿӗ phát triӇn và ӭng dөng mô hình 39
Hình 5.2 Xu thӃ phát triӇn mô hình thӫy văn môi trѭӡng theo quy mô không gian 40
Hình 5.3 Mô hình Khí quyӇn Toàn cҫu 41
Hình 5.4 KӃt quҧ dӵ báo sӵ gia tăng nhiӋt ÿӝ toàn cҫu tӯ PRECIS 42
Hình 5.6 Cҩu trúc Mô hình Quҧn lý Lѭu vӵc WMM 43
Hình 5.7 Ví dө kӃt quҧ phҫn mӅm MIKE 11 mô phӓng sӵ xâm nhұp mһn ӣĈBSCL 44
Hình 5.8 Mô hình NAM cho quan hӋ mѭa - dòng chҧy lѭu vӵc 44
Hình 5.9 Mô hình khái niӋm cӫa AQUATOX vӅ thay ÿәi nӗng ÿӝ ӣ thӫy vӵc 45
Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ


TS. Lê Anh Tuҩn
1
Chѭѫng 1. NHҰP MÔN – CÁC KHÁI NIӊM CѪ BҦN
1.1 Vҩn ÿӅ
HiӋn nay, ô nhiӉm môi trѭӡng ÿang là vҩn ÿӅ báo ÿӝng song hành vӟi sӵ phát triӇn kinh
tӃ xã hӝi, ÿһc biӋt tҥi các quӕc gia ÿang phát triӇn. Tҥi nhiӅu nѫi, chҩt lѭӧng nѭӟc, ÿҩt,
không khí suy giҧm nhanh chóng vѭӧt qua khҧ năng tӵ làm sҥch cӫa tӵ nhiên. Trong lƭnh
vӵc khoa hӑc quҧn lý môi trѭӡng và kӻ thuұt xӱ lý môi trѭӡng, viӋc quan trҳc dӵ báo
diӉn biӃn môi trѭӡng mang t
ҫm quan trӑng cho các quyӃt ÿӏnh giҧi quyӃt vҩn ÿӅ. Tuy
nhiên, viӋc ÿo ÿҥc, quan trҳc môi trѭӡng rҩt tӕn kém kinh phí và công sӭc cӫa con ngѭӡi.
Nhҵm giҧm thiӇu các khó khăn này, các nhà khoa hӑc ÿã và ÿang tiӃp tөc phát triӇn các
ӭng dөng các nguyên lý vұt lý và toán hӑc vào thӵc tiӉn ÿӇ mô phӓng các diӉn biӃn thӵc
tӃ trong tӵ nhiên và ÿѭa ra các dӵ báo cҫn thiӃt.
ViӋc mô phӓng môi trѭӡng cNJ
ng ÿang giúp con ngѭӡi tҥo dӵng các mӝt hình ҧnh hoһc sӵ
vұt thu nhӓ hoһc tѭѫng tӵ, bҳt chѭӟc theo thӵc tӃÿӇ mô tҧ sӵ kiӋn cNJng nhѭ tҥo ra các
kӏch bҧn biӃn ÿәi lѭӧng và chҩt theo không gian và thӡi gian nhҵm tiên ÿoán khҧ năng

lây truyӅn chҩt ô nhiӉm hoһc khҧ năng hӗi phөc chҩt lѭӧng tài nguyên. Môn hӑc mô hình
hóa môi trѭӡng ÿѭӧc hình thành tӯ cѫ
sӣ này.
Môn mô hình hóa môi trѭӡng phөc vө cho tҩt cҧ các nhà khoa hӑc, nhà kӻ thuұt, nhà
quҧn lý, kӇ cҧ các nhà xã hӝi làm viӋc liên quan ÿӃn lƭnh vӵc môi trѭӡng và tài nguyên
thiên nhiên. Chӳ “mô hình” (modeling) có nguӗn gӕc tӯ chӳ La-tinh modellus. Tӯ này
mang ý nghƭa là mӝt kiӇu cách do con ngѭӡi tҥo ra ÿӇ tiêu biӇu cho mӝt thӵc tҥi nào ÿó.
1.2 Các ÿӏnh nghƭa và khái niӋm cѫ bҧn
1.2.1 Ĉӏnh nghƭa mô hình
x Mô hình là m͡t c̭u trúc mô t̫ hình ̫nh ÿã ÿ˱ͫc t͙i gi̫n hóa theo ÿ̿c ÿi͋m
ho̿c di͍n bi͇n cͯa m͡t ÿ͙i t˱ͫng, m͡t hi͏n t˱ͫng, m͡t khái ni͏m ho̿c m͡t h͏
th͙ng.
x Mô hình có th͋ là m͡t hình ̫nh ho̿c m͡t v̵t th͋ ÿ˱ͫc thu nh͗ ho̿c phóng ÿ̩i,
ho̿c ch͑ làm g͕n b̹ng m͡t ph˱˯ng trình toán h͕c, m͡t công thͱc v̵t lý, m͡
t
ph̯n m͉m tin h͕c ÿ͋ mô t̫ m͡t hi͏n tr̩ng th͹c t͇ mang tính ÿi͋n hình.
x Mô hình hoá là m͡t khoa h͕c v͉ cách mô ph͗ng, gi̫n l˱ͫc các thông s͙ th͹c t͇
nh˱ng v̳n di͍n t̫ ÿ˱ͫc tính ch̭t cͯa tͳng thành ph̯n trong mô hình. Mô
hình không hoàn toàn là m͡t v̵t th͋ hi͏n th͹c nh˱ng nó giúp cho chúng ta
hi͋u rõ h˯n h͏ th͙ng th͹c t͇.
x Mô hình hóa môi tr˱ͥng là ngành khoa h͕c mô ph͗ng hi͏n t˱ͫng lan truy
͉n
ch̭t ô nhi͍m và các d͹ báo thay ÿ͝i môi tr˱ͥng theo không gian và thͥi gian.
Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ


TS. Lê Anh Tuҩn
2
Q
ra

Q
vào
H
Q
t
r
ӳ
Q
t
r
ӳ =
[Q
vào
– Q
ra
]
2000
2100
1900
Dân sӕ
Tài nguyên
Ô nhiӉm
Sҧn xuҩt công nghiӋp
Lѭѫng thӵc
Ví dө 1.1: Các nhà thiӃt kӃ tҥo ra mӝt mүu xe hѫi sӱ dөng năng lѭӧng mһt trӡi thu nhӓÿӇ
thӱ nghiӋm khҧ năng hoҥt ÿӝng cNJng nhѭ các tiӋn ích và an toàn trѭӟc khi chӃ tҥo hàng
loҥt (hình 1.1).
Hình 1.1. Mô hình xe hѫi thӱ nghiӋm sӱ dөng năng lѭӧng mһt trӡi
Ví dө 1.2: ĈӇ thӇ hiӋn sӵ thay ÿәi lѭӧng nѭӟc trong mӝt hӗ chӭa ngѭӡi ta ÿѭa ra hình
ҧnh nhѭ hình 1.2. BiӃt kích thѭӟc hình hӑc cӫa hӗ chӭa, lѭu lѭӧng vào, lѭu lѭӧng ra,

chúng ta có thӇ xác ÿӏnh dao ÿӝng mӵc nѭӟc trong hӗ.
Hình 1.2. Mô hình thӇ hiӋn sӵ thay ÿәi khӕi lѭӧng nѭӟc trong hӗ chӭ
a
Ví dө 1.3: Nhà khoa hӑc Meadown va các cӝng sӵ (1972) ÿã tìm ÿѭӧc mӕi quan hӋ giӳa
sӵ gia tăng dân sӕ, viӋc sҧn xuҩt lѭѫng thӵc, sҧn xuҩt công nghiӋp, nguӗn tài nguyên và
mӭc ÿӝ ô nhiӉm ÿӅu có nhӳng quan hӋ vӟi nhau. Nhóm nghiên cӭu ÿã ÿѭa ra mô hình dӵ
báo thӃ giӟi nhѭ hình 1.3.
Hình 1.3. Mô hình dӵ báo tình hình thӃ giӟi ÿӃn năm 2100
Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ


TS. Lê Anh Tuҩn
3
1.2.2 Mөc tiêu thành lұp mô hình
DiӉn biӃn mô trѭӡng rҩt phӭc tҥp trong thӵc tӃ và liên quan ÿӃn nhiӅu lƭnh vӵc khoa hӑc
khác (hình 1.3). Do nhu cҫu hiӇu rõ hѫn bҧn chҩt tӵ nhiên cӫa sӵ viӋc trong thӵc tӃ, các
nhà khoa hӑc mӟi tìm cách ÿѫn giҧn hóa nhѭng vҩn ÿӅ phӭc tҥp ӣ mӭc có thӇ làm ÿѭӧc
nhѭng không quá xa rӡi thӵc tӃÿӇ có cѫ sӣ giҧi thuұt tìm hѭӟng ra cӫa vҩn ÿӅ
và tiӃn
toán nhѭng khҧ năng xҧy ra trong tѭѫng lai.
Hình 1.4. Ĉѭӡng ÿi cӫa các chҩt gây ô nhiӉm trong vòng tuҫn hoàn nѭӟc
Có 3 mөc tiêu khi thӵc hiӋn mӝt mô hình:
x T̩o c˯ sͧ lý lu̵n
 Mô hình giúp ta dӉ diӉn tҧ hình ҧnh sӵ kiӋn hoһc hӋ thӕng;
 Mô hình mang tính ÿҥi diӋn các ÿһc ÿiӇm cѫ bҧn nhҩt cӫa sӵ thӇ;
 Mô hình giúp ta cѫ sӣÿánh giá tính biӃn ÿӝng mӝt cách logic khi có tác
ÿӝng bên ngoài vào hoһc tӯ trong ra.
x Ti͇t ki͏
m chi phí và nhân l͹c
 Mô hình giúp ta thêm sӕ liӋu cҫn thiӃt;

 Mô hình giúp giҧm chi phí lҩy mүu;
 Mô hình có thӇÿѭӧc thӱ nghiӋm vӟi các thay ÿәi theo ý muӕn.
x Mô hình t̩o mүu cho nhӳng triӇn khai sҧn xuҩt hàng loҥt.
Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ


TS. Lê Anh Tuҩn
4
Ti͇n trình
x͵ lý thông tin
Thông tin vào
Thông tin ra
1.2.3 Ĉһc trѭng cѫ bҧn cӫa mӝt mô hình
Mӝt cách tәng quát, tҩt cҧ các mô hình phҧi có 3 thành tӕ chính nhѭ hình 1.5:
Hình 1.5. Ba thành tӕ chính cӫa mӝt mô hình
x Thông tin vào: bao gӗm các dҥng cѫ sӣ dӳ liӋu ÿѭa vào ÿӇ mô hình xӱ lý
x Ti͇n trình x͵ lý thông tin: bao gӗm quá trình tiӃp nhұn dӳ liӋu vào, tính toán,
phân tích, ÿánh giá và xuҩt dӳ liӋu.
x Thông tin ra: thӇ hiӋn ӣ dҥng ÿӗ thӏ, biӇu bҧng, báo cáo ÿánh giá kӃt quҧ.
Trong ÿiӅu kiӋn ch
ѭa thӇ giҧi quyӃt toàn bӝ bài toán phӭc tҥp cӫa tӵ nhiên, ngѭӡi ta có
thӇ chia hiӋn tѭӧng thӵc tӃ thành các mҧng ÿӅ tài khác nhau và mӛi phҫn chia ÿѭӧc xem
nhѭ mӝt bài toán riêng rӁ và có mô hình tѭѫng ӭng cӫa nó. Ví dө chúng ta có thӇ chia các
diӉn biӃn dòng chҧy quá trình trong mӝt chu trình nѭӟc thành tӯng ÿӅ tài nhӓ hѫn nhѭ
hình 1.6.
Hình 1.6: Chia vҩn ÿӅ lӟn thành tӯng vҩn ÿӅ riêng rӁ
Mӝt mô hình cҫn thӇ hiӋn các ÿһc trѭng sau:
 Mô hình cҫn ÿѭӧc tӕi giҧn vӟi mӝt sӕ giҧÿӏnh ÿһt ra
 ĈiӅu kiӋn biên hoһc ÿiӅu kiӋn ban ÿҫu cҫn ÿӏnh danh;
 Mӭc ÿӝ khҧ năng ӭng dөng cӫa mô hình có thӇ xác lұp ÿѭӧc.

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


TS. Lê Anh Tuҩn
5
Mô hình thѭӡng áp dөng theo kiӇu khung khái quát theo ngành khoa hӑc tính toán, mang
tên là 3A, viӃt tҳt tӯ 3 chӳ Application (ӭng dөng), Algorithm (thuұt toán), và
Architecture (kiӃn trúc) theo hình vӁ 1.7 sau:
Hình 1.7: Khái quát mô hình theo khoa hӑc tính toán
Ba phҫn cѫ bҧn cӫa mô hình là:
1. Ӭng dөng mô hình (Application of a model): Mө tiêu cӫa viӋc sӱ dөng mô hình
là chӍ ra viӋc ӭng dөng cӫa nó. Xác ÿӏnh phҥm vi ӭng dөng nói lên tҫm quan
trӑng cӫa mô hình trong thӵc tiӉn. Ví dөӭng dөng mô hình giúp ta xác ÿӏnh thông
tin có bao nhiêu ÿҥm ammona chuyӇn thành ÿҥm nitrogen trong không khí, hoһc
có bao nhiӅu lѭӧng nѭӟc chҧy tràn trên mһt ÿҩt sau mӝt trұn mѭa bão. Nói cách
khác, ӭng dөng mô hình giúp ta trҧ lӡ
i câu hӓi: Ĉây là nhӳng gì ta muӕn mô
phӓng, bây giӡ ta sӁ làm viӋc mô phӓng ÿó bҵng cách nào?
2. Thuұt toán mô hình (Algorithm of a model): Thuұt toán mô hình cho ta biӃt cách
tiӃp cұn kӻ thuұt tính toán hay phѭѫng pháp tính, liên quan ÿӃn các phѭѫng trình,
các thông sӕ mà chúng ta muӕn ÿѭa vào chӭng trình máy tính.
3. KiӃn trúc mô hình (Architecture of a model): KiӃn trúc hay cҩu trúc mô hình xác
ÿӏnh kiӇu hình nào mà mô hình sӁ sӱ dөng, loҥi máy tính nào, chѭӟng trình nào sӁ
ÿѭӧc sӱ dөng các thông tin ÿӇ xӱ lý.
ViӋc áp dөng mô hình toán hӑc giúp giҧ
i quyӃt các khó khăn trong thӵc tӃ nhѭ:
x sӵ kiӋn xҧy ra quá nhanh (nhѭ các phҧn ӭng phân tӱ trong hóa hӑc);
x sӵ kiӋn xҧy ra quá chұm (nhѭ sӵ phát triӇn ÿӝng hӑc dân sӕ hoһc quҫn thӇ);
x các thӵc nghiӋm ÿҳt tiӅn khi làm ӣ phòng thí nghiӋm (nhѭ mô hình hҫm gió);
x các thӵc nghiӋm rҩt nguy hiӇm (thӵc nghiӋm vө nә nguyên tӱ).

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


TS. Lê Anh Tuҩn
6
1.3 Mô hình môi trѭӡng
¾ Mô hình hóa môi trѭӡng là ngành khoa hӑc cung cҩp các công cөӣ dҥng hình
ҧnh, sѫÿӗ, biӇu ÿӗ, phҫn mӅm, hay sa bàn, … ÿӇ chuyӇn các hiӇu biӃt tӯ các ÿo
ÿҥc thӵc tӃ cӫa mӝt khu vӵc nghiên cӭu thành các lý giҧi cҫn thiӃt cho nhѭ cҫu
thông tin và tiên ÿoán diӉn biӃn cӫa môi trѭӡng – sinh thái.
¾ Mô hình môi trѭӡng là mӝt mô tҧÿѫn giҧn cho các quan hӋ phӭc tҥp vӅ môi
trѭӡng sinh thái ӣ ngoài thӵc tӃ nhѭng vү
n có thӇ cho các kӃt quҧ chính xác ӣ
mӭc ÿӝ chҩp nhұn ÿѭӧc.
¾ Mӝt mô hình môi trѭӡng phҧi cung cҩp mӝt ÿҥi lѭӧng dӳ liӋu thӇ hiӋn theo sӵ
thay ÿәi thӡi gian qua:
(i) sӵ quan sát (observation);
(ii) sӵ phân tích (analysis); và
(iii) sӵ tiên ÿoán (prediction).
¾ Mӝt mô hình môi trѭӡng có thӇ là mӝt giao tiӃp giӳa dӳ liӋu và tҥo quyӃt ÿӏnh.
Mô hình tҥo ra các thông tin tӯ dӳ liӋu quan trҳc và c
ҧi tiӃn kiӃn thӭc giúp cho
viӋc ra quyӃt ÿӏnh liên quan ÿӃn viӋc quy hoҥch, thiӃt kӃ, vұn hành và quҧn lý.
¾ Mӝt mô hình môi trѭӡng thѭӡng kӃt hӧp các ÿӏnh luұt và phѭѫng trình sau:
x Ĉӏnh luұt vұt lý (nhѭÿӏnh luұt Darcy, ÿӏnh luұt bҧo toàn khӕi lѭӧng, …)
x Phѭѫng trình toán hӑc quan hӋ (nhѭ phѭѫng trình Penmen vӅ bӕc thoát
hѫi, phѭѫng trình cân bҵng nѭӟc)
x Các quan hӋ thӵc nghiӋm (nh
ѭ các công thӭc kinh nghiӋm, …)
1.4 Lӏch sӱ mô hình

Tӯ xa xѭa vào thӡi tiӅn sӱ con ngѭӡi ÿã nghƭ rҵng có thӇ tҥo ra mӝt mô phӓng tӕi giҧn ÿӇ
phát hӑa hình ҧnh nhӳng khuôn dҥng ngѭӡi ÿӇ có mӝt sҳp xӃp xem xét sӵ tiӃn hóa cӫa
cӫa các nhóm chӫng ngѭӡi. Nhӳng bӭc phát hӑa con ngѭӡi và các cách sinh hoҥt cӫa hӑ
ӣ các vách hang ÿá cho ta hình dung nӅn văn hóa ngѭӡi Cә Cұn Ĉông và Cә Hy Lҥp.
Mӝt trong các mô hình ÿҫ
u tiên ÿѭӧc công nhұn là các con sӕ; sӕÿӃm và sӕ viӃt ÿѭӧc ghi
lҥi trên các mҧnh xѭѫng ÿã ÿѭӧc tìm thҩy vào khoҧng 30.000 năm trѭӟc Công nguyên.
Ngành Thiên văn và KiӃn trúc ÿã ÿӇ lҥi nhӳng ghi chép mô hình các vì sao, công trình
nhà cӱa tӯ 4.000 năm trѭӟc Công nguyên. Vào khoҧng 2.000 năm trѭӟc Công nguyên, ít
nhҩt ba nӅn văn hóa Babylon, Ai Cұp và Ҩn Ĉӝ ÿã biӃt cách sáng tҥo và phát triӇn các bài
toán và ӭng dөng “mô hình toán” trong cuӝc sӕng thѭӡng nhұt cӫa hӑ. Phҫn lӟ
n các bài
toán cӫa hӑ là các thuұt toán ÿѭӧc ÿӅ xuҩt ÿӇ giҧi các vҩn ÿӅ ÿһc biӋt.
Tѭѫng tӵ, ӣ ViӋt Nam các hình ҧnh ÿӇ lҥi trên Trӕng ÿӗng Ĉông Sѫn cho chúng ta nghƭ
ÿӃn mӝt mô phӓng các ÿiӋu múa, y phөc và các sinh hoҥt săn bҳt cӫa ngѭӡi ViӋt Cә trong
khoҧng thӡi gian tӯ thӃ kӹ thӭ 6 ÿӃn thӃ kӹ thӭ 7 trѭӟc Công nguyên (Hình 1.8).
Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ


TS. Lê Anh Tuҩn
7
Hình 1.8: Mһt trên cӫa trӕng ÿӗng Ĉông Sѫn (hình trái); mӝt hình khҳc mô phӓng hình
ҧnh hai con chim ÿұu trên mái nhà cӫa con ngѭӡi (hình phҧi)
Sӵ phát triӇn cӫa ngành triӃt hӑc trong thӡi kǤ văn minh Hy lҥp (Hellenic Age) (khoҧng
600 năm trѭӟc Công nguyên) ÿã kӃt hӧp vӟi toán hӑc dүn ÿӃn phѭѫng pháp suy diӉn
(deductive method), sau ÿó trӣ thành mӝt phҫn quan trӑng trong lý thuyӃt toán hӑc. Trong
thӡi kǤ này, hình hӑc ÿã b
ҳt ÿҫu hình thành và phát triӇn. Nhà toán hӑc Thales ÿã áp dөng
hình hӑc ÿӇ tiên ÿoán hiӋn tѭӧng nhұt thӵc (solar eclipse) vào năm 585 trѭӟc Công
nguyên. Thales cNJng ÿã phát minh ra cách ÿo chiӅu cao mӝt vұt thӇ bҵng cách ÿo chiӅu

dài cӫa cái bóng cӫa vұt thӇ in trên nӅn ÿҩt. Vào khoҧng năm 250 trѭӟc Công nguyên,
Euclid ÿã dùng mӝt mô hình toán hình hӑc ÿӇ tìm khoҧng cách tӯ Trái ÿҩt ÿӃn Mһt trӡi
và khoҧng cách tӯ Trái ÿҩt
ÿӃn Mһt trăng. Ông cNJng tính ÿѭӧc chu vi cӫa Trái ÿҩt. Ngành
thiên văn hӑc cә cNJng ÿã biӃt tҥo ra các mô hình ÿӇ diӉn tҧ các vì sao trong thái dѭѫng
hӋ. Các nhà kiӃn trúc khi xây dӵng công trình cә xѭa ӣ Trung Hoa, Ҩn Ĉӝ, các nѭӟc theo
ÿҥo Hӗi ÿã ÿӇ lҥi nhӳng chӭng tích các mô hình ÿӅn ÿài, công trình thu nhӓ nhѭ là nhӳng
phѭѫng pháp tѭѫng tӵ (similar method), mӝt hình thӭc cӫa mô hình tӹ lӋ, trѭӟc khi xây
dӵng các công trình thӵc. Các nӅn văn minh ӣ Châu Á cNJng chӭng tӓ sӵ phát triӇn mô
hình vұt lý ÿi song song vӟi các mô hình toán hӑc trong các công trình kiӃn trúc cӫa hӑ.
Tӯ thӃ kӹ 20 trӣÿi, song song vӟi sӵ phát triӇn cӫa ngành toán hӑc, vұt lý, ÿһc biӋt là sӵ
ra ÿӡi cӫa máy tính ÿiӋn tӱÿã thúc ÿҭy sӵ phát triӇn nhanh chóng cӫa thuұt toán mô hình.
NhiӅu công ty phҫn mӅm chuyên sҧn xuҩt ra các công cө mô hình phөc vө cho nhiӅ
u lƭnh
vӵc tӯ khoa hӑc kӻ thuұt, kinh tӃ, môi trѭӡng, khí tѭӧng, thӫy văn, quҧn lý hành chánh
ÿӃn các lãnh vӵc quan hӋ xã hӝi, … Có thӇ nói, ngày nay kӻ thuұt mô hình ÿang càng
ngày chӭng tӓ vai trò trong viӋc tҥo ÿiӅu kiӋn cho con ngѭӡi hiӇu biӃt sâu hѫn vӅ thӃ giӟi
cӫa mình mà con tiên toán nhӳng tình thӃ có khҧ năng xҧy ra trong tѭѫng lai.
Bài giҧng môn hӑc MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ


TS. Lê Anh Tuҩn
8
1.5 Quan hӋ môn hӑc
Môn hӑc “Mô hình hóa môi trѭӡng” là môn hӑc chuyên ngành giҧng dҥy cho sinh viên
năm thӭ ba và năm thӭ tѭ các ngành hӑc “Khoa hӑc Môi trѭӡng”, “Quҧn lý Môi trѭӡng”
và “Kӻ thuұt Môi trѭӡng”. Các môn hӑc cѫ bҧn nhѭ Toán hӑc, Vұt lý, Tin hӑc, Sinh hӑc,
Thӕng kê,… là các môn hӑc nӅn cho môn hӑc. TiӃp theo các môn cѫ sӣ nhѭ Sinh thái
hӑc, Hoá Sinh Môi trѭӡng, Thӫy lӵc, Thӫy văn, Bҧn ÿӗ hӑc, GIS và ViӉn thám, ….sӁ là
các môn hӑc tiên quyӃt cho môn hӑ

c “Mô hình hóa môi trѭӡng”. Môn hӑc “Mô hình hoá
môi trѭӡng sӁ là môn hӑc hӛ trӧ cho các môn hӑc liên quan ÿӃn Quy hoҥch và Quҧn lý
Môi trѭӡng và Tài nguyên Thiên nhiên (hình 1.9).
Hình 1.9: Quan hӋ môn hӑc “Mô hình hóa môi trѭӡng” vӟi các môn khác
Các môn cѫ bҧn:
TOÁN H
Ӑ
C
,
V
Ұ
T LÝ
,
HÓA SINH
,
TIN H
Ӑ
C
,
…
Các môn cѫ sӣ:
THӪY LӴC, THӪY VĂN, SINH THÁI, MÔI TRѬӠNG
BҦN ĈӖ H
Ӑ
C, H
ӊ
THӔNG THÔNG TIN Ĉ
ӎ
A LÝ, …
MÔ HÌNH HÓA MÔI TRѬӠNG

QUY HOҤCH
MÔI TRѬӠNG
QUҦN LÝ
MÔI TRѬӠNG
QUҦN LÝ TÀI NGUYÊN
THIÊN NHIÊN