Bài giảng Mô hình hóa các hệ thống môi trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Hóa & Mơi trường – Bộ mơn Quản lý mơi trường MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG MÔI TRƯỜNG Giảng viên: Nhâm Thị Thúy Hằng Email: nhamthithuyhang@tlu.edu.vn ĐT: 0888714388 Mơn học : MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG MƠI TRƯỜNG I Mục đích : Cung cấp cho sinh viên kiến thức sau : Các khái niệm hệ thống môi trường mơ hình hóa mơi trường; phương pháp tiếp cận hệ thống vấn đề môi trường Những nguyên lý động học mô tả trình vật lý, hóa học sinh học hệ thống mơi trường Tiếp cận mơ hình hóa mơi trường thành phần môi trường chủ yếu mơi trường nước, khí đất Để sinh viên hiểu biết vận dụng kiến thức học để giải vấn đề mơ hình hóa hệ thống môi trường II Nội dung môn học : Tổng số tiết : 45 tiết (LT : 32; BT : 11; KT :2) Kết cấu : chương Chương : KHÁI LƯỢC VỀ HỆ THỐNG MƠI TRƯỜNG VÀ MƠ HÌNH HĨA MƠI TRƯỜNG (4 tiết) 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Ví dụ hệ thống đơn giản 1.3 Cách tiếp cận hệ thống vấn đề môi trường 1.4 Ứng dụng tư hệ thống vào vấn đề môi trường Thảo luận chương Chương : NHỮNG LÝ THUYẾT MÔ HÌNH HĨA CƠ BẢN TRONG CÁC MƠ HÌNH HỆ THỐNG MÔI TRƯỜNG (6,5 tiết) 2.1 Giới thiệu chung 2.2 Kiểu biểu : Gia tăng phân rã tuyến tính 2.3 Kiểu biểu : Gia tăng phân rã theo hàm mũ 2.4 Kiểu biểu : Gia tăng theo hàm logitich 2.5 Kiểu biểu : Cường hóa suy sụp 2.6 Kiểu biểu : Dao động Thảo luận chương Chương : CHIẾN LƯỢC PHÂN TÍCH VÀ SỬ DỤNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG MƠI TRƯỜNG (6 tiết) 3.1 Tổng quan 3.2 Mơ hình minh họa 3.3 Ứng dụng chiến lược : xác định vấn đề 3.4 Ứng dụng chiến lược : tính hiệu lực mơ hình 3.5 Ứng dụng chiến lược : phân tích thăm dị 3.6 Ứng dụng chiến lược : phân tích tình Thảo luận chương kiểm tra tiết kỳ lần Chương : MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG THÚ ĂN THỊT – CON MỒI (3,5 tiết) 4.1 Đặt vấn đề 4.2 Các kiến thức 4.3 Phương trình vi sai cách giải cho trạng thái ổn định 4.4 Mơ hình hóa hệ thống động học sói - hươu Thảo luận chương Chương : MƠ HÌNH HĨA Ô NHIỄM NƯỚC MẶT (7,5 tiết) 5.1 Đặt vấn đề 5.2 Các kiến thức 5.3 Các phương trình vi phân quan hệ 5.4 Mơ hình hóa DO 5.5 Các tập thực hành Chương : TUẦN HOÀN VẬT CHẤT TRONG HỆ SINH THÁI (4 tiết) 6.1 Đặt vấn đề 6.2 Các kiến thức 6.3 Các phương trình vi phân lời giải cho trạng thái ổn định 6.4 Mơ hình hóa phốt Thảo luận chương Chương : MƠ HÌNH HĨA MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ (4,5 tiết) 7.1 Đặt vấn đề 7.2 Các kiến thức 7.3 Các phương trình vi phân cách giải cho trạng thái ổn định 7.4 Mơ hình hóa hệ thống động phát thải từ nguồn di động Thảo luận chương Chương : HĨA HỌC KHÍ QUYỂN VÀ VẬN CHUYỂN Ơ NHIỄM (6 tiết) 8.1 Đặt vấn đề 8.2 Các kiến thức 8.3 Các phương trình sai phân nghiệm trạng thái ổn định 8.4 Mơ hình hóa lắng đọng a xít Thảo luận chương kiểm tra kỳ lần 3.4.2 Kiểm tra tính hợp lý mặt kết cấu của MH bệnh dịch đàn cá - Để có thể đ/giá xem biểu đồ HT phù hợp với thực tế đến mức nào, sẽ tốt để phát triển cảm nhận tổng quan về sơ đồ HT được bố trí thế Do đó phải : + N/cứu biểu đồ HT một cách cẩn thận và cố gắng x/xét biểu đồ đó có tương ứng với miêu tả của các chuyên gia về HT hay không? Chương 22 - Những câu hỏi cần ý : Tập hợp những mối quan hệ và hoạt động biểu đồ này thực sự logic chưa? Những mối quan hệ này có phù hợp với phần mô tả của các chuyên gia hay chưa? Chương 23 3.4.3 Kiểm tra tính hợp lý mặt dự báo của MHbệnh dịch đàn cá Quần thể của đàn cá tương đối ổn định theo t/gian nếu không có bệnh dịch Bệnh dịch thể cho thấy nó tái xuất theo một chu kỳ nhất định chứng tỏ đồ thị số lượng cá bị nhiễm bệnh sẽ có dạng dao động Chương 24 3.4.3 Kiểm tra tính hợp lý mặt dự báo của MHbệnh dịch đàn cá Hình 3.2 Kiểu biểu vạch ranh giới của MH bệnh dịch đàn cá Chương 25 3.5 Ứng dụng chiến lược : phân tích thăm dò 3.5.1 Mục đích của phân tích thăm dò - Mục tiêu: sử dụng MH để tìm hiểu HT phản ứng lại hay “thích nghi” với sự thay đổi kích thích thế nào - Cách thức một HT p/ứng lại thay đổi gọi động lực của HT - Động lực được tạo bởi các mối quan hệ tương tác giữa các th/phần của HT (VD nguồn, dòng và bộ chuyển) Chương 26 Mỗi th/phần HT đóng vai trò gì kiểu biểu chung của HT? Th/phần đơn lẻ nào có ả/hưởng lớn nhất đến HT chung? Th/phần nào có ả/hưởng nhỏ nhất? Có sự kết hợp giữa các th/phần HT sẽ cho thấy những thay đổi lớn bất thường lên HT không? HT p/ứng thế nào nó bị làm xáo trộn lên? Có điều kiện nào khiến cho HT bị suy sụp hay mất kiểm soát khơng? Chương 27 Các thí nghiệm dùng hàm xung, bậc cấp dốc để n/cứu biến động của HT - Kiểu XUNG Làm cho giá trị của một dòng hay bộ chuyển đạt đỉnh vào một thời điểm nhất định Chương 28 - Kiểu BẬC CẤP Kiểu gây rối loạn dạng BẬC CẤP khiến cho giá trị của một dòng hay một bộ chuyển nào đó thay đổi dạng bậc cấp một lần vào một thời điểm nhất định Chương 29 - Kiểu DỐC Kiểu gây rối loạn DỚC gây tăng giảm ở mợt tốc độ nhất định, bắt đầu tại một thời điểm xác định Chương 30 Sử dụng các thí nghiệm độ nhạy để xác định ả/hưởng có thể thay đổi Các biến có tác dụng cao Là những biến mà giá trị của chúng có tác động lớn lên biểu của HT Các biến có tác dụng thấp Là những biến mà giá trị của chúng có tác đợng rất nhỏ lên HT Chương 31 X/định biến ngoại sinh HT + Là những biến mà giá trị của chúng không phụ thuộc vào các đại lượng khác HT Chạy MH bằng cách thay đổi giá trị của biến một chút giữa lần chạy + Các giá trị nên được thay đổi khoảng hợp lý tương tự HT thực Chương 32 Quan sát so sánh biểu của HT đối với mỗi lần chạy + X/định phạm vi thay đổi của HT ứng với mỗi giá trị biến ngoại sinh thay đổi X/định các biến số có ả/hưởng lớn nhất và những biến chỉ có ả/hưởng nhỏ + Giải thích tại một biến số nào đó lại có ả/hưởng lớn (hoặc nhỏ) lên HT Chương 33 3.6 Ứng dụng chiến lược : phân tích tình huống 3.6.1 Tổng quan phân tích tình h́ng - Ví dụ : việc đ/giá các lựa chọn để giải quyết sự bùng phát bệnh dịch X HST nước n/cứu ở + Mục tiêu chung là giảm thiểu tác động của bệnh dịch qua đó giúp ngăn ngừa sự giảm mạnh số lượng cá HST + Mô tả mục đích đ/với MH Bệnh dịch đàn cá miêu tả hai kiểu tác động (can thiệp) mà ta sẽ đ/giá : Chương 34 Liên tục bắt và loại bỏ cá nhiễm bệnh Đưa vào HST một loài cá mới có khả kháng bệnh qua đó làm giảm tính lây nhiễm của bệnh 50% + Phải x/định MH HT (Hình 3.1) sẽ bị thay đổi thế nào để mô phỏng p/án - Sau đưa xong can thiệp vào HT, MH nên được k/tra tính hợp lý bằng cách k/tra kết quả đầu với trường hợp đơn giản biết Chương 35 3.6.2 Phân tích tình huống đối với mô hình bệnh dịch cá Tình MHH kiểu can thiệp thứ nhất (liên tục bắt và loại bỏ cá nhiễm bệnh) Tình MHH kiểu can thiệp thứ hai (đưa vào HST một loài cá mới có khả kháng bệnh qua đó làm giảm tính lây nhiễm của bệnh 50%) Chương 36