Bài giảng Mô hình Hóa môi trường

Bài giảng Mô hinh hóa môi trường trình bày tổng quan về mô hình hóa môi trường, khí quyển và hoàn lưu khí quyển, ô nhiễm môi trường không khí, mô hình Gauss, Sutiion, mô hình hóa chất lượng nước hồ, mô hình dòng chảy và lan truyền chất trong kênh sông,...Mời bạn đọc cùng tham khảo.

17:53 MƠ HÌNH HĨA MƠI TRƢỜNG TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH HĨA MƠI TRƢỜNG Ơ NHIỄM MƠI TRƢỜNG KHƠNG KHÍ MƠ HÌNH GAUSS, SUTTON MƠ HÌNH BERLIAND MƠ HÌNH HĨA CHẤT LƢỢNG NƢỚC HỒ Cao Học MƠ HÌNH STREETER-PHELP MƠ HÌNH DÕNG CHẢY VÀ LAN TRUYỀN CHẤT TRONG KÊNH SÔNG 10 MÔ HÌNH DÕNG CHẢY VÀ LAN TRUYỀN CHẤT TRONG ĐẤT - Mô ô nhiễm nhằm đánh giá trạng ô nhiễm - Mô ô nhiễm theo kịch (thay đổi điều kiện liên quan đến mức độ nhiễm) => Đánh giá tình hình nhiễm tương lai, theo phương án quy hoạch cải tạo - Giải toán ngược để xác định đặc tính nguồn nhiễm Các dạng mơ hình It S = It - Qt S Qt Mơ hình hồ chứa   S  I Q t dS  I Q dt 17:53 Các bước chạy mơ hình Hiệu chỉnh: Xác định tham số mơ hình cho kết mô phù hợp với thực tế Thu thập liệu Mơ hình Kiểm định: Đánh giá độ xác mơ hình với tập liệu xem tham số bước hiệu chỉnh có phù hợp hay không Hiệu chỉnh (carlibration) Kiểm định (verification) Tiên đốn Hiệu chỉnh thơng số mơ hình • Các điều kiện áp dụng mơ hình điều kiện thực tế phải tương thích • Đáp ứng khung thời gian dự án, kinh phí thực hiện, thiết bị máy móc, nhân lực nội dung cần thực • Có độ xác cao mơ phỏng, có cơng cụ hộ trợ hiệu chỉnh tham số mơ hình (Calibration), kiểm định kết (Verification) • Mơ hình thường xun cập nhật, • Tính thân thiện với người sử dụng (user friendliness) R,T,V, ĐH M.đệm, đất Số liệu đầu vào Mơ hình Các Mơ đun Các thơng số Các sơ đồ thấm, dòng chảy Hệ số nhám Hệ số thấm Độ ẩm ban đầu Số liệu đầu Số liệu đầu Mưa rào dòng chảy 10 1.5 Hiệu chỉnh thơng số mơ hình Hiệu chỉnh Kiểm nghiệm (carlibration) (verification) 2/3 - Các tiếp cận để hiệu chỉnh thơng số mơ hình + Tiếp cận tiên nghiệm Giá trị ban đầu thông số suy từ đo đạc từ thực nghiệm 1/3 - Các bước tiến trình hiệu chỉnh A P  1) Chọn yếu tố mô cần đánh giá 2) Chọn thông số quan trọng định độ xác yếu tố cần mơ V 3) Chọn thời đoạn hiệu chỉnh 2/ R i n i  tan(  ) R = P/A => n  R / i V 4) Lựa chọn sơ tham số mơ hình cho phù hợp với khu vực nghiên cứu 5) Hiệu chỉnh tham số mô hình (Xác định tham số cho kết mô phù hợp với thực tế) 11 12 17:53 - Các tiếp cận để hiệu chỉnh thông số mơ hình + Tiếp cận phù hợp đường cong P2 • Thủ công P1 P3 Phƣơng pháp xác định nhiều tham số - Phương pháp Nelder- Mead Mơ hình H Thực đo E3 Độ ch xác • Tự động n1 n* n2 n n3 13 14 Hiệu chỉnh Kiểm nghiệm (carlibration) n  Xoi n i 1 ~ n ( Xoi  Xo )2 n i 1 ~  ( Xo R i 1 n  ( Xo 15 =CORREL(A1:A5,B1:B5) i 1 Ss  i n  Xsi n i 1 n  ( Xsi  Xs )2 n i 1 i 1 n i  ( Xo i 1 i  Xsi ) Xo (g/m3) Xs (g/m3) 24 27 17 19 15 14 X  Xo )* ( Xsi  Xs ) 20 =>  Xo ) *  ( Xsi  Xs ) 28 27 25 20 15 y = 0.9615x + 1.76 R2 = 0.897 15 10 i 16 18 30 Xs 25 n =>  Xo ) Ví dụ: Cho chuỗi quan trắc (Xo ) chuỗi mô (Xs ) nồng độ SO2 bảng phía dưới, kiểm nghiệm kết mơ qua sai số trung bình, hệ số tương quan NSI => i  ( Xo 30 n  Xsi  Xoi n i 1 MAGE  n Hệ số tương quan Xs  p p2 NSI0,3 kém, 0,3< NSI0,5 thấp, 0,5< NSI0,7 trung bình, 0,7< NSI0,9 NSI>0,9 tốt Các trị số thống kê dùng cho hiệu chỉnh kiểm nghiệm So  NSI   Chỉ số Nash-Sutcliffe (verification) Giá trị Hàm mục tiêu (Objective Function - OF) kiểm nghiệm E'3 e E2 E3 > E2> E1 n Mơ hình, Các thơng số MH, Kết mơ có phù hợp với thực tế ? c b2) i) Nếu E'3 E2 thay điểm e f Nếu E''3 < E0 dừng Nếu E''3 < E2 điểm b thay f, quay trở lại b1 Nếu E''3 > E2 điểm d thay f, quay trở lại b1 1.6 Kiểm nghiệm mơ hình Sai số trung bình P2 a E''3 b b1) Xác định c điểm ab Điểm f trọng tâm abc Điểm e cho dc = ce  Quay lại bước đầu tất loại tham số tối ưu Độ lệch chuẩn E1 f b0) Thiết lập sai số tới hạn E0  Ở bước thứ hai, tương tự bước thứ điều chỉnh với loại tham số lại Xo  d E: sai số mơ hình t  Bước đầu, điều chỉnh loại tham số giữ vai trò quan trọng giữ nguyên loại tham số khác Giá trị trung bình P P, p tham số 10 10 15 20 25 Xo 30 16 i 1 n MAGE  n  Xsi  Xoi n i 1 NSI    ( Xo  Xs ) i i 1 n  ( Xo  Xo) Tổng Trung bình 100 20 1.8 i Xo (mg/m3) 24 17 15 16 28 Xs (mg/m3) 27 19 14 18 27 Xs  Xo 2 4 19 16 25 16 64 130 Xo  Xo i i 1  Xo  Xs 2 i Chương Ô NHIỄM MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ MAGE = 1.8 17 NSI   19  0,85 130 NSI0,3 kém, 0,3< NSI0,5 thấp, 0,5< NSI0,7 trung bình, 0,7< NSI0,9 NSI>0,9 tốt 18 17:53 Hệ thống nhiễm khơng khí Khái niệm nguồn ô nhiễm Nguồn ô nhiễm nguồn thải chất ô nhiễm Phản ứng lại Nguồn ô nhiễm Mức độ ô nhiễm Nguồn gốc gây nhiễm (Cơng nghệ, ngun liệu, hóa chất chất sử dụng) Thiết bị giám sát ô nhiễm Hệ thống khống chế nhiễm Q trình gây nhiễm khơng khí xảy theo bước sau : • • • Phát sinh từ nguồn gây ô nhiễm (chất gây ô nhiễm hay tác nhân ô nhiễm) Phát tán, lan truyền khí quyển, khí môi trường rộng lớn với nhiều yếu tố động để xảy nhiều q trình hóa học, hóa lý, hóa sinh… chất gây nhiễm Tác động đến phận tiếp nhận động thực vật, người, cơng trình xây dựng, đồ vật Phát tán, lan truyền Phát sinh Dự án ĐTM Ví dụ: Để giảm SO2 đốt than đá CaCO3 = CaO + CO2 CaO + SO2 + 1/2O2 = CaSO4 20 Bảng 1: Giá trị giới hạn thông số khơng khí xung quanh Đơn vị: Miligam mét khối (mg/m3) QCVN 05 : 2009/BTNMT QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ XUNG QUANH Thông số T T Giá trị giới hạn thông số khơng khí xung quanh Đơn vị: Microgam mét khối (g/m3) T T Thông số Trung bình 350 30000 200 180 300 - SO2 CO NOx O3 Bụi lơ lửng (TSP) Bụi D 10m (PM10) Pb Ghi chú: Dấu (-) khơng quy định Trung bình 10000 120 - Trung bình 24 125 5000 100 80 200 150 - 1,5 50 40 140 50 0,5 Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình giờ 24 năm SO2 0,35 CO 30,00 NOx 0,20 O3 0,18 Bụi lơ lửng (TSP) 0,30 Bụi £ 10 mm (PM10) Pb Ghi chú: Dấu (-) không quy định Trung bình năm 21 10,00 0,12 - 0,125 5,00 0,10 0,08 0,20 0,15 0,05 0,04 0,14 0,05 - 0,0015 0,0005 Trung bình giờ: Là trung bình số học giá trị đo khoảng thời gian phép đo thực lần giờ, giá trị phép đo thực 01 lần khoảng thời gian Giá trị trung bình đo nhiều lần 24 (một ngày đêm) theo tần suất định Giá trị trung bình lớn số giá trị đo 24 lấy so sánh với giá trị giới hạn quy định Bảng 22 Phân loại nguồn nhiễm khơng khí Phân loại nguồn ô nhiễm không khí a) Dựa vào nguồn gốc phát sinh • Nguồn tự nhiên: khí từ hoạt động tự nhiên núi lửa, động đất, bụi tạo thành bão cát, phân tán phấn hoa, mùi q trình phân hủy sinh học • Nguồn nhân tạo: nguồn nhiễm người tạo nên Nó bao gồm nguồn cố định nguồn di động b) Dựa vào tính chất hoạt động • Ơ nhiễm q trình sản xuất: Sản xuất cơng nghiệp, nơng nghiệp, tiểu thủ cơng nghiệp • Ơ nhiễm giao thơng vận tải: xe cộ, máy bay, tàu hỏa, tàu thủy… • Ô nhiễm sinh hoạt: Các trình sử dụng nhiên liệu (dầu, than, củi …) để đun nấu, thắp sáng • Nguồn cố định: bao gồm nguồn từ q trình đốt khí thiên nhiên, đốt dầu, đốt củi, trấu…; nhà máy cơng nghiệp… • Ơ nhiễm q trình tự nhiên: phân hủy chất hữu vi sinh vật gây nên mùi hôi, bão cát, phấn hoa, núi lửa, động đất • Nguồn di động: khí thải từ q trình giao thơng khí thải xe cộ, máy bay, tàu hỏa… 23 Các đối bị tác động Mơ hình hóa Giảm thiểu: • Tăng độ cao ống khói • Lọc khí thải • Thêm phụ gia vào q trình đốt Tác động đến đt 19 Khí 24 17:53 Các nguồn gây ô nhiễm môi trường khơng khí hoạt động người Phân loại nguồn nhiễm khơng khí c) Dựa vào bố trí hình học • • • - Nguồn nhiễm cơng nghiệp • Nhà máy nhiệt điện: nhiên liệu than, dầu, khí Khí thải thường chứa loại như: bụi, SOx, NOx, CO, aldehit • Hố chất: thải nhiều chất độc hại thể khí thể rắn Các chất khí nhà máy hoá chất thải kết hợp với khí khác đơi tạo chất có độc tính cao nhiều • Luyện kim: nhiều bụi (kích thước to 10 - 100µm) phát sinh từ cơng việc tuyển quặng, sàng lọc, đập nghiền; hoá chất độc hại SO2, NOX sản sinh trình đốt cháy nhiên liệu; bụi CO sản sinh trình luyện gang; bụi độc hại oxit đồng, asen, thuỷ ngân sản sinh trình luyện đồng kim loại màu khác Chất thải nhà máy luyện kim có đặc điểm : nhiệt độ cao (300 – 400oC có 800oC), phân bố rộng Ngoài vùng lân cận nhà máy luyện kim bị nhiễm sân bãi, kho chứa nguyên liệu, vận chuyển, xưởng đúc, lò, băng chuyền, Điểm nhiễm: ống khói nhà máy, nhà máy, thiết bị sản xuất cụ thể (các nguồn cố định) Đường nhiễm: q trình hoạt động phương tiện giao thông vận tải (xe cộ, máy bay, tàu hỏa, tàu thủy…) Vùng ô nhiễm: khu chăn nuôi lớn, khu tập trung nhiều nhà máy, xí nghiệp cơng nghiệp …; ví dụ khu cơng nghiệp Biên Hòa, Linh Trung, Tân Thuận … 25 26 Phân loại nguồn nhiễm khơng khí - Nguồn nhiễm cơng nghiệp - Ơ nhiễm hoạt động sản xuất nơng nghiệp • Chế biến dầu mỏ: hydrocarbon, SOx, H2SO4, H2S, NO NO2 • Xí nghiệp khí : nhiễm xưởng đúc xưởng sơn - Nguồn ô nhiễm giao thông vận tải Đốt xăng, dầu FO, DO, mazut => 2/3 khí CO ½ khí hydro cacbon khí oxit nitơ • NM cơng nghiệp nhẹ: ví dụ nhà máy đóng giày thải nhiều bụi da, sol khí sơn, quang dầu, axeton, • NM vật liệu xây dựng, nhà máy xi măng, xưởng làm gạch ngói đặc biệt lò nung gạch nung vơi: bụi + khí thải SO2, NO, CO • NM phân bón supper phốt phát: chủ yếu HF, SiF4, H2SiF6 từ nguyên liệu, H2SO4, H3PO4, phốt phát • Các nhà máy tơ nhân tạo: chủ yếu S2, H2S • NM hóa chất: HCl, Cl2, NOx, NH3, hydrocarbon thơm, thuốc trừ sâu… • Các nhà máy tráng kẽm, xi mạ loại: chủ yếu HCl, khí độc dung dịch mạ… • Sản xuất giấy: chủ yếu bụi chất tẩy trắng Cl2, SO2… 27 Thành phần khí thải động tơ Thành phần khí thải (%) CO Hydrocarbon NOx (ppm) Aldehyde 28 Khái niệm phân loại chất nhiễm khơng khí Phân loại nguồn ô nhiễm không khí - Nguồn ô nhiễm sinh hoạt người Khái niệm chất ô nhiễm Bất kỳ chất thải vào khơng khí với nồng độ đủ để ảnh hưởng tới sức khỏe người, gây ảnh hưởng xấu tới phát triển, sinh trưởng động, thực vật, phá hủy vật liệu, làm giảm cảnh quan môi trường … chất nhiễm • Chủ yếu bếp đun, lò sưởi sử dụng nhiên liệu than đá, củi dầu khí đốt • Nguồn nhiễm có đặc điểm gây ô nhiễm cục phạm vi nhỏ (nhà, phòng) Đặc biệt dùng than để đun nấu, nồng độ CO bếp đun thường lớn đun phòng kín gây tai hoạ người Theo TCVN 5966 – 1995: "Sự có mặt chất khí quyển, sinh từ hoạt động người từ trình tự nhiên nồng độ đủ lớn, thời gian đủ lâu chúng ảnh hưởng đến thoải mái, dễ chịu, sức khoẻ lợi ích người mơi trường" • Rác thải: Ở thị chưa thu gom xử lý rác tốt thối rửa, phân huỷ chất hữu chôn ủ không kỹ thuật nguồn gây ô nhiễm mơi trường khơng khí Phân loại chất nhiễm • Cống rãnh môi trường nước mặt, ao hồ, kênh rạch, sơng ngòi bị nhiễm bốc hơi, khí độc hại gây nhiễm mơi trường khơng khí 29 Chế độ động Chạy chậm Tăng tốc độ Ổn định Giảm tốc độ Dieze Dieze Dieze Dieze Xăng Xăng Xăng Xăng n n n n 7,0 Vết 2,5 0,1 1,8 Vết 2,0 Vết 0,5 0,04 0,2 0,02 0,1 0,01 1,0 0,03 30 60 1050 850 650 250 20 30 30 10 20 20 10 10 300 30 + Dựa vào nguồn gốc sử dụng nhiên liệu, nguyên liệu • Nhiên liệu: xăng, dầu, than, củi, trấu • Nguyên vật liệu: chất ô nhiễm trình sản xuất sản phẩm chúng chất dễ gây ô nhiễm môi trường 30 17:53 + Dựa vào nguồn gốc phát sinh Bụi sol khí • Chất nhiễm sơ cấp: chất ô nhiễm thải trực tiếp từ nguồn ô nhiễm Ví dụ chất SOx , NOx , bụi … thải từ trình đốt nhiên liệu Ơ nhiễm khơng khí bụi Bụi tập hợp nhiều hạt, có kích thước nhỏ bé, tồn lâu khơng khí dạng bụi bay, bụi lắng hệ khí dung nhiều pha gồm hơi, khói, mù • Chất nhiễm thứ cấp: chất ô nhiễm tạo thành từ chất ô nhiễm sơ cấp q trình biến đổi hóa học khí Ví dụ: H2SO4 sinh từ trình hấp thụ nước khí SOx chất nhiễm thứ cấp Các chất ƠN thứ cấp thường có tính độc cao chất ƠN sơ cấp, nhiên có chất thứ cấp lại có lợi ( NH3 + H2O + NO2 =>NH4NO3 chất làm “giàu” cho đất • Bụi bay có kích thước từ 0,001 - 10µm bao gồm tro, muội, khói hạt rắn nghiền nhỏ, chuyển động theo kiểu Brao rơi xuống đất với vận tốc khơng đổi theo định luật Stok • Bụi lắng có kích thước lớn 10µm, thường rơi nhanh xuống đất theo định luật Niutơn với tốc độ tăng dần Về mặt sinh học, bụi thường gây tổn hại cho da, mắt, gây nhiễm trùng, gây dị ứng, + Phân loại theo tính chất vật lý • Chất ô nhiễm không khí thể rắn: ví dụ loại bụi • Chất nhiễm khơng khí thể khí: ví dụ loại khí độc • Chất ô nhiễm không khí thể lỏng: ví dụ loại dung môi 31 32 Phân loại bụi + Theo nguồn gốc • Bụi hữu bụi tự nhiên (bụi động đất, núi lửa…); • Bụi thực vật (bụi gỗ, bơng, bụi phấn hoa…); • Bụi động vật (len, lơng, tóc…); • Bụi nhân tạo (nhựa hóa học, cao su, cement…); • Bụi kim loại (sắt, đồng, chì…); • Bụi hỗn hợp (do mài, đúc…) + Theo kích thước hạt bụi Theo thời gian tồn • d < 0,3 µm : nhân ngưng tụ, chuyển động phân tử khí, có nguồn gốc từ q trỡnh ngng t, thi gian lu ln 0,3 àm àm : bụi thơ, hình thành từ phân tán học (phân ly nhỏ) hạt lớn thu hồi qua trình lắng - Theo tác hại Theo mức độ làm đục khí • Bụi nhiễm độc chung (chì, thủy ngân, benzen); • Bụi gây dị ứng viêm mũi, hen, ban…(bụi bơng, gai, phân hóa học, số tinh dầu gỗ…); • Bụi gây ung thư (bụi quặng, crơm, chất phóng xạ…); • Bụi gây xơ hóa phổi (thạch anh, quặng amiăng…) • Khi D > 10 àm : gi l bi; Khi D = 10 0,1 àm : sng mự; Khi D < 0,1 µm: gọi khói 33 34 Các chất gây nhiễm dạng khí Các hợp chất có chứa lƣu huỳnh (S): Khí hệ động với nhiều thành phần khí khác nhau, có trao đổi liên tục với: động vật, thực vật; với đại dương; với đất theo trình vật lí, hóa học SO2, SO3, H2S, H2SO4 muối sunfat 1) SO2, SO3 SO2 -> SO3 (do oxi hóa xúc tác hay oxi hóa quang hóa) Các khí loại khỏi khí phản ứng hóa học, hoạt động sinh học, q trình vật lí diễn khí (như tạo thành hạt) sa lắng thu hút đại dương đất Trong điều kiện độ ẩm cao SO2 q trình oxi hóa diễn thuận lợi với điều kiện có mặt chất xúc tác (thường muối Fe3+, Mn2+, ,chính chúng thành phần bụi) Thời gian lưu trung bình phân tử khí sau đưa vào khí từ hàng hàng triệu năm phụ thuộc vào chất khí cụ thể => để đánh giá tác động gây ô nhiễm cần phải xét đến chu trình chuyển hóa chúng từ lúc phát sinh bị loại khỏi khí 35 SO2 + H2O -> H2SO4 SO2 tương đối nặng nên thường gần mặt đất, ngang tầm sinh hoạt người, nên khí nhiễm tác động trực tiếp đến sống SO2 khí dễ tan nƣớc nên dễ phản ứng với quan hô hấp người động vật xâm nhập vào thể Ở hàm lượng thấp, SO làm sưng niêm mạc, hàm lượng cao (> 0,5mg/m3) gây tức thở, ho, viêm loét đường hô hấp Khi có mặt SO2 SO3 gây tác động mạnh hơn, chí gây co thắt phế quản đến tử vong 36 17:53 3) Oxyt Cacbon (CO, CO2) + CO CO sinh đốt cháy khơng hồn tồn nhiên liệu hóa thạch (CO tự nhiên lớn gấp 10-15 lần nguồn CO nhân tạo ) 2) Sunfua hidro H2S H2S sinh đốt nhiên liệu chứa S Một phần H2S phát sinh tự nhiên thối rữa chất hữu tác dụng vi khuẩn từ rác thải, cống rãnh, bờ biển, ao tù, hồ nước cạn, kể từ hầm lò khai thác than, vệt núi lửa Phát sinh CO tự nhiên Trong khơng khí, 80% H2S bị oxi hóa thành SO2 oxi ozon CH4 + HO-  CH3 + H2O ;  CO Trong phần khí quyển, nồng độ CH4 vào khoảng 1,5ppm (theo thể tích), lượng CH4 phân huỷ sinh học chất hữu diễn đầm lầy với lượng tồn cầu ước tính 9.1013 mol/năm, nồng độ CO khí ước tính 0,12 - 0,15ppm H2S + O3 = H2O + SO2 Vì H2S, O2, O3 hòa tan đƣợc nƣớc nên tốc độ oxi hóa H2S sương mù, giọt lỏng mây diễn nhanh => tồn H2S khí tính hàng 37 Với người: • nồng độ thấp gây nhức đầu, khó chịu; • > 150ppm: gây tổn thương quan hơ hấp, viêm phổi; • 700ppm - 900ppm xuyên màng phổi, xâm nhập mạch máu, dẫn đến tử vong Đối với thực vật: rụng lá, giảm khả sinh trưởng Loại trừ CO: + Phản ứng CO với gốc HO- tầng đối lưu bình lưu CO + HO- → CO2 + H+ + Đƣợc đất hấp thụ, bị oxyhóa để trở thành dioxytcacbon CO2 (do kết hoạt động sinh học diễn đất) 38 Phân loại nguồn nhiễm khơng khí 3) Oxyt Cacbon (CO, CO2) + CO CO2 THại: CO tác dụng với hồng cầu máu tạo hợp chất bền vững, làm giảm hồng cầu, giảm khả hấp thụ, vận chuyển O2 hồng cầu di nuôi tế bào thể HbO2 + CO → HbCO + O2 Ngộ độc nhẹ CO để lại di chứng thiếu máu, hay quên Ngộ độc nặng gây ngất, lên co giật, liệt tay chân dẫn đến tử vong vòng vài ba phút nồng độ vượt 2% • CO2 vốn có thành phần khơng khí sạch, ngồi phát sinh đốt cháy hoàn toàn nguyên nhiên liệu chứa cácbon q trình hơ hấp động thực vật Thực vật tiếp xúc với CO nồng độ cao bị rụng lá, xoăn quăn, non chết yểu • Khí CO2 nồng độ thấp khơng gây nguy hiểm cho người động vật nồng độ cao gây nguy hại CO2 khí nhà kính nên việc tăng hàm lượng CO2 khí gây nên gia tăng hiệu ứng nhà kính • Hàng năm, riêng trình chế biến sử dụng than đá, người thải vào khí 2.109 CO2, nhiên nửa lượng đƣợc nƣớc thực vật hấp thụ, phần lại tồn lưu mơi trường khơng khí Nếu nồng độ O2 cao đẩy CO khỏi Hb: HbCO + O2 → HbO2 + CO 39 40 4) Các hợp chất chứa nitơ N2O, NO, NO2, NH3 muối nitrat, nitrit, amoni Oxyt nitơ (NOx) Phát sinh qua đốt cháy nhiên liệu nhiệt độ cao + sản xuất hóa học có sử dụng niơ; Trong tự nhiên, từ oxyhóa nitơ khơng khí sét, khí núi lửa q trình phân hủy vi sinh vật Trong NOx NO NO2 coi chất điển hình gây nhiễm khơng khí Các oxit nitơ khác tồn khơng khí với nồng độ nhỏ không gây lo ngại nhiễm Tuy nhiên hạ tầng khí N2O oxit nitơ phổ biến nhất, sản phẩm hoạt động sinh học, nguồn tạo NO tầng đối lưu, bình lưu nơi có oxi ngun tử tạo phân li quang hóa O3: N2O + O → 2NO 41 • Đối với thực vật, khí CO2 có ảnh hưởng tốt, tăng cường khả quang hợp điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng, ẩm Oxyt nitơ (NOx) NO khí khơng màu, khơng mùi, không tan nƣớc Khi xâm nhập vào thể tác dụng với hồng cầu máu, làm giảm khả vận chuyển oxy máu, dẫn đến bệnh thiếu máu NO2 khí có màu nâu nhạt, mùi hắc, có tính kích thích, dễ tan nƣớc Khi xâm nhập vào thể tạo thành axit qua đường hô hấp tan vào nước bọt, vào đường tiêu hóa sau vào máu, gây nguy hiểm cho thể NOx + H2O - >HNO3, với axit H2SO4, thành phần mưa axit, làm thiệt hại mùa màng, nhiễm độc trồng, giảm tuổi thọ sản phẩm, chất lượng cơng trình xây dựng… NO NO2 có vai trò định việc hình thành: • Khói mù quang hóa • Là bốn ngun nhân phân hủy ozơn NO + O3 → NO2 + O2 NO2 + O3 → NO3* + O2 NO3* + NO → 2NO2 (* trạng thái kích hoạt) 42 17:53 4.6 Phƣơng pháp tính lƣu lƣợng khí thải Amoniac NH3 Chủ yếu tạo từ nguồn tự nhiên:Phân hủy chất hữu xác động thực vật; Trong thành phần khí thải nhà máy sản xuất hóa chất, phân đạm, hệ thống thiết bị làm lạnh có sử dụng NH3 Trong mơi trường khơng khí NH3 tham gia vào trình như: Hấp thụ lên bề mặt ƣớt phản ứng với chất có tính axit pha khí hay pha ngưng tụ tạo ion amoni NH4+; Oxi hóa thành NO3- THại: NH3 có mùi khó chịu gây viêm đường hơ hấp cho người động vật Khi tan vào nước gây nhiễm độc cá hệ vi sinh vật nước Thực vật bị nhiễm NH3 nồng độ cao bị bệnh đốm lá; giảm tỉ lệ nảy mầm hạt giống 4.6.1 Thể tích sản phẩm cháy Thể tích sản phẩm cháy tính tốn dựa trên: • Thành phần nhiên liệu • Hệ số cháy khơng hồn tồn • Lượng khơng khí ẩm cần thiết cho q trình cháy Tiêu Chuẩn Quốc Gia TCVN 5689 : 2005 Nhiên liệu điezen (DO) – Yêu cầu kỹ thuật qui định hành Ví dụ dầu DO có thành phần sau: Cp = 86,3%; Hp = 10,5%; Op = 0,3%; Np = 0,3%; Sp = 0,5%; Ap = 0,3%; Wp = 1,8% Các muối nitrat amoni thường không thải lên khí với lượng đáng kể nào, mà sinh chuyển hóa NO, NO2 NH3 khí Như oxit nitơ cuối chuyển hóa thành nitrat tiếp loại khỏi khí mưa sa lắng khơ 43 44 Thể tích sản phẩm cháy điều kiện tiêu chuẩn theo WHO STT Thành phần khí Thể tích khí (m3 chuẩn/kgNL) Lượng khơng khí khô lý thuyết cần Vo = 0,089C + 0,264H -0,0333(O-S) cho q trình cháy Lượng khơng khí ẩm lý thuyết cần Va = (1+0,0016d)Vo cho trình cháy Lượng khơng khí ẩm thực tế với hệ Vt = Va số khơng khí thừa  = 1,2 - 1,6 Lượng khí SO2 sản phẩm cháy VSO2 = 0,683.10-2S Lượng khí CO SPC với hệ số VCO = 1,865.10-2C cháy khơng hồn tồn  = 0,1-0,5 Neon Lượng khí CO2 SPC VCO2 = 1,853.10-3(1-)C Hêli Lượng nước SPC VH2O = 0,111H + 0,0124W + 0,0016dVt Mêtan Lượng khí N SPC VNox = 0,8.10-2N + 0,79Vt Lượng khí O2 khơng khí thừa VO2 = 0,21(-1)Va 10 Lượng SPC tổng cộng V0 = VSO2 + VCO + VCO2+ VH2O + VNOx + VO2 Nitơ Ôxy Agon cacbonic Neon Hêli Mêtan Krypton Hiđrô % ppmv (part per million volume) - phần triệu 78,084 20,946 0,9340 390 18,18 5,24 1,745 1,14 0,55 Ơxi Agon Khí khác Nitơ Đại lượng tính tốn Cacbonic Krypton Hiđrơ 45 47 4.6.2 Lưu lượng khí thải P m R( T  273.15 ) VT P0  m m RT0  R * 273.15 V0 V0 Q  VT Lượng khí SO2 sản phẩm cháy VSO2 = 0,683.10-2S = 0,683.10-2*0.5 = 0.00342m3 Lượng khí CO sản phẩm cháy VCO = 1,865.10-3C = 0.016m3 Lượng khí CO2 SPC VCO2= 1,853.10-2(1-)C = 1.44m3 Lượng nước SPC VH2O = 0,111H + 0,0124W + 0,0016dVt = 1.21m3 Lượng khí N SPC VN = 0,8.10-2N + 0,79Vt = 11.59m3 Lượng khí O2 khơng khí thừa VO2 = 0,21(-1)Va = 0.88m3 Lượng khí thải tổng cộng sản phẩm cháy điều kiện chuẩn V0 = VSO2 + VCO + VCO2 + VH2O + VNOx + VO2 = 15,14m3 T  273,15 VT  V0 273,15 B T  273.15 B  V0 * 3600 273.15 3600 Ví dụ 4.1: Một máy phát điện có cơng suất 300 KVA, sử dụng dầu DO có thành phần sau: Cp = 86,3%; Hp = 10,5%; Op = 0,3%; Np = 0,3%; Sp = 0,5%; Ap = 0,3%; Wp = 1,8% Tỷ trọng dầu DO d = 0.93kg/l Mức tiêu hao nhiên liệu 90 kg/h Nhiệt độ khói thải 2470C Hệ số khơng khí thừa  = 1,3, hệ số cháy khơng hồn tồn  = 0,1 Tính lưu lượng khí thải Lượng khơng khí ẩm thực tế để đốt cháy kg dầu DO Vt =  (1+0,0016d)[0,089C + 0,264H -0,0333(O-S)] =1.3*(1+0.0016*0.93)*(0.089*86.3+0.264*10.5-0.0333*(0.3-0.5)= = 14,66m3 48 49 17:53 Phƣơng pháp xác định tải lƣợng nhiễm Lượng khí thải nhiệt độ thực tế đốt cháy kg dầu DO 1) Căn vào phản ứng hóa học Dựa vào định mức tiêu hao nhiên liệu, thành phần nhiên liệu q trình phản ứng hóa học để xác định thành phần lượng chất ô nhiễm VT = V0(T+273.15)/273.15 = 15.14*(247+273.15)/273.15 = 28,82m3 Vd 4.2 : Nhà máy hóa chất A tiêu thụ năm 395.000 dầu FO với thành phần lưu huỳnh 2,9% khối lượng Tính lượng SO2 sinh năm nhà máy Lưu lượng khí thải B 90 Q  VT *  28 ,82 *  ,721m3 / s 3600 3600 s Lượng lưu huỳnh đốt năm là: 2,9% x 395.000 = 11.455 Khi đốt lưu huỳnh phản ứng xảy sau S + O2 = SO2 Theo phản ứng 32 đvkl lưu huỳnh đốt sinh 64 đvkl SO2, hay gấp đôi lượng S Như lượng SO2 sinh năm 22.910 =726,47g/s 50 51 Phƣơng pháp xác định tải lƣợng ô nhiễm Phƣơng pháp xác định tải lƣợng ô nhiễm 2) Đo đạc trực tiếp - Đo nồng độ chất nhiễm khí thải (C) => tải lượng chất ô nhiễm M = Q*C 3) Tính tốn theo thể tích khí thải (dựa vào khối lượng riêng) - Lưu lượng khí thải từ tính (Q) STT Đại lượng tính tốn Đơn vị Lượng khí SO2 với SO2 = 2,965 g/s kg/m3 chuẩn Lượng khí CO với CO = 1,25 kg/m3 g/s chuẩn Lượng khí CO2 với CO2 = 1,977 g/s kg/m3 chuẩn 4) Tính tốn theo hệ số phát thải (Emission Factor) Hệ số phát thải hay hệ số nhiễm (Emission Factor) tính khối chất ô nhiễm sinh quy mô hoạt động Quy mơ hoạt động cơng suất sản phẩm, nguyên nhiên liệu sử dụng, quãng đường di chuyển, Hệ số phát thải đốt dầu DO, FO (Pouds/1.000 gallons dầu) Cơng thức tính Chất nhiễm MSO2 = 103 VSO2B SO2 /3600 MCO = 103 VCO B CO /3600 Aldehyde CO Hydrocarbon NO2 SO2 SO3 Bụi MSO2 = 103 VCO2 B CO2 /3600 Ví dụ 4.2: Tính tải lượng SO2, CO với số liệu ví dụ 4.1 MSO2= (103 VSO2 B SO2 )/3600 = 103 *0.00342*90*2,965/3600 = 0.2531g/s 0,6 0,04 3,2 104 157.S 2,40.S 10 Dạng lò đốt Cơng nghiệp Cháy khơng Cháy hồn tồn toàn 2 72 157.S 2.S 23 gallon = 3,785 lít; poud = 450 gram; S % kh.lượng lưu huỳnh nhiên liệu MCO = 103 VCO B CO /3600 = 103*0.016*90*1.25/3600 = 0,503g/s 52 Nhà máy nhiệt điện hoàn Sinh hoạt 2 72 157.S 2.S 15 2 72 157.S 2.S Cục bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) 53 Phƣơng pháp xác định tải lƣợng nhiễm 4) Tính tốn theo hệ số phát thải (Emission Factor) Hệ số phát thải trình đốt than đá (kg/tấn) Hệ số phát thải đốt dầu DO, FO (WHO) Các nguồn có nguyên liệu đốt dầu DO, FO Chạy máy phát điện sinh hoạt Ơ tơ chạy dầu Các chất nhiễm tính kg/tấn bụi SO2 NOx THC 0,94 18xS 11,8 0,24 1,1 18xS 1,4 0,33 18xS 13 2,5-3 Chất ô nhiễm CO aldehyde 0,05 0,11 0,006 0,24 15-18 Aldehyde CO CH4 NO2 SO2 Công Sinh hoạt Nhà máy nghiệp lò lò đốt điện thương mại 0,005 0,005 0,005 0,5 50 0,2 10 20 20 38.S 38.S 38 S Rapid Inventory Techniques in Envirometal Pollution, WHO, 1993 54 55 17:53 Phƣơng pháp xác định tải lƣợng ô nhiễm Phƣơng pháp xác định tải lƣợng nhiễm 4) Tính tốn theo hệ số phát thải (Emission Factor) 4) Tính tốn theo hệ số phát thải (Emission Factor) Hệ số phát thải đốt khí thiên nhiên (pound/triệu m3) Chất ô nhiễm Aldehyde CO Hydrocarbon NO2 SO2 Axit hữu Bụi Nhà máy điện N* N 390 0,4 15 Hệ số ô nhiễm xe tơ Cơng nghiệp Sinh hoạt lò lò đốt thương mại N 0,4 0,4 N N 214 116 0,4 0,4 N 18 19 Chất ô nhiễm Aldehyde CO Hydrocarbon NO2 SO2 Axit hữu Bụi Pounds/1.000 Pound/1.000 mile gallon gas 0,3 165 2.300 12,5 200 8,5 113 0,6 0,3 0,8 12 Pound/ngày 0,007 4,16 0,363 0,202 0,016 0,007 0,022 poud = 450 gram 56 57 Hệ số ô nhiễm không khí trung bình loại xe theo WHO Các loại xe Xe - Động 2000cc Trung bình Xe tải, xe buýt - Xe chạy xăng < 3,5 - Xe tải (diezen) < 3,5 - Xe tải (diezen) 3,5 - 16 - Xe tải (diezen) > 16 - Xe buýt (diezen) > 16 chỗ Trung bình 58 Đơn vị (U) TSP (kg/U) SO2 (kg/U) NOx (kg/U) CO (kg/U) Hệ số ô nhiễm khơng khí trung bình loại xe theo WHO VOC (kg/U) Các loại xe 1000 km xăng 1000 km xăng 1000 km xăng 1000 km 0,07 0,80 0,07 0,68 0,07 0,60 0,07 1,74S 20S 2,0S 20S 2,3S 20S 2,05S 1,31 15,13 1,13 10,97 1,13 9,56 1,19 10,24 118,0 6,46 62,9 6,46 54,9 7,72 1,29 14,83 0,60 5,85 0,60 5,1 0,83 1000 km xăng 1000 km xăng 1000 km xăng 1000 km xăng 1000 km xăng 1000 km 0,4 3,5 0,2 3,5 0,9 4,3 1,6 4,3 1,4 4,3 0,9 4,5S 20S 1,16S 20S 4,2S 20S 7,26S 20S 6,6S 20S 4,76S 4,5 20 0,7 12 11,8 55 18,2 20 16,5 50 10,3 70 300 18 6,0 28 7,3 20 6,6 20 18,2 30 0,15 2,6 2,6 2,6 5,8 16 5,3 16 4,2 Xe máy - Động < 50cc, kỳ - Động > 50cc, kỳ - Động > 50cc, kỳ Trung bình Đơn vị (U) 1000 km xăng 1000 km xăng 1000 km xăng 1000 km TSP (kg/U) 0,12 6,7 0,12 SO2 (kg/U) 0,36S 20S 0,6S 20S 0,76S 20S 0,57S NOx (kg/U) 0,05 2,8 0,08 2,7 0,30 0,14 CO (kg/U) 10 550 22 730 20 525 16,7 VOC (kg/U) 330 15 500 80 1g=10-3kg 1mg = 10-3g 1g=10-3mg ppm (Phần triệu thể tích) Ở nhiệt độ 200C 1ppm = 59 BT1: Trong ngày đêm, nhà máy A tiêu thụ dầu FO với thành phần lưu huỳnh 2% khối lượng Tính tải lượng SO2 (mg/s) sinh đốt dầu FO, biết 98% lưu huỳnh chuyển hóa hồn tồn thành SO2 BT2: Trong ngày đêm, nhà máy A tiêu thụ 14 dầu DO với thành phần C 86% khối lượng Tính tải lượng CO (mg/s) sinh đốt dầu DO, biết 15% C chuyển thành CO BT3: Trong ngày nhà máy A tiêu thụ 58 dầu FO với thành phần lưu huỳnh 3% khối lượng Tính tải lượng SO2 (g/s) lưu lượng khí thải (m3/s) Biết 98% lưu huỳnh chuyển hóa thành SO2 trình đốt, kg FO đốt tạo 18m3 khí điều kiện tiêu chuẩn, nhiệt độ khí thải 250oC 60 61 10 17:53 6) Điểm tới hạn đường cong DO 4) Phương trình diễn tốn DO Dc k1 L0 ( e k1t  e k2t )  D0 e k2t k2  k1 + Khi k2  k1 Dt  + Khi k1 = k2 Dt  ( k1tL0  D0 )e  k2t k1 L0 tc ( e k1t  e k2t )  D0 e k2t k2  k1 k k k  tc  ln (  D0 )  dD/dt =0 k2  k1  k1 k1 L0  D (Khi k2 = k1 ) tc  (  ) k1 L0 5) Hằng số tốc độ nạp khí 176 3,9v0 ,5 H 1,5 k2 ( T )  k2 T 20 T= 4 200C, θ = 1.135 T=20 300C, θ = 1.056 Tại t = tc => 5 K   BOD5  L0 (  e )  10 K1  )  BOD10  L0 (  e Dc  => Thời gian k1 L0 exp(  K 1tc ) k2 => BOD5 (  e 5 K1 )  BOD10 (  e 10K1 ) Ví dụ 8.2 Tính K1 mẫu nước thải biết BOD2= 52mg/l, BOD5 = 105mg/l 2 K   BOD2  L0 (  e )   K1  )  BOD5  L0 (  e Giải: => BOD2 (  e 2 K1 )  BOD5 (  e 5 K1 ) Đặt x  e2 k1  e5 k1  x ,5 Đặt x  e5 k1  e10k1  x BOD5 (1  x)   => BOD10 (1  x )  x x dD  k1 L  k D  dt đường DO tổng hợp 177 Ví dụ 8.1 Tính K1 BOD tồn phần mẫu nước thải biết BOD5 = 63mg/l, BOD10 = 86mg/l Giải: Bổ sung oxy D D: Độ thiếu hụt oxy, mg/L L0: BOD hoàn toàn lúc ban đầu, mg/L k1: H.số tốc độ khử oxy, 1/ngày k2: H.số tốc độ nạp khí, 1/ngày D0 : Độ thiếu hụt ban đầu, mg/L k2  Tiêu thụ oxy Mỹ: DOtb = 5mg/l; DOt  4mg/l  BOD2 - BOD2x2,5 = BOD5 - BOD5x  BOD5x = BOD2x2,5 + BOD5 - BOD2  105x = 52x2,5 + 53  x = (52x2,5 + 53)/105 Cách 1.Lặp đơn BOD10 86 23 1  1  BOD5 63 63 1 k 1  ln( x)   ln( 23 / 63)  0,20  k1  0,20 5 BODt 63 BODt  L0 (1  e k1t ) => L0  (1  e k1t )  (1  e 0, 2*5 )  99,6 mg / l 178 STT 10 11 12 13 14 15 X tính 0.60 0.64 0.67 0.69 0.70 0.71 0.72 0.72 0.73 0.73 0.73 0.73 0.74 0.74 0.74 1 k 1  ln( x )   ln( ,74 )  0.15 2 179 Ví dụ 8.3: Một kênh hình thang có đáy rộng 8m, độ sâu dòng h = 5m, mái dốc m = 1,5, độ dốc kênh i=0,0001 hệ số nhám n=0,02 Xác định lưu tốc (vận tốc, V), lưu lượng dòng chảy (Q) hệ số nạp oxy (k2) Biết: V 0.5 k  3.93 1.5 H X thử 0.50 0.60 0.64 0.67 0.69 0.70 0.71 0.72 0.72 0.73 0.73 0.73 0.73 0.74 0.74 => L0 = 200mg/l Vd 8.4 Đơ thị A có Qthải = 17.360m3/ngày, BOD5 = 12mg/L, số tốc độ khử oxy k1=0,12/ngày, DO =1mg/L Sơng có lưu lượng 0,43 m3/s BOD tồn phần 5,0 mg/L DO = 6,5 mg/L Tính tốn DO BOD toàn phần sau xáo trộn độ thiếu hụt oxy ban đầu, biết nhiệt độ nước sau hòa trộn 10oC Diện tích ướt kênh: A=(b+mh)h=(8+1,5*5)5 = 77,5 m2 17360m3/ngày = 0,2m3/s Chu vi ướt: P  b  2h  m2   *  1,5  26 ,03 m Bán kính thủy lực R = A/P = 77,5/26,03 = 2,98 m 1 ,98 / ,0001  1,03 m / s Vận tốc dòng chảy V  R / i  n ,02 Lưu lượng dòng chảy Q  VA  1,03 * 77 ,5  80 ,2 m / s Độ rộng mặt thoáng B = b + 2mh = + 2*1,5*5 = 23m Độ sâu dòng chảy trung bình H = A/B = 77,5/23 = 3,37m V 0.5 1,030.5 Hệ số nạp oxy k  3.93 1.5  3.93 = 0,65/ngày H 3,37 1.5 180 1) DO  Qnt DOnt  Qs DOs (0,20m /s)(1,0mg/L)+ (0,43m /s)(6,5mg/L)  =4,75mg/L Qnt  Qs 0,20m /s + 0,43m /s 2) Lnt  L0  BOD5 12mg / l   26 ,6 mg / L  e k1t  e 0.12*5 Qnt Lnt  Qs Ls ,2 * 26 ,6  ,43 *  mg / L  11,86 mg / L Qnt  Qs ,2  ,43 3) Ở T =10oC, DObh(T) = 1800.219(T+45)-1.2645= 11,33 mg/L 181 D0 = DO bh – DO = 11,33 mg/L – 4,75 mg/L = 6,58mg/L 30 17:53 Vd 8.5 Q thải = 400 m3/giờ, BOD5 = 30 mg/l (ở 20°C), DO = mg/l, T =22°C Sơng có Q= 1500 m3/giờ, BOD5 = 2,5 mg/l (ở 20°C), DO =7,0 mg/l, T=20°C, V=0,3 m/s, H=2,5 m T 20 Biết K1 = 0,15/ngày (ở 20°C); Hệ số nạp khí k2 (T )  k2 (20 C )1,056 ; DObh(T) = 1800.219(T+45)-1.2645= 11,33 mg/L Tính DO khoảng cách km so với nguồn xả thải K  3.93 V 0.5 ,30.5  3.93 1.5 1.5 H ,5 BOD5 ,mix  Qnt BOD5 ,nt  Qs BOD5 ,s 30 * 400  ,5 * 1500  = 8,29 mg/l Qnt  Qs 1900 Vd 8.5 Q thải = 400 m3/giờ, BOD5 = 30 mg/l (ở 20°C), DO = mg/l, T =22°C Sông có Q= 1500 m3/giờ, BOD5 = 2,5 mg/l (ở 20°C), DO =7,0 mg/l, T=20°C, V=0,3 m/s, H=2,5 m T 20 Biết K1 = 0,15/ngày (ở 20°C); Hệ số nạp khí k2 (T )  k2 (20 C )1,056 ; DObh(T) = 1800.219(T+45)-1.2645= 11,33 mg/L Tính DO khoảng cách km so với nguồn xả thải Tmix,0  = 0,545/ngày QntTnt  QsTs 22 * 400  20 * 1500  = 20,42oC 1900 Qnt  Qs DObh(Tmix,0) = 1800.219(20,42+45)-1.2645= 9,09 mg/L Dmix,0 = DObão hòa - DOban đầu = 9,09 - 5,95 = 3,14 (mg/l) L0  BOD5 ,mix ,29   e 5 k1  e 5*0.15 DO  Qnt DOnt  Qs DOs * 400  * 1500  = 5,95 mg/L Qnt  Qs 1900 =15,71 mg/l K1( Tmix ,0 )  K1( 20 ,42o C )  KT T  20 K1( 20 o C )  1.05T 20 K1( 20 o C ) =1,1050,42* 0,15=0,15/ngày K ( Tmix ,0 )  K ( 20 ,42o C )   T 20 K ( 20 o C )  1.056 0,42 * ,545 = 0,56/ngày 182 183 Vd 8.5 Q thải = 400 m3/giờ, BOD5 = 30 mg/l (ở 20°C), DO = mg/l, T =22°C Sơng có Q= 1500 m3/giờ, BOD5 = 2,5 mg/l (ở 20°C), DO =7,0 mg/l, T=20°C, V=0,3 m/s, H=2,5 m T 20 Biết K1 = 0,15/ngày (ở 20°C); Hệ số nạp khí k2 (T )  k2 (20 C )1,056 ; DObh(T) = 1800.219(T+45)-1.2645= 11,33 mg/L Tính DO khoảng cách km so với nguồn xả thải Ví dụ 8.6 Qnt = 14400 m3/ngày, BOD5,nt = 35 mg/l, DOnt = 2,5 mg/L, Tnt = 22°C Sơng có Qs = 1500m3/giờ, BOD5,s = 2.5mg/l, DO =7,5 mg/l, Ts = 20°C Tại k.cách km so với nguồn thải phía hạ lưu kênh dẫn đổ vào sơng có Qk = 12000 m3/ngày, BOD5,k = 2,5 mg/l, DOk = 7,0 mg/l, Tk = 22 °C Biết V = 0,3 m/s, độ sâu trung bình H = 2,5 m, k1 = 0,15/ngày Hãy tính nồng độ oxy hòa sơng cách vị trí kênh km phía hạ lưu t 5000 m 5000  =0,1929 ngày ,3m / s ,3 * 24 * 3600 D( 5000 m )  Dt 0 ,1929   Qk, BODk, DOk, Tk Qnt, BODnt, DOnt, Tnt L( 5000m )  Lt 0 ,1929  L0 e k1t  15,71* e0.15*0.1929  15.255mg / L Qs, BODs, DOs, Ts k1 L0 ,mix  k1t  k2t ( e  e )  D0 e k2t  k  k1 ,15 * 15 ,71 0 ,15*0 ,1929 0 ,55*0 ,1929 (e e )  3,17 e 0 ,55*0 ,1929  3,27 mg / l ,55  ,15 V Ct DOt ? 10 s (km) DO(5000m)=DObão hòa – D(5000) = 9,09 – 3,27 = 5,82 (mg/l) 184 185 Ví dụ 8.7 Nước thải: Qnt = 1m3/s; Lnt = 400mg/l; DO = 1mg/l Sơng có Qs = 10m3/s; Ls = 1mg/l; DO 10mg/l Biết DObh= mg/l; H.số khử oxy K1 = 0,3/ngày; Hệ số nạp oxy K2 = 0,5/ngày nước có T = 20oC Để DOc  4mg/l BOD xả cần giảm ? Qnt = 1m3/s; Lnt = ?? mg/l; DOnt = 1mg/l K1 = 0,3/ngày K2 = 0,5/ngày Qnt = 1m3/s; Lnt = ? mg/l; DOnt = 2mg/l Qs= 10m3/s; Ls = 1mg/l; DOs= 6mg/l DO = 5,55 mg/l Do = 3,45 mg/l Qs= 10m3/s; Ls = 1mg/l; DOs= 6mg/l DOc  4mg/l Dc=5mg/l K1 L0 exp(  K1tc )  5mg/l K2 K  D (( K  K )   tc  /( K  K ) ln    K K L0   1 Dc  DO = 5,55 mg/l Do = 3,45 mg/l DO0  K1 = 0,3/ngày K2 = 0,5/ngày DOc  4mg/l Dc = 5mg/l Qnt DOnt  Qs DOs *1  10 *   5,55 mg / l Qnt  Qs  10 Nghiệm: tc L0 D0  DObh  DO   5,55  3,45mg / l 186 187 31 17:53 L0  Bài tập K2 Dc K exp(  K 1tc ) K tc  /( K  K ) ln   K1 (1)  D (( K  K )     (2) K L0   tc giả thiết L0 (1) Tc tính tốn (2) 1.00 1.41 1.56 1.60 1.62 11.25 12.72 13.29 13.48 13.55 1.41 1.56 1.60 1.62 1.62 L0  Lnt  188 Qnt = 1m3/s; Lnt = ? mg/l; DOnt = 2mg/l Dc=5mg/L K1=0,3/ngày K2=0,5/ngày Dobh = 9mg/l K1 = 0,3/ngày K2 = 0,3/ngày Qs= 10m3/s; Ls = 1mg/l; DOs= 6mg/l DOc  4mg/l Dc=5mg/l DO = 5,55 mg/l Do = 3,45 mg/l Qnt Lnt  Qs Ls Qnt  Qs L0 (Qnt  Qs )  Qs Ls 13,55 *11  10.1 =139mg/l  Qnt L0  K2 Dc K exp(  K 1tc ) tc  D (1 ) k1 L0 Để DOc  4mg/l BOD tồn phần nƣớc thải cần giảm ? BOD xả cần giảm là: 400 mg/l - 139mg/l = 261 mg/l 189 Mô dòng chảy L0 Lt  L0 e  K1t v1 BODt  L0 (  e  K 1t ) Lx? v2 x Dt  k1 L0 ( e k1t  e k2t )  D0 e k2t k2  k1 Các dạng dòng chảy Dòng Dòng ổn định biến đổi dần Dòng không ổn định 190 191 Công thức Chesy Manning tính tốn dòng CÁC KHÁI NIỆM Dòng chảy thực tế xảy ra, nhiên đoạn kênh ngắn xem chảy Dòng chảy đều: dòng chảy có vận tốc không phụ thuộc thời gian không đổi từ mặt cắt sang mặt cắt khác Điều kiện cần để có dòng chảy đều: Dòng chảy sở tính tốn thiết kế cho hầu hết loại kênh cống Các đặc trưng thủy lực mặt cắt ướt: • Hình dạng mặt cắt, chu vi diện tích mặt cắt ướt khơng đổi dọc theo dòng chảy • Độ dốc đáy khơng đổi, i=const • Hệ số nhám không đổi, n=const • • • • • • • Chiều sâu: h Bề rộng mặt thống: B Bề rộng đáy kênh: b Diện tích mặt cắt ướt: A Chu vi ướt: P Bán kính thủy lực: R=A/P Hệ số mái dốc: m=cotg() B Phụ lục Kích thước hình học số loại mặt cắt Độ dốc đáy kênh i = tg() 192  L 193 32 17:53 Dạng mặt cắt B A P b + 2mh h(b+mh) b  2h  m B m h A b B h bh A1 A2 A3 A4 An b + 2h C b 2mh h B mh2 2h  m m D h( D  h ) (   sin  ) D h  D2  D A = A1 + A2 + + An E F P = AB + BC + CD + R = A/P 194 195 Công thức Chezy Manning Công thức Chezy Manning Các công thức bán tno tn để tính dòng chảy ổn định kênh hở có dạng: V  CR x i y Cơng thức Chezy V: vận tốc trung bình mặt cắt R: Bán kính thủy lực i: Độ dốc đáy kênh Công thức Chezy C: Hệ số ma sát x, y: Hằng số V  C Ri V=const tổn thất lượng dọc theo dòng kênh cân với việc giảm độ dốc đáy kênh C gọi hệ số Chezy Công thức Manning Manning từ thực nhiệm tìm cơng thức tính dòng sau: Độ giảm độ dốc kênh là: Fm  W sin  AL sin V W: Trọng lượng thể tích nước từ mc 1-1 đến mc 2-2  : Trọng lượng riêng chất lỏng   C   V  C Ri • 1.49 / R i n Hệ Anh 1/ R n Xác định hệ số nhám - Trường hợp mặt cắt kênh đơn giản 1) Phƣơng pháp SCS (Soil Conversation Service, Cowan): Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số nhám (n) • V 197 Xác định hệ số nhám • Hệ SI Hệ số n gọi hệ số manning F  ALtg  ALi Do độ dốc đáy kênh thường bé nên sin  tg  m Dòng chảy sát đáy dòng rối nên tổn thất lượng ma sát đơn vị 1/ 1/ diện tích : f  kV Ai        Ri r  Fr  kLPV  V   k  P k 196 2/ R i n Độ nhám lòng dẫn: phụ thuộc đặc điểm vật liệu đáy, với vật liệu mịn (đất, cát) n nhỏ ngược lại Ngồi đặc tính vật liệu đáy, lớp phủ thực vật mái kênh vật cản lòng dẫn làm tăng n Trên sở hệ số nhám cho kênh tiêu chuẩn: kênh thẳng, mặt cắt lăng trụ, đáy trơn có loại vật liệu Hình dạng mặt cắt kênh: Các dạng mặt cắt kênh (hình thang, hình tròn, vng, ) ảnh hưởng đến n Ngồi thay đổi hình dạng mặt cắt (do bị bồi, uốn khúc) tuyến kênh làm tăng n Kênh chuẩn Tiết diện thay đổi nhỏ n = 0,02 + 0,005 + 0,001 Bờ kênh có cỏ 2) Phƣơng pháp dùng bảng Vd: Lòng dẫn thiên nhiên thẳng, đất mịn, khơng vật cản có n=0,025 3) Phƣơng pháp dùng ảnh Mực nƣớc lƣu lƣợng: Trên lòng dẫn chính, mực nước lưu lượng tăng n thường giảm 4) Phƣơng pháp biểu đồ lƣu tốc Từ số liệu tno chiều sâu, vận tốc dòng chảy, người ta xây dựng hàm tno: n ( x  )h / 6 ,78( x  ,95 ) x=U0.2/U0.8 5) Các công thức thực nhiệm dựa kích thƣớc hạt Vd: cơng thức Raudkivi (1976) 198 n  0.013d 65 1/ 199 33 17:53 BT Một kênh hình thang có đáy rộng 10m, độ sâu dòng h = 5m, mái dốc m = 1, độ dốc kênh i=0,0001 hệ số nhám n=0,02 Xác định lưu tốc V, lưu lượng dòng chảy Q hệ số nạp oxy k2 sông 1.3 Xác định hệ số nhám - Trường hợp mặt cắt phức tạp - Khi vận tốc đơn mảnh chia  n 3/    pi ni   n   i 1 p       - Nếu xem lực ma sát toàn mặt cắt tổng lực ma sát thành phần  n   pi ni n   i 1  p   Công thức Horton, Einstei Bank - Nếu xem tổng lưu lượng toàn mặt cắt tổng lưu lượng thành phần Cơng thức Cox dựa thí nghiệm n 2/3       1/ PR / P R5 /  i i ni i 1 20.00 75.00 24.14 3.11 1.06 79.84 3.75 0.55 n n n  ni Ai i 1 A 200 201 Phƣơng trình lƣợng tính tốn dòng ổn định biến đổi dần Vm 2g Khái niệm lượng mặt cắt • Năng lượng tồn phần V  gh cos  V E a  a   2g g 2g P  a  h cos   ah V V  Tính dòng ổn định pt lượng Đường Mặt thống a Đáy kênh hm Phƣơng trình lƣợng tính tốn dòng ổn định biến đổi dần h i.lm  hm   mVm E0  h  h1 V1, A1 h2 Khi biết hm => V2, A2 V1, A1 h1>h2 Khi biết hm+1 => h1=h2 202 203 Phƣơng trình lƣợng tính tốn dòng ổn định biến đổi dần E0m+1   Q2   Q2 hm1   hm  m   ( i  J ).lm  m1 2 gAm1 gA m     m1Q   mQ   ( i  J ).lm  hm   hm1  gAm2 1  gAm2  P1  P2  Wx  Ff  ma Ví dụ: Một kênh có n=0,02, i=0,0001, Q =50m3/s Kênh có mặt cắt HCN nhật mở rộng dần phía hạ lưu, bm=4m, hm=3m, bm+1=10m Biết Lm=100m, tính hm+1, vận tốc dòng chảy trung bình hai mặt cắt & k2 • Thành phần áp lực   Q   Q   hm  m   ( i  J ).lm  m1 2 gAm1 gAm   P2  A2 Y2 hm1 hm+1 giả thiết h Am+1 A P R E0m ( i  J )L gAm2  hm+1 3.5 40.0 26.0 14.0 1.86 0.00065 3.88 -0.05 0.08 3.75 3.75 3.4 37.5 24.8 13.8 1.80 0.00075 3.88 -0.06 0.09 3.73 0.09 3.73 3.73 V 3.4 37.3 24.6 13.7 1.80 0.00075 3.88 2/3 R J  1.8 / 0.0075 n 0.02 = 2,03m/s -0.07 k  3.93 V 0.5 H 1.5 Wx P2 W Wx   L  x A1  A2 A  A2 L sin    Li 2 • Thành phần ma sát tính Q • Thành phần trọng lực  mQ P1 Ff P1  A1 Y1 J 2g Phƣơng trình động lƣợng tính tốn dòng ổn định biến đổi dần 2/3 V R J n Vận tốc trung bình hai mặt cắt hm+1 Vm+1 i Lm E0m h2 V2, A2 hm V m1 J hm Vm Ống Pitot h1 Q2 n 2Q Q2 Q2 J    2/3 AC R K K A.R E0 m 1  E0 m  mQ  m1Q  ( i  J ).l m  hm   hm1   lm  2 gAm2 1 gAm (i  J ) V 2g Vm 2g hm  J lm J 2g  m 1Vm21  hm 1   hm 2g 2g hm :Tổn thất cột áp dòng chảy đoạn Mặt chuẩn 2g • Năng lượng riêng 204 B A P R V Q H k2 V 0.5 k2  3.93 1.5 H F f  k PLV =0.89 205 2    kV   R J V   RJ k A A1  A2 JL  F f   R J PL   J PL   AJ L   P 1/ 34 17:53 Phƣơng trình động lƣợng tính tốn dòng ổn định biến đổi dần • Thành phần biến thiên toàn phần động lượng Vx Vx ma  AL  AL t L /V  AV Vx  Q ma  Q  g  Q P1 Wx P2 Ff  Vx L W g (  2V2  1V1 ) Chƣơng x MƠ HÌNH DÕNG CHẢY VÀ LAN TRUYỀN CHẤT TRONG KÊNH SÔNG P2  P1  Wx  Ff  ma  206 A A A A Q Q A1Y1  A2 Y2   Li   L J   2V2  1V1 2 g g Q A1  A2 A1  A2 Q 1V1  A1Y1  Li  L J   2V2  A2 Y2 g 2 g Q 1 Q 22 A1  A2 A1  A2  A1Y1  Li  LJ   A2 Y2 gA1 2 gA2 207 Phƣơng trình lan truyền chất Phƣơng trình lan truyền chất a) Thơng lượng khuếch tán c) PT lan truyền chất 6 6 6  C x b) Thông lượng qua mặt cắt fD  D fD: Thông lượng khuếch tán rối qua đơn vị diện tích giây D: Hệ số khuếch tán [s-1m-2] C F F F F dx x F dx x dx ( AdxC ) F  F ( F  dx )  ( Adx )s t x ( AC ) F   dx  As t x C x (1) dx FD  A f D   AD x (2) C  F[g/s]: Khối lượng chất ô nhiễm qua  F  A vC  D  mặt cắt đơn vị tgian 1s x   Phƣơng trình lan truyền chất F Theo định luật bảo toàn khối lượng: A v F  FV  FD FV  A.v.C 208 v (1) x A C C   F  A vC  D  x    ( AC ) AvC  C   ( AD )  As t x x x  ( AC ) QC  C   ( AD )  As t x x x (2) s thay đổi khối lượng chất ô nhiễm đơn vị thể tích đơn vị thời gian 209 Phương trình lan truyền chất c) PT lan truyền chất F F dx x F (Flux) ( AC ) QC  C   ( AD )  As t x x x Khuếch Chuyển Bình Biến đổi tán hóa địa phương lưu x Hệ phương trình mơ lan truyền chất x h Q q   t B s B Gọi V thể tích mặt cắt QQ Q   Q  z   gA  gA 2  u0 q    t s  A  s AC R ( AxC ) QC  C  x  ( AD )x  Axs t x x x VC ( QC )   C   x   DA x  S t x x  x   VC  ( QC ) x    DA C x  S t x x  hệ phương trình Saint-Venant x  Phương trình lan truyền chất S thay đổi khối lượng chất ô nhiễm khối thể tích mặt cắt đơn vị thời gian 210 211 35 17:53 Phương trình lan truyền chất sông Giải hpt lan truyền chất up dn sai phân hữu hạn Qup Aup Giải hệ pt St Venant theo pp sai phân Qdn Adn Phương trình cân nút Chuyển pt vi phân thành pt đại số - Sơ đồ ẩn x VC ( QC )   C  x  x   DA x  S t x x  x   C* C*  * * V n 1C n 1  V nC n  t QupCup  QdnCup  Ddn Adn  Dup Aup  tS  x x up  dn  n+1 V Thể tích nước tính tốn bước thời gian (m ) Vn Thể tích nước tính tốn bước thời gian (m3) Cn+1 Nồng độ chất ô nhiễm bước thời gian (m3) Cn Nồng độ chất ô nhiễm bước thời gian (m3) Hi Qi - Sơ đồ Giải pt lan truyền chất theo pp thể tích hữu hạn Hi Qi N-1 N m Q C i 1 i i 0 212 213 Mơ hình HEC-RAS mơ chất lƣợng lƣợng nƣớc mặt Giới thiệu mô hình HEC-RAS Phƣơng trình mơ chất lƣợng nƣớc HEC-RAS HEC-RAS_4.1_Users_Manual.pdf Đơn vị Các biến trạng thái chất dinh dưỡng HEC-RAS (HEC-GeoRAS) www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/ • Mơ dòng ổn định ổn định không biến đổi dần dựa phương trình vi bảo tồn lượng mặt cắt • Mơ dòng khơng định dựa việc giải hệ phương trình Saint Venant theo sơ đồ sai phân ẩn • Mơ vận chuyển bùn cát mô lan truyền ô nhiễm hệ thống kênh sơng NO2 hòa tan (Dissolved Nitrite Nitrogen) mgN/L NO3 hòa tan (Dissolved Nitrate Nitrogen) mgN/L OrgN - Nitơ hữu hòa tan (Dissolved Organic Nitrogen) mgN/L NH4 hòa tan (Dissolved Ammonium Nitrogen) mgN/L OrgP Photpho Phosphorus) hữu hòa tan (D.solved Organic PO4 hòa tan (Dissolved Orthophosphate) A – Tảo (Algae) CBOD - Nhu cầu oxy sinh hóa hợp chất carbon (Carbonaceous Biological Oxygen Demand) DOX - Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen) 214 mgP/L mgA/L mgBOD/L mgDO/L 215 Phƣơng trình mơ chất lƣợng nƣớc HEC-RAS      (V )   (Q )x   AV x  S t x x  x  V water quality cell (m3)  C chất ô nhiễm (kg/m3) Tnước (0C) Phƣơng trình mơ chất lƣợng nƣớc HEC-RAS      (V )   (Q )x   AV x  S t x x  x    *  *   * * V n1 n1  V n n  t Qupup  Qdnup  dn Adn  up Aup   t x dn x up  t ss  n+1 n Q lưu lượng dòng chảy (m3/s); x  hệ số khuếch tán (m2/s); A diện tích mặt cắt ngang (m2); x kh.cách m.cắt đầu cuối tính; S (kg/s) tốc độ thay đổi n.độ chất nhiễm chuyển hóa lắng đọng   0.011m uw yu * u *  gyS 216 mgP/L m hệ số, xác định users u tốc độ dòng chảy; w độ rộng trung bình mặt cắt ướt; y độ sâu trung bình mực nước u* shear vận tốc 217 nồng độ chất ô nhiễm thời gian tính tốn (kg/m3) nồng độ chất nhiễm thời gian trước (kg/m3) up* nồng độ tính theo QUICKEST mặt cắt (kg/m3)  * đạo hàm QUICKEST mặt cắt (kg/m4) x up up hệ số khuếch tán mặt cắt (m2/s) Vn+1 thể tích nước tính tốn bước thời gian (m3) Vn thể tích nước tính tốn bước thời gian (m3) Qup lưu lượng dòng chảy mặt cắt (m3/s) Aup diện tích mặt cắt ướt mặt cắt (m2)  thành phần tích lũy lượng tính tốn (C/m3s) hay t ss thành phần chuyển hóa chất dinh dưỡng tính tốn (kg/m3s) Các thành phần có số “dn” giá trị mc tính tốn 36 17:53 Mơ nhiệt độ nƣớc Dữ liệu cho mô chất lƣợng nƣớc Kết mô thủy lực (H, Q); Dữ liệu chất lượng nước biên (upstream boudary), (Downstream Boudary) nhập bên (lateral boudary) bao gồm M & C Dữ liệu khí tượng bao gồm: T, q, V xạ (step 0.9) R = 0,05-0,1 hệ số phản mặt đệm (albedo) Đ.luật Stefan-Boltzmann Trái đất Nh.dung riêng nhôm 880J/kg.C) d  10 Q0 ) (sin  sin   cos  cos  cos  )    0.4089 cos(2 365 r2 Q0 = 1395,6W/m2 Thị phổ Bức xạ mặt trời tới Phát xạ sóng dài từ khí Phát xạ sóng dài nước Thơng lượng hiển nhiệt Thông lượng ẩn nhiệt qsw  q0 at (1  R)(1  0,65Cl ) q0  Hiển + Ẩn nhiệt Dòng nhiệt đất Mặt trời Cp qnet  qsw  qatm  qw  qh  ql HSMT I0 R0 I0=1,968 cal/cm2.phút (hoặc 1395,6 w/m2 qnet w = 0,97 hệ số phát xạ nước 221 Thông lƣợng Ẩn nhiệt 0,622 ql  L w (es  ea ) f (U ) P 17 ,67T ) e 243,5  T f  a 100% es 17,67Td ea  611 exp( ) 243,5  Td es  611exp( Thông lƣợng hiển nhiệt K qh  h C p W (Ta  Tw ) f (U ) Kl Cp Nhiệt dung đẳng áp khơng khí (J/kg.C); L ẩn nhiệt hóa nước (J/kg) hàm phụ thuộc Tnước L  2,501*106  2370T T (0C) Ta Nhiệt độ khơng khí nhập dạng chuỗi thời gian; Tw Nhiệt độ nước; R(a+bUc) f(U) = a, b, c Hệ số hệ số hiệu chỉnh (calibration coefficient) R hàm số Richardson Ri (0,3 KQ ổ.định -> 12,3) g (  air   sat ) z Ri    airu u tốc độ gió (m/s) 222 qnet  wC pw V sat m.độ k.khí ẩm bão hòa, tính theo Tướt R = 12,3 Ri  -1 R = (1-22Ri)0,8 -1 < Ri  -0,01 R=1 -0,01 < Ri < + 0,01 R = (1+34Ri)-0,80 0,001  Ri < R = 0,03  Ri Kh/Kl tỷ số khuếch tán (diffusivity ratio), thiết lập người sử dụng dựa tỷ số phần ẩn nhiệt hiển nhiệt có giá trị từ 0,5 đến 1,5 giá trị từ 0,9 đến 1,1 khuyến cáo nên dùng 223 37 17:53 Sự chuyển hóa chất dinh dƣỡng 1) Tảo -Algae (A) (Chỉ xét Phytoplankton) CHL (Chlorophyll-a, diệp lục loại a) tham số giám ch.l.nước CHL = 0 A  1* d FN  (g Chl-a/L) (1) Tốc độ phát triển tảo (2) Q trình hơ hấp (1) (2) (3) (3) q trình lắng đọng (chết) * Tốc độ phát triển địa phương tảo (1/ngày) * Tốc độ hô hấp tảo (1/ngày); 1* Tốc độ lắng (chết) tảo (user, T) d Độ sâu trung bình mặt cắt; Tốc độ hô hấp tảo * chuyển biến P N thành photpho nitơ hữu A  A *  A *  Tốc độ phát triển địa phương tảo *  *   max GL GL = FL min(FP,FN) A *  *   max GL 224 GL = FL min(FP,FN) FP (Nutrient Limitation for Phosphorous) FN (Nutrient Limitation for Nitrogen) FL (Limitation for Light) 2) Chuyển hóa Nitơ (Nitrogen parametters) FP  OrgN NH4, NO2, NO3 *  1* (1  exp  KNR.DOC ) NH  F11 A d (1) (2) (3) (1) Quá trình thủy phân OrgN thành NH4; (2) khuếch tán từ sinh vật đáy (diffusion from benthos); (3) q trình oxy hóa (Oxidation) chuyển từ NH4 thành NO2; (4) phần hấp thu tảo (Algal uptake) d  1* (1  exp  KNR.DOX ) NH  F11A PN yếu tố ưu tiên nitơ, PN có giá trị từ tới Khi PN = F1 phụ thuộc vào NH4 hay ưu tiên thuộc NH4 227 c) Chuyển hóa NO2 (Source and Sinks of Nitrite Nitrogen) + Tự nhiên: P hòa tan đá khoáng vật + Nước thải (Chất giặt tẩy ) a) Chuyển hóa photpho hữu (OrgP) 3) Chuyển hóa photpho NO2  1 (1  exp  KNR.DOX ) NH   (1  exp  KNR.DOX ) NO2 (1) (2) OrgP    * A   4*OrgP   5*OrgP (1) P từ hô hấp tảo (2) P.hủy OrgP thành PO4 (1) (2) (3) (3) OrgP lắng (OrgP settling) 2 P.khối lượng P chiếm sinh khối tảo (mgP/mgA), user * Tốc độ hô hấp tảo (1/ngày); 4* Hằng số tốc độ oxy hóa OrgP thành PO4 (1/ngày), user 5* Tốc độ lắng OrgP lắng đọng (1/ngày); b) Chuyển hóa Orthophosphate (PO4) (1) Chuyển hóa NH4 thành NO2 (2) q trình oxy hóa NO2 thành NO3 1* số tốc độ oxy hóa NH4 thành NO2 (1/ngày); 2* tốc độ oxy hóa nitrite (NO2) thành nitrate (NO3), p.thuộc T KNR hệ số cư trú nitrat hóa bậc (mgO-1L) d) Chuyển hóa NO3 (Source and Sinks of Nitrate Nitrogen) (1) oxy hóa NO2 -> NO3; NO3   (1  exp  KNR.DOX ) NO2  (1  F1 )1A (2) NO3 tảo hấp thu (1) (2) KNR  1 KNR F1 228  3* 3* Hằng số tốc độ thủy phân OrgN thành NH4 (1/ngày); 1* Hằng số tốc độ oxy hóa NH4 thành NO2 (1/ngày); 3* Hằng số tốc độ thoát NH4 từ sinh vật đáy (mgN/m2) d độ sâu trung bình mặt cắt;  tốc độ phát triển tảo (1/ngày); 1 phần khối lượng nitơ sinh khối tảo (mgN/mgA); KNR ~ 0,6 hệ số cư trú nitrat hóa bậc (mgO-1L) GL giới hạn phát triển tảo, không thứ nguyên; F1 phần NH4 mà tảo hấp thụ bể NH4 tính sau: PN NH F1  PN NH  (1  PN ) NO3  3* 226 0 phần suy giảm ánh sáng không tảo (1/m) 1 hệ số tuyến tính b.râm tảo ugChla/mL 2 hệ số phi tuyến b.râm tảo (ugChla/L)-2/3/m 0 tỷ số CHL khối lượng sinh học NH  3*OrgN  b) Chuyển hóa NH4 NH   3*OrgN  KP số (mg P/L) (user) 225 OrgN  1  A   OrgN   OrgN (1) Tạo q trình hơ hấp tảo (2) Chuyển hóa thành NH4 =thủy phân (1) (2) (3) (3) Mất lắng đọng (settling) 1 = khối lượng N tảo /khối lượng tảo (mgN/mgA) (user) * Tốc độ hô hấp tảo (1/ngày); 3* Hằng số tốc độ thủy phân 4* Hằng số tốc độ lắng đọng OrgN (1/ngày) (user, T) * PO4 PO4  KP Ne nồng độ hiệu chất dinh dưỡng vô cơ: Ne = (NH4) + (NO3); KN số (user, T) I0 cường độ ánh sáng bề mặt (W/m2)  KL  I   d độ sâu trung bình mặt cắt (m); FL  ln   d  d  KL  I e   hệ số suy giảm cường độ ánh sáng (1/m) KL hệ số ánh bão hòa I0 = asw qsw qsw cường độ xạ sóng ngắn (W/m2); asw = 0,5 hệ số suy yếu xạ sóng ngắn  = 0 + 10 + 2(0A)2/3 a) Chuyển hóa OrgN * Ne Ne  KN Hệ số cư trú nitrat hóa bậc (mgO-1L) Tốc độ phát triển tảo (1/ngày); = khối lượng nitơ / sinh khối tảo (mgN/mgA); Hệ số cư trú nitrat hóa bậc (mgO-1L) Phần NH4 mà tảo hấp thụ bể NH4 229  2* (1) Tạo PO4 phân hủy OrgP,   A (2) K tán từ sinh vật đáy, d (3) Mất PO4 hấp thu tảo (1) (2) (3) 2* Tốc độ phát thải PO4 từ sinh vật đáy (mgP/m2ngày) d Độ sâu trung bình mặt cắt ngang (m)  Tốc độ phát triển tảo (1/ngày) PO4   4*OrgP  38 17:53 4) Nhu cầu oxy sinh hóa hợp chất carbon (CBOD) Giới hạn bƣớc thời gian tính (Upper Limit on Computaional Time Step) CBOD   K1*CBOD  K3*CBOD 1) Phân hủy (1) (2) (2) Lắng K1* tốc độ tiêu thụ oxy (deoxygeneration), f(T) K3* tốc độ CBOD lắng đọng (1/ngày), f(T) Số Courant địa phương (1) 230 (2) (3) d (4) (5)  us  us Số Peclet 5) Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen - DOX) K DOX  K 2* (Osat  DOX )  A(     )  K1CBOD    1 NH    NO2 Cus  uus t  0,9 x t  0,4 x us hệ số khuếch tán (6) (1) Nạp oxy từ KQ; (2) Oxy quang hợp - hô hấp; (3) tiêu thụ oxy CBOD; (4) Oxy cho bùn đáy; (5) (6) oxy cho oxy hóa NH4 NO2 Osat N.độ oxy bão hòa (mgO/L); K1* Tốc độ khử oxy CBOD (1/ngày); K2* tốc độ nạp oxy từ KQ; K4* Hệ số tốc độ yêu cầu oxy cho bùn đáy (mg/m2.ngày) 3 Lượng oxy sản sinh đơn vị tảo quang hợp (mgO/mgA); 4 Lượng oxy đơn vị khối lượng tảo q trình hơ hấp; 5; 6 Lượng oxy tiêu thụ oxy hóa đơn vị NH4, NO2 (mgO/mgN); 1* Tốc độ oxy hóa NH4 (1/ngày); 2* tốc độ oxy hóa NO2 (1/ngày); x uus 231 Mơ hình HEC-RAS mơ chất lƣợng lƣợng nƣớc mặt 1) Điều kiện biên (Boundary conditions) I) Số liệu chất lƣợng nƣớc Edit -> Water Quality Data Nhập bên Nhiệt độ Chất dinh dưỡng Bảo toàn tùy ý HEC-RAS 4.0 232 .\Water Temperature Examples\WaterQualityExamp.prj 233 1) Điều kiện biên 1) Điều kiện biên a) Nhiệt độ b) Tảo Nhập bên 234 235 39 17:53 1) Điều kiện biên b) DOX 2) Điều kiện ban đầu (Initial conditions) 3) Hệ số khuếch tán (Dispersion Coefficients) CBOD=0 OrgN  DOX NH4 = const   0.011m NO2 = 236 237 4) Số liệu khí tượng (Meteorology Datasets) uw yu * u *  gyS m hệ số; u tốc độ dòng chảy; w độ rộng trung bình mặt cắt ướt; y độ sâu trung bình mực nước u* shear vận tốc 4) Số liệu khí tượng (Meteorology Datasets) X 238 Lat - lon Dust coefficient 239 Chạy mơ hình (Mơ chất lƣợng nƣớc) Nutrient Parameters 240 U2 = a + bUzc Trong a, b c hệ số Sau tính tốc độ gió mực 2m theo công thức cần hiệu chỉnh lại theo mức độ ổn định khí dựa theo số richarson 241 40 17:53 Hiển thị kết Hiển thị kết View -> WQ Spatial Plot C:\Users\Admin\Documents\HEC Data\HEC-RAS\Water Temperature Examples\Sacramento.wq01 Legend 15 15.5 16 16.5 17 17.5 18 18.5 19 19.5 File -> Copy Plot to clipboard Right Click, color scale 242 243 Hiển thị kết View -> WQ Time Series CHƢƠNG 10 MƠ HÌNH DÕNG CHẢY VÀ LAN TRUYỀN CHẤT TRONG ĐẤT 244 245 Một số khái niệm định nghĩa 100Wo W 100W0' Độ rỗng hiệu dụng n e  W Wo e  Hệ số rỗng Ws Độ rỗng Ww n 246 S = Ssb S = Ssh Tầng không thấm V thm tb th tích nước thấm qua tA V thấm trung bình qua lỗ rỗng  V Vt   tne A ne V W – Thể tích tồn khối đất W0 – Thể tích rỗng W0' = Thể tích rỗng - phần ẩm dư đất Ww – Thể tích nước Ws – Thể tích thể rắn Ss thể tích nước chứa đơn vị thể tích đất đá bão hồ trữ vào hay lấy cột nước áp suất biến đổi đơn vị => Thể tích nước có khả hay nhập vào đơn vị diện tích bề mặt S V thấm thực V thấm trung bình (V Darcy) W Ws Hệ số chứa nước riêng Ss Đối với tầng bị chặn: Đối với tầng không bị chặn: Một số khái niệm định nghĩa W0 Cột nước thuỷ tĩnh (cột nước đo áp) h 1m 1m P  V A z V2/2g