bai giang mon hoc mo hinh hoa moi truong 7816

BӜ GIÁO DӨC VÀ ĈÀO TҤO TRѬӠNG ĈҤI HӐC CҪN THѪ - oOo - LÊ ANH TUҨN, PhD LI B BÀI GIҦNG MƠN HӐC U MƠ HÌNH HĨA MÔI TRѬӠNG N TT ENVIRONMENTAL MODELING Cҫn Thѫ, 2008 http://elib.ntt.edu.vn Bài giҧng mơn hӑc MƠ HÌNH HĨA MƠI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ - LӠI MӢ ĈҪU VÀ GIӞI THIӊU MӨC LӨC N TT U LI B LӠI MӢ ĈҪU VÀ GIӞI THIӊU ii MӨC LӨC ii Danh sách hình iv Chѭѫng NHҰP MÔN – CÁC KHÁI NIӊM CѪ BҦN 1.1 Vҩn ÿӅ 1.2 Các ÿӏnh nghƭa khái niӋm cѫ bҧn 1.2.1 Ĉӏnh nghƭa mơ hình 1.2.2 Mөc tiêu thành lұp mơ hình 1.2.3 Ĉһc trѭng cѫ bҧn cӫa mӝt mơ hình 1.3 Mơ hình mơi trѭӡng 1.4 Lӏch sӱ mơ hình 1.5 Quan hӋ môn hӑc Chѭѫng PHÂN LOҤI VÀ TIӂN TRÌNH MƠ HÌNH 2.1 Phân loҥi mơ hình 2.1.1 Mөc ÿích phân loҥi mơ hình 2.1.2 Các nhóm mơ hình 2.2 TiӃn trình vұn hành mơ hình 12 2.2.1 Thu thұp dӳ liӋu 13 2.2.2 Mơ hình khái niӋm 13 2.2.3 Mơ hình giҧi tích hoһc mơ hình sӕ 15 2.2.4 HiӋu chӍnh mô hình 15 2.2.5 KiӇm nghiӋm mơ hình 15 2.2.6 Tiên ÿoán hoһc tӕi ѭu 16 2.3 Tiêu chuҭn chӑn lӵa mơ hình 16 2.3.1 Khái niӋm 16 2.3.2 Mơ hình "tӕt nhҩt" 17 2.3.3 Chӑn mơ hình theo cҩu trúc giá trӏ vào/ra 18 2.3.4 Chӑn mơ hình theo vҩn ÿӅ thӵc tӃ 19 2.3.5 Ĉánh giá lҥi viӋc chӑn lӵa 20 Chѭѫng HIӊU CHӌNH CÁC THƠNG SӔ MƠ HÌNH 21 3.1 Khái quát vҩn ÿӅ 21 3.2 Các bѭӟc tiӃn trình hiӋu chӍnh 23 3.2.1 Bѭӟc xác ÿӏnh thông tin quan trӑng 23 3.2.2 Bѭӟc chӑn tiêu chuҭn mơ hình 24 3.2.3 Bѭӟc hiӋu chӍnh mơ hình 24 3.3 Các tiӃp cұn ÿӇ hiӋu chӍnh thơng sӕ mơ 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 thành lұp thông sӕ mô hình mơi trѭӡng 27 3.4.1 Các vҩn ÿӅ thѭӡng gһp thành lұp thông sӕ 27 3.4.2 Sӵ hiӋu chӍnh mӝt ÿòi hӓi khҳc khe vӅ sӕ liӋu 28 TS Lê Anh Tuҩn http://elib.ntt.edu.vn ii Bài giҧng mơn hӑc MƠ HÌNH HĨA MƠI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ - N TT U LI B 3.4.3 Tѭѫng tác giӳa thông sӕ 28 3.4.4 Sӵ tѭѫng tӵ lѭu vӵc vҩn ÿӅ chuyӇn dӏch thông sӕ 29 3.4.5 Giá trӏ thông sӕ vҩn ÿӅ quy mơ cӫa mơ hình 30 3.4.6 Vҩn ÿӅ ngoҥi suy thông sӕ 31 Chѭѫng THӆ HIӊN MƠ HÌNH 32 4.1 KiӇm nghiӋm ÿӏnh trӏ mơ 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 mơ hình 37 4.3.1 Các vҩn ÿӅ thѭӡng gһp 37 4.3.2 Hұu kiӇm viӋc phê chuҭn kiӇm nghiӋm mơ hình 38 Chѭѫng ӬNG DӨNG MƠ HÌNH HĨA MÔI TRѬӠNG 39 5.1 Sѫ ÿӗ phát triӇn ӭng dөng mơ hình 39 5.2 Xu thӃ phát triӇn mơ hình hóa mơi trѭӡng theo quy mơ không gian 40 5.3 Giӟi thiӋu mӝt sӕ mơ hình mơi trѭӡng 41 5.3.1 Mơ hình biӃn ÿәi khí hұu toàn cҫu 41 5.3.2 Mơ hình quҧn lý lѭu vӵc 42 5.3.3 Bӝ mơ hình thӫy lӵc - thӫy văn MIKE 43 5.3.4 Mơ hình nhiӉm mơi trѭӡng sinh thái nѭӟc ngӑt 45 Tài liӋu tham khҧo 46 Phө lөc 47 - iii TS Lê Anh Tuҩn http://elib.ntt.edu.vn Bài giҧng mơn hӑc MƠ HÌNH HĨA MƠI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ - Danh sách hình N TT U LI B Hình 1.1 Mơ hình xe hѫi thӱ nghiӋm sӱ dөng lѭӧng mһt trӡi Hình 1.2 Mơ hình thӇ hiӋn sӵ thay ÿәi khӕi lѭӧng nѭӟc hӗ chӭa Hình 1.3 Mơ hình dӵ báo tình hình thӃ giӟi ÿӃn năm 2100 Hình 1.4 Ĉѭӡng ÿi cӫa chҩt gây nhiӉm vịng tuҫn hồn nѭӟc Hình 1.5 Ba thành tӕ cӫa mӝt mơ hình Hình 1.6: Chia vҩn ÿӅ lӟn thành tӯng vҩn ÿӅ riêng rӁ Hình 1.7: Khái qt mơ hình theo khoa hӑc tính tốn Hình 1.8: Mһt cӫa trӕng ÿӗng Ĉơng Sѫn (hình trái); mӝt hình khҳc mơ phӓng hình ҧnh hai chim ÿұu mái nhà cӫa ngѭӡi (hình phҧi) Hình 1.9: Quan hӋ mơn hӑc “Mơ hình hóa mơi trѭӡng” vӟi mơn khác Hình 2.1 Phân loҥi mơ hình tәng qt 11 Hình 2.2 Phân loҥi mơ hình dӵa theo mơ tҧ tiӃn trình 11 Hình 2.3 Phân loҥi mơ hình dӵa vào quy mơ khơng gian thӡi gian 12 Hình 2.4 Phân loҥi mơ hình dӵa vào phѭѫng pháp giҧi tốn 12 Hình 2.5 TiӃn trình cӫa mӝt mơ hình 13 Hình 2.6 Mơ 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 thӱ nghiӋm chҥy mơ hình 16 Hình 2.8 BiӇu ÿӗ minh hӑa quan hӋ giӳa ÿӝ phӭc tҥp cӫa mơ hình, mӭc ÿịi hӓi cӫa dӳ liӋu khҧ thӇ hiӋn kӃt quҧ tiên ÿoán cӫa mơ hình 17 Hình 3.1 TiӃn trình mѭa – dịng chҧy mӝt lѭu vӵc 21 Hình 3.2 Thӫy ÿӗ ghi nhұn thӵc tӃ diӉn biӃn mѭa dịng chҧy thӡi ÿoҥn 21 Hình 3.3 Sѫ ÿӗ diӉn tҧ toán quan hӋ mѭa – dịng chҧy 22 Hình 3.4 Ví dө minh hӑa kӃt quҧ lѭu lѭӧng dịng chҧy theo mơ hình theo thӵc tӃ 22 Hình 3.5 Ba bѭӟc tiӃn trình HiӋu chӍnh 23 Hình 4.1: Mӝt ví dө vӅ ÿѭӡng tѭѫng quan tuyӃn tính giӳa trӏ quan trҳc trӏ mơ phӓng 35 Hình 5.1 Sѫ ÿӗ phát triӇn ӭng dөng mơ hình 39 Hình 5.2 Xu thӃ phát triӇn mơ hình thӫy văn mơi trѭӡng theo quy mơ khơng gian 40 Hình 5.3 Mơ hình Khí quyӇn Tồn cҫu 41 Hình 5.4 KӃt quҧ dӵ báo sӵ gia tăng nhiӋt ÿӝ toàn cҫu tӯ PRECIS 42 Hình 5.6 Cҩu trúc Mơ hình Quҧn lý Lѭu vӵc WMM 43 Hình 5.7 Ví dө kӃt quҧ phҫn mӅm MIKE 11 mô phӓng sӵ xâm nhұp mһn ӣ ĈBSCL 44 Hình 5.8 Mơ hình NAM cho quan hӋ mѭa - dòng chҧy lѭu vӵc 44 Hình 5.9 Mơ hình khái niӋm cӫa AQUATOX vӅ thay ÿәi nӗng ÿӝ ӣ thӫy vӵc 45 - iv TS Lê Anh Tuҩn http://elib.ntt.edu.vn Bài giҧng mơn hӑc MƠ HÌNH HĨA MƠI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ - Chѭѫng NHҰP MÔN – CÁC KHÁI NIӊM CѪ BҦN 1.1 Vҩn ÿӅ HiӋn nay, ô nhiӉm môi trѭӡng ÿang vҩn ÿӅ báo ÿӝng song hành vӟi sӵ phát triӇn kinh tӃ xã hӝi, ÿһc biӋt tҥi quӕc gia ÿang phát triӇn Tҥi nhiӅu nѫi, chҩt lѭӧng nѭӟc, ÿҩt, khơng khí suy giҧm nhanh chóng vѭӧt qua khҧ tӵ làm sҥch cӫa tӵ nhiên Trong lƭnh vӵc khoa hӑc quҧn lý môi trѭӡng kӻ thuұt xӱ lý môi trѭӡng, viӋc quan trҳc dӵ báo diӉn biӃn môi trѭӡng mang tҫm quan trӑng cho quyӃt ÿӏnh giҧi quyӃt vҩn ÿӅ Tuy nhiên, viӋc ÿo ÿҥc, quan trҳc mơi trѭӡng rҩt tӕn kinh phí cơng sӭc cӫa ngѭӡi Nhҵm giҧm thiӇu khó khăn này, nhà khoa hӑc ÿã ÿang tiӃp tөc phát triӇn ӭng dөng nguyên lý vұt lý tốn hӑc vào thӵc tiӉn ÿӇ mơ phӓng diӉn biӃn thӵc tӃ tӵ nhiên ÿѭa dӵ báo cҫn thiӃt LI B ViӋc mô phӓng môi trѭӡng cNJng ÿang giúp ngѭӡi tҥo dӵng mӝt hình ҧnh hoһc sӵ vұt thu nhӓ hoһc tѭѫng tӵ, bҳt chѭӟc theo thӵc tӃ ÿӇ mô tҧ sӵ kiӋn cNJng nhѭ tҥo kӏch bҧn biӃn ÿәi lѭӧng chҩt theo không gian thӡi gian nhҵm tiên ÿốn khҧ lây truyӅn chҩt nhiӉm hoһc khҧ hӗi phөc chҩt lѭӧng tài nguyên Môn hӑc mơ hình hóa mơi trѭӡng ÿѭӧc hình thành tӯ cѫ sӣ TT U Mơn mơ hình hóa mơi trѭӡng phөc vө cho tҩt cҧ nhà khoa hӑc, nhà kӻ thuұt, nhà quҧn lý, kӇ cҧ nhà xã hӝi làm viӋc liên quan ÿӃn lƭnh vӵc môi trѭӡng tài ngun thiên nhiên Chӳ “mơ hình” (modeling) có nguӗn gӕc tӯ chӳ La-tinh modellus Tӯ mang ý nghƭa mӝt kiӇu cách ngѭӡi tҥo ÿӇ tiêu biӇu cho mӝt thӵc tҥi ÿó N 1.2 Các ÿӏnh nghƭa khái niӋm cѫ bҧn 1.2.1 Ĉӏnh nghƭa mơ hình x Mơ hình m͡t c̭u trúc mơ 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 Mơ hình có th͋ m͡t hình ̫nh ho̿c m͡t v̵t th͋ ÿ˱ͫc thu nh͗ ho̿c phóng ÿ̩i, ho̿c ch͑ làm g͕n b̹ng m͡t ph˱˯ng trình tốn h͕c, m͡t công thͱc v̵t lý, m͡t ph̯n m͉m tin h͕c ÿ͋ mơ t̫ m͡t hi͏n tr̩ng th͹c t͇ mang tính ÿi͋n hình x Mơ hình hố m͡t khoa h͕c v͉ cách mô ph͗ng, gi̫n l˱ͫc thông s͙ th͹c t͇ nh˱ng v̳n di͍n t̫ ÿ˱ͫc tính ch̭t cͯa tͳng thành ph̯n mơ hình Mơ hình khơng hồn tồn m͡t v̵t th͋ hi͏n th͹c nh˱ng giúp cho hi͋u rõ h˯n h͏ th͙ng th͹c t͇ x Mô hình hóa mơi tr˱ͥng ngành khoa h͕c mơ ph͗ng hi͏n t˱ͫng lan truy͉n ch̭t ô nhi͍m d͹ báo thay ÿ͝i môi tr˱ͥng theo không gian thͥi gian TS Lê Anh Tuҩn http://elib.ntt.edu.vn Bài giҧng mơn hӑc MƠ HÌNH HĨA MƠI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ - Tài liӋu tham khҧo N TT U LI B Grayson, R and Bloschl, G., 2000 Spatial Patterns in Catchment Hydrology: Observations and Modelling Cambridge University Press, Cambridge Hillel, D., 1986 Modelling in Soil Physics: A Critical Review Future Developments in Soil Science Research Soil Sci Soc Am., New Orleans Hughes, J P., Lettenmaier, D P and Guttorp, P., 1993 A stochastic approach for assessing the effect of changes in synoptic circulation patterns on gauge precipitation Water Resour Res 29, 3303-3315 Popov, O V., 1968 Underground flow into rivers Gidrometeoizdat, Leningrad Tim, U S., 1995 Coupling vadose zone models with GIS:Emerging trends and potential bottlenecks Proc.ASA-CSSA-SSSA Bouyoucos Conference: Applications of GIS toModeling Nonpoint-Source Pollutants in the Vadose Zone ASA-CSSA-SSSA, Madison, Wisc Woolhiser, D A and Brakensiek, D L., 1982 Hydrologic System Synthesis In: C T Haan, Johnson, H.P., Brakensiek, D.L , (Ed.), Hydrologic Modeling of Small Watersheds ASAE Monograph No 5., St Joseph, MI - 46 TS Lê Anh Tuҩn http://elib.ntt.edu.vn Bài giҧng môn hӑc MƠ HÌNH HĨA MƠI TRѬӠNG Trѭӡng Ĉҥi hӑc Cҫn Thѫ - N TT U LI B Phө lөc - 47 TS Lê Anh Tuҩn http://elib.ntt.edu.vn ... tҩt cҧ nhà khoa hӑc, nhà kӻ thuұt, nhà quҧn lý, kӇ cҧ nhà xã hӝi làm viӋc liên quan ÿӃn lƭnh vӵc môi trѭӡng tài ngun thiên nhiên Chӳ “mơ hình” (modeling) có nguӗn gӕc tӯ chӳ La-tinh modellus Tӯ... System Synthesis In: C T Haan, Johnson, H.P., Brakensiek, D.L , (Ed.), Hydrologic Modeling of Small Watersheds ASAE Monograph No 5., St Joseph, MI ... Tim, U S., 1995 Coupling vadose zone models with GIS:Emerging trends and potential bottlenecks Proc.ASA-CSSA-SSSA Bouyoucos Conference: Applications of GIS toModeling Nonpoint-Source Pollutants