Tài liệu Mô hình hóa môi trường doc

NTTULIB 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 http://elib.ntt.edu.vn NTTULIB 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 http://elib.ntt.edu.vn NTTULIB 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 http://elib.ntt.edu.vn NTTULIB 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 http://elib.ntt.edu.vn NTTULIB 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. http://elib.ntt.edu.vn NTTULIB 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 http://elib.ntt.edu.vn NTTULIB 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. http://elib.ntt.edu.vn NTTULIB 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. http://elib.ntt.edu.vn NTTULIB 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). http://elib.ntt.edu.vn NTTULIB 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). http://elib.ntt.edu.vn [...]... c s : TH Y L C, TH Y V N, SINH THÁI, MÔI TR NG B N H C, H TH NG THÔNG TIN A LÝ, … NG QU N LÝ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN N QUY HO CH MÔI TR NG TT MÔ HÌNH HÓA MÔI TR Hình 1.9: Quan h môn h c Mô hình hóa môi tr QU N LÝ MÔI TR NG ng” v i các môn khác TS Lê Anh Tu n http://elib.ntt.edu.vn 8 Bài gi ng môn h c MÔ HÌNH HÓA MÔI TR NG Tr ng i h c C n Th ... c n mô ph ng 2.1.2 Các nhóm mô hình TT U LI Mô hình v t lý (physical model) Mô hình toán h c (mathematical model) Mô hình s (numerical model) Mô hình gi i tích (analysis model) Mô hình xác nh (deterministic model) Mô hình khái ni m (conceptual model) Mô hình ng u nhiên (stochatic model) Mô hình tham s (parametric model) Mô hình n nh (steady-state model) Mô hình b t n nh (unsteady-state model) Mô hình. .. c Ti p theo các môn c s nh Sinh thái h c, Hoá Sinh Môi tr ng, Th y l c, Th y v n, B n h c, GIS và Vi n thám, ….s là các môn h c tiên quy t cho môn h c Mô hình hóa môi tr ng” Môn h c Mô hình hoá môi tr ng s là môn h c h tr cho các môn h c liên quan n Quy ho ch và Qu n lý Môi tr ng và Tài nguyên Thiên nhiên (hình 1.9) Các môn c b n: TOÁN H C, V T LÝ, HÓA SINH , TIN H C, … U LI B Các môn c s : TH Y L... ng môn h c MÔ HÌNH HÓA MÔI TR NG Tr ng i h c C n Th - 1.5 Quan h môn h c Môn h c Mô hình hóa môi tr ng” là môn h c chuyên ngành gi ng d y cho sinh viên n m th ba và n m th t các ngành h c “Khoa h c Môi tr ng”, “Qu n lý Môi tr ng” và “K thu t Môi tr ng” Các môn h c c b n nh Toán h c, V t lý, Tin h c, Sinh h c, Th ng kê,… là các môn h c n n cho môn... nhóm này B Mô hình “h p xám” (grey box): là mô hình mà ng i s d ng hi u cm t ph n ti n trình x lý d li u Mô hình tham s và mô hình khái ni m thu c nhóm mô hình “h p xám” LI Mô hình môi tr ng, c bi t là môi tr ng n c, th ng mang ít nhi u c i m c a m t mô hình th y v n h c (hydrological model) có th phân lo i nh hình 2.1 và c gi i quy t theo 3 ki u mô t : N TT U Ti n trình c a mô hình (process); (hình 2.2)... hi n trong mô hình và i u ki n mô hình có giá tr Ch n mô hình tr n gói hay là mô hình theo yêu c u: Mô hình tr n gói (là mô hình c thi t k cho t ng th các tr ng h p) th ng d s d ng nh ng thi u tính m m d o và b h n ch s d ng Lo i mô hình tr n gói th ng c s d ng khi g p các tình hu ng ít có h n s tình hu ng d ki n ban u mà ng i phát tri n mô hình ngh ra B Mô hình theo yêu c u là nh ng mô hình mà ta... ch y mô hình và Hi u ch nh mô hình o n s li u th hai sau ng n h n dùng làm ki m nghi m k t qu mô hình cho o n tr c (hình 2.7) Chu i s li u theo th i gian Chu i s li u dùng ch y và Hi u ch nh mô hình Chu i s li u dùng ki m nghi m mô hình Mô hình Hi u ch nh và th LI B Hình 2.7 Minh h a vi c phân o n chu i s li u theo th i gian nghi m khi ch y mô hình 2.2.6 Tiên oán ho c t i u TT U Thông th ng mô hình. .. http://elib.ntt.edu.vn Bài gi ng môn h c MÔ HÌNH HÓA MÔI TR NG Tr ng i h c C n Th - N TT U LI B Hình 2.3 Phân lo i mô hình d a vào quy mô không gian và th i gian (theo Singh, 1995) Hình 2.4 Phân lo i mô hình d a vào ph ng pháp gi i toán (theo Singh, 1995) 2.2 Ti n trình v n hành mô hình T t c các ph n m m mô hình th t ng quát nh hình 2.5 sau: ng c v n hành... ni m mô hình "m u" ch mang tính t ng i, không th có m t mô hình mang tính "toàn c c u" N TT U LI B v) 3.4.5 Giá tr thông s và v n i) quy mô c a mô hình S thành l p thông s mô hình ch u chi ph i b i quy mô c a mô hình Khi d ch chuy n các thông s t m t mô hình có quy mô nh sang m t mô hình có quy - 30 TS Lê Anh Tu n http://elib.ntt.edu.vn Bài gi ng môn... c ng máy tính và các lo i mô hình và ph c t p c a mô hình (nh mô hình ph i liên k t v i các mô hình khác, liên k t v i GIS, ngôn ng máy tính,…) ng d ng trong t sau ng lai c a ph n xu t mô hình: d ki n cho các l n s d ng Tính t ng h p c a mô hình: xem xét kh n ng mô hình có th gi i quy t nhi u m c tiêu, có t m ng r ng và d ki n các kh n ng s d ng v sau Cách truy c p mô hình, tài li u h ng d n và d phòng . 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. 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