Giao-trinh-Mo-hinh-hoa-moi-truong-bui ta long

Kính mong sự đóng góp ý kiến của tất cả bạn đọc.
Những đóng góp quí báu của bạn đọc sẽ giúp các tác giả
nâng cao chất lượng giáo trình này.


Giáo trình này trình bày cơ sở lý luận và thực
tiễn xây dựng, ứng dụng mô hình toán phục vụ cho
công tác bảo vệ môi trường. Các khái niệm cơ bản
như mô hình, mô hình môi trường, mô hình hóa bài
toán bảo vệ môi trường không khí, môi trường nước

mặt, nước dưới đất được trình bày. Trong giáo trình
cũng dành sự lưu ý đặc biệt cho những ứng dụng cụ
thể trong bài toán bảo vệ môi trường trên đất nước
chúng ta.
Giáo trình hướng tới
đối tượng là sinh viên, học
viên cao học chuyên ngành môi trường và một số
ngành liên quan, cũng như giảng viên, nghiên cứu
viên tại các trường đại học và viện nghiên cứu.









Bản quyền @ 2008 - Bùi Tá Long, tiến sĩ khoa học,



Lôøi caûm ôn



Giáo trình này ra đời được là nhờ sự động viên và hỗ trợ của quí thầy cô
đồng nghiệp mà tác giả đã có dịp làm việc và cộng tác.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viện Môi trường và Tài nguyên,
Đại học Bách khoa, Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh, Đại học nông lâm

TP. Hồ Chí Minh, Đại học Khoa học Huế, Đại học bán công Tôn Đức
Thắng TP. Hồ Chí Minh, Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. Hồ Chí Minh,
Đại học Yersin TP. Đà Lạt đã mời tác giả tham gia giảng dạy cho sinh
viên, học viên cao học chuyên ngành môi trường.
Tác giả cũng gửi lời cảm ơn chân thành đến các thành viên Phòng Tin học
Môi trường, Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia Tp. Hồ
Chí Minh, các thành viên khác của nhóm ENVIM đã tham gia thực hiện
các phần mềm gắn với mô hình.
Tác giả bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến các thầy phản biện đã dành
nhiều thời gian để đọc và đóng góp ý kiến nhằm nâng cao chất lượng của
tài liệu này.
Cuối cùng tác giả xin cám ơn các học trò của mình đã tham gia rất nhiệt
tình phần xử lý số liệu, nhập số liệu cũng như kiểm tra phần mềm, cùng
nhiều hỗ trợ khác để nâng cao giá trị về mặt thực tiễn cho giáo trình này.

Lụứi noựi ủau

Mụ hỡnh húa vi s tr giỳp ca cụng ngh thụng tin trong thi i ngy
nay ó tr thnh mt nhỏnh quan trng ca khoa hc hin i v l mt
cụng c rt mnh nhn thc th gii xung quanh. Nghiờn cu mụ hỡnh
húa v ng dng trờn mỏy tớnh m ra nhng chõn tri mi nhn din s
ph thuc ca tin hc vi toỏn hc v cỏc ngnh khoa hc khỏc c t
nhiờn ln xó hi.
Khỏi nim mụ hỡnh chỳng ta ó lm quen t thi th u. chi ụ tụ,
mỏy bay hay chic tu l nhng trũ chi yờu thớch ca con trai; bỳp bờ,
con gu bụng l nhng trũ chi khụng th thiu ca bộ gỏi. Trong nhn
thc ca tr em, trong quỏ trỡnh nhn bit th gii bờn ngoi, nhng
chi nh vy v thc cht l cỏc mụ hỡnh ca th gii thc. tui thiu
niờn i vi nhiu em thỡ cỏc trũ chi lego, cỏc mụ hỡnh lp rỏp ụ tụ, mỏy
bay, tu thy gn ging vi thc t ó tr nờn quyt nh trong vic la
chn ngh trong tng lai.

Nh vy mụ hỡnh l gỡ ? Cỏi gỡ chung gia mt bờn l chic tu trũ chi
vi hỡnh v c th hin trờn mn hỡnh mỏy vi tớnh, th hin mt mụ hỡnh
toỏn hc tru tng ? Cú mt iu l ging nhau: trong c hai trng hp
chỳng ta cú hỡnh nh ca mt i tng thc, thay th bn gc no ú
c thc hin vi tin cy v c th no ú. Núi mt cỏch khỏc, mụ
hỡnh l biu din i tng di mt dng no ú, khỏc vi dng thc ca
nú.
Trong hu ht cỏc ngnh khoa hc v thiờn nhiờn, v th gii sinh vt hay
vụ c, v xó hi, vic xõy dng v s dng mụ hỡnh l mt th v khớ rt
mnh nhn thc xó hi. Cỏc i tng v quỏ trỡnh thc thng rt a
dng v phc tp cho nờn cỏch tt nht nghiờn cu chỳng l xõy dng
mụ hỡnh. Mụ hỡnh c xõy dng ch gi li mt s mt ca hin thc v


vì thế nó đơn giản hơn. Kinh nghiệm phát triển khoa học trong nhiều thế
kỷ đã khẳng định tính đúng đắn của phương pháp tiếp cận như vậy.
Giáo trình này hướng tới đối tượng sinh viên chuyên ngành môi trường,
cũng như một số ngành có liên quan. Bên cạnh đó giáo trình này cũng có
ích cho học viên trên đại học cũng như giảng viên, nghiên cứu viên thuộc
các cơ sở đào tạo và nghiên cứu trong nước.
Giáo trình này được biên soạn dựa trên tài liệu giảng dạy môn học này vào
các năm 2005 - 2008 cho sinh viên và học viên cao học tại Viện Môi
trường và Tài nguyên, một số trường đại học khác. Trong giáo trình này
tác giả đã cố gắng bám sát thực tiễn của đất nước cũng như chương trình
đào tạo ngành môi trường. Dù có nhiều cố gắng nhưng chắc chắn giáo
trình này vẫn không thể tránh khỏi những tồn tại và hạn chế. Tác giả rất
mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý đồng nghiệp cũng như bạn
đọc gần xa có quan tâm tới ứng dụng mô hình hóa trong quản lý môi
trường cũng như trong nghiên cứu môi trường. Góp ý xin gửi về địa chỉ
, điện thoại 0918017376 hoặc theo địa chỉ trên

trang Web: www.envim.com.vn.

TP. Hồ Chí Minh, tháng 6/2008
Tác giả: TSKH. Bùi Tá Long









DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD Nhu cầu oxy sinh hóa
C Cacbon
CAP Computing for Air Pollution – Phần mềm tính tốn ơ
nhiễm khơng khí
CBOD Nhu cầu oxy sinh hóa các hợp chất cacbon
COD Nhu cầu oxy hóa học
DIP Phơtpho vơ cơ hồ tan
DO Oxy hòa tan
DOM Chất khống hòa tan
DON Nitơ hữu cơ hòa tan
DOP Photpho hữu cơ hòa tan
EC Độ dẫn điện
ENVIM ENVironmental Information Management software – phần
mềm quản lý mơi trường
ENVIMAP ENVironmental Information Management and Air

Pollution estimation – Phần mềm tính tốn mơ phỏng ơ
nhiễm khơng khí
ENVIMQ2K Phần mềm mơ phỏng chất lượng nước kênh sơng có ứng
dụng GIS
GIS Hệ thống thơng tin địa lý
GIS Geographic Information System – Hệ thống thơng tin địa
lý


GMS Groundwater – Modeling – System – phần mềm mô phỏng
nước dưới đất
IN Nitơ vô cơ
IP Photpho vô vơ
NBOD Nhu cầu oxy sinh hóa các hợp chất nitơ
NH
4
Ammonia
P Phôtpho
PO
4
Phôtphat
QUAL2K Phần mềm mô phỏng chất lượng nước kênh sông của Mỹ
SBOD Nhu cầu oxy của bùn lắng
SS Chất rắn lơ lửng
TDS Tổng chất rắn hòa tan
TN Tổng nitơ
TN Tổng nitơ
TP Tổng photpho

.






MUÏC LUÏC

Lời cảm ơn   ........................................................................................................iii
Lời nói đầu .........................................................................................................v
Danh mục các từ viết tắt.......................................................................................vii
Mục lục ........................................................................................................ix
MỞ ĐẦU .........................................................................................................1
Tính cấp thiết của môn học................................................................................. 1
Mục tiêu của môn học.........................................................................................2
Nội dung môn học...............................................................................................2
Phương pháp, công cụ được sử dụng.................................................................. 5
Giới hạn của phương pháp mô hình....................................................................5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA MÔI TR
ƯỜNG .....................7
1.1. Mô hình vật lý và toán học .......................................................................... 7
1.2.

Vai trò của mô hình...................................................................................... 9
1.3.

Mô hình như là công cụ quản lý và nghiên cứu môi trường .....................13
1.4.

Sự phân loại mô hình và các nguyên lý mô hình hóa ................................ 17
1.5. Mô hình hóa môi trường và sự phân loại chúng........................................ 19
Câu hỏi..............................................................................................................25
Tài liệu tham khảo ............................................................................................ 25
CHƯƠNG 2. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA MÔ HÌNH HÓA
MÔI TRƯỜNG ............................................................................. 26
2.1.

Các giai đoạn cơ bản của quá trình xây dựng mô hình môi trường .......... 26
2.2. Các thành phần trong quá trình mô hình hóa môi trường..........................37
2.3.

Sự phân loại mô hình môi trường ............................................................. 39
2.4.

Các nguyên lý cơ bản áp dụng trong xây dựng mô hình môi trường........ 45
Câu hỏi..............................................................................................................46
Tài liệu tham khảo ............................................................................................ 47
CHƯƠNG 3. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG ẢNH HƯỞNG LÊN SỰ
PHÁT TÁN CHẤT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ .............................. 48
3.1. Sự phát tán của chất khí trong khí quyển ................................................. 48
3.2. Các điều kiện ảnh hưởng đến sự phát tán của khí trong khí quyển ...........51
3.3. Độ ổn định của khí quyển.......................................................................... 56
Câu hỏi..............................................................................................................69
Tài liệ
u tham khảo ............................................................................................ 70

CHƯƠNG 4. MÔ HÌNH HÓA Ô NHIỄM KHÔNG KHI THEO
PHƯƠNG PHÁP GAUSS….……………………………………71
4.1.

Phương trình cơ bản mô tả sự truyền tải và khuếch tán chất ô nhiễm .......71
4.2.

Mô hình Gauss tính toán lan truyền chất ô nhiễm không khí ....................75
4.3.

Mô hình phát tán ô nhiễm không khí ISC3................................................89
4.4.

Bài tập ứng dụng mô hình Gauss .............................................................103
Câu hỏi............................................................................................................112
Tài liệu tham khảo ..........................................................................................112
CHƯƠNG 5. MÔ HÌNH HÓA Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ THEO
PHƯƠNG PHÁP BERLIAND....................................................113
5.1.

Các phương pháp tiếp cận chính trong việc mô tả
khuếch tán khí quyển................................................................................113
5.2. Mô hình Berliand tính toán lan truyền chất ô nhiễm trong khí quyển.....118
5.3. Các bước tự động hoá tính toán theo mô hình phát tán
ô nhiễm không khí....................................................................................125
5.4.

Mô hình phát tán ô nhiễm không khí Sutton............................................135
5.5.

Phương pháp tính toán nồng độ trung bình..............................................140
5.6. Mô hình Berliand kỹ thuật .......................................................................144
5.7.

Bài tập ứng dụng mô hình Berliand .........................................................151
Câu hỏi............................................................................................................164
Tài liệu tham khảo ..........................................................................................165
CHƯƠNG 6. MỘT SỐ KIẾN THỨC CƠ BẢN LIÊN QUAN TỚI
MÔ HÌNH HÓA CHẤT LƯỢNG NƯỚC...................................166
6.1.

Hiện tượng lan truyền chất trong môi trường nước .................................166
6.2.

Chuyển tải ................................................................................................170
6.3.

Khuếch tán / phân tán...............................................................................173
6.4.

Sự phân ô..................................................................................................197
6.5.

Mô hình hóa chất lượng nước hồ .............................................................200
6.6.

Bài tập ứng dụng ......................................................................................214
Câu hỏi............................................................................................................219
Tài liệu tham khảo ..........................................................................................219

CHƯƠNG 7. MÔ HÌNH STREETER – PHELPS MÔ PHỎNG
CHẤT LƯỢNG NƯỚC TRÊN KÊNH SÔNG ...........................220
7.1.

Nhu cầu oxy sinh hoá (BOD)...................................................................221
7.2. Sự ô nhiễm do các chất hữu cơ ................................................................223
7.3. Các điểm lưu ý về nhu cầu oxy sinh hóa .................................................225
7.4.

Sự oxy hóa các hợp chất của nitơ.............................................................227
7.5. Đường cong diễn tiến oxy hòa tan (đường cong lõm) .............................230
7.6. Mô hình Streeter – Phelps........................................................................232
7.7. Bài tập ứng dụng mô hình Streeter ..........................................................242
Câu hỏi............................................................................................................252
Tài liệu tham khảo ..........................................................................................253
CHƯƠNG 8. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY VÀ LAN TRUYỀN CHẤT
CHO KÊNH SÔNG.....................................................................253


8.1. Phương trình vi phân của dòng chảy và lan truyền chất.......................... 253
8.2. Phương pháp số giải phương trình vi phân của dòng chảy
và lan truyền chất trong sông................................................................... 262
8.3.Giải số phương trình dòng chảy và lan truyền chất cho kênh sông. .........274
Câu hỏi………………………………………………………………………275
Tài liệu tham khảo .......................................................................................... 276
CHƯƠNG 9. MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC BẰNG
PHẦN MỀM QUAL2K............................................................... 276
9.1. Tổng quan về mô hình QUAL2K ............................................................276
9.2. Sự phân đoạn trong QUAL2K .................................................................277
9.3 Cân bằng lưu lượng..................................................................................

279
9.4 Các đặc tính thuỷ lực................................................................................281
9.5 Thời gian di chuyển .................................................................................288
9.6 Công thức tính hệ số phân tán theo hướng dòng chảy ............................. 288
9.7 Mô hình nhiệt độ ...................................................................................... 289
9.8 Mô hình tính toán cho các phần tử...........................................................304
9.9 Phần mềm ENVIMQ2K ứng dụng GIS mô phỏng chất lượng
nước kênh sông ........................................................................................327
9.10.

Bài tập ứng dụng phần mềm ENVIMQ2K mô phỏng chất lượng
nước kênh sông do nhiều nguồn xả thải ..................................................359
Câu hỏi............................................................................................................380
Tài liệu tham khảo .......................................................................................... 380
CHƯƠNG 10. MÔ HÌNH HOÁ NƯỚC DƯỚI ĐẤT........................................ 381
10.1. Tổng quan về các mô hình nước dưới đất..............................................381
10.2. Điều kiện đầu.........................................................................................387
10.3. Điều kiện biên........................................................................................388
10.4. Một số phần mềm được sử dụng r
ộng rãi ..............................................391
10.5. Ứng dụng phần mềm MODFLOW và MT3DMS tính toán
mô phỏng lan truyền nitơ trong nước dưới đất - lấy TPHCM
làm ví dụ nghiên cứu ............................................................................. 393
Câu hỏi............................................................................................................427
Tài liệu tham khảo .......................................................................................... 427
BẢNG .....................................................................................................429
HÌNH .....................................................................................................432
BẢNG TÍNH ĐỔI ĐƠNVỊ ĐO NỒNG ĐỘ ......................................................444

TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA
MÔI TRƯỜNG

Hiện nay khơng có một lĩnh vực nhận thức nào mà người ta khơng nói đến
mơ hình. Trong nghĩa rộng, mơ hình được hiểu là một cấu trúc được xây
dựng trong tư duy hoặc thực tiễn, cấu trúc này tái hiện lại thực tế ở dạng
đơn giản hơn, cơng thức hơn và trực quan hơn. Phần trình bày dưới đây sẽ
làm sáng tỏ hơn về mơ hình và mơ hình hố mơi trường.
1.1. MÔ HÌNH VẬT LÝ VÀ TOÁN HỌC
Trong lịch sử phát triển con người đã từng sử dụng mơ hình. Mơ hình là
những bức tranh đơn giản về thực tế và là cơng cụ để giải quyết nhiều vấn đề.
Dĩ nhiên, mơ hình sẽ khơng bao giờ chứa đựng tất cả các đặc tính của hệ
thống thực, bởi vì, chính nó khơng phải là hệ thống thật. Nhưng điều quan
trọng ở việc mơ hình chứa đựng tất cả các đặc tính đặc trưng cần thiết trong
phạm vi của vấn đề cần giải quyết hay mơ tả.
Ý nghĩa thực tiễn của việc sử dụng mơ hình có lẽ được minh họa tốt nhất qua
những ví dụ trong thực tế. Trong nhiều năm, người ta đã sử dụng các mơ
hình vật lý của con tàu để xác định mặt nghiêng, giúp con tàu có được sự cân
bằng trong nước. Mơ hình vật lý như vậy sẽ có hình dáng và một số thơng số
chính giống con tàu thật sự, nhưng nó khơng chứa tất cả các chi tiết chẳng
hạn như: sự trang bị máy móc, cách bố trí của cabin, v.v… Những chi tiết
như vậy thì khơng liên quan đến mục đích của mơ hình cần nghiên cứu.
Những mơ hình khác của con tàu đáp ứng các mục đích khác: cách bố trí của
các cabin khác nhau, sơ đồ các ống dẫn...
Từ đó, chun gia hàng đầu về mơ hình mơi trường người Đan Mạch
Jorgensen M.E. /[6]/ cho rằng mơ hình mơi trường phải mang những đặc

tính lưu ý đến khía cạnh quản lý hay vấn đề mang tính khoa học, đây
chính là điều mà các nhà nghiên cứu mong muốn. Mơi trường là một hệ
Chương
1

Giáo trình Mô hình hóa môi trường

8
thống phức tạp hơn nhiều một con tàu, và điều này nói lên rằng mơ hình
mơi trường là vấn đề cực kỳ phức tạp. Tuy nhiên, nhờ những nghiên cứu
mạnh mẽ trong nhiều thập kỷ qua nên ngày nay đã có thể thiết lập được
những mơ hình mơi trường mang tính thực tiễn cao.
Jorgensen đã so sánh mơ hình mơi trường với các bản đồ địa lý (trên thực
tế bản đồ địa lý cũng chính là những mơ hình). Các loại bản đồ khác nhau
đáp ứng những mục đích khác nhau. Có những bản đồ dùng cho máy bay,
tàu thủy, xe hơi, xe lửa, các nhà địa chất và các nhà khảo cổ học và
v.v…Tất cả chúng đều khác nhau, bởi vì chúng cần tập trung vào các chi
tiết khác nhau. Hơn thế nữa, bản đồ khơng bao giờ chứa đựng tất cả chi
tiết của khu vực địa lý quan tâm, bởi vì hầu hết là khơng liên quan và mơ
hồ đối với mục đích chính của bản đồ.
Tương tự với các bản đồ địa lý mơ hình mơi trường tập trung vào những
mục tiêu chính cần quan tâm. Mục tiêu chính của mơ hình sẽ bị lu mờ nếu
mơ hình lưu ý tới q nhiều chi tiết khơng liên quan. Có nhiều mơ hình
khác nhau của cùng một hệ sinh thái, vì mơ hình thích hợp sẽ được chọn
lựa tùy theo từng mục tiêu của mơ hình.
Mơ hình có thể là vật lý, chẳng hạn như mơ hình chiếc tàu thí nghiệm dùng
để đo lường các tham số thủy động lực học, hay có thể là mơ hình tốn học,
nó mơ tả những đặc trưng chính của hệ sinh thái và những vấn đề liên quan
bằng ngơn ngữ tốn học.
Những mơ hình tốn đang được chú ý đặc biệt trên thế giới hiện nay.

Nhiều hội nghị, hội thảo quốc tế lớn về phương pháp mơ hình được tổ
chức nhiều nơi trên thế giới. Lĩnh vực của mơ hình mơi trường đã phát
triển rất nhanh chóng trong 2 thập kỷ qua do những nhân tố chính sau đây
/Jorgensen S.E., 1989/ :
1. Sự phát triển của cơng nghệ máy tính, cho phép chúng ta xử lý những
phép tính tốn rất phức tạp.
2. Những hiểu biết chung về các vấn đề ơ nhiễm, bao gồm việc loại trừ
hồn tồn ơ nhiễm là khơng khả thi, nhưng việc kiểm sốt ơ nhiễm
thích hợp với những nguồn kinh tế giới hạn đòi hỏi sự cân nhắc đúng
về những ảnh hưởng của ơ nhiễm tác động lên hệ sinh thái.
3. Kiến thức về mơi trường của chúng ta và các vấn đề về sinh thái đã gia
tăng đáng kể. Đặc biệt, chúng ta đã lĩnh hội được nhiều kiến thức hơn
về mối quan hệ định lượng trong hệ sinh thái, thuộc tính sinh thái và
các nhân tố mơi trường.

Chương 1
– TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG

9
1.2. VAI TRÒ CỦA MÔ HÌNH NHƯ MỘT CÔNG CỤ KẾT NỐI THẾ GIỚI
TỰ NHIÊN VÀ XÃ HỘI LOÀI NGƯỜI
Ngày nay hầu hết các ngành khoa học đều sử dụng “mơ hình”. Tuy nhiên có rất
nhiều phương pháp tiếp cận khác nhau cùng sử dùng thuật ngữ “mơ hình”. Với
nhiều nhà nghiên cứu mơ hình được hiểu là các mơ hình số phức tạp chạy trên
máy tính, trong một số ngành khoa học khác mơ hình được hiểu như một dạng
mẫu tương tự. Mơ hình khơng chỉ xuất hiện trong khoa học tự nhiên mà còn
xuất hiện trong khoa học xã hội. Như vậy ứng dụng của mơ hình rất rộng,
chúng giúp cho q trình thơng qua quyết định trong cuộc sống hàng ngày.
Như vậy, mơ hình là một khái niệm cơ bản của khoa học và đóng vai trò đặc
biệt quan trọng trong khoa học mơi trường nơi các phép thí nghiệm rất khó

tiến hành, trong nhiều trường hợp là khơng thể (bên cạnh yếu tố khơng thể bỏ
qua đó là giá thành rất cao cho các thí nghiệm). Mặc dù mơ hình đã được
ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu mơi trường như nhiều vấn đề liên quan
tới lý luận và thực tiễn của phương pháp mơ hình vẫn là đối tượng thảo luận
của nhiều hội nghị lớn trên thế giới. Một trong số này được trình bày trong
[5]. Trong chương đầu tiên của cuốn sách này với nhan đề “Mơ hình như một
cơng cụ chính kết nối tự nhiên và xã hội”, nhà khoa học Nico Stehr đã đưa ra
một cách nhìn thật dễ hiểu về mơ hình “Thật dễ dàng vẽ một biểu đồ hơn là
mơ tả chính xác những điều thực tế đang diễn ra”. Theo quan điểm của
Stehr, trong nghiên cứu khoa học, thu thập thơng tin về đối tượng nghiên cứu
là chưa đủ, cần thiết phải tổng qt hóa dữ liệu được thu thập thành các cơng
thức. Bởi vì các cơng thức này sẽ giúp ta giải quyết những bài tốn tương tự
và như cách nói của Stehr là giúp ta mở rộng phạm vi hiểu biết và làm giàu
tri thức.
Cũng theo Stehr mặc dù mơ hình đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa
học (như là những sản phẩm trí tuệ) nhưng vai trò, chức năng của mơ hình
trong khoa học tự nhiên và khoa học xã hội vẫn còn là đề tài được thảo luận
tại các Hội thảo và khơng phải lúc nào cũng nhận được sự nhất trí cao của
các nhà khoa học. Nội dung được thảo luận nhiều là ngơn ngữ diễn đạt, cách
giải thích, tính thức tiễn, nguồn dữ liệu, cách hiểu, sự mơ tả, cấu trúc, lý
thuyết và nhiều điều khác nữa /[5], trang 1/. Hơn thế nữa, bản thân thuật
ngữ “model” cũng được định nghĩa theo nhiều cách khác nhau (The
American Heritage Dictionary of the English Language, New York:
Houghton Mifflin 1969):

Giáo trình Mô hình hóa môi trường

10
1. Mơ hình là một đối tượng nhỏ, thường được xây dựng theo tỷ lệ, nó mơ
tả một vài đối tượng thực tế trong tự nhiên.

2. Mơ hình là một mẫu thể hiện một sự vật còn chưa được xây dựng trên
thực tế, được xem như là kế hoạch (trên thực tế sẽ lớn hơn mẫu) và sẽ
được xây dựng.
3. Thuật ngữ “model” có thể là một mẫu được sử dụng để trắc nghiệm về
ngữ pháp “ hai mẫu câu có cấu trúc văn phạm tương phản nhau”.
(Noam Chomsky)
4. Thuật ngữ “model”có thể được dùng như một kiểu mẫu thiết kế của
một đối tượng cụ thể. Ví dụ có thể nói chiếc xe của anh ta là mẫu xe
của năm ngối.
5. Thuật ngữ “model” có thể được dùng cho đối tượng là người tiêu biểu
cho một hay nhiều tiêu chí khác nhau.
6. Thuật ngữ “model” có thể là người hay vật thể phục vụ cho họa sĩ hay
người chụp hình nghệ thuật.
7. Thuật ngữ “model” có thể dùng chỉ người có nghề nghiệp là trình diễn thời
trang.
Những khái niệm theo danh sách trên là chưa hồn tồn đầy đủ, tác giả
Stehr đã thêm vào mệnh đề sau:
1. Mơ hình là cơng cụ tốt
2. Mơ hình tốn học còn tốt hơn.
Các khái niệm trên một phần nào trả lời câu hỏi về vai trò và chức năng của
mơ hình trong khoa học. Nếu ai đó cố gắng đưa ra một mẫu số chung nhất
cho các mơ hình, thì đó chính là chức năng quan trọng nhất của chúng – là sự
giảm thiểu độ phức tạp của phạm vi u cầu. Tùy theo bối cảnh cụ thể, trong
từng lĩnh vực khoa học có ứng dụng mơ hình sẽ có những phạm vi u cầu
cụ thể đối với từng mơ hình. Để xác định phạm vi giới hạn của từng mơ hình
chúng ta cần xác định bắt đầu từ đâu, các vấn đề quan trọng nào cần quan
tâm là gì, chúng ta mong muốn tìm kiếm lời giải đáp gì và đánh giá những lời
giải có thể tìm thấy được như thế nào.
Đã diễn ra sự tranh luận giữa các nhà khoa học trên thế giới về vai trò đích
thực của mơ hình trong khoa học. Theo quan điểm của nhà vật lý người Pháp

Pierre Duhem /xem [5], trang 3/ mơ hình trong khoa học chỉ là một cơng cụ
để giải thích về lý thuyết và có thể được loại bỏ một khi một lý thuyết khác

Chương 1
– TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG

11
được phát triển. Đáp lại nhà vật lý người Anh Campell /xem [5], trang 3/ cho
rằng vai trò của mơ hình vượt q giới hạn như Duhem chỉ ra, cụ thể là mơ
hình là một cơng cụ trợ giúp nghiên cứu khoa học “mơ hình là một phần thiết
yếu (của lý thuyết), khơng có nó lý thuyết sẽ hồn tồn khơng có giá trị”
Theo quan điểm của Stehr khơng tồn tại phương pháp chung cho mơ hình
hóa. Tuy nhiên, có hai thuộc tính sau đây thường được quan tâm trong q
trình mơ hình hóa, đó là:
- Chất lượng mơ hình có cùng cấu trúc
- Kết quả định lượng được tạo ra từ mơ hình.
Trong phần minh họa cho lập luận và quan điểm khoa học của mình Stehr
đã đưa ra một loạt các ví dụ mơ hình cùng q trình mơ hình hóa diễn ra
trong các lĩnh vực khác nhau như mơ hình xã hội, mơ hình kinh tế, mơ
hình khí hậu như một mơ hình kết nối xã hội với thiên nhiên /[5]/.
Các nhà khoa học Nga coi mơ hình là cơng cụ giúp dự báo cũng như
tính tốn trước những hậu quả có thể trong thực thi các dự án kinh tế và
phát triển xã hội. Trong thực tế, bài tốn được quan tâm sâu sắc của
nhiều dự án là đưa ra được câu trả lời cho câu hỏi : “Điều gì sẽ xảy ra
nếu … “, và do vậy bài tốn dự báo hậu quả có thể xảy ra do việc thực
hiện tác động này hay tác động khác là bài tốn trung tâm của nhiều
nghiên cứu. Dự báo này được xây dựng trên những tri thức về đặc trưng
của các q trình xảy ra trong thiên nhiên, qui luật phát triển xã hội và
sự ảnh hưởng lẫn nhau trong mối quan hệ tương hỗ này.
Các giai đoạn cần thiết cho nghiên cứu khoa học một q trình bất kỳ

diễn ra trong thiên nhiên, trong đó có dự báo sự phát triển của nó là :
- Xây dựng mơ hình của q trình cần nghiên cứu,
- Phát biểu những giới hạn đặc trưng cho q trình được nghiên cứu
theo ngơn từ xây dựng mơ hình, phát biểu mục tiêu của nghiên cứu.
Việc thực hiện các giai đoạn kể trên cùng với nhau dẫn tới việc xây dựng
mơ hình cho q trình được nghiên cứu. Cần lưu ý rằng mơ hình có thể có
dạng hình thức (được cho bởi một số hệ thức hệ tốn học), cũng như cho
dưới dạng cấu trúc mơ tả nghĩa là được cho dưới dạng một số qui luật
chính quan sát được. Thực tế đã chỉ ra rằng nếu chúng ta có càng nhiều,
càng đầy đủ thơng tin về các q trình cần phân tích thì việc dự báo trong
phạm vi thời gian đã cho càng chính xác bấy nhiêu cũng như khoảng thời
gian dự báo càng lớn thì độ sai số dự báo cũng tăng theo.

Giáo trình Mô hình hóa môi trường

12
Tất nhiên, việc xây dựng mơ hình khơng thể là một bài tốn đơn giản. Đầu
tiên, cần phải có khả năng và các phương tiện (vật chất và kỹ thuật). Thứ
hai cần phải hiểu biết các qui luật bên trong sự phát triển xã hội, biết
được sự tiến triển các mục tiêu xã hội để từ đó xác định dạng này hay
dạng khác tác động của con người lên mơi trường. Thứ ba cần phải hiểu
ảnh hưởng của những thay đổi có thể trong mơi trường và các qui luật
phát triển của xã hội. Mỗi bài tốn được phát biểu ở trên đều là những bài
tốn phức tạp. Khả năng giải từng bài tốn phụ thuộc vào mục tiêu nghiên
cứu được đặt ra cho nghiên cứu, nghĩa là phụ thuộc vào tiêu chí đánh giá
các hậu quả của những thay đổi của mơi trường dưới tác động của các q
trình xã hội.
Một hệ thiên nhiên hay xã hội phức tạp bất kỳ có thể được mơ tả bằng nhiều
phương pháp khác nhau. Ý tưởng mơ hình hóa cho phép xét các đặc trưng
khác nhau của hệ cũng như tham số hóa các dữ liệu thực nghiệm bằng các

phương pháp khác nhau. Ngồi ra, trong bất kỳ một hiện tượng thiên nhiên
phức tạp nào ln có một mức độ khơng xác định tương đối cao liên quan tới
kiến thức về bản chất của hiện tượng, về các mối quan hệ nhân-quả, về các
tham số ban đầu của các dữ liệu. Trong những điều kiện như thế này việc
thiết lập một mơ hình “chính xác” trở nên vơ nghĩa. Điều quan trọng phải
hiểu rằng độ phức tạp của mơ hình phải tương ứng với mức độ chính xác của
dữ liệu ban đầu và khả năng tính tốn của máy tính hiện tại (tốc độ máy tính,
khả năng của bộ nhớ, tốc độ xuất màn hình, khả năng của người nghiên cứu
xử lý và tư duy các kết quả tính tốn nhận được). Chính vì những ngun
nhân này nên người nghiên cứu thường chọn mơ hình tương đối đơn giản cho
cơng việc tính tốn thực tế. Viện sĩ Samarsky A.A. đã viết: “Người nghiên
cứu mơ hình thường xun nằm giữa hai áp lực: phức tạp hóa và độ chính
xác. Một mặt, mơ hình do anh ta xây dựng phải đơn giải từ khía cạnh tốn
học để có thể nghiên cứu nó bằng các cơng cụ đang có, và kết quả do đơn
giải hóa một số giả thiết khơng bị mất đi tính xác thực của vấn đề”. Trong
phát biểu này của viện sĩ Samarsky A.A. thể hiện một ngun lý mơ hình hóa
tốn học – một mơ hình tốn bất kỳ phải có độ phức tạp tối ưu, cần và đủ để
giải quyết nhiệm vụ được đặt ra
Tóm lại, mơ hình hóa các q trình và hiện tượng xảy ra trong xã hội và
thiên nhiên được thừa nhận như một cơng cụ mạnh giúp hiểu biết sâu hơn
bản chất của tự nhiên và giúp lồi người nhận được thơng tin q giá về thế
giới thực. Thơng tin này tiếp tục thúc đẩy sự phát triển các phương pháp
mới giải quyết các bài tốn khoa học cũng như làm cơ sở thơng qua các
quyết định quản lý cụ thể.

Chương 1
– TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG

13
1.3. MÔ HÌNH NHƯ LÀ CÔNG CỤ QUẢN LÝ VÀ NGHIÊN CỨU MÔI

TRƯỜNG
Tầm quan trọng của việc sử dụng mơ hình trong cơng tác quản lý mơi trường
được minh họa trong Hình 1-1. Sự đơ thị hóa và phát triển cơng nghệ đã tác
động mạnh vào mơi trường. Năng lượng và các chất ơ nhiễm được phát thải, xả
thải vào mơi trường sinh thái, và tại đây chúng gây nên sự phát triển nhanh
chóng của tảo hay vi khuẩn, phá hoại các lồi khác dẫn tới làm thay đổi cấu
trúc sinh thái. Một hệ sinh thái bất kỳ đều rất phức tạp. Chính vì vậy việc tiên
đốn các tác động lên mơi trường là một nhiệm vụ khá nặng nề. Chính vì lý do
này đã biến mơ hình trở thành một cơng cụ có ích bởi vì mơ hình là bức tranh
phản ánh thực tế. Với kiến thức mơi trường sinh thái đầy đủ và hồn chỉnh, có
thể rút ra được những đặc trưng của hệ sinh thái liên quan đến các vấn đề ơ
nhiễm và qua nghiên cứu để hình thành nên nền tảng của mơ hình mơi trường.
Như được chỉ ra ở Hình 1-1, kết quả mơ hình có thể được sử dụng để lựa chọn
kỹ thuật mơi trường phù hợp nhất cho giải pháp các vấn đề mơi trường đặc
biệt, hay cho việc xây dựng các bộ luật khung giúp giảm thiểu hay kiểm sốt ơ
nhiễm.

Hình 1-1. Mối liên hệ giữa khoa học mơi trường, sinh thái, mơ hình hóa
mơi trường sinh thái, quản lý mơi trường và cơng nghệ mơi trường

Giaựo trỡnh Moõ hỡnh hoựa moõi trửụứng

14

Hỡnh 1-2. í tng th hin vai trũ cỏc mụ hỡnh mụi trng
trong qun lý mụi trng
Hỡnh 1-1 trỡnh by ý nim m u ca mụ hỡnh mụi trng c s dng
nh l cụng c qun lý trong nm 1970. Qun lý mụi trng ngy nay
phc tp hn v phi ỏp dng cụng ngh mụi trng, cụng ngh sch hn
nh l s la chn a ra cụng ngh v k thut sinh thỏi

(ecotechnology). Cụng ngh sau cựng c ỏp dng gii quyt cỏc vn
ụ nhim ngun khụng im hay lan truyn cú ngun gc chớnh t nụng
nghip. Hỡnh 1-2 /[6]/ c gng minh ha bc tranh phc tp hn v qun
lý mụi trng ngy nay.
Mụ hỡnh l nhng cụng c c s dng rng rói trong khoa hc. Mt mt,
cỏc nh khoa hc thng dựng cỏc mụ hỡnh vt lý thc hin thớ nghim
bờn ngoi (situ) hay trong phũng thớ nghim hn ch s xỏo trn t tin
trỡnh khụng liờn quan n vic nghiờn cu. Hemostats c s dng o
lng s phỏt trin ca to nh l chc nng ca nng dinh dng. Vựng
trung tõm trm tớch c kim tra trong phũng thớ nghim iu tra s
tng tỏc ln nhau gia mụi trng nc v cht trm tớch trỏnh s xỏo
trn cỏc thnh phn h sinh thỏi khỏc. Cỏc chui phn ng c s dng
tỡm ra t l ca cỏc tin trỡnh húa hc.v.v

Chương 1
– TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG

15
Bên cạnh đó, mơ hình tốn học đang được áp dụng rộng rãi trong khoa
học. Định luật Newton là mơ hình tốn học tương đối đơn giản về ảnh
hưởng của trọng lực trên cơ thể, nhưng nó khơng tính đến lực ma sát, ảnh
hưởng của gió, v.v…Về bản chất, mơ hình mơi trường thì khơng khác so
với các mơ hình khoa học khác, thậm chí khơng phức tạp như nhiều mơ
hình sử dụng trong vật lý hạt nhân trong những thập niên qua (những mơ
hình này có lẽ thậm chí phức tạp hơn các mơ hình mơi trường).
Ứng dụng mơ hình trong mơi trường đã trở nên phổ biến, nếu chúng ta
muốn hiểu sự vận hành của một hệ thống phức tạp như hệ sinh thái. Thật
khơng đơn giản để khảo sát nhiều thành phần và tác động trong một hệ
sinh thái mà khơng sử dụng mơ hình như là cơng cụ tổng hợp. Tác động
qua lại lẫn nhau của hệ thống có lẽ khơng nhất thiết là tổng các tác động

riêng rẽ; Điều này ngụ ý rằng các tính chất của một hệ sinh thái như là một
hệ thống khơng thể được phản ánh nếu khơng sử dụng mơ hình của hệ
thống hồn tồn.
Do đó, khơng có gì ngạc nhiên khi các mơ hình mơi trường đã được sử
dụng ngày càng nhiều trong sinh thái học nói riêng và mơi trường nói
chung, như một cơng cụ để hiểu về tính chất của hệ sinh thái. Ứng dụng
này đã phản ánh rõ ràng những thuận lợi của mơ hình như là cơng cụ hữu
dụng trong mơi trường mơi trường; nó có thể tóm tắt theo những điểm
dưới đây:
1) Mơ hình là những cơng cụ hữu ích trong khảo sát các hệ thống phức tạp.
2) Mơ hình có thể được dùng để phản ánh các đặc tính của hệ sinh thái.
3) Mơ hình phản ánh các lỗ hổng về kiến thức và do đó có thể được
dùng để thiết lập nghiên cứu ưu tiên.
4) Mơ hình là hữu ích trong việc kiểm tra các giả thiết khoa học, vì mơ
hình có thể mơ phỏng các tác động bên trong của hệ sinh thái, dùng
nó để so sánh với các quan sát.
Tuy nhiên, điều chắc chắn là kiểm tra tính đúng đắn sử dụng mơ hình mơi
trường phức tạp hơn kiểm tra các ngành khoa học khác. Chẳng hạn, với
nhiều ngành khoa học khác mối tương quan được tìm thấy ở đây giữa hai
hay nhiều yếu tố thay đổi bằng việc sử dụng thống kê là đủ. Sau này, mối
tương quan được kiểm tra trong vài trường hợp bổ sung để làm tăng tính
chắc chắn của khoa học. Nếu kết quả được chấp nhận, mối tương quan dễ
dàng được sử dụng để đưa ra những tiên đốn và được kiểm tra liệu sự

Giáo trình Mô hình hóa môi trường

16
tiên đốn là đúng hay sai. Nếu mối tương quan được kiểm chứng, người ta
chấp nhận sử dụng rộng rãi mối tương quan tìm được.
Theo /[6], trang 456/ khơng có sự khác biệt về mặt ngun tắc giữa hai

nhóm mơ hình khoa học và quản lý mơi trường. Tuy nhiên các mơ hình
quản lý mơi trường có một số đặc điểm riêng. Thực vậy, bài tốn quản lý
có thể được phát biểu như sau: nếu một số biến ngoại sinh (hay hàm điều
khiển) thay đổi thì điều này sẽ gây ảnh hưởng thế nào tới hệ sinh thái ?
Mơ hình quản lý được sử dụng để trả lời cho câu hỏi này, nói cách khác
mơ hình quản lý được dùng để dự báo, xem khi hàm điều khiển thay đổi
thì hệ sinh thái (mơi trường sinh thái) sẽ thay đổi thế nào. Lưu ý rằng hàm
điều khiển là một hàm thay đổi theo khơng gian và thời gian.
Thuật ngữ chức năng kiểm sốt được dùng để nói tới hàm điều khiển. Trên
thực tế, có thể kiểm sốt được hàm này ví dụ như lượng nhiên liệu được
tiêu thụ, điều chỉnh mực nước trên sơng bằng đập chắn, lưu lượng nước
thải hay chính sách đánh bắt cá.
Một số mơ hình quản lý mơi trường được mang tên mơ hình kiểm sốt mơi
trường. Các mơ hình này khác các mơ hình khác bởi hai nội dung chính
sau đây:
1. Mơ tả định lượng cho các q trình cần kiểm sốt;
2. Mơ tả mục tiêu thực thơng qua các hàm tốn học và bắt buộc có phần
đánh giá kết quả đạt được.
Sự khác nhau giữa mơ hình quản lý và mơ hình kiểm sốt có thể được minh
họa bởi ví dụ tính tốn phát tán ơ nhiễm khơng khí. Khi chúng ta chọn các
phương án tính tốn khác nhau, có nghĩa là chúng ta hình thành các kịch bản
(cho mơ hình chạy). Trong số các kịch bản này ta chọn kịch bản phù hợp
với chính sách phát triển kinh tế - xã hội nhất. Khi đó mơ hình được sử dụng
như một mơ hình quản lý mà khơng phải là mơ hình kiểm sốt. Chúng ta
biến mơ hình này thành mơ hình kiểm sốt khi chúng ta muốn đạt được mức
độ nồng độ cho phép ở một ngưỡng xác định nào đó.
Cũng mơ hình đó nhưng là mơ hình nghiên cứu khi ta muốn tìm sự phụ
thuộc giữa nồng độ cực đạt vào các yếu tố khí tượng cũng như các tham số
kỹ thuật của ống khói.
1.4. SỰ PHÂN LOẠI MÔ HÌNH VÀ CÁC NGUYÊN LÝ MÔ HÌNH HÓA

Trong các lĩnh vực ứng dụng người ta phân biệt các dạng sau đây của mơ
hình trừu tượng:

Chương 1
– TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG

17
1. Mơ hình hóa truyền thống (trước tiên là các mơ hình trong vật lý lý
thuyết, trong cơ học, hóa học, sinh học và một số khoa học khác) khơng
có mối liên hệ đặc biệt nào với các thiết bị kỹ thuật tin học.
2. Các mơ hình tin học và phép mơ hình hóa có ứng dụng trong các hệ
thống thơng tin.
3. Các mơ hình thể hiện bằng lời (lời nói, chữ viết)
4. Các mơ hình máy tính được chia thành
4.1. Loại mơ hình sử dụng cơng cụ lập trình (soạn thảo code, cơ sở dữ
liệu, processor bảng, sử dụng cơng cụ viễn thơng);
4.2 Loại mơ hình máy tính gồm
4.2.1 Mơ hình tính tốn (mơ phỏng)
4.2.2 Mơ hình hiển thị hiện tượng và q trình (mơ phỏng đồ họa)
4.2.3 Mơ hình sử dụng cơng nghệ cao được hiểu như các chương
trình riêng kết nối với các hệ thống đo: cảm biến, đầu dò,...
(thường trong chế độ thời gian thực).
Như vậy, có thể thống nhất phân loại các mơ hình trừu tượng như sau:
1) Mơ hình bằng lời (chữ viết). Các mơ hình này được trình bày dưới
dạng một dãy các đề xuất dựa trên ngơn ngữ tự nhiên và dùng để mơ tả
một lĩnh vực thực tế cụ thể (ví dụ như luật đường sắt, biên bản của
cơng an)
2) Mơ hình tốn - bao hàm một lớp rất rộng lớn các mơ hình quen thuộc
(dựa trên ngơn ngữ hình thức với các qui tắc hữu hạn) sử dụng phương
pháp tốn học rất đa dạng. Ví dụ có thể xem xét mơ hình tốn giữa các

hành tinh. Mơ hình này gồm một hệ các phương trình phức tạp mơ tả
các q trình vật lý phức tạp diễn ra trong nhân các hành tinh.
3) Mơ hình thơng tin – một lớp các mơ hình quen thuộc mơ tả các q
trình thơng tin (sự xuất hiện, truyền, biến đổi và sử dụng thơng tin)
trong các hệ có bản chất khác nhau.
Sự khác biệt giữa các mơ hình bằng lời, tốn học và tin học chỉ là tương
đối: hồn tồn có thể coi các mơ hình thơng tin là một lớp con của mơ
hình tốn. Tuy nhiên, bởi vì ngày nay tin học đã là một ngành khoa học
độc lập tách khỏi tốn học, vật lý và văn học cũng như các ngành khoa

Giáo trình Mô hình hóa môi trường

18
học khác cho nên việc xếp các mơ hình tin học thành một lớp riêng biệt là
điều cần thiết.
Chúng ta xem xét những ngun lý cơ bản mơ hình hóa phản ánh kinh
nghiệm đã được đúc kết trong thời gian qua:
1. Ngun lý đủ thơng tin. Với sự thiếu vắng hồn tồn của thơng tin về
hệ thống được cần xây dựng mơ hình là khơng thể. Bên cạnh đó nếu sự
đầy đủ thơng tin về hệ thống sẽ khiến việc mơ hình hóa nó mất đi ý
nghĩa cần thiết. Do vậy, tồn tại một mức độ tới hạn cho những thơng tin
tiên nghiệm về hệ thống (mức độ đủ thơng tin), trong trường hợp đạt
được mức độ này, có thể xây dựng được mơ hình thích hợp.
2. Ngun lý khả năng hiện thực. Mơ hình được xây dựng phải đảm bảo
đạt được mục tiêu được đặt ra cho nghiên cứu với xác suất khác khơng
và sau một bước thời gian hữu hạn. Thường thì bước thời gian tới hạn
P
0
nào đó của xác suất đạt được mục tiêu P(t)

,

cùng với giới hạn t
0
thời
gian đạt mục tiêu sẽ được cho trước. Mơ hình được coi là có thể chấp
nhận được nếu điều kiện: P(t
0
) ≥ P
0
được thực hiện.
3. Ngun lý đa mơ hình. Ngun lý này, mặc dù xếp thứ tự ở vị trí thứ 3
nhưng lại là ngun lý quan trọng nhất. Thực vậy, mơ hình được xây
dựng cần phải phản ánh những tính chất của hệ thực (hay hiện tượng) và
các tính chất này trực tiếp ảnh hưởng lên tính hiệu quả được lựa chọn.
Tương ứng với ngun lý này là khi sử dụng một mơ hình cụ thể bất kỳ
chỉ cần cơng nhận một vài khía cạnh nào đó của thực tế. Để có thể nhận
được hệ đầy đủ, cần một tập hợp các mơ hình cho phép từ các khía cạnh
khác nhau cũng như với các mức độ khác nhau phản ánh q trình.
4. Ngun lý liên hợp. Trong đại đa số trường hợp một hệ thống phức tạp
có thể biểu diễn dưới dạng các bộ phận liên hợp (hệ con) thích hợp cho
việc mơ tả tốn học một cách phù hợp. Với các hệ con này có thể sử
dụng các sơ đồ tốn học chuẩn để mơ tả. Ngun lý liên hợp còn cho
phép xem xét một cách mềm dẻo hệ đã cho từ các khía cạnh khác nhau
phụ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu.
5. Ngun lý tham số hóa. Trong nhiều trường hợp, hệ thống được mơ hình
hóa có một số hệ con tương đối độc lập đặc trưng bởi một tham số xác
định (có thể là vectơ). Các hệ con như vậy có thể được thay thể bởi các
giá trị số tương ứng mà khơng cần mơ tả chi tiết chức năng của chúng.
Khi cần thiết, sự phụ thuộc các giá trị của tham số này vào tình huống có

thể được cho dưới dạng bảng, đồ thị hay biểu thức giải tích (cơng thức).

Chương 1
– TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG

19
Ngun lý tham số hóa có thể cho phép làm giảm thiểu khối lượng và thời
gian mơ hình hóa. Tuy nhiên cần lưu ý rằng tham số hóa sẽ làm giảm tính
tương thích của mơ hình.
Ngun lý đủ thơng
tin
Ngun lý khả năng
hiện thực
Ngun lý đa mơ
hình
NGUN LÝ
MƠ HÌNH
HĨA
Ngun lý liên hợp
Ngun lý tham số
hóa

Hình 1-3. Các ngun lý mơ hình hóa mơi trường
1.5. MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG VÀ SỰ PHÂN LOẠI CHÚNG THEO
KHÔNG GIAN VÀ THỜI GIAN
Ngày nay lồi người đã hiểu rõ ràng rằng việc tiến hành những thí nghiệm
trực tiếp với sinh quyển của hành tinh là khơng thể (vìđiều này q nguy
hiểm cho sự tồn tại của chính hành tinh của chúng ta). Do vậy xây dựng
mơ hình (bao hàm trong nó cả phương pháp luận đánh giá chun gia) là
phương tiện quan trọng để nhận thơng tin về khả năng chịu đựng của sinh

quyển dưới những tác động lớn từ phía con người lên nó.
Bên cạnh đó, vấn đề mơi trường đã trở thành vấn đề tồn cầu và mang tính
pháp lý cao nhất từ năm 1992 khi Hội nghị thượng đỉnh tại Rio de Janeiro
(Brazin) qui tụ 165 nước đã cùng nhau ký vào văn bản, cùng cam kết bảo
vệ mơi trường. Quan điểm phát triển bền vững đòi hỏi chuyển đổi hệ
thống quản lý theo mơ hình kinh tế - xã hội sang hệ thống 3 chiều : kinh tế
- xã hội – mơi trường. Quan điểm này đòi hỏi mỗi quốc gia nhanh chóng
giải quyết các nhiệm vụ sau đây:
- Xây dựng các phương pháp đánh giá sự bền vững của các hệ sinh thái;

Giáo trình Mô hình hóa môi trường

20
- Nghiên cứu các quy luật biến đổi theo thời gian của chúng
- Hồn thành các phương pháp đánh giá định lượng tác động lên mơi
trường các hoạt động kinh tế - xã hội.
Để giải quyết tốt nhiệm vụ trên, theo ý kiến thống nhất của giới khoa học
trên thế giới, cần thiết phải phát triển lý thuyết hệ thống và mơ hình hóa,
coi đây là cơng cụ chính để nghiên cứu mơi trường. Vào năm 1997, Viện
quốc tế về phân tích hệ thống ứng dụng (IIASA, Laxenbourg, Áo) đã cơng
bố danh mục các cơng trình nghiên cứu trong 25 năm (1955 – 1997) gồm
hơn 50000 cơng trình liên quan tới lý thuyết hệ thống và mơ hình hóa mơi
trường. Đây là bằng chứng về mối quan tâm khơng ngừng tăng lên đối với
vấn đề này.
Tồn tại nhiều cách tiếp cận khác nhau trong định nghĩa mơ hình hóa mơi
trường. Theo quan điểm được đăng tải trên Web site của Cục Bảo vệ mơi
trường Mỹ: “Các mơ hình mơi trường (Environmental Models) được sử
dụng để tái tạo lại các q trình mơi trường xảy ra trong một khoảng thời
gian nào đó”. Xuất phát điểm của định nghĩa này cho rằng xây dựng các
mơ hình trên máy tính để tiến hành một số thí nghiệm nào đó hiệu quả hơn

so với việc phải ra ngồi thực tế và tiến hành thí nghiệm nhiều lần. Để xây
dựng các mơ hình mơi trường các phương pháp tốn học như đại số,
phương trình vi phân được sử dụng. Các phương trình này được thiết lập
từ các điều kiện thực tế và được đưa vào máy tính. Với sự trợ giúp của
máy tính, con người có thể đối thoại với mơ hình và tiến hành tính tốn thí
nghiệm trên mơ hình.
Q trình mơ hình hóa có thể dựa trên những ngun lý khác nhau, dựa trên
cơ sở xem xét và phân tích các mối liên hệ nhân – quả. Mơ hình tốn học
của một đối tượng bất kỳ là sự mơ tả nó bằng các cơng cụ, phương pháp
tốn học. Các phương trình của mơ hình, các đẳng thức và bất đẳng thức
cùng các dạng giới hạn khác nhau tham gia vào cấu trúc mơ hình cho phép
mơ phỏng hành vi của đối tượng trong các điều kiện khác nhau mà khơng
phải tiến hành các thí nghiệm thực.
Khả năng của mơ hình tốn là ở chỗ : bằng các cơng cụ mang tính hình
thức để giải phương trình và các bất phương trình hay bằng thuật tốn
người nghiên cứu có thể dự báo sự thay đổi hành vi của đối tượng nghiên
cứu, thử xem các đối tượng này thay đổi như thế nào khi các điều kiện này
hay điều kiện khác (được mơ tả bởi các tham số của mơ hình) thay đổi.
Q trình này gọi là mơ phỏng tốn học. Như vậy, mơ phỏng tốn học cho