Môi trường - Phương trình toán học đại cương

Nội dung text: Môi trường - Phương trình toán học đại cương

1. § Giả sử hệ có N biến trạng thái. Hệ được gọi là cân bằngnếutất cả các trạng thái đềucânbằngtứcSi= hằngsố với mọii=1,2, N. § Hay: dS i = F (t) = 0, i =1, N dt i 81
2. § Xéthệ quầnthể có sứcchứaK, phương trìnhdự báo có dạng dS1 æ K - S1 ö = F1 = rç ÷S1 dt è K ø § S1đạt sự cânbằngkhi: æ K - S1 ö * rç ÷S1 = 0 Û K = S1 := S1 è K ø 82
3. Tínhmậtđộ (số lượng) cânbằnggiữacon mồivà vật ăn thịtthôngqua mô hình củaLotka–Volterra. Khiquầnthể con mồivà vật ăn thịtsốngriêng rẽ thì phương trìnhsinhtrưởngquầnthể của chúngnhư sau: dN N –mậtđộ con mồi, t: thờigian, r1-hệ = r1N số sinhtrưởngtiềmnăng củacon mồi dt khikhông có vật ăn thịt 84
4. dP P –mậtđộ vậtănthịt, t: thờigian, r2- = -r2P hệ số chếttiềmnăng củavậtănthịtkhi dt không có con mồi dN = (r - K P)N dt 1 1 dP = (K N - r )P dt 2 2 K : Hệ số thể hiệnmứcgiảmsự pháttriển củaquầnthể 1 con mồido một cá thể vật ăn thịt Hệ số thể hiệnmứctăngsự pháttriển củaquầnthể K2 : vật ăn thịttheomộtđơn vị (hoặcsinhkhối) con mồi 85
5. dN dN r1 = (r1 - K1P)N = 0 (r1 - K1P)N = 0 Û PCB = dt dt K1 dP dP r2 = (K2 N - r2 )P = 0 (K N - r )P = 0 Û N = dt dt 2 2 CB K2 86
6. Trênmộtcánh đồngsố lượngchâuchấudao độngtheo số lượngchim ănchâuchấu. Biếtrằng đốivớichâu chấu: r1 = 2.0, K1 = 0.25; r2 = 1.0, K2 = 0.04 Xác địnhxem chúngcânbằng ở số lượngbaonhiêu Muốngiữ N = 20 để khônggây hại đếncâytrồng, cần phảithay đổihệ số giatăngquầnthể riêngr2của chimvà r1 củachâuchấu là baonhiêunếuvẫnmuốn giữ số lượngchim là 8. 87
7. r 1.0 2 r1 2.0 NCB = = = 25 PCB = = = 8 K2 0.04 K1 0.25 r2 r2 NCB = = = 20 Þ r2 = 0.04´20 = 0.8 K2 0.04 r1 r1 PCB = = = 8 Þ r1 = 0.25´8 = 2.0 K1 0.25 88
8. Sơ đồ mô hình lý luận các mứctổchứckhácnhau 89
9. Sự kết nối các mô hình thành mộtmôhìnhtổngthể WATER RADIA- EVAPORA RAIN WINO FLOW TION -TION CONC PREDICTED WATWR CON- SUMPTION THERMO EUTRO FISH Cu- CLINE PHICA- MODEL MODEL MODEL TION BOX MODEL pH- O2- DDT MODEL MODEL MODEL FROM ALL MODEL MANAGE-MENT SUGESTION DECISIONS 90
10. MÔ HÌNH HÓA Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ(I) BùiTáLong, ViệnMôitrườngvàTàinguyên 91
11. Tổngquanvềbàigiảng 11 MMụụccttiiêuêu •Cơ sở lý luận vàthực tiễn xây dựng mô hình ô nhiễm không khí 22 NNộộiidudungng •Cáckháiniệmcơbảntrongmôhìnhhóaô nhiễm khôngkhí; •Cácphươngtrìnhcơbảncủamôhìnhkhôngkhí; qMô hìnhGauss; qMô hìnhBerliand; qMô hìnhHanna; •Bàitập, ứngdụngcácphầnmềmCAP, ENVIM; 92
12. Kếtquả dự kiến đạt được § Sinhviênnắmđượcphươngpháptiếpcận giảibàitoánthựctế; §Biếtcáchthíchnghicácmôhìnhthông dụngchocác điềukiệncụthể tại địa phương; § Nguyênlý Step by Step trongbàitoánmô hìnhhóa; § Biếtcáchsửdụngmộtsốphầnmềm. 93
13. Nộidung bàigiảng § Cáckháiniệmcơbảnliênquantớimôhìnhhóaô nhiễmkhôngkhí; § Mô hìnhhóayếutốkhítượngtrongbàitoánô nhiễmkhôngkhí 95
14. Lan truyền ô nhiễm không khí trên diệnrộng; Ô nhiễmkhôngkhí, và đặcbiệt trongviệc giảmô nhiễmkhông khí đếnmộtmứcchấpnhận được, là mộtvấnđề môitrường quan trọng; Ô nhiễmkhôngkhí khônggiới hạntrong các vùng có nguồn thải lớn. Cácchấtô nhiễmkhôngkhí lắng đọngtrênbề mặtkhông chỉ của khuvực có nguồn thảilớn mà còn cả cáckhuvựcxungquanh. 96
15. Vấn đề cầnquantâm Cần xác định chính xác loại nàocầnđược giảmvà nơi nào cần giảm. Nồng độ và mứclắng đọng chấpnhận được(hoặctớihạn) cần được xác định chính xác và ô nhiễmkhôngkhí cần giảm đến cácmứcđộ nàynhưng khôngnên giảmhơn, (do chi phí thêm có thể rất đắt, và vì vậy, có thể gâynênnhữngkhó khănlớnvề mặtkinhtế). 97
16. Vaitròcủamôhìnhtoán Cácmô hình toánbiểudiễnhiện tượngô nhiễmkhôngkhí là những công cụ khôngthể thiếutrong quá trìnhnỗ lực giảiquyết các bài toán được phác họa ở trên. Để giảmtốiưumứcô nhiễmkhông khí đếnmứcđộchấpnhận được có thể được giảiquyết thànhcông chỉ khisử dụng cácmô hình toán họcô nhiễmkhôngkhí đángtin cậy. 98
17. Vìsaophảidùngmôhình pháttánô nhiễmkhôngkhí § Dự báo › Đánhgiá được ảnhhưởngcủanguồncònchưaxây dựng § Chi phí › Rẻ hơn đo đạc § Tính ứngdụng › Cónhữnglúckhôngthểđođược › Đánhgiá được ảnhhưởngcủanguồnriênglẻ § Sửdụngnhiềulần › Công cụđánhgiákháchquan 99
18. Dự báo Nhưngtrời sắpnắng Hiện đang mưa Thôngbáo Kiểmtra Simulations Observations 100
19. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 101
20. PHÁT THẢI (EMISSION) § Tronggiai đoạn đầutiên này, cácchấtô nhiễm tỏa vàokhí quyểntừ cácnguồn thải khác nhau. § Phátthảibềmặt(area source): cácnguồnthảithấp, đámcháy. § Nguồnthải đường(line source): đườnggiaothông § Cácnguồn điểm(point source):ốngkhói. 102
21. Quátrình tải -Advection § Chuyển độngtả là sự di chuyển củakhốikhítrong khíquyểntheo1 dòngvà đi từ điểm này đến điểm khác. flow § Đốivớimộttạpchấtdi chuyểntrongmộtkhíquyển, sự tải là sảnphẩm củavận y tốckhốithể tíchkhí. x § Tácnhângâyrahiệntượng tải là gió. 103
22. Khuếchtán(DIFFUSION) Cácchấtô nhiễmkhông khí khuếch tán rộng trongkhí quyển(theo cả chiềungangvà chiều đứng). 104
23. Sự phântán(dispersion) § Sự tương tácgiữakhuếch tánrốivớigradient vận tốcdo lực dịchchuyểntrongkhốikhítạorasự phântán. § Sự dichuyển cáctạpchấtkhítrongkhíquyển trongtrườnghợpcógió(trên1 m/s) chủ yếubởi quátrìnhtải, nhưngsự dichuyểncủatạpchấtkhí trongtrườnghợpgiólặngthường là do sự phân tán. 105
24. Biến đổihóahọc (Chemical transformation) § Nhiều phản ứng hóa học khácnhau diễnratrongsuốt quá trìnhlan truyềnchấtô nhiễmtrongkhí quyển. § Kết quả của các phản ứng hóa học này là nhiềuchấtô nhiễmthứ cấp (secondary pollutant) được tạora (cácchấtô nhiễmkhôngkhí được thảitrựctiếptừ cácnguồn thảitrong khôngkhí thường được gọi là các chấtô nhiễmcơbản, primary pollutant). 106
25. LẮNG ĐỌNG ƯỚT (WET DEPOSITION) Lắng đọng ướt là mộttrong nhữngcơchế làm sạchkhí quyểnhiệu quả nhất. Tuynhiên, trongkhikhí quyển được làm sạch, đất có thể bị axithoá do mộtsố chấtô nhiễmvà điều này có thể rất có hại đốivới mộtsố khuvựcnhạy cảm 107
26. LẮNG ĐỌNG KHÔ (DRY DEPOSITION) Lắng đọngkhô của cácchấtô nhiễmkhôngkhí (khí vàcáchạt)là quá trìnhdiễnratrong quá trìnhlan truyềnchấtô nhiễmkhôngkhí; Cơ chế gâyra quá trìnhlắng đọngkhô: Đốivớicácphântử lớn:dolắng đọng củalựctrọngtrường; Câycối; Quá trình húthoặc phản ứngtrênbề mặt trái đất 108
27. Sự phânloạimôhìnhô nhiễmkhí § Mức độ vi mô(mức độđịaphương) -xemxétcácquátrình trênmộtdiện tíchtừvàim tớimộtvàikm vàthờigiantừvài phút đếnmộtvàichụcphút(mộtbàitoánsinhtháitiêubiểu ở đâylàtínhchomộtsốítcácnguồnthảivàxemxétchi tiết phânbốkhônggiancủanồng độ tạimộtđịaphươngnào đó). § Mức độ trungbình(mức độ vùng) -xemxétcácquátrình trongkhônggian cókíchthướctừvàitrămm tớivàitrămkm vàthờigiantừvàigiờ tớimộtvàitháng(cácquátrìnhnhiễm bẩnkhíquyểntạicácthànhphố côngnghiệp, cáctổhợp côngnghiệp, cáctìnhhuốngtai biếnkhicósựpháttỏalớn củacácchấtbẩnvàokhôngkhílàthuộcmứcđộ này). 109
28. Sự phânloại(tiếptheo) § Mức độ vĩ mô-xemxétcác đốitượng vàcácquátrình trongkhônggiancó kíchthướcvàingànkm, kíchthướcthời gian-từmộtvàithángtớimộtnăm(mô hìnhlantruyềnvượttuyếnchấtbẩngiữa cácquốcgiahay cáchànhtinhvớinhau, môhìnhnày đã được đưavàoápdụng tạiChâuÂuvàBắcMỹ, ). § Mức độ toàncầutiếnhànhkhảosátvới kíchthướctoàncầucólưuý đến cáctác độngtổnghợpcácyếutốmàngười khảosátquantâm, diễnratrongmột khoảngthờigiantừvàithángtớivài chụcnăm(vídụcácmôhìnhthay đổikhí hậu, ). 110
29. Những việc cần phải làm cho ứngdụngmôhình § Đánhgiátrườngnồng độ vàtrườnglắng đọng § Đánhgiá ảnhhưởngcủaphátthảivàkhítượng lênmứcđộ ô nhiễmkhôngkhí § Khốngchế phátthảichophùhợpvớitiêuchuẩn chấtlượngkhôngkhí § Chuẩnbịcácnghiêncứuđánhgiá ảnhhưởnglên môitrường 111
30. ViệnsĩMarchukG.I. § Khixâydựnghay lựa chọnmôhìnhcầnxác địnhbướctheokhông gianvàthờigian; 112
31. ViệnsĩMoiseevN.N. § Mô hìnhnghiêncứu: đòihỏi mứcđộ chi tiếtcủaCSDL, phươngtiệntínhtoánmạnh. § Mô hìnhgiúpquảnlývàthông qua quyết định: đòihỏiítdữliệu, phươngtiệntínhtoánvừaphải. 113
32. Mộtsốvídụvềbướcthờigian § Quátrìnhlắng đọng(phút, giờ) § Quátrìnhthoáthơi(giờ, ngày) § Sự hìnhthànhtráicây(ngày, tháng) § Sự thay đổitrongcácquầnxãthựcvà độngvật (bằngtháng, năm); § Sự hìnhthành đất(năm, thế kỷ); § Sự hìnhthành địamạo(thế kỷ, thiênniênkỷ) 114
33. Cấutạocủakhíquyển § Cácchấtkhíthườngtrựctrongkhíquyển:O2, N2, Ar, Ne, He, Kr, thờigiantồnlưutrongkhoảng103-107 năm; § Cácchấtkhíbiếnthiên:CO2, CH4, H2, N2O, thời giantồnlưutrongkhoảng5-100năm; § Cácchấtkhíbiếnthiênmạnh:H2O, CO, O3, NO2, NH3, SO2, DMS, thờigiantồnlưutrongvàingày 115
34. Cấutrúccủakhíquyển § Tầng đốilưu (troposphere) § Tầng bìnhlưu (stratosphere); § Tầngtrungbình (mesosphere) § Tầngnhiệtquyển (thermosphere); § Tầngbênngoàitrái đất(exosphere). 116
35. Tầng đốilưu(troposphere): § Tầng đốilưu(troposphere): dày khoảng10 – 12 km ở các vĩ độ trung bìnhvà 16- 18 km ở cáccực. § Là nơi phátsinhsự xáotrộn khôngkhí theochiều đứng. § Nhiệt độ giảmtheochiều cao khoảng0.5 –0.6 ºC/100 m 117
36. Tầng bìnhlưu(stratosphere): § Tầng bìnhlưu (stratosphere): có chứa mộtlượngnhỏ khíozon O3. § Nhiệt độ khôngkhídừng lạikhông giảmnữavà đến độ cao20-25 km lạibắt đầutăng. § Tại độ cao55 km đạt0 0C 118
37. Tầngtrungbình(mesosphere) § Làtầngnằmtrêntầng bìnhlưubắtđầutừđộ cao 50 km chotớiđộ cao80 – 85 km; § Nhiệt độ giảmtừ00C tới- 900C 119
38. Tầngnhiệtquyển(thermosphere) § Tầngnhiệtquyển (thermosphere): tầngtrên cùng củakhíquyển; § Nhiệt độ khíquyểntăngtheo chiềucaovà đạt1200 ºC ở độ cao700 km. 120