Skkn tổng quan về mô hình hóa các bước thiết lập và phát triển mô hình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN oOo MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG Chủ đề TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA CÁC BƯỚC THIẾT LẬP VÀ PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH Giảng viên[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUN THIÊN NHIÊN …oOo… MƠ HÌNH HĨA MƠI TRƯỜNG Chủ đề: TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH HĨA CÁC BƯỚC THIẾT LẬP VÀ PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH Giảng viên hướng dẫn Huỳnh Vương Thu Minh Sinh viên thực Nhóm sinh viên QLMTA2 Báo cáo mơ hình hóa mơi trường skkn PHỤ LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH HÓA VÀ Ý NGHĨA .4 Giới thiệu Các định nghĩa phân loại mơ hình 2.1 Khái niệm mơ hình .4 2.2 Phân loại mơ hình a Phân loại mơ hình .5 b Phân loại mô hình tốn .6 Ưu nhược điểm loại mơ hình .8 Các trường hợp cần sử dụng mơ hình tốn mơ hình vật lý 10 Khái niệm ý nghĩa mơ hình hóa mơi trường 10 5.1 Khái niệm mơ hình hóa 10 5.2 Ý nghĩa mơ hình hóa mơi trường .11 Mơ hình tượng tự nhiên 11 6.1 Sự hình thành bão 11 6.2 Mơ hình khái niệm hình thành bão .12 6.3 Mơ hình tốn hình thành bão .12 CHƯƠNG CÁC BƯỚC THIẾT LẬP VÀ PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH 13 Các đặc trưng mơ hình .14 Các bước xây dựng kiểm định mơ hình 14 2.1 Thu thập phân tích số liệuLỗi! Thẻ đánh dấu không xác định 2.2 Xây dựng phần mềm 15 2.3 Mô hình khái niệm 15 2.4 Mơ hình giải tích 15 2.5 Hiệu chỉnh 15 2.6 Kiểm nghiệm mơ hình 16 Định nghĩa mô ứng dụng 17 Một vài thuật ngữ 17 Lịch sử phát triển lĩnh vực mơ hình mơ hình hóa Mơi Trường .18 CHƯƠNG LÝ THUYẾT VỀ LỰA CHỌN, HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH 20 Lựa chọn 20 Hiệu chỉnh 20 Kiểm định mơ hình 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO .23 Báo cáo mơ hình hóa mơi trường skkn DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1 Mơ hình xe thử nghiệm sử dụng lượng mặt trời .5 Hình 1.2 Mơ hình vịng tuần hồn nước trái đất .5 Mơ hình hộp trắng - White box Mơ hình hộp đen - Black box Mơ hình hộp xám - Gray box Ví dụ mơ hình hóa mơi trường .11 MƠ HÌNH KHÁI NIỆM HÌNH THÀNH BÃO 12 CÁC BƯỚC THIẾT LẬP VÀ PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH 14 LÝ THUYẾT VỀ LỰA CHỌN, HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH 14 Hình Ba thành tố mơ hình 14 Các bước xây dựng kiểm định mơ hình 16 Các bước hiệu chỉnh mô hình .Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng xác định Báo cáo mơ hình hóa mơi trường skkn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH HĨA VÀ Ý NGHĨA Giới thiệu Hiện nay, ô nhiễm môi trường vấn đề báo động song hành với phát triển kinh tế xã hội, đặc biệt quốc gia phát triển Tại nhiều nơi, chất lượng nước, đất, khơng khí suy giảm nhanh chóng vượt qua khả tự làm tự nhiên Trong lĩnh vực khoa học quản lý môi trường kỹ thuật xử lý môi trường, việc quan trắc dự báo diễn biến môi trường mang tầm quan trọng cho định giải vấn đề Tuy nhiên, việc đo đạc, quan trắc môi trường tốn kinh phí cơng sức người Nhằm giảm thiểu khó khăn này, nhà khoa học tiếp tục phát triển ứng dụng nguyên lý vật lý toán học vào thực tiễn để mô diễn biến thực tế tự nhiên đưa dự báo cần thiết Việc mô môi trường giúp người tạo dựng hình ảnh vật thu nhỏ tương tự, bắt chước theo thực tế để mô tả kiện tạo kịch biến đổi lượng chất theo không gian thời gian nhằm tiên đốn khả lây truyền chất nhiễm khả hồi phục chất lượng tài nguyên Môn học mơ hình hóa mơi trường hình thành từ sở Các định nghĩa phân loại mơ hình 2.1 Khái niệm mơ hình Mơ hình cấu trúc mơ tả hình ảnh tối giản hóa theo đặc điểm diễn biến đối tượng, tượng, khái niệm hệ thống (TS Lê Anh Tuấn, 2008) Mơ hình hình ảnh vật thể thu nhỏ phóng đại,hoặc làm gọn phương trình tốn học, cơng thức vật lý, mộtphần mềm tin học để mô tả trạng thực tế mang tính điển hình ( TS Lê Anh Tuấn, 2008) Mơ hình đối tượng cụ thể (vật chất phương trình tốn học), hệ thống, khái niệm (tư duy) thay nguyên (Claude Shannon,1948) Báo cáo mơ hình hóa mơi trường skkn Ví dụ 1.1: Các nhà thiết kế tạo mẫu xe sử dụng lượng mặt trời thu nhỏ để thử nghiệm khả hoạt động tiện ích an tồn trước chế tạo hàng loạt (hình 1.1) Hình 1.1 Mơ hình xe thử nghiệm sử dụng lượng mặt trời Ví dụ 1.2: Mơ hình Vịng tuần hồn nước tồn vận động của nước mặt đất, lòng đất bầu khí trái đất Hình 1.2 Mơ hình vịng tuần hồn nước trái đất 2.2 Phân loại mơ hình a Phân loại mơ hình Mơ hình khái niệm ( Mơ hình nhận thức)- Conceptual modelling: Trước tiến hành tạo mơ hình, phải tư có thành phần cách thức liên hệ ảnh hưởng lẫn Kết mơ hình khái niệm lưu đồ sơ đồ Mơ hình giải tích ( Mơ hình số): Là thuật tốn quan hệ biến số ( variables ) thông số ( parameters ) mơ hình →Phần quan trọng cốt lõi phức tạp xây dựng mơ hình Báo cáo mơ hình hóa mơi trường skkn Mơ hình tốn– Numerical modelling: Dùng ngơn ngữ lập trình mơ tả mối quan hệ toán học yếu tố hệ thống (các q trình hóa học, vật lý sinh học) mô từ hệ thống thực Các mơ hình tốn thường sử dụng MathCAD, MathLAB, Excel, Fortran, C, C ++ , Java… Mơ hình vật lý: Mơ hình tỉ lệ - Scale physiscal modelling: Hệ vật lý mô lại với thành phần mơ tỉ lệ xác (thu nhỏ phóng to) Mơ hình phác thảo thử nghiệm – Prototype modelling: Dạng xây dựng nhanh thô (phác thảo) để thử nghiệm vài chức Mơ hình tương tự: Khi q trình muốn nghiên cứu phức tạp →Có thể sử dụng trình khác thay (cơng thức tốn học giống nhau) → Mơ hình tương tự → Suy kết từ mơ hình tương tự cho mơ hình muốn nghiên cứu b Phân loại mơ hình tốn MƠ HÌNH TỐN MƠ HÌNH TẤT ĐỊNH MƠ HÌNH NGẪU NHIÊN MƠ HÌNH LIÊN TỤC MƠ HÌNH RỜI RẠC MƠ HÌNH TĨNH MƠ HÌNH ĐỘNG MƠ HÌNH PHI TUYẾN TÍNH MƠ HÌNH TUYẾN TÍNH Báo cáo mơ hình hóa mơi trường skkn Mơ hình hộp trắng - White box Mơ hình cung cấp số thông tin liệu đầu vào, đầu bên hệ thống Mơ hình hộp đen - Black box Mơ hình cung cấp số thơng tin liệu đầu vào đầu (only input and output are known), cấu trúc bên chưa biết cấu trúc phức tạp chưa biết (Internal dynamics are either too complex or unknown) Mô hình hộp xám - Gray box Mơ hình cung cấp số thông tin liệu đầu vào, đầu phần tiến trình xử lý hệ thống Báo cáo mơ hình hóa mơi trường skkn Ưu nhược điểm loại mơ hình TÊN MƠ HÌNH ƯU ĐIỂM Mơ hình khái - Được hình thành dù người tạo niệm chưa hiểu hết tất (Mơ hình nhận tượng phức tạp thực tế thức ) - Có thể đơn giản hóa tính bất thơng số thành tính đồng - Có thể giảm thiểu số liệu yêu cầu - Dễ dàng cho người xem hiểu cách thu thập số liệu, thông tin sử dụng cách nhanh chóng tốn - Mơ hình khái niệm cơng cụ kĩ thuật cho lập trình viên hiểu vấn đề phải giải mà không cần phải làmột chun gia mơi trường - Mơ hình khái niệm tạo thuận lợi cho việc diễn giải thuyết minh, biểu bảng, đồ thị - Có thể tạo giao tiếp với sở liệu hệ thống thơng tin địa lý (GIS) Mơ hình Giải - Mơ hình thực xử lý số liệu Tích ( Mơ hình Số) cách nhanh chóng - Mơ hình khơng có lập trình, tối thiểu lỗi cách sử dụng NHƯỢC ĐIỂM - Mơ hình khái niệm khái quát nhân tạo phi vật lý qua tối giản nên khơng đưa hết quan hệ tương tác đối tượng - Những người thiếu kinh nghiệm tạo giả thiết phi thực tế đơn giản - Mơ hình khái niệm mang tính tổng q nên đơi bỏ sót phương án vận hành - Mơ hình khái qt thường khơng thể thể cách điều chỉnh sai số ngoại suy trường hợp thiếu liệu - Khi cần bổ sung mơ hình tái cấu trúc mơ hình tạo tình trạng q gị bó thơng số - Các thơng số biến số dễ bị thay đổi - Là mơ hình phức tạp với chuỗi thuật tốn -Dùng ngơn ngữ lập trình để - Địi hỏi khối lượng cơng miêu tả mối quan hệ tốn học việc khổng lồ với biến số cách dễ dàng thay đổi theo thời gian Báo cáo mơ hình hóa mơi trường skkn Mơ hình Tốn Mơ hình Vật Lý - Có thể dễ dàng thay đổi số liệu hay thơng số mơ hình với nhiều kịch khác theo ý muốn - Các tính tiêu chuẩn hóa thường cần thiết cho mơ hình - Chu kỳ phát triển ngắn - Có thể đọc nhiều mã khác - Hỗ trợ nhiều việc xác minh mơ hình tốn học - Là cơng cụ chuẩn xác để dự đoán tượng Vật lý - Kích thước nhỏ, đo đạc dễ dàng - Quan sát tượng tận mắt dễ dàng định hướng nghiên cứu Mơ hình Tương - Có thể sử dụng số liệu, thơng số Tự hay q trình khác thay suy kết tương tự cho mơ hình - Khơng sử dụng lập trình phức tạp - Các mơ hình phức tạp thực nhanh chóng khơng gian - Giai đoạn kiểm tra lại khó khăn - Tính di động bị hạn chế - Chi phí phầm mềm cao - Địi hỏi nâng cấp bổ sung - Tốn thời gian tiền bạc - Chỉ áp dụng cần thiết nghiên cứu chi tiết để thiết kế cơng trình (cống, đập) - Khó mơ tất tượng theo tỉ lệ xác - Khó mơ điều kiện biên cách xác - Kết khơng xác - Khơng mơ tất tượng mơ hình cách xác - Tốn tiền bạc Các trường hợp cần sử dụng mơ hình tốn mơ hình vật lý Báo cáo mơ hình hóa mơi trường skkn Mơ hình vật lý: Khi tượng vật lý thực tế phức tạp khó mơ tả xác cơng thức tốn học Mơ hình vật lý cơng cụ chuẩn xác để dự đốn tượng vật lý Khơng cần phải tưởng tượng, quan sát tồn q trình thơng qua mơ hình vật lý Mơ hình tốn: Để dự đốn mơ cách thường xun hệ thống giới thực làm tương lai lại tốn kém, không thực tế thử nghiệm trực tiếp với hệ thống, ví dụ như: thiết kế lò phản ứng hạt nhân, tuyệt chủng lồi,…Mơ hình tốn cịn áp dụng nhiều trường hợp phải liên tục thay đổi kịch để đưa kết tương ứng KHÁI NIỆM VÀ Ý NGHĨA CỦA MƠ HÌNH HĨA MƠI TRƯỜNG 5.1 Khái niệm mơ hình hóa Mơ hình hóa mơi trường ngành khoa học mô tượng lan truyền chất ô nhiễm dự báo thay đổi môi trường theo không gian thời gian ( TS Lê Anh Tuấn, 2008) Mơ hình hóa mơi trường ngành khoa học cung cấp cơng cụ dạng hình ảnh, sơ đồ, biểu đồ, phần mềm, hay sa bàn, để chuyển hiểu biết từ đo đạc thực tế khu vực nghiên cứu thành lý giải cần thiết cho cầu thông tin tiên đốn diễn biến mơi trường – sinh thái Mơ hình mơi trường mơ tả đơn giản cho quan hệ phức tạp môi trường sinh thái ngồi thực tế cho kết xác mức độ chấp nhận Một mơ hình mơi trường phải cung cấp đại lượng liệu thể theo thay đổi thời gian qua: (i) quan sát (observation); (ii) phân tích (analysis); (iii) tiên đốn (prediction) Một mơ hình mơi trường giao tiếp liệu tạo định Mơ hình tạo thông tin từ liệu quan trắc cải tiến kiến thức giúp cho việc định liên quan đến việc quy hoạch, thiết kế, vận hành quản lý Một mơ hình mơi trường thường kết hợp định luật phương trình sau • Định luật vật lý (như định luật Darcy, định luật bảo toàn khối lượng, ) Báo cáo mơ hình hóa mơi trường 10 skkn • Phương trình tốn học quan hệ (như phương trình Penmen bốc hơi, phương trình cân nước) • Các quan hệ thực nghiệm (như công thức kinh nghiệm, ) ( TS Lê Anh Tuấn,2008) Ví dụ mơ hình hóa mơi trường 5.2 Ý nghĩa mơ hình hóa mơi trường Cung cấp cơng cụ dạng hình ảnh, sơ đồ, biểu đồ, phần mềm, hay la bàn, để chuyển hiểu biết từ đo đạc thực tế khu vực nghiên cứu thành lý giải cần thiết cho cầu thông tin tiên đốn diễn biến mơi trường– sinh thái Mô tả đơn giản cho quan hệ phức tạp mơi trường sinh thái ngồi thực tế cho kết xác mức độ chấp nhận Cung cấp đại lượng liệu thể theo thay đổi thời gian qua: quan sát, phân tích tiên đốn Mơ hình tạo thơng tin từ liệu quan trắc cải tiến kiến thức giúp cho việc định liên quan đến việc quy hoạch, thiết kế, vận hành quản lý MÔ HÌNH HIỆN TƯỢNG TỰ NHIÊN 6.1 Sự hình thành bão Bão hình thành khu vực đại dương nhiệt đới ấm áp, nơi nhiệt độ nước 26 độ C Chính khơng khí ấm áp, ẩm gió hội tụ gần xích đạo “nhiên liệu” để bão hoạt động Một bão hình thành xuất mưa dông trận gió lốc mạnh chênh lệch áp suất khơng khí áp Báo cáo mơ hình hóa mơi trường 11 skkn cao lạnh đám mây mưa bầu khơng khí nóng xung quanh Và hai mưa dơng gặp luồng gió khí ln chuyển lên xuống khơng ngừng làm khí lạnh bị đẩy xuống thấp khí nóng bị đẩy lên cao Nước nóng, quy trình nhanh gió tăng tốc Khi đó, tầng lớp đối lưu, luồng khí ẩm ướt toả bắt đầu xoay theo qn tính hình thành từ chiều quay trái đất, Bắc bán cầu chiều ngược lại kim đồng hồ, Nam bán cầu chiều với kim đồng hồ Khi lực xoay đủ lớn bão hình thành 6.2 Mơ hình khái niệm hình thành bão MƠ HÌNH KHÁI NIỆM HÌNH THÀNH BÃO Lực quay Trái Đất Sự hồ lộn khí Độ ẩm Hình thành mưa Nhiệt độ đại dương nóng lên Khơng khí ẩm bốc lên Hình thành bão Nhiệt độ Động lực để tạo xoáy Hấp thụ lượng Hình thành gió mạnh Hình Thành xốy, lốc,giơng 6.3 Mơ hình tốn hình thành bão Hiện nước biển dâng nhìn nhận trình tương tác tổng hợp n người ta tính tốn nước biển dâng theo vận tốc gió , mưc nước biển mực nước trung bình nhiều năm biển có thủy triều phi thủy triều Bài tốn nước biển dâng xem điều kiện khí tượng thủy văn có tác động đồng thời gió, áp suất khí quyển, thủy triều lưu lượng sơng ngịi Mơ hình nước nơng hai chiều mơ tả , hệ phương trình có Báo cáo mơ hình hóa mơi trường 12 skkn dạng Trong : U, V - thành phần vận tốc biến đổi theo độ sâu theo hướng x, y tương ứng U(z), V(z) - thành phần vận tốc biến đổi theo độ sâu theo hướng x, y tương ứng - dao động mặt nước so với mặt nước trung bình h- độ sâu kể từ mực nước trung bình Pa - áp suất khơng khí - thành phần ứng gió suất gió mặt nước theo trục x, y tương ứng - hệ số ma sát gió Wx, Wy- thành phần vận tốc gió theo trục x, y tương ứng - thành phần ứng suất ma sát đáy theo trục x , tương ứng K - hệ số ma sát đáy - tham số coriolic - vĩ độ địa lí vận tốc góc quay trái đất Thông tin kết dự báo bão thông qua thông số tốc độ gió, mực nước biển dâng, áp suất khơng khí để xác định hình thành bão CHƯƠNG Báo cáo mơ hình hóa mơi trường 13 skkn CÁC BƯỚC THIẾT LẬP VÀ PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH LÝ THUYẾT VỀ LỰA CHỌN, HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH 1.Các đặc trưng mơ hình Một cách tổng qt, tất mơ hình phải có ba thành tố + Thông tin vào: bao gồm dạng sở liệu đưa vào để mơ hình xử lý + Tiến trình xử lý thơng tin: bao gồm q trình tiếp nhận liệu vào, tính tốn, phân tích, đánh giá xuất liệu + Thông tin ra: thể dạng đồ thị, biểu bảng, báo cáo đánh giá kết Thơng tin vào Tiến trình xử lí thơng tin Thơng tin Hình Ba thành tố mơ hình Một mơ hình có đặc trưng sau + Mơ hình cần tối giản với số giả định đặt + Điều kiện biên điều kiện ban đầu cần định danh + Mức độ khả ứng dụng mơ hình xác lập (T.S Lê Anh Tuấn,2008) 2.Các bước xây dựng kiểm định mơ hình 2.1 Thu thập phân tích số liệu Xác định loại số liệu (mực nước, lưu lượng, thông số chất lượng nước,…) cần thu thập từ hệ thống thực; Xác định bước thời gian: giờ, trung bình ngày,…; Báo cáo mơ hình hóa môi trường 14 skkn Xác định độ dài chuỗi số liệu (mô vài giờ/ngày/tháng/năm hay hàng chục năm (mơ hình khí hậu)); Xác định thời điểm thu thập/đo đạc số liệu; Đánh giá mức độ tin cậy, đánh giá khả xuất lại số liệu thu thập số l 2.2 Xây dựng phần mềm Chọn lựa quy mô vùng cần mô phỏng; Chọn lựa loại mô hình (Vật lý, Tốn,…) so sánh; Trường hợp chọn mơ hình tốn ➔ Xác định loại mơ hình (tự xây dựng mơ hình (chọn ngơn ngữ) hay mơ hình có sẵn ngồi thị trường) Tất mơ hình muốn vận hành cần phải có nguồn liệu ban đầu điều kiện cần thiết 2.3 Mô hình khái niệm Mơ hình khái niệm dạng ý tưởng hoá nhằm tối giản yếu tố phức tạp thực tế dạng lưu đồ sơ đồ Trong mơ hình khái niệm phải liệu nhập và, diễn biến bên mơ hình thơng tin xuất từ mơ hình Một hình khái niệm phải thể tính đơn giản để tạo cho người chun gia mơ hình hiểu mục tiêu tốn mơ hình 2.4 Mơ hình giải tích (hoặc mơ hình số) Mơ hình giải tích (hoặc mơ hình số) thực chất loạt thuật tốn viết để giải quan hệ thơng số biến số mơ hình cho kết dạng số đồ thị Đây phần cốt lõi, quan trọng phần phức tạp tiến trình thực mơ hình hóa 2.5 Hiệu chỉnh Hiệu chỉnh (calibration) tiến trình mà thơng số biến số mơ hình điều chỉnh để kết mơ hình phù hợp với thực tế quan sát Do phát triển mơ hình, phải tối giản tượng vật lý tự nhiên để thuận lợi cho người làm thật toán Điều khiến số liệu nhập vào mơ hình có giá trị khơng hồn tồn chắn kết sai biệt với thực tế Hiệu chỉnh công việc nhằm rút ngắn khoảng cách sai biệt cách đưa thông số điều chỉnh gọi thơng số mơ hình (model parameters) Báo cáo mơ hình hóa mơi trường 15 skkn 2.6 Kiểm nghiệm mơ hình Kiểm nghiệm mơ hình bước tiếp sau cơng việc hiệu chỉnh mơ hình nhằm kiểm tra thơng số mơ hình đưa có phù hợp với diễn biến thực tế hay không THU THẬP VÀ PHÂN TÍCH SỐ LIỆU XÂY DỰNG PHẦN MỀM MƠ HÌNH GIẢI TÍCH /TỐN HIỆU CHỈNH MƠ HÌNH PHÂN TÍCH ĐỘ NHẠY/ĐỘ KHƠNG CHẮC CHẮN SENSITIVITY ANALYSIS KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH ỨNG DỤNG DỰ BÁO / TỐI ƯU HOÁ Các bước xây dựng kiểm định mơ hình Báo cáo mơ hình hóa mơi trường 16 skkn MƠ HÌNH KHÁI NIỆM 3.Định nghĩa mô ứng dụng: Mô hệ thống q trình hoạt động mơ hình, đại diện hệ thống Ứng dụng mơ hình gồm + Thiết kế phân tích hệ thống sản xuất; + Đánh giá yêu cầu H/W S/W cho hệ thống máy tính; + Đánh giá hệ thống hay chiến thuật quân mới; + Xác định sách đặt hàng cho hệ thống hàng hóa tồn kho; + Thiết kế hệ thống thông tin liên lạc phương thức nhắn tin cho hệ thống; + Thiết kế vận hành sở đường cao tốc, tàu điện ngầm, sân bay cống; + Thẩm định thiết kế cho tổ chức dịch vụ bệnh viện, bưu điện, nhà hàng thức ăn nhanh; + Phân tích hệ thống tài kinh tế thơng tin 4.Một vài thuật ngữ Hệ thống (System) hiểu tập hợp thành phần có quan hệ liên thông với để tạo thành tổng thể Theo Dooge (1964) hệ thống cấu trúc, thiết bị sơ đồ, trình tự đó, thực hay trừu tượng, gắn với bước thời gian định, liên hệ lượng vào (nguyên nhân, lượng, thông tin) với lượng (hệ quả, phản ứng, lượng) INPUT Lượng vào SYSTEM Hệ thống OUTPUT Lượng Hệ thống thủy văn (hydrological system) trình thuỷ văn (chu trình thuỷ văn) vùng khơng gian định hệ thống thực Ta coi tuần hồn thuỷ văn hệ thống với thành phần nước, bốc hơi, dịng chảy pha khác chu trình Các thành phần lại tập hợp thành hệ thống chu trình lớn Để phân tích hệ thống tồn cục ta tiến hành xử lý, phân tích riêng rẽ hệ thống đơn giản tổng hợp kết dựa mối quan hệ qua lại chúng Hệ thống thủy văn định nghĩa cấu trúc hay thể tích khơng gian bao quanh mặt biên Cấu trúc tiếp nhận yếu tố đầu vào (Input) qua mặt biển mưa theo phương thẳng đứng, dòng chảy theo phương ngang, thao Báo cáo mơ hình hóa mơi trường 17 skkn tác phân tích yếu tố bên biến đổi chúng thành yếu tố đầu (Output) mặt biên bên Có thể hiểu cấu trúc hệ thống (hay thể tích khơng gian) tồn đường đi, phương thức khác để qua nước xuyên suốt qua hệ thống từ điểm vào điểm Biên hệ thống mặt liên tục, xác định không gian chiều bao quanh cấu trúc hay thể tích xét Một đối tượng nghiên cứu vào hệ thống yếu tố đầu vào, tác động qua lại với cấu túc yếu tố khác, rời khỏi hệ thống thành yếu tố đầu Nhiều trình vật lý, hoá học sinh học khác bên cấu trúc tác động lên đối tượng Thông số (parametter of model) đặc trưng số lượng hệ thống thủy văn Ví dụ diện tích lưu vực thông số biểu thị độ lớn lưu vực Nói chung thơng số hệ thống khơng thay đổi theo thời gian điều kiện nhân tố ảnh hưởng đến hệ thống ổn định Đặc tính hệ thống biểu thị qua nhiều thơng số khác Hiệu mơ hình phụ thuộc trước hết vào độ xác xác định thơng số Nếu thơng tin ban đầu khơng đầy đủ tăng số thông số, mặc phép mô tả đầy đủ xác q trình, đưa đến kết thơng số lựa chọn có sai số lớn Vì phải lựa chọn cấu trúc mơ hình tối ưu đó, bao gồm số lượng tối ưu thơng số, mơ tả tốt q trình hệ thống thơng tin có, đồng thời phải đưa phương pháp xác định xác thơng số Thực tế cho thấy khả thay đổi cấu trúc mơ hình lớn khả thay đổi phương pháp xác định thông số Lịch sử phát triển lĩnh vực mơ hình mơ hình hóa mơi trường Từ xa xưa vào thời tiền sử người nghĩ tạo mơ tối giản để phát họa hình ảnh khn dạng người để có xếp xem xét tiến hóa nhóm chủng người + Những phát họa người cách sinh hoạt họ vách hang đá cho ta hình dung văn hóa người Cổ Cận Đơng Cổ Hy Lạp + Một mơ hình cơng nhận số; số đếm số viết ghi lại mảnh xương tìm thấy vào khoảng 30.000 năm trước Công nguyên + Ngành Thiên văn Kiến trúc để lại ghi chép mơ hình sao, cơng trình nhà cửa từ 4.000 năm trước Công nguyên + Vào khoảng 2.000 năm trước Cơng ngun, ba văn hóa Babylon, Ai Cập Ấn Độ biết cách sáng tạo phát triển toán ứng dụng Báo cáo mơ hình hóa mơi trường 18 skkn “mơ hình toán” sống thường nhật họ Phần lớn toán họ thuật toán đề xuất để giải vấn đề đặc biệt + Ở Việt Nam hình ảnh để lại Trống đồng Đông Sơn cho nghĩ đến mô điệu múa, y phục sinh hoạt săn bắt người Việt Cổ khoảng thời gian từ kỷ thứ đến kỷ thứ trước Công nguyên Sự phát triển ngành triết học thời kỳ văn minh Hy Lạp (Hellenic Age) (khoảng 600 năm trước Cơng ngun) kết hợp với tốn học dẫn đến phương pháp suy diễn (deductive method), sau trở thành phần quan trọng lý thuyết tốn học Trong thời kỳ này, hình học bắt đầu hình thành phát triển + Nhà tốn học Thales áp dụng hình học để tiên đốn tượng nhật thực (solareclipse)vào năm585 trước Công nguyên Thales phát minh cách đo chiều cao vật thể cách đo chiều dài bóng vật thể in đất + Vào khoảng năm 250 trước Cơng ngun, Euclid dùng mơ hình tốn hình học để tìm khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trăng Ơng tính chu vi Trái đất Ngành thiên văn học cổ biết tạo mơ hình để diễn tả thái dương hệ Các nhà kiến trúc xây dựng cơng trình cổ xưa Trung Hoa, Ấn Độ, nước theo đạo Hồi để lại chứng tích mơ hình đền đài, cơng trình thu nhỏ phương pháp tương tự (similar method), hình thức mơ hình tỷ lệ, trước xây dựng cơng trình thực Các văn minh Châu Á chứng tỏ phát triển mơ hình vật lý song song với mơ hình tốn học cơng trình kiến trúc họ Từ kỷ XX trở đi, song song với phát triển ngành toán học, vật lý, đặc biệt đời máy tính điện tử thúc đẩy phát triển nhanh chóng thuật tốn mơ hình Nhiều cơng ty phần mềm chun sản xuất cơng cụ mơ hình phục vụ cho nhiều lĩnh vực từ khoa học kỹ thuật, kinh tế, môi trường, khí tượng, thủy văn, quản lý hành chánh đến lãnh vực quan hệ xã hội, Báo cáo mô hình hóa mơi trường 19 skkn Ngày kỹ thuật mơ hình ngày chứng tỏ vai trị việc tạo điều kiện cho người hiểu biết sâu giới mà tiên tốn tình có khả xảy tương lai CHƯƠNG LÝ THUYẾT VỀ HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH Lựa chọn Tùy vào mục đích người sử dụng mơ hình mà người ta sử dụng mơ hình phù hợp Trên giới xuất nhiều mơ hình khác Về ngun tắc, mơ hình phức tạp, liệu đầu vào nhiều → Kết từ mơ hình xác Có cách chọn mơ hình + Theo cấu trúc giá trị vào/ra: Khái qt hóa tiến trình chủ yếu, mức độ xác cho việc tiên đốn, tính đơn giản mơ hình, thành lập thơng số, độ nhạy thông số, giả định, tiềm cho việc cải tiến mơ hình + Theo vấn đề thực tế: Điều kiện tự nhiên mơ hình, khung thời gian, thiết bị tính tốn, ứng dụng , Đánh giá việc lựa chọn cách trả lời câu hỏi sau: + Các thơng số mơ hình cung cấp có thực theo u cầu tốn không? + Các đặc trưng vật lý thể qua thơng số mơ hình có thực đáp ứng việc ứng dụng thực tế không? + Các phương trình sử dụng cấu trúc mơ hình có với thuật toán đại phù hợp với liệu thiết bị máy tính khơng? + Các kết mà mơ hình cung ứng có chất lượng tốt tương xứng với chi phí theo thời gian đặc thù khơng? Hiệu chỉnh Báo cáo mơ hình hóa mơi trường 20 skkn ... hình thành bão CHƯƠNG Báo cáo mơ hình hóa mơi trường 13 skkn CÁC BƯỚC THIẾT LẬP VÀ PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH LÝ THUYẾT VỀ LỰA CHỌN, HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH 1 .Các đặc trưng mơ hình Một cách tổng. .. 12 CÁC BƯỚC THIẾT LẬP VÀ PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH 14 LÝ THUYẾT VỀ LỰA CHỌN, HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH 14 Hình Ba thành tố mơ hình 14 Các bước xây dựng kiểm định mơ hình. .. mơ hình tốn MƠ HÌNH TỐN MƠ HÌNH TẤT ĐỊNH MƠ HÌNH NGẪU NHIÊN MƠ HÌNH LIÊN TỤC MƠ HÌNH RỜI RẠC MƠ HÌNH TĨNH MƠ HÌNH ĐỘNG MƠ HÌNH PHI TUYẾN TÍNH MƠ HÌNH TUYẾN TÍNH Báo cáo mơ hình hóa mơi trường skkn