Giao-trinh-Mo-hinh-hoa-moi-truong-bui ta long

tài liệu môi trường

Trang 1

http://www.ebook.edu.vn

Trang 2

Kính mong sự đóng góp ý kiến của tất cả bạn đọc

Những đóng góp quí báu của bạn đọc sẽ giúp các tác giả nâng cao chất lượng giáo trình này

Giáo trình này trình bày cơ sở lý luận và thực tiễn xây dựng, ứng dụng mô hình toán phục vụ cho công tác bảo vệ môi trường Các khái niệm cơ bản như mô hình, mô hình môi trường, mô hình hóa bài toán bảo vệ môi trường không khí, môi trường nước mặt, nước dưới đất được trình bày Trong giáo trình cũng dành sự lưu ý đặc biệt cho những ứng dụng cụ thể trong bài toán bảo vệ môi trường trên đất nước chúng ta

Giáo trình hướng tới đối tượng là sinh viên, học viên cao học chuyên ngành môi trường và một số ngành liên quan, cũng như giảng viên, nghiên cứu viên tại các trường đại học và viện nghiên cứu

Trang 3

Lời cảm ơn

Giáo trình này ra đời được là nhờ sự động viên và hỗ trợ của quí thầy cơ đồng nghiệp mà tác giả đã cĩ dịp làm việc và cộng tác

Tác giả xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viện Mơi trường và Tài nguyên, Đại học Bách khoa, Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, Đại học nơng lâm

TP Hồ Chí Minh, Đại học Khoa học Huế, Đại học bán cơng Tơn Đức Thắng TP Hồ Chí Minh, Đại học Kỹ thuật Cơng nghệ TP Hồ Chí Minh, Đại học Yersin TP Đà Lạt đã mời tác giả tham gia giảng dạy cho sinh viên, học viên cao học chuyên ngành mơi trường

Tác giả cũng gửi lời cảm ơn chân thành đến các thành viên Phịng Tin học Mơi trường, Viện Mơi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, các thành viên khác của nhĩm ENVIM đã tham gia thực hiện các phần mềm gắn với mơ hình

Tác giả bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến các thầy phản biện đã dành nhiều thời gian để đọc và đĩng gĩp ý kiến nhằm nâng cao chất lượng của tài liệu này

Cuối cùng tác giả xin cám ơn các học trị của mình đã tham gia rất nhiệt tình phần xử lý số liệu, nhập số liệu cũng như kiểm tra phần mềm, cùng nhiều hỗ trợ khác để nâng cao giá trị về mặt thực tiễn cho giáo trình này

Trang 4

Trang 5

Lời nói đầu

Mơ hình hĩa với sự trợ giúp của cơng nghệ thơng tin trong thời đại ngày nay đã trở thành một nhánh quan trọng của khoa học hiện đại và là một cơng cụ rất mạnh để nhận thức thế giới xung quanh Nghiên cứu mơ hình hĩa và ứng dụng trên máy tính mở ra những chân trời mới để nhận diện sự phụ thuộc của tin học với tốn học và các ngành khoa học khác – cả tự nhiên lẫn xã hội

Khái niệm “mơ hình” chúng ta đã làm quen từ thời thơ ấu Đồ chơi ơ tơ, máy bay hay chiếc tầu là những trị chơi yêu thích của con trai; búp bê, con gấu bơng là những trị chơi khơng thể thiếu của bé gái Trong nhận thức của trẻ em, trong quá trình nhận biết thế giới bên ngồi, những đồ chơi như vậy về thực chất là các mơ hình của thế giới thực Ở tuổi thiếu niên đối với nhiều em thì các trị chơi lego, các mơ hình lắp ráp ơ tơ, máy bay, tàu thủy gần giống với thực tế đã trở nên quyết định trong việc lựa chọn nghề trong tương lai

Như vậy mơ hình là gì ? Cái gì chung giữa một bên là chiếc tàu trị chơi với hình vẽ được thể hiện trên màn hình máy vi tính, thể hiện một mơ hình tốn học trừu tượng ? Cĩ một điều là giống nhau: trong cả hai trường hợp chúng ta cĩ hình ảnh của một đối tượng thực, thay thế bản gốc nào đĩ được thực hiện với độ tin cậy và cụ thể nào đĩ Nĩi một cách khác, mơ hình là biểu diễn đối tượng dưới một dạng nào đĩ, khác với dạng thực của

nĩ

Trong hầu hết các ngành khoa học về thiên nhiên, về thế giới sinh vật hay

vơ cơ, về xã hội, việc xây dựng và sử dụng mơ hình là một thứ vũ khí rất mạnh để nhận thức xã hội Các đối tượng và quá trình thực thường rất đa dạng và phức tạp cho nên cách tốt nhất để nghiên cứu chúng là xây dựng

mơ hình Mơ hình được xây dựng chỉ giữ lại một số mặt của hiện thực và

Trang 6

kỷ đã khẳng định tính đúng đắn của phương pháp tiếp cận như vậy

Giáo trình này hướng tới đối tượng sinh viên chuyên ngành môi trường,

cũng như một số ngành có liên quan Bên cạnh đó giáo trình này cũng có

ích cho học viên trên đại học cũng như giảng viên, nghiên cứu viên thuộc

các cơ sở đào tạo và nghiên cứu trong nước

Giáo trình này được biên soạn dựa trên tài liệu giảng dạy môn học này vào

các năm 2005 - 2008 cho sinh viên và học viên cao học tại Viện Môi

trường và Tài nguyên, một số trường đại học khác Trong giáo trình này

tác giả đã cố gắng bám sát thực tiễn của đất nước cũng như chương trình

đào tạo ngành môi trường Dù có nhiều cố gắng nhưng chắc chắn giáo

trình này vẫn không thể tránh khỏi những tồn tại và hạn chế Tác giả rất

mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý đồng nghiệp cũng như bạn

đọc gần xa có quan tâm tới ứng dụng mô hình hóa trong quản lý môi

trường cũng như trong nghiên cứu môi trường Góp ý xin gửi về địa chỉ

trang Web: www.envim.com.vn

TP Hồ Chí Minh, tháng 6/2008

Tác giả: TSKH Bùi Tá Long

Trang 7

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD Nhu cầu oxy sinh hĩa

C Cacbon

CAP Computing for Air Pollution – Phần mềm tính tốn ơ

nhiễm khơng khí CBOD Nhu cầu oxy sinh hĩa các hợp chất cacbon

COD Nhu cầu oxy hĩa học

DIP Phơtpho vơ cơ hồ tan

DO Oxy hịa tan

DOM Chất khống hịa tan

DON Nitơ hữu cơ hịa tan

DOP Photpho hữu cơ hịa tan

EC Độ dẫn điện

ENVIM ENVironmental Information Management software – phần

mềm quản lý mơi trường ENVIMAP ENVironmental Information Management and Air

Pollution estimation – Phần mềm tính tốn mơ phỏng ơ nhiễm khơng khí

ENVIMQ2K Phần mềm mơ phỏng chất lượng nước kênh sơng cĩ ứng

dụng GIS GIS Hệ thống thơng tin địa lý

GIS Geographic Information System – Hệ thống thơng tin địa

lý

Trang 8

nước dưới đất

IN Nitơ vô cơ

IP Photpho vô vơ

NBOD Nhu cầu oxy sinh hóa các hợp chất nitơ

Trang 9

MUÏC LUÏC

Lời cảm ơn iii

Lời nói đầu v

Danh mục các từ viết tắt vii

Mục lục ix

MỞ ĐẦU 1

Tính cấp thiết của môn học 1

Mục tiêu của môn học 2

Nội dung môn học 2

Phương pháp, công cụ được sử dụng 5

Giới hạn của phương pháp mô hình 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG 7

1.1 Mô hình vật lý và toán học 7

1.2 Vai trò của mô hình 9

1.3 Mô hình như là công cụ quản lý và nghiên cứu môi trường 13

1.4 Sự phân loại mô hình và các nguyên lý mô hình hóa 17

1.5 Mô hình hóa môi trường và sự phân loại chúng 19

Câu hỏi 25

Tài liệu tham khảo 25

CHƯƠNG 2 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA MÔ HÌNH HÓA

MÔI TRƯỜNG 26

2.1 Các giai đoạn cơ bản của quá trình xây dựng mô hình môi trường 26

2.2 Các thành phần trong quá trình mô hình hóa môi trường 37

2.3 Sự phân loại mô hình môi trường 39

2.4 Các nguyên lý cơ bản áp dụng trong xây dựng mô hình môi trường 45

Câu hỏi 46

CHƯƠNG 3 CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG ẢNH HƯỞNG LÊN SỰ

PHÁT TÁN CHẤT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 48

3.1 Sự phát tán của chất khí trong khí quyển 48

3.2 Các điều kiện ảnh hưởng đến sự phát tán của khí trong khí quyển 51

3.3 Độ ổn định của khí quyển 56

Câu hỏi 69

Trang 10

PHƯƠNG PHÁP GAUSS….………71

4.1 Phương trình cơ bản mô tả sự truyền tải và khuếch tán chất ô nhiễm 71

4.2 Mô hình Gauss tính toán lan truyền chất ô nhiễm không khí 75

4.3 Mô hình phát tán ô nhiễm không khí ISC3 89

4.4 Bài tập ứng dụng mô hình Gauss 103

Câu hỏi 112

CHƯƠNG 5 MÔ HÌNH HÓA Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ THEO

PHƯƠNG PHÁP BERLIAND 113

5.1 Các phương pháp tiếp cận chính trong việc mô tả

khuếch tán khí quyển 113

5.2 Mô hình Berliand tính toán lan truyền chất ô nhiễm trong khí quyển 118

5.3 Các bước tự động hoá tính toán theo mô hình phát tán

ô nhiễm không khí 125

5.4 Mô hình phát tán ô nhiễm không khí Sutton 135

5.5 Phương pháp tính toán nồng độ trung bình 140

5.6 Mô hình Berliand kỹ thuật 144

5.7 Bài tập ứng dụng mô hình Berliand 151

Câu hỏi 164

CHƯƠNG 6 MỘT SỐ KIẾN THỨC CƠ BẢN LIÊN QUAN TỚI

MÔ HÌNH HÓA CHẤT LƯỢNG NƯỚC 166

6.1 Hiện tượng lan truyền chất trong môi trường nước 166

6.2 Chuyển tải 170

6.3 Khuếch tán / phân tán 173

6.4 Sự phân ô 197

6.5 Mô hình hóa chất lượng nước hồ 200

6.6 Bài tập ứng dụng 214

Câu hỏi 219

CHƯƠNG 7 MÔ HÌNH STREETER – PHELPS MÔ PHỎNG

CHẤT LƯỢNG NƯỚC TRÊN KÊNH SÔNG 220

7.1 Nhu cầu oxy sinh hoá (BOD) 221

7.2 Sự ô nhiễm do các chất hữu cơ 223

7.3 Các điểm lưu ý về nhu cầu oxy sinh hóa 225

7.4 Sự oxy hóa các hợp chất của nitơ 227

7.5 Đường cong diễn tiến oxy hòa tan (đường cong lõm) 230

7.6 Mô hình Streeter – Phelps 232

7.7 Bài tập ứng dụng mô hình Streeter 242

Câu hỏi 252

CHƯƠNG 8 MÔ HÌNH DÒNG CHẢY VÀ LAN TRUYỀN CHẤT

CHO KÊNH SÔNG 253

Trang 11

và lan truyền chất trong sông 262

8.3.Giải số phương trình dòng chảy và lan truyền chất cho kênh sông 274

Câu hỏi………275

CHƯƠNG 9 MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC BẰNG

PHẦN MỀM QUAL2K 276

9.1 Tổng quan về mô hình QUAL2K 276

9.2 Sự phân đoạn trong QUAL2K 277

9.3 Cân bằng lưu lượng 279

9.4 Các đặc tính thuỷ lực 281

9.5 Thời gian di chuyển 288

9.6 Công thức tính hệ số phân tán theo hướng dòng chảy 288

9.7 Mô hình nhiệt độ 289

9.8 Mô hình tính toán cho các phần tử 304

9.9 Phần mềm ENVIMQ2K ứng dụng GIS mô phỏng chất lượng

nước kênh sông 327

9.10 Bài tập ứng dụng phần mềm ENVIMQ2K mô phỏng chất lượng nước kênh sông do nhiều nguồn xả thải 359

Câu hỏi 380

CHƯƠNG 10 MÔ HÌNH HOÁ NƯỚC DƯỚI ĐẤT 381

10.1 Tổng quan về các mô hình nước dưới đất 381

10.2 Điều kiện đầu 387

10.3 Điều kiện biên 388

10.4 Một số phần mềm được sử dụng rộng rãi 391

10.5 Ứng dụng phần mềm MODFLOW và MT3DMS tính toán mô phỏng lan truyền nitơ trong nước dưới đất - lấy TPHCM làm ví dụ nghiên cứu 393

Câu hỏi 427

BẢNG 429

HÌNH 432

BẢNG TÍNH ĐỔI ĐƠNVỊ ĐO NỒNG ĐỘ 444

Trang 12

TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA

MÔI TRƯỜNG

Hiện nay khơng cĩ một lĩnh vực nhận thức nào mà người ta khơng nĩi đến

mơ hình Trong nghĩa rộng, mơ hình được hiểu là một cấu trúc được xây

dựng trong tư duy hoặc thực tiễn, cấu trúc này tái hiện lại thực tế ở dạng

đơn giản hơn, cơng thức hơn và trực quan hơn Phần trình bày dưới đây sẽ

làm sáng tỏ hơn về mơ hình và mơ hình hố mơi trường

1.1 MÔ HÌNH VẬT LÝ VÀ TOÁN HỌC

Trong lịch sử phát triển con người đã từng sử dụng mơ hình Mơ hình là

những bức tranh đơn giản về thực tế và là cơng cụ để giải quyết nhiều vấn đề

Dĩ nhiên, mơ hình sẽ khơng bao giờ chứa đựng tất cả các đặc tính của hệ

thống thực, bởi vì, chính nĩ khơng phải là hệ thống thật Nhưng điều quan

trọng ở việc mơ hình chứa đựng tất cả các đặc tính đặc trưng cần thiết trong

phạm vi của vấn đề cần giải quyết hay mơ tả

Ý nghĩa thực tiễn của việc sử dụng mơ hình cĩ lẽ được minh họa tốt nhất qua

những ví dụ trong thực tế Trong nhiều năm, người ta đã sử dụng các mơ

hình vật lý của con tàu để xác định mặt nghiêng, giúp con tàu cĩ được sự cân

bằng trong nước Mơ hình vật lý như vậy sẽ cĩ hình dáng và một số thơng số

chính giống con tàu thật sự, nhưng nĩ khơng chứa tất cả các chi tiết chẳng

hạn như: sự trang bị máy mĩc, cách bố trí của cabin, v.v… Những chi tiết

như vậy thì khơng liên quan đến mục đích của mơ hình cần nghiên cứu

Những mơ hình khác của con tàu đáp ứng các mục đích khác: cách bố trí của

các cabin khác nhau, sơ đồ các ống dẫn

Từ đĩ, chuyên gia hàng đầu về mơ hình mơi trường người Đan Mạch

Jorgensen M.E /[6]/ cho rằng mơ hình mơi trường phải mang những đặc

tính lưu ý đến khía cạnh quản lý hay vấn đề mang tính khoa học, đây

chính là điều mà các nhà nghiên cứu mong muốn Mơi trường là một hệ

Trang 13

thống phức tạp hơn nhiều một con tàu, và điều này nói lên rằng mô hình môi trường là vấn đề cực kỳ phức tạp Tuy nhiên, nhờ những nghiên cứu mạnh mẽ trong nhiều thập kỷ qua nên ngày nay đã có thể thiết lập được những mô hình môi trường mang tính thực tiễn cao

Jorgensen đã so sánh mô hình môi trường với các bản đồ địa lý (trên thực

tế bản đồ địa lý cũng chính là những mô hình) Các loại bản đồ khác nhau đáp ứng những mục đích khác nhau Có những bản đồ dùng cho máy bay, tàu thủy, xe hơi, xe lửa, các nhà địa chất và các nhà khảo cổ học và v.v…Tất cả chúng đều khác nhau, bởi vì chúng cần tập trung vào các chi tiết khác nhau Hơn thế nữa, bản đồ không bao giờ chứa đựng tất cả chi tiết của khu vực địa lý quan tâm, bởi vì hầu hết là không liên quan và mơ

hồ đối với mục đích chính của bản đồ

Tương tự với các bản đồ địa lý mô hình môi trường tập trung vào những mục tiêu chính cần quan tâm Mục tiêu chính của mô hình sẽ bị lu mờ nếu

mô hình lưu ý tới quá nhiều chi tiết không liên quan Có nhiều mô hình khác nhau của cùng một hệ sinh thái, vì mô hình thích hợp sẽ được chọn lựa tùy theo từng mục tiêu của mô hình

Mô hình có thể là vật lý, chẳng hạn như mô hình chiếc tàu thí nghiệm dùng

để đo lường các tham số thủy động lực học, hay có thể là mô hình toán học,

nó mô tả những đặc trưng chính của hệ sinh thái và những vấn đề liên quan bằng ngôn ngữ toán học

Những mô hình toán đang được chú ý đặc biệt trên thế giới hiện nay Nhiều hội nghị, hội thảo quốc tế lớn về phương pháp mô hình được tổ chức nhiều nơi trên thế giới Lĩnh vực của mô hình môi trường đã phát triển rất nhanh chóng trong 2 thập kỷ qua do những nhân tố chính sau đây /Jorgensen S.E., 1989/ :

1 Sự phát triển của công nghệ máy tính, cho phép chúng ta xử lý những

phép tính toán rất phức tạp

2 Những hiểu biết chung về các vấn đề ô nhiễm, bao gồm việc loại trừ

hoàn toàn ô nhiễm là không khả thi, nhưng việc kiểm soát ô nhiễm thích hợp với những nguồn kinh tế giới hạn đòi hỏi sự cân nhắc đúng

về những ảnh hưởng của ô nhiễm tác động lên hệ sinh thái

3 Kiến thức về môi trường của chúng ta và các vấn đề về sinh thái đã gia

tăng đáng kể Đặc biệt, chúng ta đã lĩnh hội được nhiều kiến thức hơn

về mối quan hệ định lượng trong hệ sinh thái, thuộc tính sinh thái và các nhân tố môi trường

Trang 14

1.2 VAI TRÒ CỦA MÔ HÌNH NHƯ MỘT CÔNG CỤ KẾT NỐI THẾ GIỚI TỰ NHIÊN VÀ XÃ HỘI LOÀI NGƯỜI

Ngày nay hầu hết các ngành khoa học đều sử dụng “mơ hình” Tuy nhiên cĩ rất nhiều phương pháp tiếp cận khác nhau cùng sử dùng thuật ngữ “mơ hình” Với nhiều nhà nghiên cứu mơ hình được hiểu là các mơ hình số phức tạp chạy trên máy tính, trong một số ngành khoa học khác mơ hình được hiểu như một dạng mẫu tương tự Mơ hình khơng chỉ xuất hiện trong khoa học tự nhiên mà cịn xuất hiện trong khoa học xã hội Như vậy ứng dụng của mơ hình rất rộng, chúng giúp cho quá trình thơng qua quyết định trong cuộc sống hàng ngày Như vậy, mơ hình là một khái niệm cơ bản của khoa học và đĩng vai trị đặc biệt quan trọng trong khoa học mơi trường nơi các phép thí nghiệm rất khĩ tiến hành, trong nhiều trường hợp là khơng thể (bên cạnh yếu tố khơng thể bỏ qua đĩ là giá thành rất cao cho các thí nghiệm) Mặc dù mơ hình đã được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu mơi trường như nhiều vấn đề liên quan tới lý luận và thực tiễn của phương pháp mơ hình vẫn là đối tượng thảo luận của nhiều hội nghị lớn trên thế giới Một trong số này được trình bày trong

[5] Trong chương đầu tiên của cuốn sách này với nhan đề “Mơ hình như một cơng cụ chính kết nối tự nhiên và xã hội”, nhà khoa học Nico Stehr đã đưa ra một cách nhìn thật dễ hiểu về mơ hình “Thật dễ dàng vẽ một biểu đồ hơn là

mơ tả chính xác những điều thực tế đang diễn ra” Theo quan điểm của

Stehr, trong nghiên cứu khoa học, thu thập thơng tin về đối tượng nghiên cứu

là chưa đủ, cần thiết phải tổng quát hĩa dữ liệu được thu thập thành các cơng thức Bởi vì các cơng thức này sẽ giúp ta giải quyết những bài tốn tương tự

và như cách nĩi của Stehr là giúp ta mở rộng phạm vi hiểu biết và làm giàu tri thức

Cũng theo Stehr mặc dù mơ hình đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học (như là những sản phẩm trí tuệ) nhưng vai trị, chức năng của mơ hình trong khoa học tự nhiên và khoa học xã hội vẫn cịn là đề tài được thảo luận tại các Hội thảo và khơng phải lúc nào cũng nhận được sự nhất trí cao của các nhà khoa học Nội dung được thảo luận nhiều là ngơn ngữ diễn đạt, cách giải thích, tính thức tiễn, nguồn dữ liệu, cách hiểu, sự mơ tả, cấu trúc, lý thuyết và nhiều điều khác nữa /[5], trang 1/ Hơn thế nữa, bản thân thuật ngữ “model” cũng được định nghĩa theo nhiều cách khác nhau (The American Heritage Dictionary of the English Language, New York: Houghton Mifflin 1969):

Trang 15

1 Mô hình là một đối tượng nhỏ, thường được xây dựng theo tỷ lệ, nó mô

tả một vài đối tượng thực tế trong tự nhiên

2 Mô hình là một mẫu thể hiện một sự vật còn chưa được xây dựng trên

thực tế, được xem như là kế hoạch (trên thực tế sẽ lớn hơn mẫu) và sẽ được xây dựng

3 Thuật ngữ “model” có thể là một mẫu được sử dụng để trắc nghiệm về

ngữ pháp “ hai mẫu câu có cấu trúc văn phạm tương phản nhau” (Noam Chomsky)

4 Thuật ngữ “model”có thể được dùng như một kiểu mẫu thiết kế của

một đối tượng cụ thể Ví dụ có thể nói chiếc xe của anh ta là mẫu xe của năm ngoái

5 Thuật ngữ “model” có thể được dùng cho đối tượng là người tiêu biểu

cho một hay nhiều tiêu chí khác nhau

6 Thuật ngữ “model” có thể là người hay vật thể phục vụ cho họa sĩ hay

2 Mô hình toán học còn tốt hơn

Các khái niệm trên một phần nào trả lời câu hỏi về vai trò và chức năng của

mô hình trong khoa học Nếu ai đó cố gắng đưa ra một mẫu số chung nhất cho các mô hình, thì đó chính là chức năng quan trọng nhất của chúng – là sự giảm thiểu độ phức tạp của phạm vi yêu cầu Tùy theo bối cảnh cụ thể, trong từng lĩnh vực khoa học có ứng dụng mô hình sẽ có những phạm vi yêu cầu

cụ thể đối với từng mô hình Để xác định phạm vi giới hạn của từng mô hình chúng ta cần xác định bắt đầu từ đâu, các vấn đề quan trọng nào cần quan tâm là gì, chúng ta mong muốn tìm kiếm lời giải đáp gì và đánh giá những lời giải có thể tìm thấy được như thế nào

Đã diễn ra sự tranh luận giữa các nhà khoa học trên thế giới về vai trò đích thực của mô hình trong khoa học Theo quan điểm của nhà vật lý người Pháp Pierre Duhem /xem [5], trang 3/ mô hình trong khoa học chỉ là một công cụ

để giải thích về lý thuyết và có thể được loại bỏ một khi một lý thuyết khác

Trang 16

được phát triển Đáp lại nhà vật lý người Anh Campell /xem [5], trang 3/ cho rằng vai trò của mô hình vượt quá giới hạn như Duhem chỉ ra, cụ thể là mô

hình là một công cụ trợ giúp nghiên cứu khoa học “mô hình là một phần thiết yếu (của lý thuyết), không có nó lý thuyết sẽ hoàn toàn không có giá trị”

Theo quan điểm của Stehr không tồn tại phương pháp chung cho mô hình hóa Tuy nhiên, có hai thuộc tính sau đây thường được quan tâm trong quá trình mô hình hóa, đó là:

- Chất lượng mô hình có cùng cấu trúc

- Kết quả định lượng được tạo ra từ mô hình

Trong phần minh họa cho lập luận và quan điểm khoa học của mình Stehr

đã đưa ra một loạt các ví dụ mô hình cùng quá trình mô hình hóa diễn ra trong các lĩnh vực khác nhau như mô hình xã hội, mô hình kinh tế, mô hình khí hậu như một mô hình kết nối xã hội với thiên nhiên /[5]/

Các nhà khoa học Nga coi mô hình là công cụ giúp dự báo cũng như tính toán trước những hậu quả có thể trong thực thi các dự án kinh tế và phát triển xã hội Trong thực tế, bài toán được quan tâm sâu sắc của

nhiều dự án là đưa ra được câu trả lời cho câu hỏi : “Điều gì sẽ xảy ra nếu … “, và do vậy bài toán dự báo hậu quả có thể xảy ra do việc thực

hiện tác động này hay tác động khác là bài toán trung tâm của nhiều nghiên cứu Dự báo này được xây dựng trên những tri thức về đặc trưng của các quá trình xảy ra trong thiên nhiên, qui luật phát triển xã hội và

sự ảnh hưởng lẫn nhau trong mối quan hệ tương hỗ này

Các giai đoạn cần thiết cho nghiên cứu khoa học một quá trình bất kỳ diễn ra trong thiên nhiên, trong đó có dự báo sự phát triển của nó là :

- Xây dựng mô hình của quá trình cần nghiên cứu,

- Phát biểu những giới hạn đặc trưng cho quá trình được nghiên cứu theo ngôn từ xây dựng mô hình, phát biểu mục tiêu của nghiên cứu

Việc thực hiện các giai đoạn kể trên cùng với nhau dẫn tới việc xây dựng

mô hình cho quá trình được nghiên cứu Cần lưu ý rằng mô hình có thể có dạng hình thức (được cho bởi một số hệ thức hệ toán học), cũng như cho dưới dạng cấu trúc mô tả nghĩa là được cho dưới dạng một số qui luật chính quan sát được Thực tế đã chỉ ra rằng nếu chúng ta có càng nhiều, càng đầy đủ thông tin về các quá trình cần phân tích thì việc dự báo trong phạm vi thời gian đã cho càng chính xác bấy nhiêu cũng như khoảng thời gian dự báo càng lớn thì độ sai số dự báo cũng tăng theo

Trang 17

Tất nhiên, việc xây dựng mô hình không thể là một bài toán đơn giản Đầu

tiên, cần phải có khả năng và các phương tiện (vật chất và kỹ thuật) Thứ hai cần phải hiểu biết các qui luật bên trong sự phát triển xã hội, biết

được sự tiến triển các mục tiêu xã hội để từ đó xác định dạng này hay

dạng khác tác động của con người lên môi trường Thứ ba cần phải hiểu ảnh hưởng của những thay đổi có thể trong môi trường và các qui luật

phát triển của xã hội Mỗi bài toán được phát biểu ở trên đều là những bài toán phức tạp Khả năng giải từng bài toán phụ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu được đặt ra cho nghiên cứu, nghĩa là phụ thuộc vào tiêu chí đánh giá các hậu quả của những thay đổi của môi trường dưới tác động của các quá

trình xã hội

Một hệ thiên nhiên hay xã hội phức tạp bất kỳ có thể được mô tả bằng nhiều phương pháp khác nhau Ý tưởng mô hình hóa cho phép xét các đặc trưng khác nhau của hệ cũng như tham số hóa các dữ liệu thực nghiệm bằng các phương pháp khác nhau Ngoài ra, trong bất kỳ một hiện tượng thiên nhiên phức tạp nào luôn có một mức độ không xác định tương đối cao liên quan tới kiến thức về bản chất của hiện tượng, về các mối quan hệ nhân-quả, về các tham số ban đầu của các dữ liệu Trong những điều kiện như thế này việc thiết lập một mô hình “chính xác” trở nên vô nghĩa Điều quan trọng phải hiểu rằng độ phức tạp của mô hình phải tương ứng với mức độ chính xác của

dữ liệu ban đầu và khả năng tính toán của máy tính hiện tại (tốc độ máy tính, khả năng của bộ nhớ, tốc độ xuất màn hình, khả năng của người nghiên cứu

xử lý và tư duy các kết quả tính toán nhận được) Chính vì những nguyên nhân này nên người nghiên cứu thường chọn mô hình tương đối đơn giản cho

công việc tính toán thực tế Viện sĩ Samarsky A.A đã viết: “Người nghiên cứu mô hình thường xuyên nằm giữa hai áp lực: phức tạp hóa và độ chính xác Một mặt, mô hình do anh ta xây dựng phải đơn giải từ khía cạnh toán học để có thể nghiên cứu nó bằng các công cụ đang có, và kết quả do đơn giải hóa một số giả thiết không bị mất đi tính xác thực của vấn đề” Trong

phát biểu này của viện sĩ Samarsky A.A thể hiện một nguyên lý mô hình hóa toán học – một mô hình toán bất kỳ phải có độ phức tạp tối ưu, cần và đủ để giải quyết nhiệm vụ được đặt ra

Tóm lại, mô hình hóa các quá trình và hiện tượng xảy ra trong xã hội và thiên nhiên được thừa nhận như một công cụ mạnh giúp hiểu biết sâu hơn bản chất của tự nhiên và giúp loài người nhận được thông tin quí giá về thế giới thực Thông tin này tiếp tục thúc đẩy sự phát triển các phương pháp mới giải quyết các bài toán khoa học cũng như làm cơ sở thông qua các quyết định quản lý cụ thể

Trang 18

1.3 MÔ HÌNH NHƯ LÀ CÔNG CỤ QUẢN LÝ VÀ NGHIÊN CỨU MÔI

TRƯỜNG

Tầm quan trọng của việc sử dụng mơ hình trong cơng tác quản lý mơi trường

được minh họa trong Hình 1-1 Sự đơ thị hĩa và phát triển cơng nghệ đã tác

động mạnh vào mơi trường Năng lượng và các chất ơ nhiễm được phát thải, xả

thải vào mơi trường sinh thái, và tại đây chúng gây nên sự phát triển nhanh

chĩng của tảo hay vi khuẩn, phá hoại các lồi khác dẫn tới làm thay đổi cấu

trúc sinh thái Một hệ sinh thái bất kỳ đều rất phức tạp Chính vì vậy việc tiên

đốn các tác động lên mơi trường là một nhiệm vụ khá nặng nề Chính vì lý do

này đã biến mơ hình trở thành một cơng cụ cĩ ích bởi vì mơ hình là bức tranh

phản ánh thực tế Với kiến thức mơi trường sinh thái đầy đủ và hồn chỉnh, cĩ

thể rút ra được những đặc trưng của hệ sinh thái liên quan đến các vấn đề ơ

nhiễm và qua nghiên cứu để hình thành nên nền tảng của mơ hình mơi trường

Như được chỉ ra ở Hình 1-1, kết quả mơ hình cĩ thể được sử dụng để lựa chọn

kỹ thuật mơi trường phù hợp nhất cho giải pháp các vấn đề mơi trường đặc

biệt, hay cho việc xây dựng các bộ luật khung giúp giảm thiểu hay kiểm sốt ơ

nhiễm

Hình 1-1 Mối liên hệ giữa khoa học mơi trường, sinh thái, mơ hình hĩa

mơi trường sinh thái, quản lý mơi trường và cơng nghệ mơi trường

Trang 19

Hình 1-2 Ý tưởng thể hiện vai trò các mô hình môi trường

trong quản lý môi trường

Hình 1-1 trình bày ý niệm mở đầu của mô hình môi trường được sử dụng

như là công cụ quản lý trong năm 1970 Quản lý môi trường ngày nay

phức tạp hơn và phải áp dụng công nghệ môi trường, công nghệ sạch hơn

như là sự lựa chọn để đưa ra công nghệ và kỹ thuật sinh thái

(ecotechnology) Công nghệ sau cùng được áp dụng để giải quyết các vấn

đề ô nhiễm nguồn không điểm hay lan truyền có nguồn gốc chính từ nông

nghiệp Hình 1-2 /[6]/ cố gắng minh họa bức tranh phức tạp hơn về quản

lý môi trường ngày nay

Mô hình là những công cụ được sử dụng rộng rãi trong khoa học Một mặt,

các nhà khoa học thường dùng các mô hình vật lý để thực hiện thí nghiệm

bên ngoài (situ) hay trong phòng thí nghiệm để hạn chế sự xáo trộn từ tiến

trình không liên quan đến việc nghiên cứu Hemostats được sử dụng để đo

lường sự phát triển của tảo như là chức năng của nồng độ dinh dưỡng Vùng

trung tâm trầm tích được kiểm tra trong phòng thí nghiệm để điều tra sự

tương tác lẫn nhau giữa môi trường nước và chất trầm tích để tránh sự xáo

trộn các thành phần hệ sinh thái khác Các chuỗi phản ứng được sử dụng để

tìm ra tỷ lệ của các tiến trình hóa học.v.v…

Trang 20

Bên cạnh đó, mô hình toán học đang được áp dụng rộng rãi trong khoa học Định luật Newton là mô hình toán học tương đối đơn giản về ảnh hưởng của trọng lực trên cơ thể, nhưng nó không tính đến lực ma sát, ảnh hưởng của gió, v.v…Về bản chất, mô hình môi trường thì không khác so với các mô hình khoa học khác, thậm chí không phức tạp như nhiều mô hình sử dụng trong vật lý hạt nhân trong những thập niên qua (những mô hình này có lẽ thậm chí phức tạp hơn các mô hình môi trường)

Ứng dụng mô hình trong môi trường đã trở nên phổ biến, nếu chúng ta muốn hiểu sự vận hành của một hệ thống phức tạp như hệ sinh thái Thật không đơn giản để khảo sát nhiều thành phần và tác động trong một hệ sinh thái mà không sử dụng mô hình như là công cụ tổng hợp Tác động qua lại lẫn nhau của hệ thống có lẽ không nhất thiết là tổng các tác động riêng rẽ; Điều này ngụ ý rằng các tính chất của một hệ sinh thái như là một

hệ thống không thể được phản ánh nếu không sử dụng mô hình của hệ

thống hoàn toàn

Do đó, không có gì ngạc nhiên khi các mô hình môi trường đã được sử dụng ngày càng nhiều trong sinh thái học nói riêng và môi trường nói chung, như một công cụ để hiểu về tính chất của hệ sinh thái Ứng dụng này đã phản ánh rõ ràng những thuận lợi của mô hình như là công cụ hữu dụng trong môi trường môi trường; nó có thể tóm tắt theo những điểm dưới đây:

1) Mô hình là những công cụ hữu ích trong khảo sát các hệ thống phức tạp 2) Mô hình có thể được dùng để phản ánh các đặc tính của hệ sinh thái 3) Mô hình phản ánh các lỗ hổng về kiến thức và do đó có thể được dùng để thiết lập nghiên cứu ưu tiên

4) Mô hình là hữu ích trong việc kiểm tra các giả thiết khoa học, vì mô hình có thể mô phỏng các tác động bên trong của hệ sinh thái, dùng

nó để so sánh với các quan sát

Tuy nhiên, điều chắc chắn là kiểm tra tính đúng đắn sử dụng mô hình môi trường phức tạp hơn kiểm tra các ngành khoa học khác Chẳng hạn, với nhiều ngành khoa học khác mối tương quan được tìm thấy ở đây giữa hai hay nhiều yếu tố thay đổi bằng việc sử dụng thống kê là đủ Sau này, mối tương quan được kiểm tra trong vài trường hợp bổ sung để làm tăng tính chắc chắn của khoa học Nếu kết quả được chấp nhận, mối tương quan dễ dàng được sử dụng để đưa ra những tiên đoán và được kiểm tra liệu sự

Trang 21

tiên đốn là đúng hay sai Nếu mối tương quan được kiểm chứng, người ta chấp nhận sử dụng rộng rãi mối tương quan tìm được

Theo /[6], trang 456/ khơng cĩ sự khác biệt về mặt nguyên tắc giữa hai nhĩm mơ hình khoa học và quản lý mơi trường Tuy nhiên các mơ hình quản lý mơi trường cĩ một số đặc điểm riêng Thực vậy, bài tốn quản lý

cĩ thể được phát biểu như sau: nếu một số biến ngoại sinh (hay hàm điều khiển) thay đổi thì điều này sẽ gây ảnh hưởng thế nào tới hệ sinh thái ?

Mơ hình quản lý được sử dụng để trả lời cho câu hỏi này, nĩi cách khác

mơ hình quản lý được dùng để dự báo, xem khi hàm điều khiển thay đổi thì hệ sinh thái (mơi trường sinh thái) sẽ thay đổi thế nào Lưu ý rằng hàm điều khiển là một hàm thay đổi theo khơng gian và thời gian

Thuật ngữ chức năng kiểm sốt được dùng để nĩi tới hàm điều khiển Trên thực tế, cĩ thể kiểm sốt được hàm này ví dụ như lượng nhiên liệu được tiêu thụ, điều chỉnh mực nước trên sơng bằng đập chắn, lưu lượng nước thải hay chính sách đánh bắt cá

Một số mơ hình quản lý mơi trường được mang tên mơ hình kiểm sốt mơi trường Các mơ hình này khác các mơ hình khác bởi hai nội dung chính sau đây:

1 Mơ tả định lượng cho các quá trình cần kiểm sốt;

2 Mơ tả mục tiêu thực thơng qua các hàm tốn học và bắt buộc cĩ phần đánh giá kết quả đạt được

Sự khác nhau giữa mơ hình quản lý và mơ hình kiểm sốt cĩ thể được minh họa bởi ví dụ tính tốn phát tán ơ nhiễm khơng khí Khi chúng ta chọn các phương án tính tốn khác nhau, cĩ nghĩa là chúng ta hình thành các kịch bản (cho mơ hình chạy) Trong số các kịch bản này ta chọn kịch bản phù hợp với chính sách phát triển kinh tế - xã hội nhất Khi đĩ mơ hình được sử dụng như một mơ hình quản lý mà khơng phải là mơ hình kiểm sốt Chúng ta biến mơ hình này thành mơ hình kiểm sốt khi chúng ta muốn đạt được mức

độ nồng độ cho phép ở một ngưỡng xác định nào đĩ

Cũng mơ hình đĩ nhưng là mơ hình nghiên cứu khi ta muốn tìm sự phụ thuộc giữa nồng độ cực đạt vào các yếu tố khí tượng cũng như các tham số

kỹ thuật của ống khĩi

1.4 SỰ PHÂN LOẠI MÔ HÌNH VÀ CÁC NGUYÊN LÝ MÔ HÌNH HÓA

Trong các lĩnh vực ứng dụng người ta phân biệt các dạng sau đây của mơ hình trừu tượng:

Trang 22

1 Mô hình hóa truyền thống (trước tiên là các mô hình trong vật lý lý thuyết, trong cơ học, hóa học, sinh học và một số khoa học khác) không

có mối liên hệ đặc biệt nào với các thiết bị kỹ thuật tin học

2 Các mô hình tin học và phép mô hình hóa có ứng dụng trong các hệ thống thông tin

3 Các mô hình thể hiện bằng lời (lời nói, chữ viết)

4 Các mô hình máy tính được chia thành

4.1 Loại mô hình sử dụng công cụ lập trình (soạn thảo code, cơ sở dữ liệu, processor bảng, sử dụng công cụ viễn thông);

4.2 Loại mô hình máy tính gồm

4.2.1 Mô hình tính toán (mô phỏng)

4.2.2 Mô hình hiển thị hiện tượng và quá trình (mô phỏng đồ họa) 4.2.3 Mô hình sử dụng công nghệ cao được hiểu như các chương trình riêng kết nối với các hệ thống đo: cảm biến, đầu dò, (thường trong chế độ thời gian thực)

Như vậy, có thể thống nhất phân loại các mô hình trừu tượng như sau: 1) Mô hình bằng lời (chữ viết) Các mô hình này được trình bày dưới dạng một dãy các đề xuất dựa trên ngôn ngữ tự nhiên và dùng để mô tả một lĩnh vực thực tế cụ thể (ví dụ như luật đường sắt, biên bản của công an)

2) Mô hình toán - bao hàm một lớp rất rộng lớn các mô hình quen thuộc (dựa trên ngôn ngữ hình thức với các qui tắc hữu hạn) sử dụng phương pháp toán học rất đa dạng Ví dụ có thể xem xét mô hình toán giữa các hành tinh Mô hình này gồm một hệ các phương trình phức tạp mô tả các quá trình vật lý phức tạp diễn ra trong nhân các hành tinh

3) Mô hình thông tin – một lớp các mô hình quen thuộc mô tả các quá trình thông tin (sự xuất hiện, truyền, biến đổi và sử dụng thông tin) trong các hệ có bản chất khác nhau

Sự khác biệt giữa các mô hình bằng lời, toán học và tin học chỉ là tương đối: hoàn toàn có thể coi các mô hình thông tin là một lớp con của mô hình toán Tuy nhiên, bởi vì ngày nay tin học đã là một ngành khoa học độc lập tách khỏi toán học, vật lý và văn học cũng như các ngành khoa

Trang 23

học khác cho nên việc xếp các mô hình tin học thành một lớp riêng biệt là điều cần thiết

Chúng ta xem xét những nguyên lý cơ bản mô hình hóa phản ánh kinh nghiệm đã được đúc kết trong thời gian qua:

1 Nguyên lý đủ thông tin Với sự thiếu vắng hoàn toàn của thông tin về

hệ thống được cần xây dựng mô hình là không thể Bên cạnh đó nếu sự đầy đủ thông tin về hệ thống sẽ khiến việc mô hình hóa nó mất đi ý nghĩa cần thiết Do vậy, tồn tại một mức độ tới hạn cho những thông tin tiên nghiệm về hệ thống (mức độ đủ thông tin), trong trường hợp đạt được mức độ này, có thể xây dựng được mô hình thích hợp

2 Nguyên lý khả năng hiện thực Mô hình được xây dựng phải đảm bảo

đạt được mục tiêu được đặt ra cho nghiên cứu với xác suất khác không

và sau một bước thời gian hữu hạn Thường thì bước thời gian tới hạn

P0 nào đó của xác suất đạt được mục tiêu P(t),cùng với giới hạn t0 thời gian đạt mục tiêu sẽ được cho trước Mô hình được coi là có thể chấp nhận được nếu điều kiện: P(t0) ≥ P0 được thực hiện

3 Nguyên lý đa mô hình Nguyên lý này, mặc dù xếp thứ tự ở vị trí thứ 3

nhưng lại là nguyên lý quan trọng nhất Thực vậy, mô hình được xây dựng cần phải phản ánh những tính chất của hệ thực (hay hiện tượng) và các tính chất này trực tiếp ảnh hưởng lên tính hiệu quả được lựa chọn Tương ứng với nguyên lý này là khi sử dụng một mô hình cụ thể bất kỳ chỉ cần công nhận một vài khía cạnh nào đó của thực tế Để có thể nhận được hệ đầy đủ, cần một tập hợp các mô hình cho phép từ các khía cạnh khác nhau cũng như với các mức độ khác nhau phản ánh quá trình

4 Nguyên lý liên hợp Trong đại đa số trường hợp một hệ thống phức tạp

có thể biểu diễn dưới dạng các bộ phận liên hợp (hệ con) thích hợp cho việc mô tả toán học một cách phù hợp Với các hệ con này có thể sử dụng các sơ đồ toán học chuẩn để mô tả Nguyên lý liên hợp còn cho phép xem xét một cách mềm dẻo hệ đã cho từ các khía cạnh khác nhau phụ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu

5 Nguyên lý tham số hóa Trong nhiều trường hợp, hệ thống được mô hình

hóa có một số hệ con tương đối độc lập đặc trưng bởi một tham số xác định (có thể là vectơ) Các hệ con như vậy có thể được thay thể bởi các giá trị số tương ứng mà không cần mô tả chi tiết chức năng của chúng Khi cần thiết, sự phụ thuộc các giá trị của tham số này vào tình huống có thể được cho dưới dạng bảng, đồ thị hay biểu thức giải tích (công thức)

Trang 24

Nguyên lý tham số hóa có thể cho phép làm giảm thiểu khối lượng và thời gian mô hình hóa Tuy nhiên cần lưu ý rằng tham số hóa sẽ làm giảm tính tương thích của mô hình

Nguyên lý đủ thông tin

Nguyên lý khả năng hiện thực

Nguyên lý đa mô hình

NGUYÊN LÝ

MÔ HÌNH HÓA

Ngày nay loài người đã hiểu rõ ràng rằng việc tiến hành những thí nghiệm trực tiếp với sinh quyển của hành tinh là không thể (vìđiều này quá nguy hiểm cho sự tồn tại của chính hành tinh của chúng ta) Do vậy xây dựng

mô hình (bao hàm trong nó cả phương pháp luận đánh giá chuyên gia) là phương tiện quan trọng để nhận thông tin về khả năng chịu đựng của sinh quyển dưới những tác động lớn từ phía con người lên nó

Bên cạnh đó, vấn đề môi trường đã trở thành vấn đề toàn cầu và mang tính pháp lý cao nhất từ năm 1992 khi Hội nghị thượng đỉnh tại Rio de Janeiro (Brazin) qui tụ 165 nước đã cùng nhau ký vào văn bản, cùng cam kết bảo

vệ môi trường Quan điểm phát triển bền vững đòi hỏi chuyển đổi hệ thống quản lý theo mô hình kinh tế - xã hội sang hệ thống 3 chiều : kinh tế

- xã hội – môi trường Quan điểm này đòi hỏi mỗi quốc gia nhanh chóng giải quyết các nhiệm vụ sau đây:

- Xây dựng các phương pháp đánh giá sự bền vững của các hệ sinh thái;

Trang 25

- Nghiên cứu các quy luật biến đổi theo thời gian của chúng

- Hoàn thành các phương pháp đánh giá định lượng tác động lên môi trường các hoạt động kinh tế - xã hội

Để giải quyết tốt nhiệm vụ trên, theo ý kiến thống nhất của giới khoa học trên thế giới, cần thiết phải phát triển lý thuyết hệ thống và mô hình hóa, coi đây là công cụ chính để nghiên cứu môi trường Vào năm 1997, Viện quốc tế về phân tích hệ thống ứng dụng (IIASA, Laxenbourg, Áo) đã công

bố danh mục các công trình nghiên cứu trong 25 năm (1955 – 1997) gồm hơn 50000 công trình liên quan tới lý thuyết hệ thống và mô hình hóa môi trường Đây là bằng chứng về mối quan tâm không ngừng tăng lên đối với vấn đề này

Tồn tại nhiều cách tiếp cận khác nhau trong định nghĩa mô hình hóa môi trường Theo quan điểm được đăng tải trên Web site của Cục Bảo vệ môi trường Mỹ: “Các mô hình môi trường (Environmental Models) được sử dụng để tái tạo lại các quá trình môi trường xảy ra trong một khoảng thời gian nào đó” Xuất phát điểm của định nghĩa này cho rằng xây dựng các

mô hình trên máy tính để tiến hành một số thí nghiệm nào đó hiệu quả hơn

so với việc phải ra ngoài thực tế và tiến hành thí nghiệm nhiều lần Để xây dựng các mô hình môi trường các phương pháp toán học như đại số, phương trình vi phân được sử dụng Các phương trình này được thiết lập

từ các điều kiện thực tế và được đưa vào máy tính Với sự trợ giúp của máy tính, con người có thể đối thoại với mô hình và tiến hành tính toán thí nghiệm trên mô hình

Quá trình mô hình hóa có thể dựa trên những nguyên lý khác nhau, dựa trên

cơ sở xem xét và phân tích các mối liên hệ nhân – quả Mô hình toán học

của một đối tượng bất kỳ là sự mô tả nó bằng các công cụ, phương pháp toán học Các phương trình của mô hình, các đẳng thức và bất đẳng thức cùng các dạng giới hạn khác nhau tham gia vào cấu trúc mô hình cho phép

mô phỏng hành vi của đối tượng trong các điều kiện khác nhau mà không phải tiến hành các thí nghiệm thực

Khả năng của mô hình toán là ở chỗ : bằng các công cụ mang tính hình thức để giải phương trình và các bất phương trình hay bằng thuật toán người nghiên cứu có thể dự báo sự thay đổi hành vi của đối tượng nghiên cứu, thử xem các đối tượng này thay đổi như thế nào khi các điều kiện này hay điều kiện khác (được mô tả bởi các tham số của mô hình) thay đổi Quá trình này gọi là mô phỏng toán học Như vậy, mô phỏng toán học cho

Trang 26

phép tiến hành các thí nghiệm khác nhau với đối tượng được nghiên cứu (bằng con đường thay đổi các giá trị số các tham số của mô hình)

Lịch sử ứng dụng các phương pháp mô phỏng toán học chứng tỏ rằng mô hình toán học không chỉ là phương pháp mã hóa các thông tin đã biết về đối tượng được nghiên cứu mà còn là cho phép dự báo các yếu tố chưa biết Do vậy, một trong những bài toán trung tâm của khoa học là nghiên cứu mô hình, biết rút ra từ mô hình những thông tin, những khả năng tiềm

Công việc thiết lập mô hình toán học các quá trình môi trường là một bài toán rất khó, ngoài ra để dự báo tốt cần phải thu thập các dữ liệu đầu vào (các giá trị tham số mô hình dưới dạng các hệ số của phương trình và các bất đẳng thức tạo nên mô hình và các trạng thái ban đầu của các quá trình cần mô phỏng ) Chỉ như vậy mô hình mới “sống” được Nếu các giá trị của các hệ số và của một vài hàm số (xác định cấu trúc của mô hình) có thể xác định với độ chính xác cần thiết bằng con đường tham khảo ý kiến của các chuyên gia thì để xác định trạng thái ban đầu của môi trường cần phải có một mạng lưới quốc tế thu thập và xử lý thông tin ban đầu về tình trạng sinh quyển

Trong cuốn sách của giáo sư Kurkovsky A.P và Pritsker A.A.B /[8] / xem xét bài toán mô hình hóa các quá trình địa vật lý và môi trường Từ quan điểm của các tác giả này, các hệ thống tự động gắn với các mô hình mô phỏng cho phép nâng cao hiệu quả của nghiên cứu môi trường Theo các tác giả, vấn đề trung tâm trong nghiên cứu môi trường là khái niệm chất lượng môi trường Khái niệm này gắn liền với sự thiết lập tải trọng môi trường cho phép lên môi trường Từ khía cạnh mô hình hóa, cần thiết phải nhận được các mô hình cho phép đánh giá thiệt hại của các hệ sinh thái dựa trên các tiêu chuẩn được thiết lập Với các bài toán môi trường, đối tượng thực được thay thế bởi mô tả toán học của chúng Dạng của mô hình trong các trường hợp này phụ thuộc vào phạm vi không gian – thời gian của đối tượng cần xem xét Ví dụ trong khoa học khí tượng (vật lý lớp sát

Trang 27

mặt đất của khí quyển) các mô hình thủy động lực học được sử dụng kết nối một loạt các biến vật lý : từ các biến thuần túy khí quyển (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, các tham số liên quan tới gió vv); tới các tham số liên quan tới bề mặt lót của mặt đất (độ nhám); các tham số liên quan tới vũ trụ (vận tốc xoay của trái đất, bức xạ mặt trời …) Mức độ lưu ý của các tham số phụ thuộc vào phạm vi không gian – thời gian của quá trình khí tượng được xem xét Hơn thế nữa, các dạng của mô hình toán ở các mức khác nhau đều khác nhau Điểm chung ở đây là yêu cầu nhận được bức tranh về trường các tham số khí tượng

Trong nghiên cứu môi trường người ta chia ra thành 4 mức không gian – thời gian như sau /nguồn [8]/:

− Mức độ toàn cầu tiến hành khảo sát với kích thước toàn cầu có lưu ý đến các tác động tổng hợp các yếu tố mà người khảo sát quan tâm, diễn

ra trong một khoảng thời gian từ vài tháng tới vài chục năm (ví dụ các

mô hình thay đổi khí hậu, )

− Mức độ vĩ mô - xem xét các đối tượng và các quá trình trong không

gian có kích thước vài ngàn km, kích thước thời gian - từ một vài tháng tới một năm (mô hình lan truyền vượt tuyến chất bẩn giữa các quốc gia hay các hành tinh với nhau, mô hình này đã được đưa vào áp dụng tại Châu Âu và Bắc Mỹ,…)

− Mức độ trung bình (mức độ vùng) - xem xét các quá trình trong không gian có kích thước từ vài trăm m tới vài trăm km và thời gian từ vài giờ

tới một vài tháng (các quá trình nhiễm bẩn khí quyển tại các thành phố công nghiệp, các tổ hợp công nghiệp, các tình huống tai biến khi có sự phát tỏa lớn của các chất bẩn vào không khí là thuộc mức độ này)

− Mức độ vi mô (mức độ địa phương) - xem xét các quá trình trên một diện tích từ vài m tới một vài trăm m và thời gian từ vài phút đến một vài

chục phút (một bài toán sinh thái tiêu biểu ở đây là tính cho một số ít các nguồn thải và xem xét chi tiết phân bố không gian của nồng độ tại một địa phương nào đó)

Chính vì vậy trước khi xây dựng mô hình môi trường cần phải xác định các bước theo thời gian và không gian đối với quá trình và đối tượng đang xem xét Các khoảng thời gian được phân loại như sau :

− Các quá trình lắng đọng – tính bằng phút hoặc giờ;

− Sự thoát hơi của thực vật – tính bằng giờ, ngày;

Trang 28

− Sự hình thành trái cây – tính bằng ngày, tháng;

− Sự thay đổi trong các quần xã thực vật và động vật – tính bằng

tháng, năm;

− Sự hình thành đất – tính bằng nhiều năm hay thế kỷ;

− Các quá trình địa mạo – tính bằng nhiều thế kỷ, hay thiên niên kỷ

Điều đầu tiên trước khi tiến hành xây dựng mơ hình cần phải phân loại các

khoảng thời gian đối với các quá trình đang xét Việc làm này là cần thiết

nhằm xác định ưu tiên trong lựa chọn mơ hình và như vậy xác định được

cấu trúc phần mềm phục vụ cho tính tốn thực tế Trên Bảng 1-1 là sự

phân loại theo khơng gian và thời gian của các mơ hình chuyển động của

khí quyển Bạn đọc cĩ thể tìm hiểu thêm trên internet

Bảng 1-1 Đặc trưng các mô hình chuyển động của khí quyển

Đặc trưng của mơ hình

MƠ HÌNH CHUYỂN ĐỘNG

khơng gian

Phạm vi thời gian

Tài liệu tham khảo

or Airborne Pollutnats)

(1989) ADOM (Acidic Deposition and

Oxidants Model)

P.Karamchand ani (1989) TADAP (Transport and

Deposition of Acidifying

Pollutants)

al (1987)

ECMWF (European Centre for

Medium Range Weather

RNMI (Royal Netherlands for

Medium Range Weather Forecast

400 x 400

km

1 giờ H.Jetske et al

(1989) http://www.ebook.edu.vn

Trang 29

MLAM (Multi – Layer

5° x 5°

Hàng ngày

J.Logan (1983)

MOGUNTA (Model Of the

Global Universal Tracer transport

In The Atmosphere)

Ngày, Giờ

A.Oort (1983)

Boundary Layer)

Christiansen (1985) TDH (Technishe Hochschule

Trajectory Regional Air Pollution

Trang 30

Câu hỏi:

1 Trình bày sự khác nhau giữa mơ hình vật lý và mơ hình tốn học

2 Giải thích vì sao nĩi mơ hình như một cơng cụ kết nối thế giới tự nhiên và xã hội lồi người

3 Vì sao mơ hình được xem là cơng cụ quản lý và nghiên cứu mơi trường

4 Làm rõ khái niệm mơ hình giám sát mơi trường

5 Hãy trình bày sự phân loại mơ hình và các nguyên lý mơ hình hĩa

6 Hãy trình bày định nghĩa mơ hình hĩa mơi trường và sự phân loại theo khơng gian và thời gian của chúng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Bùi Tá Long và CTV Nghiên cứu xây dựng và hồn chỉnh mơ hình chất lượng nước để mơ phỏng và dự báo lan truyền và phát tán các chất độc hại trong mơi trường nước vùng hạ lưu hệ thống sơng Sài Gịn - Đồng Nai Mã số: SDRBEP – 02.04.06 Đề tài dự án mơi trường lưu vực sơng

Sài Gịn - Đồng Nai cấp nhà nước 2002 – 2003 (đề tài nhánh)

2 Bùi Tá Long và CTV Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn kết hợp GIS

để mơ phỏng và dự báo xu thế biến đổi mơi trường khơng khí tại vùng kinh tế trọng điểm phía Nam (đề tài nhánh) Đề tài KC.08.08

hướng Bảo vệ mơi trường và phịng chống thiên tai 2002 – 2003

3 Bùi Tá Long và CTV Mơ hình hố quá trình hình thành chất lượng nước sơng Đồng Nai Đề tài nhánh KH.07.17 1999 – 2000

4 Bùi Tá Long, 2006 Hệ thống thơng tin mơi trường Nxb Đại học Quốc

gia TP HCM, 334 trang

5 Hans Von Storch, Gotz Floser, 2001 Models in Environmental Research Springer, 2001,232 p (in English)

6 Jorgensen S.E., 1994 Fundanmentals of Ecological Modelling (2nd

Edition) Elsevier, 628 p (in English)

7 Khomiakov D.M., Khomiakov P.M., 1996 Cơ sở của lý thuyết hệ thống,

Moscow, 107 trang (in Russian)

8 Kurkovsky A.P., Pritsker A.A.B., 1995 Systems of automatization in ecology and geophysics – Moscow: Nauka, 1995 – 238 p

Trang 31

Trang 32

MÔ HÌNH HÓA NƯỚC DƯỚI ĐẤT

Trong các nguồn tài nguyên thiên nhiên, tài nguyên nước giữ vai trị quan trọng đối với sự phát triển Tuy nhiên hiện nay, nguồn tài nguyên này đang bị suy giảm rất nhanh chĩng tại nhiều khu vực trên đất nước chúng ta

do bị khai thác quá mức, gây ra các hiện tượng như: sụt lún đất, xâm nhập mặn và đặc biệt ơ nhiễm nguồn nước ngầm rất nghiêm trọng

Nguồn tài nguyên nước này đang ngày càng trở nên bị ơ nhiễm tại hầu hết tất cả các thành phố trong cả nước và thường tập trung tại các vị trí như: kênh rạch, các khu cơng nghiệp và tại các khu xung quanh bãi chơn lấp

Cĩ thể thấy ơ nhiễm tài nguyên nước thường bị ơ nhiễm tại các vị trí xung quanh các bãi chơn lấp, nguyên nhân chủ yếu là do nước rị rỉ từ các bãi rác Bên cạnh đĩ nước mặt và nước dưới đất cĩ mối quan hệ mật thiết với nhau, do vậy ơ nhiễm nước mặt sẽ dẫn đến ơ nhiễm nước dưới đất là điều khơng thể tránh khỏi

Hiện nay, việc dự báo chất lượng cũng như trữ lượng cho loại tài nguyên này đang là mối quan tâm của nhiều cấp chính quyền Vì vậy, việc nghiên cứu và đánh giá các nguồn gây ơ nhiễm cho nước dưới đất là cần thiết và cấp bách hiện nay

10.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC MÔ HÌNH NƯỚC DƯỚI ĐẤT

Nước dưới đất là một loại khống sản lỏng, vì vậy chất lượng cũng như trữ lượng luơn cĩ sự thay đổi Sự thay đổi này cần phải định lượng hĩa và

mơ tả chính xác để làm cơ sở cho các bài tốn tính tốn lan truyền chất ơ nhiễm, trữ lượng, dịng chảy, quan trọng hơn cả là nĩ trợ giúp cho cơng tác quản lý và quy hoạch nguồn tài nguyên nước dưới đất

Việc quản lý tài nguyên nước dưới đất đã được áp dụng cho bốn loại bài tốn chung sau đây: dịng nước dưới đất, dịng vận chuyển chất hịa tan, dịng nhiệt và biến dạng tầng chứa nước

Trang 33

Trong việc xây dựng mô hình nước dưới đất, Anderson và Woesner (1992) đã liệt kê các bước sau đây:

1 Xác định mục đích của mô hình?

2 Thu thập số liệu địa chất và thủy văn đã có và xây dựng mô hình nhận thức của hệ

3 Chọn chương trình máy tính sẽ dùng Chương trình máy tính được sử

dụng rộng rãi gồm MODFLOW, GMS, MOC, … chương trình máy tính phải có khả năng đáp ứng trọn vẹn các mục đích của mô hình và phải thích hợp với số liệu đã có

4 Bước tiếp theo là thiết kế mô hình Các điều kiện lưới, điều kiện

biên và điều kiện ban đầu của mô hình lựa chọn Chúng phải thích hợp với mô hình nhận thức

5 Mô hình phải được hiệu chỉnh Thực hiện các vận hành khác nhau với

mô hình rồi hiệu chỉnh các thông số mô hình để xác định xem đầu ra của mô hình có thể tái hiện được các số liệu ngoài trời về cột nước và lưu lượng hay không Về điểm này mô hình thường có mức tin cậy thấp nhất

6 Nhằm tăng độ tin cậy của mô hình, phân tích độ nhạy được tiến hành trên mô hình đã hiệu chỉnh để xem các biến đổi trong mỗi thông số tác động đến các mô hình như thế nào

7 Nếu có một số nhóm dữ liệu ngoài trời thứ hai – ví dụ các biển đổi cột nước trong một thí nghiệm bơm hút – thì có thể thực hiện giai đoạn hiệu chỉnh thứ hai gọi là kiểm tra Nếu mô hình đã hiệu chỉnh được kiểm tra thì độ tin cậy của mô hình sẽ tăng lên

8 Các mô hình đã hiệu chỉnh và kiểm tra có thể dùng để dự đoán Nếu

mô hình đã được hiệu chỉnh nhưng chưa kiểm tra mà được dùng để dự đoán thì phải thấy là nó có mức độ tin cậy thấp trong kết quả

9 Khi thấy có sự không chắc chắn, ngay cả với một mô hình đã hiệu chỉnh và kiểm tra, thì tiến hành phân tích độ nhạy và dự đoán Điều này chứng tỏ là có một phạm vi không chắc chắn trong các kết quả được dự đoán

10 Cuối cùng nhà lập mô hình đã sẵn sàng để trình bày các kết quả nghiên cứu bằng một báo cáo viết đề cương tốt

Trang 34

Dưới đây là hai mơ hình thường dùng phổ biến hiện nay để đánh giá trữ lượng và chất lượng nước dưới đất

10.1.1 Mô hình dòng chảy nước dưới đất

Mơ hình dịng chảy nước dưới đất dùng để đánh giá tốc độ và hướng vận chuyển của nước dưới đất thơng qua các tầng chứa nước và lớp cách nước dưới bề mặt Những tính tốn này được gọi là mơ phỏng Sự mơ phỏng dịng chảy nước dưới đất địi hỏi phải cĩ hiểu biết sâu sắc về đặc tính thủy văn của vùng nghiên cứu Việc khảo sát địa chất thủy văn phải mơ tả được các đặc trưng sau:

- Qui mơ và chiều dày của các tầng chứa nước và cách nước

- Các biên thủy lực (cịn gọi là điều kiện biên) kiểm sốt tốc độ và hướng di chuyển của nước dưới đất

- Đặc tính thủy lực các tầng chứa nước và cách nước

- Mơ tả sự phân bố theo phương nằm ngang và thẳng đứng của mực nước trong vùng mơ hình từ lúc bắt đầu (điều kiện ban đầu), ổn định (điều kiện ổn định và điều kiện khơng ổn định khi mực nước thay đổi theo thời gian (điều kiện khơng ổn định)

- Sự phân bố và độ lớn của lượng bổ cập, lưu lượng khai thác hoặc

ép nước, tính thấm của hoặc từ các khối nước trên mặt (cịn gọi là

áp lực – stresses) Những áp lực này cĩ thể là hằng số (khơng thay đổi theo thời gian hoặc cĩ thể thay đổi theo thời gian

Sản phẩm từ các mơ phỏng là mực nước và lưu lượng dịng chảy nước dưới đất trong cân bằng với các điều kiện địa chất thủy văn (hình dạng qui

mơ tầng chứa và cách nước, các biên thủy lực, các điều kiện ban đầu và điều kiện khơng ổn định, các đặc tính thủy lực và các áp lực) được xác định trong mơ hình

Thơng qua quá trình hiệu chỉnh và kiểm chứng mơ hình, các giá trị của các điều kiện địa chất thủy văn khác nhau được thay đổi để giảm sự khác biệt giữa các số liệu do mơ hình tính tốn và số liệu thực địa và để tăng độ chính xác của mơ hình Mơ hình cĩ thể được sử dụng để mơ phỏng sự thay đổi mực nước và lưu lượng dịng chảy trong tương lai do sự thay đổi của áp lực trong các tầng chứa nước

Trang 35

10.1.2 Moâ hình lan truyeàn chaát

Mô hình lan truyền chất mô phỏng chuyển động và sự thay đổi hóa học của các chất nhiễm bẩn khi chúng di chuyển cùng với nước dưới đất qua các tầng chứa nước Mô hình lan truyền chất phải dựa trên mô hình dòng chảy nước dưới đất đã được hiệu chỉnh dựa trên số liệu thực địa Mô hình lan truyền chất mô phỏng các quá trình sau:

- Di chuyển của các chất nhiễm bẩn theo các quá trình chuyển tải và khuếch tán,

- Sự lan truyền và hòa tan các chất nhiễm bẩn bởi quá trình chuyển tải

- Sự loại bỏ hoặc giải thoát các chất nhiễm bẩn vào hoặc ra khỏi các trầm tích và đá bởi quá trình hấp thụ hoặc nhả

- Sự thay đổi hóa học của các chất nhiễm bẩn bởi các phản ứng hóa học bị kiểm soát bởi các quá trình sinh học hoặc bởi các phản ứng hóa học

Ngoài khảo sát địa chất thuỷ văn như nêu trên, để lập mô hình lan truyền chất cần có thêm các thông tin sau:

- Phân bố vận tốc nước dưới đất nằm ngang và thẳng đứng (hướng

và độ lớn) do mô hình dòng chảy nước dưới đất đã được hiệu chỉnh tính toán

- Các điều kiện biên của chất tan

- Phân bố ban đầu của chất tan (điều kiện ban đầu)

- Vị trí, lịch sử và khối lượng của nguồn hóa chất

Trang 36

- Phương trình mơ tả các quá trình biến đổi hĩa học

- Sự phân bố ban đầu của các chất hấp thụ điện tử

Sản phẩm của mơ hình lan truyền chất là nồng độ các chất nhiễm bẩn ở trạng thái cân bằng với hệ thống dịng chảy nước dưới đất và điều kiện thủy hĩa được xác định trong mơ hình

10.1.3 Các khái niệm cơ bản và phương trình lan truyền chất

Để nghiên cứu ơ nhiễm nước dưới đất, sự hiểu biết lý thuyết cơ bản về chuyển động các chất hịa tan trong nước dưới đất là điều cần thiết Tuy nhiên sự vận chuyển của các chất ơ nhiễm này rất phức tạp Chúng cĩ thể được biểu thị bằng tốn học, mặc dù trong một số trường hợp chúng ta khơng cĩ đủ số liệu thực tế để giải quyết các bài tốn này

Quá trình khuếch tán

Là quá trình mà ion hay những phần tử hịa tan trong nước dịch chuyển từ vùng cĩ nồng độ (hay hoạt tính hịa tan) cao hơn đến vùng cĩ nồng độ thấp hơn

Quá trình chuyển tải

Là quá trình nước dưới đất vận động mang theo các chất hịa tan

Quá trình phản ứng

Quá trình phản ứng, là số hạng mà đơi khi cũng được sử dụng trong quá trình hấp thụ khơng thuận nghịch, bao gồm: sự phân hủy sinh học, sự thủy phân, phản ứng ơxi hĩa – khử và quá trình bốc hơi Quá trình phản ứng luơn luơn làm giảm nồng độ chất hịa tan nhưng nĩ cũng cĩ thể làm tăng nồng độ hịa tan vào nước ngầm

Trang 37

10.1.4 Phương pháp giải phương trình lan truyền ô nhiễm

Phương trình lan truyền chất tổng quát cho bài tốn mơ phỏng chất lượng nước dưới đất được viết dưới dạng sau:

( ) ( )

n

k s s

k i i j

k ij i

k

R C

q C v x x

C D x t

(I) Nồng độ biến đổi của chất ơ nhiễm k trong đơn vị thời gian t

(II) Nồng độ biến đổi của chất ơ nhiễm theo phương i và j do quá

i

x

h K q

- qs: tỷ lệ lưu lượng thể tích cho mỗi đơn vị dung tích của tầng chứa nước đại diện cho Sources (nguồn) và Sinks (vùng, bể) (T-1)

- Csk: nồng độ chất ơ nhiễm thứ k chảy từ nguồn tự sinh và tự hoại (ML-3)

- ∑Rn: tổng các phản ứng hĩa học (ML-3T-1)

Trang 38

10.1.5 Phương pháp giải phương trình lan truyền ô nhiễm

Hầu hết các phương pháp số để giải quyết các phương trình truyền tải – phân tán – phản ứng được phân loại theo các phương pháp chính như sau: phương pháp sai phân hữu hạn chuẩn, phương pháp hỗn hợp Eulerian -

Lagrangian và phương pháp biến phân bậc ba

Trong phương pháp hỗn hợp Eulerian – Lagrangian người ta chia ra thành

ba phương pháp khác nhau như sau:

+ Phương pháp đặc trưng

+ Phương pháp đặc trưng cải tiến

+ Phương pháp đặc trưng lai

Để giải quyết bài tốn cĩ mặt số hạng phân tán, lượng bổ cập/tiêu hao và phản ứng, người ta sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn trọng tâm khối (ẩn hoặc hiện)

Cịn đối với số hạng truyền tải do cĩ nhiều cách giải khác nhau như phương pháp sai phân chuẩn, phương pháp Euler – Lagrange pha trộn hay phương pháp biến phân bậc 3

10.2 ĐIỀU KIỆN ĐẦU

Phương trình tổng quát vận chuyển chất ơ nhiễm mơ tả sự thay đổi tức thời nồng độ các chất ơ nhiễm trong nước ngầm Ngồi ra điều kiện đầu cịn gĩp phần giải quyết phương trình tổng quát trên

Điều kiện đầu được viết như sau:

),,(),,,(x y z t C0 x y z

Với C0(x,y,z) là nồng độ đã biết trước

Và là tồn bộ vùng nghiên cứu

Nếu trong điều kiện hấp phụ khơng cân bằng hoặc vận chuyện trong vùng đối ngẫu thì thật cần thiết để xác định điều kiện đầu cho pha hấp phụ và pha khơng di chuyển (immobile)

10.3 ĐIỀU KIỆN BIÊN

Để giải phương trình tổng quát thì điều kiện biên cũng cần phải xác định

Cĩ ba điều kiện biên được đề cập trong mơ hình lan truyền chất trong

Trang 39

nước dưới đất là: Nồng độ xác định dọc theo biên (điều kiện Dirichlet); nồng độ biến đổi xác định chảy qua biên tính tốn (điều kiện Neumenn);

và điều kiện hỗn hợp (kết hợp cả hai điều kiện trên)

Cĩ ba điều kiện biên chính như sau:

10.3.1 Điều kiện biên loại I

Là điều kiện nồng độ được xác định dọc theo biên trong suốt thời gian thiết lập mơ hình (điều kiện biên Dirichlet) Đĩ là nồng độ được xác định trước và giá trị này khơng đổi trong suốt thời gian tính tốn Và được xác định như sau:

10.3.2 Điều kiện biên loại II

Là điều kiện biên nồng độ chất hịa tan được xác định trước (cịn gọi là điều kiện biên Neumann) Đĩ là các ơ mà nồng độ chất hịa tan chảy qua biên được xác định trước trong suốt bước thời gian tính tốn Và nĩ được

mơ tả qua phương trình sau:

10.3.3 Điều kiện biên loại III

Là điều kiện biên mà giá trị nồng độ dọc theo biên và nồng độ biến đổi chảy qua biên được xác định (điều kiện Cauchy) Và nĩ được mơ tả qua phương trình:

Với g i (z,y,z,t) là phương trình đại diện cho tổng dịng chảy (phân tán và đối

lưu) tới biên Γ Với biên khơng thấm, thì cả dịng chảy phân tán và đối lưu

Trang 40

bằng khơng, nghĩa là g i (z,y,z,t) = 0 Người ta giả định rằng, dịng chảy đối

lưu chiếm ưu thế hơn so với dịng chảy phân tán, khi đĩ phương trình trên sẽ được đơn giản như sau:

10.3.4 Các điều kiện biên thực tế là

a) Biên sơng (River)

Biên loại này được mơ phỏng cho dịng chảy giữa tầng chứa nước và nguồn chứa nước thường là sơng hay hồ Nĩ cho phép dịng chảy từ tầng chứa nước vào trong nguồn chứa nước Nước cũng cĩ thể chảy từ nguồn chứa vào trong tầng chứa nước nhưng nguồn thấm này khơng phụ thuộc vào mực nước của sơng, suối

Trong điều kiện biên loại này thì nước ngầm cĩ xu hướng di chuyển từ nơi

cĩ địa hình cao sang nơi cĩ địa hình thấp, mà ở đĩ tầng địa chất phía dưới khơng cĩ khả năng giữ nước và khơng thấm

Hình 10-1 Biên sơng của khu vực lập mơ hình

b) Biên tự nhiên địa chất