De cuong mo hinh hoa

MÔ HÌNH HÓA QLTN VÀ MT
Câu 1. Trình bày các giai đoạn cơ bản của quá trình xây dựng mô hình
Các giai đoạn cần thiết xây dựng mô hình môi trường gồm:
1.Giai đoạn lý thuyết: cần thiết hình thành mục tiêu nghiên cứu quá trình môi trường
từ quan điểm mô tả đối tượng một cách ngắn gọn.
Giai đoạn này gồm các bước sau đây:
• Tìm kiếm nguyên mẫu mô tả ngắn gọn quá trình môi trường để tiếp theo có thể hình
thành mô hình toán cho các nghiên cứu tiếp theo;
• Phân tích sự tương thích giữa các số liệu đo đạc thực địa mà người xây dựng mô hình
đang có với nguyên mẫu dự định chọn;
• Đánh giá giới hạn ứng dụng nguyên mẫu để đạt được mục tiêu nghiên cứu;
2.Giai đoạn thí nghiệm: phụ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu có thể có các phương án
khác nhau trong thu thập thông tin về quá trình hoạt động của đối tượng môi trường
bằng phương pháp khảo sát thực địa hay tính toán thí nghiệm. Thu thập số liệu thực địa
có mục tiêu nhận được các dữ liệu còn thiếu cho đầu vào của mô hình.
-Thu thập số liệu thực địa gồm các bước:
(1) Xây dựng mục tiêu và yêu cầu đối với các dữ liệu.
(2) Xây dựng hệ thống tự động hóa xử lý số liệu: cho phép hiển thị thông tin trong chế
độ thời gian thực, tiết kiệm thời gian và tiền bạc.
(3) Thu thập số liệu với sự trợ giúp của các máy đo khác nhau.
3.Tính toán thí nghiệm :được hiểu là quá trình ứng dụng các mô hình toán khác nhau
để sản sinh ra các dữ liệu liên quan tới các trạng thái môi trường.
Trong giai đoạn này đối tượng thực được thay thế hoàn toàn bởi mô hình toán.
Giai đoạn này gồm các bước sau:
(1)Hình thành mục tiêu thí nghiệm với sự trợ giúp của mô hình toán - Chuẩn bị kế
hoạch tiến hành tính toán thí nghiệm
(2) Xây dựng các thuật toán thực thi mô hình toán
(3)Tiến hành tính toán thí nghiệm để sinh ra các dữ liệu trạng thái đối tượng trong
không gian và theo thời gian.
4.Giai đoạn diễn giải gồm các bước:

(1)Phân tích các dữ liệu tính toán thí nghiệm và so sánh chúng với mục tiêu ban đầu;
(2)Làm sáng tỏ một số trạng thái đặc biệt của đối tượng môi trường được nghiên cứu
(3) Đánh giá giới hạn ứng dụng của mô hình toán học được sử dụng;
Câu 2. Liệt kê và giải thích ý nghĩa của các thành phần tham gia vào mô hình
Trong quá trình mô hình hóa môi trường có 5 thành phần trực tiếp tham gia:
1.biến trạng thái: mô tả tình trạng của hệ sinh thái. Việc lựa chọn biến trạng thái cho
cấu trúc của mô hình là rất quan trọng và phụ thuộc vào mục tiêu.
Thí dụ, nếu chúng ta muốn mô hình hóa sự tích lũy sinh học của độc chất, khi đó cần
lấy các biến trạng thái là các sinh vật trong các chuỗi thức ăn quan trọng và nồng độ các
chất độc trong cơ thể sinh vật. Trong mô hình phú dưỡng biến trạng thái sẽ là nồng độ
các chất dinh dưỡng và phiêu sinh thực vật.
2.hàm điều khiển: là hàm số của các biến đặc tính bên ngoài có ảnh hưởng đến tình
trạng của hệ sinh thái. Trong quản lý, bài toán cần giải quyết có thể được trình bày lại
như sau:
nếu với các hàm điều khiển bất kỳ khác nhau thì tình trạng của hệ sinh thái sẽ bị ảnh
hưởng như thế nào? Mô hình được sử dụng nhằm dự đoán cái gì sẽ thay đổi trong hệ
sinh thái khi hàm điều khiển thay đổi theo thời gian. Nếu hàm điều khiển nằm trong
tầm kiểm soát thì được gọi là hàm kiểm soát.
3.phương trình toán: được sử dụng để biểu diễn các quá trình sinh học, hóa học và vật
lý.
Chúng mô tả mối quan hệ giữa hàm điều khiển và biến trạng thái. Cùng một quá trình
có thể có tìm thấy trong nhiều ngữ cảnh môi trường khác nhau, điều này có nghĩa là
cùng một phương trình có thể được sử dụng trong nhiều mô hình khác nhau. Tuy nhiên,
điều này không có nghĩa là cùng một quá trình sẽ luôn luôn được biểu diễn bằng cùng
một phương trình.
Trước tiên, quá trình đang xét có thể được mô tả tốt hơn khi sử dụng phương trình toán
có lưu ý tới ảnh hưởng một nhóm nhân tố cụ thể. Thứ hai, mức độ chi tiết cần phải có
trong mô hình có thể là khác nhau trong các trường hợp khác nhau, điều này phụ thuộc
vào sự khác biệt về tính phức tạp của hệ thống hay/và của bài toán.

4. các tham số: là các hệ số trong các phương trình toán biểu diễn quá trình. Chúng có
thể được xem là hằng số đối với một hệ sinh thái đặc biệt hoặc một phần của hệ sinh
thái.
5.các hằng số, thí dụ như hằng số khí và trọng lượng nguyên tử, cũng được sử dụng
trong hầu hết các mô hình.


Câu 3.Các quá trình cần thiết thực hiện trong mô hình hóa ?

Một quá trình mô hình hóa mang tính thử nghiệm

 Bước đầu tiên của quá trình mô hình hóa là xác định vấn đề.
Đây là cách duy nhất để xác định giới hạn nghiên cứu và tập trung nguồn lực vào trọng
tâm của vấn đề thay vì phân tán sức lực vào các hoạt động không cần thiết.
Vì thế bước đầu tiên trong quy trình mô hình hóa là xác định bài toán và
việc xác định này sẽ cần phải được giới hạn bởi các yếu tố không gian,
thời gian và hệ sinh thái được xem xét (một hay nhiều hơn một). Việc xác
định ranh giới của bài toán theo không gian và thời gian thường dễ hơn, và
vì thế rõ ràng hơn, so với việc nhận dạng các hệ sinh thái có liên quan
trong mô hình.
 Bước kế tiếp là xây dựng các công thức toán học mô tả các quá trình
trong hệ sinh thái.


 Có nhiều quá trình được mô tả bằng một phương trình toán hoặc hơn, và việc
lựa chọn phương trình thích hợp cho mô hình đang xem xét là một vấn đề rất
quan trọng trong quá trình mô hình hóa.
 Để thực hiện bước này các chuyên gia xây dựng mô hình cần phải trả lời các
câu hỏi sau :
1. Mô hình có ổn định trong một thời gian dài hay không ?

2. Mô hình có hoạt động như mong đợi hay không ?
 Phân tích độ nhạy (sensitivity analysis) tiếp theo sau bước kiểm định
 Thông qua phân tích, nhà lập mô hình có được cách nhìn đúng đắn về các
thành phần nhạy cảm trong mô hình.
 Do đó, phân tích độ nhạy là sự cố gắng đo đạc độ nhạy của các thông số, các
hàm điều khiển và cả các mô hình con cho đến các biến trạng thái cần quan
quan tâm trong mô hình.
 Thí dụ, nếu nhà lập mô hình muốn mô phỏng nồng độ chất độc trong cơ
thể côn trùng ăn thịt do sử dụng thuốc trừ sâu, thì họ sẽ lựa chọn biến
trạng thái này như là một biến quan trọng nhất, và sau đó là nồng độ độc
chất trong cây xanh và trong cơ thể côn trùng ăn cỏ.
 Bước hiệu chỉnh :
 Từ tài liệu tham khảo hãy tìm càng nhiều thông tin liên quan tới
thông số (càng nhiều càng tốt). Bởi vì những dự đoán gần đúng ban đầu
cho tất cả các thông số đều là cần thiết.
 Nếu có một vài biến trạng thái không thể được tìm thấy qua tài liệu (đây
là trường hợp phổ biến), thì nên sử dụng phương pháp đánh giá chuyên
gia.
 Đối với vài thông số quan trọng thì việc xác định chúng được thực hiện
tại hiện trường và trong phòng thí nghiệm là tốt hơn hết.
 Phân tích độ nhạy nên được thực hiện để quyết định những thông số
nào là quan trọng nhất với tính chắn chắc cao.
 Việc sử dụng chương trình thu thập dữ liệu chuyên sâu cho các biến
trạng thái quan trọng nhất nên được xem xét để có thể cung cấp sự
đánhgiá tốt hơn cho những thông số quan trọng nhất.
 Bước đầu tiên trong giai đoạn hiệu chỉnh nên được thực hiện bằng cách
sử dụng dữ liệu chưa được áp dụng. Thực hiện việc hiệu chỉnh đối với
các thông số quan trọng nhất sau khi chúng được lựa chọn, nhiều nhất là
8 hoặc 10 thông số. Trong trường hợp đầu tiên, quá trình hiệu chỉnh
được thực hiện bằng phương pháp thử nghiệm và phát hiện lỗi để có thể

làm quen với phản ứng của mô hình cho các thông số. Quy trình hiệu
chỉnh tự động được sử dụng ngay sau để làm nổi bật việc đánh giá các
thông số.
 Bước xác nhận
Có thể tóm tắt nội dung thảo luận về bước xác nhận như sau:
1. Bước xác nhận luôn luôn là bắt buộc để có thể có được cái nhìn toàn


cảnh về độ tin cậy của mô hình.
2. Cần phải cố gắng thu thập dữ liệu cho bước xác nhận, quá trình này
hoàn toàn khác với bước hiệu chỉnh. Điều quan trọng là phải có dữ liệu
từ một khoảng rộng các hàm điều khiển được xác định dựa trên mục
tiêu của mô hình.
3. Các tiêu chí của giai đoạn xác nhận được hình thành dựa vào các mục
tiêu của mô hình và chất lượng của dữ liệu sẵn có.
Câu 3.
Quá trình mô hình hóa có thể dựa trên nhiều nguyên lí khác nhau,dựa trên cơ sở xem
xét và phân tích mối quan hệ nhân quả của mô hình toán học
+ mô hình toán là các quá trình được mô tả bằng cách sử dụng các biểu thức toán
học,rất nhiều biểu thức toán học có liên quan tới mô phỏng môi trường sinh thái đã tồn
tại
+các quá trình vật lí:liên quan đến quá trình lan truyền,hấp thụ sự phụ thuộc vào nhiệt
độ,bay hơi
+các quá trình hóa học:oxy hóa,bốc hơi,hòa tan,pha loãng các chất trong môi trường
nước..
+các quá trình sinh học: quang hợp,sự tăng trưởng,sự lắng trầm tích,sự phân rã các
chất hữu cơ nhờ các vi sinh vật phân hủy…
Bằng các công cụ mang tính hình thức để giải phương trình và bất phương trình hay
bằng thuật toán người nghiên cứu có thể dự báo được sự thay đổi hành vi của đối tượng
nghiên cứu.

 Quá trình gọi là mô phỏng toán học là khắc họa lại các quá trình xảy ra gọi là mô
phỏng
 Công việc thiết lập mô hình toán học các quá trình môi trường là một bài toán rất khó.


*đối với mô hình nghiên cứu nước dưới đất ta cần phải biết được các quá trình sau
Quá trình chuyển tải. Là quá trình nước dưới đất vận động mang theo các chất hòa tan.
Quá trình phân tán. Là quá trình diễn ra khi các chất hòa tan đi qua môi trường lỗ rỗng.
Quá trình phân tán có tác động pha loãng và hạ thấp nồng độ chất hòa tan.
Quá trình phản ứng. Quá trình phản ứng, là số hạng mà đôi khi cũng được sử dụng trong
quá trình hấp thụ không thuận nghịch, bao gồm: sự phân hủy sinh học, sự thủy phân, phản
ứng ôxi hóa – khử và quá trình bốc hơi. Quá trình phản ứng luôn luôn làm giảm nồng độ
chất hòa tan nhưng nó cũng có thể làm tăng nồng độ hòa tan vào nước ngầm


Câu 4.Các nguyên lý được sử dụng trong mô hình:
1.Nguyên lý bảo toàn thường được sử dụng trong quá trình mô hình hóa. Các mô hình
hóa, sinh học phải tuân thủ nguyên lý bảo tồn khối lượng cũng như nguyên lý bảo toàn
năng lượng và động lượng.
Chúng ta sẽ áp dụng trong nghiên cứu sinh thái hai nguyên lý sau đây:
- Các hệ sinh thái bảo toàn vật chất
- Các hệ sinh thái bảo toàn năng lượng Nguyên lý bảo toàn vật chất có thể được thể
hiện bằng công thức toán học sau đây:
Dm/dt = Đầu vào – Đầu ra
Trong đó m là tổng khối lượng của hệ.
Thực tế ứng dụng khẳng định này đòi hỏi hệ sinh thái phải xác định có chỉ ra biên của
hệ.
Thay m = V.c, trong đó c là nồng độ ta nhận được công thức
V( dc/ dt) = Đầu vào – Đầu ra
Trong đó V – là thể tích của hệ .

Nếu sử dụng nguyên lý bảo tồn khối lượng cho các thành phần hóa học, có thể biến đổi
phương trình trên như sau:
V( dc/ dt) =Đầu vào – Đầu ra + Bổ sung – Biến đổi
Theo thời gian sẽ có sự bổ sung và quá trình biến đổi dẫn tới sự hao hụt chất ban đầu
2.Nguyên lý bảo tồn khối lượng được sử dụng rông rãi trong một lớp các mô hình môi
trường gọi là các mô hình sinh địa hóa. Phương trình được xây dựng cho các thành
phần thích hợp, ví dụ như trong mô hình phú dưỡng là các mô hình cho C, P, N.
Câu 5. Trình bày các điều kiện ảnh hưởng tới sự phát tán nguồn khí trong khí
quyển
1.sự ảnh hưởng của lượng phát thải lên sự phát tán chất khí:
Cũng như trong các trường hợp phát thải tức thời và phát thải liên tục, kích thước của
vùng nguy hiểm sẽ càng lớn cả theo chiều dài lẫn chiều rộng, khi lượng chất ô nhiễm
phát thải càng nhiều.


2. ảnh hưởng độ ổn định của khí quyển lên sự phát tán chất khí
Thời gian trong ngày, bức xạ mặt trời trong vùng phát thải, mức độ che phủ của mây và
cường độ gió đóng vai trò quan trọng trong sự phát tán chất ô nhiễm trong môi trường
không khí và vì những lý do đó nên kích thước các vùng nguy hiểm cũng phụ thuộc vào
các yếu tố này
3. ảnh hưởng tính nổi của khí lên sự phát tán của chúng
Các chất khí phát thải vào khí quyển có thể nặng hơn lẫn nhẹ hơn không khí.
Trong trường hợp nhẹ hơn không khí, chất khí, hay tạp chất có thể hòa trộn với không
khí tạo thành trạng thái có mật độ gần với không khí. Nồng độ mặt đất thường là nhỏ
hơn bởi vì điểm với nồng độ cực đại dọc theo đường lan truyền của đám mây sẽ được
nâng lên cao
Các chất khí nặng hơn không khí sẽ có xu hướng hạ thấp xuống mặt đất và trong một số
điều kiện có thể chạm xuống mặt đất hay quay ngược lại so với hướng gió.
Tuy nhiên trong khi bị pha loãng bởi không khí, tại một số thời điểm chúng bắt đầu có
xu hướng thay đổi giống như chất khí có mật độ gần với mật độ của không khí.

4. ảnh hưởng của chiều cao phát thải lên sự phát tán khí
Đa số phát thải công nghiệp được thực hiện qua ống khói. Nếu chất khí nhẹ hơn không
khí thì sự xuất hiện của chất ô nhiễm gần mặt đất sẽ phụ thuộc rất nhiều vào vận tốc
gió.
Các đám mây hay vệt khói có thể nâng lên rất nhanh, rất chậm hay có thể không nâng
lên chút nào phụ thuộc vào vận tốc gió và vận tốc bản thân phát thải vào không khí.
5. ảnh hưởng trạng thái vật lý chất ô nhiễm lên sự phát tán
Ngoài chất khí, gió còn có thể cuốn theo khói, sương mù, sol khí cùng những hạt bụi.
Một số phát thải còn chứa các hợp chất hóa học, hay hỗn hợp chất hóa học, bụi, sol
khí.
Các hạt, các tạp chất có kích thước lớn có thể rơi từ các đám mây và vệt khói xuống bề
mặt đất.
Các hạt nhỏ có thể đi xa cũng như các chất khí. Các hạt chất lỏng bay có thể bốc hơi
trong thời gian bị gió cuốn đi, mặc dù nếu ở dạng khí hoàn toàn chúng có thể nhẹ hơn
không khí.
6. ảnh hưởng của tốc độ phụt khói ở độ cao miệng ống khói lên sự phát tán
Khí có thể phát thải vào khí quyển dưới dạng các luồng do áp suất cao. Luồng khí
mạnh đầu tiên có thể gây ra sự pha trộn mạnh và như vậy dẫn tới sự giảm nồng độ của


chất khí. Tuy nhiên sau đó khi đám mây và vệt khói chuyển động theo hướng gió thì
điều này ít bị ảnh hưởng hơn.
7. ảnh hưởng của bề mặt đệm lên sự phát tán chất khí
Trên thực tế nhiều bề mặt đệm nơi xảy ra sự phát thải không bằng phẳng. Các bề mặt
như vậy ảnh hưởng tới sự phát tán của chất khí. Thường thì những bề mặt đệm như vậy
làm tăng lên sự dịch chuyển và phân tán chất ô nhiễm
8. ảnh hưởng của sự thay đổi hướng gió lên sự ô nhiễm
Hướng gió rất hiếm khi không đổi trong thời gian phát thải: nó có thể thay đổi nhiều
lần. Những thay đổi như vậy của hướng gió được gọi là sự nhiễu.
Câu 6. Trình bày vai trò của nhiệt độ, áp suất đối với sự lan truyền của kk trong

khí quyển
Sự lan truyền các chất ô nhiễm không khí theo diện rộng trong khí quyển có thể gây ra
tổn thất nặng nề trong những điều kiện khí tượng nào đó. Vì vậy yếu tố khí tượng cần
được nghiên cứu cẩn thận.
1.nhiệt độ ảnh hưởng quá trình chuyển đứng của khí quyển
Một khối không khí bổ sung bốc lên cao trong khí quyển theo phương thẳng đứng sẽ
chịu tác động của một áp suất mỗi lúc một giảm nhỏ, khối khí sẽ giãn nở và nhiệt độ
của nó hạ thấp. Ngược lại, khi khối lượng không khí đó hạ dần độ cao thì nó sẽ bị nén
ép, áp suất tăng và kéo theo là nhiệt độ cũng tăng cao.
Người ta gọi gradian nhiệt độ đoạn nhiệt khô là độ hạ hoặc tăng nhiệt độ của một khối
không khí bổ sung trong quá trình bốc lên cao hoặc hạ xuống thấp trong khí quyển
khô.
Trong trường hợp khối không khí được vận chuyển theo phương thẳng đứng trong bầu
khí quyển, hiệu quả của quá trình thay đổi áp suất và nhiệt .Trong trường hợp khối
không khí được vận chuyển theo phương thẳng đứng trong bầu khí quyển, hiệu quả
của quá trình thay đổi áp suất và nhiệt độ
2.sự thay đổi nhiệt độ theo chiều cao của khối khí trong quá trình giản nở hoặc
nén đoạn nhiệt.phương trình cơ học của thủy tỉnh

khi lên cao thêm một đoạn dz thì áp suất sẽ giảm đi một đại lượng dp đúng bằng trọng
lượng của khối khí
3.sự phân bố nhiệt theo chiều cao của lớp không khí sát mặt đất
4.khí quyển không ổn định


Điều kiện phân bố nhiệt độ nêu trên (siêu đoạn nhiệt) là điều kiện khí quyển không ổn
định. Trong điều kiện này các chất ô nhiễm khuếch tán ra môi trường xung quanh được
thuận lợi và nhanh chóng
5.khí quyển trung tính
điều kiện này nếu một khối không khí ở vị trí ban đầu bất kỳ bị đẩy lên cao hoặc

xuống thấp, nhiệt độ của nó sẽ nhanh chóng thay đổi theo quá trình đoạn nhiệt và luôn
luôn cân bằng với nhiệt độ môi trường xung quanh, khối lượng đơn vị của nó không
nặng cũng không nhẹ hơn so với không khí xung quanh và, do đó, nó sẽ chiếm vị trí
cân bằng mới mà không tiếp tục chuyển động theo lực đẩy ban đầu. Ta gọi điều kiện
này là điều kiện trung tính. Trong điều kiện trung tính sự khuếch tán các chất ô nhiễm
không thuận lợi bằng điều kiện không ổn định.
6.khí quyển ổn định
Trong điều kiện khí quyển ổn định luôn luôn có hiện tượng kìm hãm sự chuyển động
thẳng đứng của không khí và do đó quá trình khuếch tán các chất ô nhiễm cũng bị hạn
chế.
*Hình dạng của luồng khói thải phụ thuộc vào cấp ổn định khác nhau
Luồng khói uốn lượn – khí quyển không ổn định mạnh
Quá trình rối diễn ra phần lớn là do sự chênh lệch nhiệt độ giữa luồng khói và không
khí xung quanh
Khi khí quyển không ổn định, nghĩa là khi sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao có dạng
siêu đoạn nhiệt, luồng khói sẽ có dạng uốn lượn (các phần tử khói khi bị một tác động
xáo trộn ngẫu nhiên nào đó mà bay lên cao thì nó sẽ tiếp tục bay lên cao và, ngược lại,
khi hướng xuống thấp thì nó sẽ tiếp tục bay xuống thấp).
Luồng khói hình côn - gần với điều kiện trung tính

Câu 7. Trình bày phương trình lan truyền chất khí ô nhiễm và giải thích rõ các hệ
số ở trong phương trình.
Phương trình có dạng:

Trong đó:
+ Ux, Uy, Uz là các giá trị trung bình của nồng độ và vận tốc gió theo các phương
+ Кi – hệ số khuếch tán rối (tương ứng với các trục tọa độ – x, y, z)
+ S – là hàm nguồn, mô tả tốc độ thay đổi của nồng độ thể tích do các biến đổi hóa học
hay sự phân rã của các chất.

Thường thì trong các phương trình khuếch tán các chất độc hại người ta đưa ra ký hiệu
sau về các trục tọa độ: trục x hướng theo hướng gió, y là hướng vuông góc với x và ở
mặt đất, z là trục hướng lên trên. Vận tốc gió trung bình được biểu diễn qua Ux, Uy,
Uz.
Để giải quyết các bài toán thực tế phương trình (4.1) được rút gọn bớt một số số hạng:
+Trục x được hướng theo hướng gió nên thành phần Uy rất nhỏ nên có thể xấp xỉ bằng
0.
+ Thành phần Uz là sự tổng hợp từ thành phần thẳng đứng của vectơ vận tốc gió trung
bình và thành phần thẳng đứng tốc độ chuyển động trung bình của chất ô nhiễm wz.
Giá trị trung bình của thành phần thẳng đứng của khối không khí trên một bề mặt đệm
thuần nhất tương đối nhỏ cho nên trong trường hợp tạp chất nhẹ có thể coi Uz = 0.
Nếu xét tạp chất nặng khi đó không thể bỏ qua vận tốc rơi. Trong trường hợp này Uz
là vận tốc lắng đọng.
+ Trong trường hợp có gió có thể bỏ qua số hạng có Кx
+ Thông thường nguồn phát thải làm việc liên tục được xem xét trên thực tế nhiều hơn
và đối với nguồn thải này thường tồn tại trạng thái dừng. Khi đó
+ Với giả thiết chất ô nhiễm được bảo toàn trong phạm vi thời gian được xem xét khi
đó có thể coi : S = 0 (trong điều kiện ổn định của khí quyển với bề mặt đệm tương đối
bằng phẳng. Khi đó phương trình trên có thể đưa về dạng:

Để giải các phương trình (4.2) cần phải biết các điều kiện biên. có nghĩa là tại tất cả
các mặt phẳng giới hạn miền đang xét cần phải biết hoặc là thông lượng dòng chất ô
nhiễm (khuếch tán và truyền tải) hoặc phải biết nồng độ của nó. Sự lựa chọn cụ thể các
điều kiện phụ thuộc vào dạng nguồn phát thải và một số giả thiết nằm trong cơ sở của
phương trình mô tả sự khuếch tán khí quyển và các điều kiện trên biên tính toán. (Các
nguồn thải thường hay gặp là các ống khói công nghiệp).
Câu 8. Điều kiện ban đầu, điều kiện biên của bài toán ÔN KK, MT nước
 MT KK:

- Điều kiện ban đầu Điều kiện ban đầu của bài toán lan truyền các chất ô nhiễm
trong môi trường không khí được thiết lập trên cơ sở định luật bảo toàn vật
chất. Nếu nguồn có độ cao H đặt ở gốc tọa độ, hướng trục Ox theo chiều gió
với vận tốc trung bình là u thì tại thời điểm t = t0 hay (t= 0), điều kiện ban đầu
có dạng:

Trong đó: H – là độ cao hữu dụng; H = h + Δh. Với h – độ cao vật lý của nguồn
điểm (ống khói) (m); Δh – độ nâng ban đầu của luồng khí thải (vệt khói) (m); C
– nồng độ trung bình của chất ô nhiễm (mg/m3); M – công suất nguồn thải;
δ(y), δ(z – H) – là các hàm Dirắc. Nếu như nguồn thải không phải là ống khói
mà thải ra ở mặt đất thì một số tác giả cho rằng, tại thời điểm t = 0 chất phát
thải chưa hoạt động, khi đó giả sử nguồn đặt ở gốc tọa độ thì:

- Điều kiện xa vô cùng: Điều kiện này xuất phát từ cơ chế vật lý: nồng độ của
chất ô nhiễm giảm dần khi ra xa vô tận:

- Điều kiện bề mặt trải dưới
+ Nếu bề mặt trải dưới có chứa nước (sông, hồ, ao, biển ...) thì khả năng hấp
thụ chất ô nhiễm của nước rất lớn nên nồng độ chất ô nhiễm tại mặt trải dưới
được xem như bằng không. C = 0 khi z = 0 (5.9)
+ Nếu bề mặt trải dưới là khô thì điều kiện phản xạ của mặt trải dưới là rất lớn,
do đó các dòng chất thải đến mặt trải dưới bị phản xạ hoàn toàn vào khí quyển.
Do đó thông lượng rối thẳng đứng tại bề mặt trải dưới phải 0, nghĩa là:

Giả thiết rằng Vx và kz được cho dưới dạng hàm luỹ thừa:

trong đó u1 , k1 – là vận tốc gió (m/s) và hệ số rối đứng đo đạc (m2/s) và
chỉnh lý tại độ cao z1 = 1 mét; n và m là các tham số không thứ nguyên được
chỉnh lý tính toán từ số liệu đo đạc trong tầng không khí sát đất (thường thì

người ta lấy xấp xỉ m ≈ 1, n ≈ 0,15, z1 = 1m, k0 là kích thước rối ngang (m)
được xác định trên cơ sở giải bài toán ngược khuếch tán rối
- Điều kiện biên Lớp không khí khảo sát thường giới hạn bởi mặt đất, còn độ
cao thường là vô hạn hoặc hữu hạn tuỳ theo sự phân lớp của khí quyển. Thông
thường điều kiện biên được thiết lập cho hai trường hợp phù hợp với điều kiện
thực tế của quá trình khuếch tán rối. Trong trường hợp này cần xét hai điều kiện
sau:
( THIẾU….)
Câu 9. Trình bày sự khác biệt giữa khuếch tán phân tử và khuếch tán rối và phân
tán.
 Khuếch tán phân tử:
- Khuếch tán phân tử là sự hòa trộn của các hóa chất hòa tan do chuyển động ngẫu
nhiên của phân tử trong chất lưu. Nó được gây nên bởi năng lượng động lượng do sự
chuyển động lắc (vibrational motion), tròn quay (rotational motion), tịnh tiến của phân
tử (translational motion). Về bản chất, khuếch tán phân tử tương tự như tăng entropy
ở nơi mà các chất hòa tan di chuyển từ nơi nồng độ cao đến nơi nồng độ thấp theo luật
khuếch tán của Fick. Đây là một hiện tượng cực kì chậm, nó có thể kéo dài 10 ngày
cho 1 mg L-1 (L – độ dài, m) chất hòa tan khuếch tán qua 10cm cột nước cho một lần
lan truyền của các chất hòa tan trong nước tự nhiên ngoại trừ sự liên quan tới lan
truyền qua lớp màn mỏng và mờ tại bề mặt tiếp xúc khí – nước hoặc vận chuyển qua
nước chứa cặn.
 Khuếch tán rối
khuếch tán rối hay xáo động (turbulent or eddy diffusion) có nghĩa là sự hòa trộn của
các chất hòa tan và hạt mịn do sự rối trong phạm vi vi mô. Đây là một quá trình tải ở
mức độ vi mô do mạch động xoáy trong dòng chảy rối. Lực dịch chuyển trong khối
nước đủ để tạo ra sự pha trộn này. Sự khuếch tán rối có bậc lớn hơn sự khuếch tán
phân tử và đây là một yếu tố tạo nên sự phân tán.. Sự khuếch tán rối có thể diễn ra ở
tất cả ba hướng nhưng thường là không đẳng hướng.

 phân tán
Phân tán (dispersion): sự tương tác giữa khuếch tán rối với gradian vận tốc do lực cắt
trong khối nước một sự xáo trộn có bậc lớn hơn gọi là phân tán. Sự lan truyền độc
chất trong dòng chảy và sông diễn ra chủ yếu là do sự chuyển tải, tuy nhiên sự lan
truyền trong hồ và vùng cửa sông diễn ra do sự phân tán. Các gradian vận tốc được tạo
bởi lực cắt tại biên các khối nước
Câu 10. Trình bày phương trình mô tả sự chuyển tải chất ÔN trong MT nước.
Sự lan truyền theo cơ chế chuyển tải là sự di chuyển của khối lượng được nạp vào
trong một dòng chảy và đi từ điểm này đến điểm khác. Đối với một hóa chất di chuyển
trong một dòng chảy hay ở sông, sự lan truyền theo cơ chế chuyển tải bằng tích của


lưu lượng và nồng độ trung bình. minh hoạ sự di chuyển khối từ điểm a đến điểm b
bởi chuyển tải.

Trong đó J là cường độ (tốc độ) xả thải trong một đơn vị thời gian (dưới đây gọi là tải
lượng) có thứ nguyên là khối lượng/thời gian (MT-1), u là vận tốc dòng trung bình có
đơn vị (m/s) LT-1, C là nồng độ có đơn vị ML-3 (mg/m3) và Q là lưu lượng thể tích có
đơn vị L3T-1 (m3/s).
Trong tình trạng dòng chảy ổn định (δQ/δt = 0) và trạng thái ổn định (δC/δt = 0), khi
đó tải lượng thải là hằng số theo thời gian. Khi lưu lượng dòng hoặc nồng độ là biến số
theo thời gian thì tải lượng (sự lan truyền theo cơ chế tải của một khối lượng) cũng là
hàm số theo thời gian. Khối lượng bên trong thể tích kiểm soát (Hình 6-4), ở bất kì lúc
nào, có thể được viết như là nồng độ thời gian theo thể tích (V.C), trong đó V là thể
tích có đơn vị L3 và C là nồng độ-ML-3. Sự thay đổi khối lượng theo thời gian do
chuyển tải có thể được viết theo phương trình khác:

∆Khối lượng = (tốc độ khối lượng dòng vào – tốc độ khối lượng dòng ra)∆t Trong đó
Ca là nồng độ đi vào khối thể tích kiểm tra và Cb là nồng độ rời khỏi khối thể tích
kiểm tra. Chia cho Δt trong phương trình (6.3) ta nhận được:

Và phép chia tiếp theo cho V = AΔx và chuyển qua giới hạn khi Δx → 0, nhận được
phương trình vi phân mô tả lan truyền theo cơ chế tải của khối lượng trong điều kiện
thay đổi theo thời gian:

Trong đó, ∆x là khoảng cách tăng lên của khối thể tích kiểm tra và x là khoảng cách
theo chiều dòng chảy. Số hạng cuối cùng của phương trình (6.4) ứng với điều kiện
dòng chảy đều cho nên u = Q/A là vận tốc trung bình hằng số. Dấu (-) trong phương
trình (6.4) và (6.5) là cần thiết để phản ánh nồng độ tăng lên trong thể tích kiểm tra
nếu khối lượng dòng vào lớn hơn nhiều so với khối lượng dòng ra.
Phương trình (6.5) là mô tả toán học của chuyển tải khi tốc độ dòng và/hoặc nồng độ
thay đổi. Đây là phương trình thay đổi theo thời gian , tương phản với phương trình
trạng thái dừng trong (6.2).


Khi một số điều kiện thay đổi theo thời gian, đôi khi cần thiết phải ước lượng tổng
khối lượng đi qua một điểm trong khoảng thời gian cho trước. Điều này có thể thực
hiện bằng cách lấy tích phân tốc độ xả thải khối lượng theo thời gian.

Trong đó M là tổng khối lượng và t là biến thời gian trong khoảng cần quan tâm (0 →
t1 ). Nếu điều kiện dòng ổn định chiếm ưu thế (Q là hằng số đối với thời gian), thì
phương trình (6.7) sau đây là một trường hợp đặc biệt:

Nếu sự thay đổi nồng độ theo thời gian có thể được mô tả bởi một phương trình toán
học , thì có thể lấy tích phân trực tiếp phương trình.
Câu 11. Trình bày phương trình tải phân tán
Phương trình cơ bản mô tả chuyển tải và phân tán của chất hoà tan chủ yếu dựa trên
định luật bảo toàn khối lượng và định luật Fick.

Trong đó: C = nồng độ, ML-3 (khối lượng/độ dài3) - T = thời gian, T - ui = vận tốc

trung bình theo hướng i, LT-1 - xi = khoảng cách theo hướng i, L - R = tốc độ phản
ứng chuyển hóa, ML-3T-1 Et là hệ số khuếch tán theo phương t. Fick cho rằng sự phân
tán do dòng chảy rối trong kênh mở rối tương tự với khuếch tán phân tử. Hệ số phân
tán theo phương x, y, z được giả thiết bằng hằng số: Ex, Ey, Ez. Khi đó phương trình
nhận được trong tọa độ Đề các là:

Với điều kiện dòng chảy không ổn định, vận tốc theo phương dòng chảy có thể thay
đổi theo không gian và thời gian. Phương trình tải – phân tán cho một con sông một
chiều có dạng


Trong đó: Q = lưu lượng thể tích, L^3T^(-1)
A = diện tích mặt cắt ngang, L^2
Nếu vận tốc và diện tích mặt cắt ngang của con sông gần bằng hằng số theo thời gian
(dòng chảy đều) nhưng tăng theo khoảng cách chiều dọc kênh sông, phương trình
(6.24) có thể viết đơn giản như sau:

Chú ý rằng diện tích mặt cắt ngang A và lưu lượng Q được phép thay đổi theo khoảng
cách trong phương trình.
Dạng đơn giản nhất của phương trình chuyển tải – phân tán cho các con sông một
chiều được viết ra trong phương trình (6.29) khi A, Q, và E đều là hằng số với thời
gian và khoảng cách.

Phương trình áp dụng cho từng đoạn của con sông ở đó ux và Ex là hằng số. Có thể
chia con sông ra thành những đoạn ở đó dòng chảy có thể coi là hằng số; và ở một số
đoạn có thể được đưa vào nguồn thải điểm.
Câu 12. Trình bày phương trình vi phân mô tả dòng chảy và lan truyền chất.
 Hệ phương trình vi phân cơ bản của dòng chảy trong sông
Một số giả thuyết để thu nhận hệ phương trình một chiều:
- Dòng chảy một chiều, tức là: góc giữa véctơ pháp tuyến trên một thiết diện vuông

góc với trục sông so với véctơ vận tốc trung bình trên cùng thiết diện là nhỏ.
- Độ cong của đường dòng là nhỏ để bỏ qua gia tốc hướng tâm, áp lực là thuỷ tĩnh.
- Độ dốc của đáy nhỏ.
– Luật cản trên mặt và đáy giống với luật cản đối với dòng dừng.
a. Phương trình liên tục
Phương trình liên tục được thiết lập từ cơ sở định luật bảo toàn khối lượng với kỹ
thuật phép tính vi phân và định lý Taylor đượcviết trong không gian vô cùng bé
nằm giữa hai mặt kênh.


Chênh lệch lượng nước ra - vào đoạn kênh ds qua hai mặt cắt ướt trong thời gian dt
là:
Biến thiên thể tích đoạn kênh trong thời gian đó là:
Trong đó: A - diện tích mặt cắt ướt; B - bề rộng mặt thoáng kênh; h - độ sâu của
kênh. Vì ta coi nước không nén được nên phương trình bảo toàn khối lượng được
viết như sau:

b. Phương trình động lượng
Xét đoạn kênh ds trên Hình 8-2, để thiết lập nên phương trình động lượng các giả
thiết sau được xem xét:
- Lưu lượng thay đổi chậm.
- Sức cản thuỷ lực trong dòng không ổn định được coi là giống sức cản thuỷ lực
trong dòng ổn định. Ta cũng bỏ qua tổn thất cục bộ.
- Độ dốc đáy kênh rất nhỏ ( |i| <<1).
- Áp lực trên mặt cắt ướt phân bố theo qui luật thuỷ tĩnh.
Theo định luật II Newton:

P - áp lực tác dụng trên mặt cắt .
T - lực ma sát trong lòng kênh.
G - trọng lượng khối chất lỏng giữa hai mặt cắt.

Pb - thành phần trên phương s của áp lực trên thành kênh tác dụng lên khối chất
lỏng.
Các phương trình (8.2) đến phương trình (8.5) là các dạng khác nhau của phương
trình liên tục của dòng chảy không ổn định trong kênh hở.


 Phương trình lan truyền chất
Nguyên lý bảo toàn là: sự thay đổi của đại lượng C nào đó trong thể tích V
trong khoảng thời gian Δt sẽ bằng tổng lượng dòng vào của C cộng với tổng
lượng sinh ra của C trong chính thể tích V.

Câu 13. Trình bày điều kiện biên của phương trình lan truyền chất
Phương trình lan truyền chất là phương trình loại parabol cho nên tại mỗi đầu biên
miền tính toán có một điều kiện cho nồng độ chất tải. Cụ thể là tại đầu sông nơi nước
chảy vào điều kiện biên là nồng độ chất tải và tại đầu sông nơi nước chảy ra có thể có
nhiều kiểu điều kiện biên, nhưng thông dụng nhất là biên đạo hàm.
(Điều kiện tại điểm hợp lưu hay phân lưu Tại điểm hợp lưu thường sử dụng định luật
bảo toàn khối lượng và giả thuyết khuếch tán đều để gán cho nồng độ tại các mặt cắt
áp sát hợp lưu bằng nhau. Tuy nhiên khi sử dụng điều kiện này phải xác định được thể
tích các hợp lưu và không xác định được nồng độ của các nhánh chảy tới hợp lưu. Giả
sử giá trị nồng độ tại các nhánh chảy tới hợp lưu là khác nhau nhưng tại nhánh chảy ra
thì như nhau sau quá trình xáo trộn. Do vậy có thể tính được nồng độ tại các nhánh
chảy ra bằng công thức sau:


Câu14. Trình bày các phương trình sinh hóa xảy ra trong MT nước.
Phương trình hoá học sau đây được sử dụng để biểu diễn cho những phản ứng sinh hoá
chính diễn ra trong mô hình:
Sự quang hợp và hô hấp của thực vật
Ammonium là chất nền:

Cần chú ý rằng một số phản ứng thêm vào được sử dụng trong mô hình ví dụ như liên
quan đến tạo ra điều kiện pH và ammonia không bị ion hoá.
Câu 15. Trình bày các bước xây dựng mô hình lan truyền ô nhiễm không khí
bằng mô hình meti lis ?
 Thông số đầu vào
Thông số đầu vào của mô hình bao gồm:






Loại khí hay hạt ô nhiễm (Khối lượng).
Công suất hoạt động của nguồn gây ô nhiễm.
Dữ liệu khí tượng (nhiệt độ, tốc độ gió, hướng gió).
Độ ổn định khí quyển.
Bản đồ khu vực nghiên cứu.


 Nguồn gây ô nhiễm (điểm) thường là các ống khói.
 Chiều cao, bán kính ống khói
 Tốc độ phụt khí tại miệng ống
 Nhiệt độ tại miệng ống
 Công suất hoạt động…
 Mô hình các vât cản như các tòa nhà, cao ốc, cây cối…
 Ống khói
 Số ống khói.
 Chiều cao ống khói.
 Đường kính ống khói.

 Lưu lượng khí thải.
 Nhiệt độ của khí thải.
2. Kết quả đầu ra
 Phân bố mức độ ô nhiễm của các chất gây ô nhiễm đặc trưng của nguồn.
 Bản đồ phân tán các chất ô nhiễm.
 Nồng độ chất ô nhiễm trong phân vùng.
3. Các bước xây dựng mô hình :
 Bước 1 : Khởi chạy phần mềm
Từ màn hình chính của máy tính kích chuột vào tệp có chứa phần mềm và cửa
sổ của phần mềm được chia thành ba khu vực:
 Ở phía trên : là “Database tabs” (Các mục Cơ sở dữ liệu)
 Hàng thứ hai: từ “Objective Substance” (Chất chủ yếu) tới “Calculation Case”
(Trường hợp tính toán).
 Dưới cùng là các nút lệnh từ “New” (Tạo mới) tới “Delete” (Xóa) ở phía dưới,
và nội dung cơ sở dữ liệu cho các mục hiện tại thể hiện ở trung tâm.
 Bước 2 : Nhập điều kiện tính toán cần thiết vào cơ sở dữ liệu
 Nhập lần lượt các thông số đầu vào bằng cách kích chuột vào các tab ở hàng
thứ hai , chúng bao gồm :
Tên mục

Các thông số đầu vào

Object Substance Tên hóa chất, trọng lượng phân tử, các khí lựa chọn hoặc các hạt
(Nội dung đối
vật chất, v.v…
tượng)


Operation Pattern Tính toán tỷ lệ nguồn phát thải hàng tháng và hàng giờ (cho các
(Mô hình tính

tính toán dài hạn, giá trị giả định được sử dụng cho các tính toán
toán)
ngắn hạn).
Meteorology (Khí Hướng gió và tốc độ, lớp ổn định khí quyển, thời gian trung bình,
tượng)
nhiệt độ, vv… (cho các tính toán ngắn hạn)
Map (Bản đồ)

Chọn định dạng ảnh bản đồ [jpg hoặc bmp] (bản đồ trắng cũng có
thể sử dụng / không có hình ảnh bản đồ)

Point Source
(Nguồn điểm)

Tọa độ, chiều cao, tỷ lệ phát thải, nhiệt độ khí, đường kính, kích
thước hạt, và các thông tin khác về một nguồn điểm riêng lẻ.

Line Source
(Nguồn đường)

Tọa độ, tỷ lệ phát thải, chiều rộng đường, và các thông tin khác về
một nguồn đường riêng lẻ.

Building (Xây
dựng)

Tọa độ, độ cao, và các thông tin khác về một toà nhà riêng lẻ.

Receptor (Đối
tượng tiếp nhận)

Set gridded receptor, optional receptor, etc (Thiết lập thụ thể
gridded, tùy chọn thụ thể, vv )

 Trong đó có hai cách để nhập thông số đầu vào :
 Nhập mới dữ liệu : Từ cửa sổ của phần mềm, kích chuột vào tab cần nhập
dữ liệu và chọn New , sau đó điền các thông tin, số liệu, dữ liệu,…mà
phần mềm yêu cầu.
 Nhập thêm hoặc thay đổi dữ liệu : Từ cửa sổ của phần mềm, kích chuột
vào tab cần nhập dữ liệu và chọn Edit , sau đó thêm hoặc thay đổi các
thông tin, số liệu, dữ liệu,… mà phần mềm yêu cầu.
 Sau mỗi lần nhập xong dữ liệu ở mỗi tab thì đặt tên và kích chuột vào mục
Save trên cửa sổ để lưu lại các dữ liệu đã nhập vào.
 Bước 3 : Thực hiện tính toán
 Sau khi nhập tất cả các dữ liệu đầu vào ta chuyển sang bước tính toán.
 Kích chuột vào tab Caculation case và chọn các điều kiện tính toán, bao gồm:


Tên mục
Gerenal (Tổng hợp)
Meteorology (Khí
tượng)

Các thông số đầu vào
Lựa chọn của bản đồ, vật chất khách quan, và danh sách
tùy chọn
Lựa chọn khí tượng, và dữ liệu bên ngoài

Point Source (Nguồn
điểm)

Lựa chọn nguồn điểm, lựa chọn dữ liệu bên ngoài, sử
dụng/không sử dụng, v.v…

Line Source (Nguồn
đường)

Lựa chọn nguồn đường, lựa chọn dữ liệu bên ngoài, sử
dụng/không sử dụng, v.v…

Building (Tòa nhà)
Receptor (Đối tượng
tiếp nhận)

Lựa chọn tòa nhà, lựa chọn các dữ liệu bên ngoài, sử dụng/
không sử dụng, v.v…
Lựa chọn đối tượng tiếp nhận, v.v…

 Ở mỗi tab điều kiện tính toán ta sẽ tiến hành lựa chọn các dữ liệu mà ta đã
nhập sẵn ở bước 2.
 Đặt tên cho phép tính toán và kích chuột vào Execute calculatio để tiến hành
chạy mô hình ( tính toán ).
 Bước 4: Hiển thị kết quả tính toán
 Nhấn chuột vào " Display Calculation Results " trên cửa sổ Calculation
Case để hiển thị kết quả
 Cửa sổ kết quả tính toán sẽ xuất hiện. Từ cửa sổ này, bạn có thể in một sơ
đồ tập trung phân bố, tập trung cắt ngang, hoặc một danh sách các kết quả
tính toán.
Câu 16. Trình bày các bước xây dựng mô hình CLN bằng mô hình Qua 2k?
Mô hình QUAL2K được thiết kế dưới dạng cửa sổ làm việc Excel. Chương trình được

viết bằng ngôn ngữ của Excel: Visual Basic cho các ứng dụng hoặc VBA. Bảng tính
và biểu đồ của Excel Workbook được sử dụng để nhập dữ liệu và hiển thị kết quả. Do
đó, chỉ cần mở Workbook để bắt đầu mô hình hóa. Sau đây là các bước để xây dựng
mô hình CLN bằng mô hình Qua 2k :
 Bước 1: Tạo thư mục
 có tên QUAL2K để lưu giữ sổ làm việc và các tệp dữ liệu của nó.
 Ví dụ: một thư mục có tên QUAL2K được tạo trên ổ C: \.
 Bước 2 : Nhập điều kiện tính toán cần thiết vào cơ sở dữ liệu
 Mở file exel của mô hình QUA2K , ở tab đầu tiên “ QUA2K “ ta nhập các
thông tin sau :


 Nhập tên của sông , tên thư mục .( vd : CLNHuongRiver )
 Ở ô Directory where file saved ( nơi lưu thư mục ) thì vào ổ đĩa C ,
vào file mà ta đã tạo ở bước 1 copy địa chỉ dẫn đến thư mục ta đã tạo và
dán vào Directory where file saved
 Nhập các thông tin về thời gian mà phần mềm yêu cầu trong tab
QUA2K .
 Nhập các thông tin mà phần mềm yêu cầu từ tab Headwater and
Downstream Boundary Data đến tab Diel Data, bao gồm các thông số :
1. Thông số quan trắc thượng nguồn.
2. Thông số của từng đoạn sông
3. Thông số về nhiệt độ không khí( air temperature)
4. Thông số về nhiệt độ điểm sương
5. Tốc độ gió
6. Độ che phủ mây
7. Bóng râm
8. Độ dốc cột nước
9. Ánh sáng và nhiệt
10. Nguồn điểm

11. Nguồn khuyết tán khác
 Bước 3: Thực hiện tính toán
 Sau khi nhập tất cả các dữ liệu đầu vào ta chuyển sang bước tính toán.
 Nhấp vào nút Run. QUAL2K sẽ bắt đầu thực hiện tính toán. Ta có thể theo dõi
tiến độ của thực hiện trên thanh trạng thái được hiển thị ở góc dưới cùng bên
trái của trang tính.
 Bước 4 : Hiển thị kết quả tính toán
 Trên trang tính QUAL2K, hãy nhấp vào nút Mở tệp cũ. Duyệt để đến thư mục:
C: \ QUAL2K \ DataFiles, sẽ thấy một tệp mới.
Ví dụ :CLNHuongRiver.q2k đã được tạo
 Các biểu đồ và tệp dữ liệu kết quả đầu ra sẽ xuất hiện kế tiếp các tab dữ liệu
đầu vào ở dưới màn hình, muốn xem kết quả của thông số nào ta chỉ cần kích
chuột vào tab đó là được.