Tin học ứng dụng trong kỹ thuật môi trường

H TA Hệ tham chiếu địa lý Nguyn Hong Sn 3.1 giới thiệu hệ tham chiếu địa lý   Tất liệu địa lý GIS phải xác định khuôn khổ tham chiếu chung  hệ thống toạ độ đo đạc Hệ thống toạ độ phổ biến tiện lợi dùng GIS:  Kinh, vĩ độ (tức vị trí đơng-tây xác định tương kinh tuyến chuẩn Greenwich), vĩ độ, tức vị trí bắc-nam xác định tương đường xích đạo  Toạ hệ toạ độ phẳng, trực giao Đêcactơ (cartesisan) có hướng bắc-nam, tây-đơng 3.1 giới thiệu hệ tham chiếu địa lý Cú ba cách thức chiếu vị trí từ mặt elipxoit lên mặt phẳng: • chiếu trụ • chiếu phương vị • chiếu hình nón Tất liệu độ cao tham chiếu đến mực nước biển trung bình năm Mức nước khơng phải tồn giới mà chênh đến vài mét từ hai phiá lục địa 3.2 hÖ tham chiÕu tuyÕn tÝnh Một hệ tham chiếu tuyến tính xác định vị trí mạng lưới việc đo khoảng cách từ điểm xác định đến điểm dọc theo tuyến định mạng lưới Hệ tham chiếu tuyến tính liên quan gần gũi với việc sử dụng địa chỉ, tên phố, hệ tham chiếu sử dụng việc đo đạc cách rõ ràng khoảng cách, sử dụng thông tin số nhà, địa chỉ, tên phố mà it nhiều tin cậy  hệ thống tham chiếu tuyến tính thường khó thực cách linh hoạt thực tế 3.3 hệ tham chiếu định vị toàn cầu: kinh vĩ ®é Đây hệ tham chiếu địa lý hữu ích nhất, có khả cho độ phân giải khơng gian tốt nhất, cho phép: • tính tốn khoảng cách cặp vị trí khác • trợ giúp dạng phân tích khơng gian khác cách tốt Hệ thống kinh – vĩ độ hệ thống hoàn chỉnh thường gọi hệ chiếu địa lý dựa vào chuyển động xoay Trái t quanh trc ca nú 3.3 hệ tham chiếu định vị toàn cầu: kinh vĩ độ ãV trc c (có nhiều loại vĩ độ khác) điểm góc từ mặt phẳng xích đạo đến hướng thẳng đứng đường trực giao với elipxoit tham chiếu •Kinh độ trắc đạc điểm góc mặt phẳng tham chiếu (đi qua kinh độ gốc) mặt phẳng qua điểm Hai mặt phẳng vng góc với mặt phẳng xích đạo •Độ cao trắc đạc điểm khoảng cách từ elipxoit tham chiếu đến đểm theo hướng vng góc với elipxoit  Khi ta biết toạ độ kinh-vĩ hai điểm bề mặt trái đất ta xác định khoảng cách chúng 3.4 PhÐp chiÕu 3.4.1 Phép chiếu toạ độ Phép chiếu đồ dùng với mục đích thể bề mặt trái đất phần bề mặt trái đất lên mặt phẳng  Q trình ln ln kèm theo biến dạng tương thích, khoảng cách, hướng, tỷ lệ diện tích:  Sự tương thích: Khi tỷ lệ đồ điểm đồ không thay đổi với hướng, ta nói hệ chiếu tương thích Các đường kinh tuyến vĩ tuyến giao với góc vng Hình dạng vùng bảo tồn đồ tương thích  Khoảng cách: đồ coi khoảng thể khoảng cách từ tâm hệ chiếu đến địa điểm khác đồ  Hướng: đồ bảo tồn hướng góc phương vị (góc từ điểm đường đến điểm khác) thể trung thực tất hướng  Tỷ lệ: mối quan hệ khoảng cách thể đồ khoảng cách bề mặt trái đất  Diện tích: đồ coi đồng diện tất vùng thể đồ có tỷ lệ tương diện tích tương ứng bề mặt trái đất mà chúng thể 3.4 PhÐp chiÕu 3.4.2 Các phép chiếu khác (1) Nhóm chiếu hình trụ: Hình thành từ phép chiếu bề mặt cầu lên hình trụ Phép chiếu hình trụ phép chiếu sử dụng nhiều xây dựng đồ địa hình tỷ lệ trung bình lớn Trường hợp hình trụ tiếp giáp với mặt cầu đường trịn lớn (là đường trịn hình thành bề mặt trái đất măt phẳng cắt qua trung tâm trái đất): 3.4 PhÐp chiÕu 3.4.2 Các phép chiếu khác (1) Nhóm chiếu hình trụ: Trường hợp phép chiếu trụ cát tuyến, hình trụ cắt hình cầu hai đường trịn nhỏ (đường trịn hình thành bề mặt trái đất mặt phẳng cắt không qua tâm trái đất) Khi hình trụ thẳng góc với trục trái đất (đường nối hai cực) ta có hệ chiếu hình trụ ngang 3.4 PhÐp chiÕu 3.4.2 Các phép chiếu khác (2) Nhóm chiếu nón: Hình thành với việc chiếu hình cầu lên hình nón Phép chiếu hình nón phân loại theo kích thước thân hình nón vị trí trái đất Hình nón tiếp xúc với hình cầu đường tròn nhỏ Trong trường hợp đây, hình nón cắt hình cầu đường nhỏ tiếp xúc đường tròn lớn 3.4 PhÐp chiÕu 3.4.2 Các phép chiếu khác (3) Nhóm chiếu Phuong vi Chiếu góc phương vị tạo lên khối cầu chiếu lên mặt phẳng Khi mặt phẳng tiếp xúc với mặt cầu điểm Khi mặt phẳng cắt khối cầu đường tròn nhỏ 3.4 PhÐp chiÕu 3.4.3 Các hệ toạ độ bản: hệ toạ độ (2) Hệ toạ độ hai chiều: Đêcactơ v l h to a cc Chuyển đổi toạ độ cực sang toạ độ Đêcactơ mặt phẳng r = 3,5; θ = 60o (3,5; 60o) X = r cos(θ) = 1.75 Y = r sin(θ) = 3.03 (1.75; 3.03) 3.4 PhÐp chiÕu 3.4.3 Các hệ toạ độ bản: hệ toạ độ (2) Hệ toạ độ ba chiều: Đêcactơ hệ toạ độ địa cực Toạ độ điểm chuyển đổi từ hệ toạ độ địa cực ba chiều sang hệ Đêcactơ ba chiều sau: X = r cos(Φ) cos(θ) Y = r cos(Φ) sin(θ) Z = r sin(Φ) 3.4 PhÐp chiÕu 3.4.3 Các hệ toạ độ bản: hệ toạ độ (3) Hệ toạ độ UTM Đêcactơ hệ toạ độ địa cực Hệ toạ độ UTM (Universal Transverse Mercator) xác định vị trí nằm ngang hai chiều Số vùng UTM tương ứng với dải độ kéo dài từ 80o vĩ độ Nam đến 84o vĩ độ Bắc 3.4 PhÐp chiÕu 3.4.3 Các hệ toạ độ bản: hệ toạ độ Đêcactơ hệ toạ độ địa cực (3) Hệ toạ độ UTM •Mỗi vùng có kinh tuyến trung tâm Ví dụ vùng 14 có kinh tuyến trung tâm 99o kinh độ tây Vùng nằm từ kinh độ tây 96o đến 102o •Hướng đơng đo từ kinh tuyến trung tâm (cộng 500km để có toạ độ dương) •Hướng bắc đo từ xích đạo (cơng 10.000km vị trí nam xích đạo) 3.4 PhÐp chiÕu 3.4.3 Các hệ toạ độ bản: hệ toạ độ (4) Mốc đo đạc (Datum) Đêcactơ hệ toạ độ địa cực Mốc đo đạc xác định hệ tham chiếu mơ tả kích thước hình dạng trái đất Có hàng trăm mốc khác sử dụng kể từ Aristotle lần tính tốn kích thước trái đất Mốc đo đạc hồn thiện từ việc mơ tả trái đất theo mơ hình elipxoit sử dụng đo đạc vệ tinh qua nhiều năm Mốc đo có từ mơ hình trái đất phẳng sử dụng đo vẽ mặt phẳng đến mơ hình phức tạp sử dụng ứng dụng quốc tế mô tả cách đầy đủ kích thước, hình dạng, hướng, trọng trường, vận tốc góc trái đất Trong môn đồ, khảo sát đo vẽ, hàng hải, thiên văn học sử dụng mốc đo khoa học trắc địa môn trung tâm chủ đề Việc gắn kết tham chiếu toạ độ với mốc đo sai dẫn tới sai số hàng trăm mét Các quốc gia tổ chức khác sử dụng mốc đo khác nhau, ví dụ mốc đo sử dụng để xác định vị trí GIS, hệ thống định vị xác, hệ thống hàng hải Ngày đa dạng mốc đo tiến công nghệ cho phép đo đạc định vị với độ xác m Vì việc lựa chọn mốc đo đạc chuyển đổi toạ độ mốc cần xem xét cách thận trọng          Hệ tọa độ VN 2000 Thủ tướng Chính phủ định hệ hệ tọa độ Trắc địa Bản đồ Quốc gia Việt Nam có hiệu lực từ ngày 12/8/2000 Hệ tọa độ có đặc điểm: Sử dụng Elipsoid WGS-84 (World Geodesic System 1984) làm Elip thực dụng, Elip có bán trục lớn a = 6378137, độ det α = 1:298,2 Sử dụng phép chiếu hệ tọa độ vng góc phẳng UTM.Gốc tọa độ khn viên Viện Cơng nghệ Địa chính, đường Hồng Quốc Việt, Hà Nội Ngày 27/02/2007 Thứ trưởng Bộ Tài nguyên Môi trường Đặng Hùng Võ ký định số 05/2007/QĐ-BTNMT việc Về sử dụng hệ thống tham số tính chuyển Hệ tọa độ quốc tế WGS-84 Hệ tọa độ quốc gia VN2000 sử dụng tham số tính chuyển từ WGS84 sang VN-2000 sau: Tham số dịch chuyển gốc tọa độ:-191,90441429 m;-39,30318279 m;-111,45032835 m Gócxoay trục tọa độ:-0,00928836”;0,01975479”;-0,00427372” Hệ số tỷ lệ chiều dài:k = 0.252906278 Chuyển đổi liệu 10 Sự giới hạn nhiệt độ 39 Chuyển hóa bị ăn sống tảo • Suy giảm sinh khối tảo – Chuyển hóa – Bị ăn sống • Hơ hấp, coi q trình ngược sản xuất, tiêu thụ ơ-xi hịa tan 40 20 Chuyển hóa • Coi tổng tất trình nội làm suy giảm sinh khối tảo • Bao gồm hai phần chính: – Hơ hấp – Bài tiết • Vật chất từ tảo (các-bon, ni-tơ, phốt-pho, si-líc) quay lại mơi trường dạng hữu vô cơ, chủ yếu dạng hữu hịa tan vật chất vơ • Tổn thất sinh khối tảo chuyển hóa Bx   BM x Bx t (2.32) – Tổn thất tổng cộng sinh khối tảo chuyển hóa khơng phụ thuộc vào nồng độ ơ-xi hịa tan mơi trường 41 Chuyển hóa • Tổn thất hơ hấp tiết: Hô hấp: (1  FCDx ) BM x Bx FCDx BM x Bx Bài tiết: – FCDx số khoảng – (2.33) (2.34) – Tuy nhiên tảo khơng thể hơ hấp khơng có ơ-xi • Mặc dù tổng tổn thất sinh khối tảo chuyển hóa khơng phụ thuộc vào ơ-xi, phân phối lại tổng tổn thất theo hô hấp tiết theo (2.32) lại phụ thuộc vào ô-xi 42 21 Chuyển hóa • Khi nồng độ ơ-xi cao, hô hấp chiếm tỷ lệ lớn tổng tổn thất, hô hấp tiết phụ thuộc vào ô-xi • Khi nồng độ ô-xi thấp, tiết chiếm phần chủ đạo • Do đó, (2.33) biểu diễn tổn thất hô hấp nồng độ ô-xi cao Hô hấp:   DO  BM x Bx (1  FCDx )  KHRx  DO  (2.35) Bài tiết:  KHRx   BM x Bx (1  FCDx )  KHRx  DO  (2.36) 43 Chuyển hóa • Chuyển hóa xem tăng theo qui luật hàm mũ nhiệt độ: BM x  BMRx e KTB x (T TR x ) (2.27) – BMRx = tốc độ chuyển hóa nhiệt độ TRx nhóm tảo x (day-1) – KTBx = hệ số ảnh hưởng effect of temp on metabolism for algal group x (oC-1) – TRx = nhiệt độ tham khảo cho chuyển hóa nhóm tảo x (oC) 44 22 Tiêu thụ tảo • Tốc độ tảo bị ăn sống  B  PR x  PRR x  x   B xP  p e KTP x ( T  TR x ) (2.28) • BxP = nồng độ tham khảo tảo bị ăn sống (g C/m3) • PRRx = tốc độ bị ăn tham khảo ứng với BxP TRx cho nhóm tảo x (day1) • KTPx = ảnh hưởng nhiệt độ đến ăn tảo nhóm tảo x (EC-1) • aP = hệ số mũ – EFDC khơng mơ sinh vật phù du (zooplankton) • Thay vào đó, đưa vào tốc độ ăn tảo không đổi với giả thiết sinh khối động vật phù du có tỷ lệ cố định so với sinh khối tảo 45 Sự lắng chìm tảo • Vận tốc lắng chìm nhóm tảo coi thông số đầu vào: WSc, WSd , WSg, WSm 46 23 Các-bon hữu thể rắn (POC) Ăn tảo Lắng chìm POC    (FCPx )PR x Bx  K POC POC  (WSPOC POC ) t Z POC  RPOC  LPOC • • • • • • POC = nồng độ các-bon hữu thể rắn (g C m-3) FCP = tỷ lệ các-bon ăn tảo tạo dạng POC KPOC = tốc độ hòa tan POC (day-1) WSP = tốc độ lắng chìm vật chất hữu thể rắn (m day-1) RPOC = nồng độ các-bon hữu thể rắn khó phân hủy (g C m-3) LPOC = nồng độ các-bon hữu thể rắn dễ phân hủy (g C m-3) 47 Các-bon hữu thể rắn (POC) RPOC    FCRPx PR x Bx  K RPOC RPOC  (WSRP RPOC ) t Z LPOC    FCLPx PR x Bx  K LPOC LPOC  (WSLP LPOC ) t Z • • • • • • • • RPOC = nồng độ các-bon hữu thể rắn khó phân hủy (g C m-3) LPOC = nồng độ các-bon hữu thể rắn dễ phân hủy (g C m-3) FCRP = tỷ lệ các-bon ăn tảo tạo dạng các-bon hữu thể rắn khó phân hủy FCLP = tỷ lệ các-bon ăn tảo tạo dạng các-bon hữu thể rắn dễ phân hủy KRPOC = tốc độ hịa tan các-bon hữu thể rắn khó phân hủy (day-1) KLPOC = tốc độ hòa tan các-bon hữu thể rắn dễ phân hủy (day-1) WSRP = vận tốc lắng chìm các-bon hữu thể rắn khó phân hủy (m day-1) WSLP = vận tốc lắng chìm các-bon hữu thể rắn dễ phân hủy (m day-1) Nếu, FCRP=0, FCP = FCLP, KPOC =KLPOC 48 24 Các-bon hữu hịa tan (DOC) Chuyển hóa Bị ăn sống (2.31) Hịa tan • • • • • • • • • Khống hóa Khử ni-tơ DOC = nồng độ các-bon hữu hòa tan (g C m-3) DO = nồng độ ơ-xi hịa tan (g O2 m-3) FCDx = tỷ lệ chuyển hóa thể dạng DOC nồng độ DO vơ hạn cho nhóm tảo x KHRx = số bán bão hòa DO cho tiết DOC nhóm tảo x (g O2 m-3) FCDP = tỷ lệ các-bon bị ăn tạo dạng các-bon hữu hịa tan KHR = tốc độ hơ hấp dị dưỡng các-bon hữu hòa tan (ngày-1) Denit = tốc độ khử ni-tơ (day-1) BFDOC = thông lượng vật chất đáy DOC lớp đáy (g C m-2 ngày-1) WDOC = tải lượng từ bên các-bon hữu hòa tan (g C ngày-1) 49 Quá trình khử ni-tơ (Denitrification) 5CH 2O  4NO 3  4H   5CO  2N2 7H2O     KRORDO  NO3   K DC  K DCa lg  Bx  KTMNL (T TMNL )  AANOX     KROR  DO  KHDNN  NO3  DO    Tỷ lệ Tốc độ Ảnh hưởng DO 50 25 Phốt-pho hữu thể rắn (POP) Bị ăn sống Lắng chìm RPOP    FPRPx PRx APC x Bx  K RPOP RPOP  (WS Rp RPOP ) t z LPOP    FPLPx PRx APC x Bx  K LPOP RPOP  (WS Rp LPOP ) t z • • • • • • • • • RPOP = nồng độ phốt-pho hữu thể rắn khó phân hủy (g P m-3) LPOP = nồng độ phốt-pho hữu thể rắn dễ phân hủy (g P m-3) FPRx = tỷ lệ P tạo thành RPOP chuyển hóa nhóm tảo x FPLx = tỷ lệ P tạo thành LPOP chuyển hóa nhóm tảo x FPRP = tỷ lệ P tạo thành RPOP bị ăn sống FPLP = tỷ lệ P tạo thành LPOP bị ăn sống APC = tỷ lệ P/C trung bình tảo cho tất nhóm tảo (g P / g C) KRPOP = tốc độ thủy phân RPOP (day-1) KLPOP = tốc độ thủy phân LPOP (day-1) 51 Phốt-pho hữu hòa tan (DOP) Bị ăn sống DOP   FPDx BM x  FPDPx PR x APC x Bx t  K RPOP RPOP  K LPOP LPOP  K DOP DOP  Thủy phân • • • • • • • WDOP V (2.49) Khống hóa DOP = nồng độ phốt-pho hữu hòa tan (g P m-3) FPDx = tỷ lệ P tạo thành DOP chuyển hóa nhóm tảo x FPDPx = tỷ lệ P tạo thành DOP bị ăn sống KDOP = tốc độ khống hóa DOP (day-1) WDOP = tải lượng từ bên DOP (g P day-1) KRPOP = tốc độ thủy phân RPOP (day-1) KLPOP = tốc độ thủy phân LPOP (day-1) 52 26 Tổng phốt-phát cột nước • Phương trình động học  (PO p  PO 4d )   FPI x BM x  FPIPx PR x  Px APC x Bx t  K DOP DOP  • • • • • • • •  BFPO 4d WPO p WPO 4d (WSTSS PO p )    z z V V (2.50) Chỉ lớp sát đáy PO4t = tổng phốt-phát (g P m-3) = PO4d + PO4p PO4d = phốt-phát hòa tan (g P m-3) PO4p = phốt-phát thể rắn (bị hấp thụ) (g P m-3) FPIx = tỷ lệ P tạo phốt-pho vơ chuyển hóa nhóm tảo x FPIP = tỷ lệ P tạo phốt-pho vô bị ăn sống WSTSS = vận tốc lắng chìm chất rắn lơ lửng (m day-1), lấy từ mơ hình thủy lực BFPO4d = thơng lượng trao đổi phốt-phát bùn cát cột nước (g P m-2 day-1), áp dụng cho lớp đáy WPO4t = tải lượng từ bên tổng phốt-phát (g P day-1) 53 Tỷ lệ phốt-pho/các-bon tảo (APC) • Sự biến đổi cân hóa học nitơ-carbon tương đối nhỏ, sử dụng tỷ lệ khơng đổi ni-tơ/các-bon cho tảo, ANCx • Tỷ lệ phốt-pho/các-bon tảo quan sát có biến đổi lớn APC  (CP1prm  CP prm e CP prm PO d 1 ) (2.53) – CP1prm = tỷ lệ P/C nhỏ (g C/g P) – CP2prm = chênh lệch tỷ lệ P/C lớn nhỏ (g C/g P) – CP3prm = ảnh hưởng nồng độ phốt-phát hòa tan đến tỷ lệ P/C (per g P m-3) 54 27 Ni-tơ hữu thể rắn (PON) • Ni-tơ hữu thể rắn khó phân hủy dễ phân hủy RPON    FNRPx PRx ANC x Bx  K RPON RPON  (WS RP RPON ) t z LPON    FNLPx PRx ANC x Bx  K LPON LPON  (WS LP LPON ) t z PON    FNPx PRx ANC x Bx  K PON PON  (WS LP PON ) t z • Phương trình cân mảnh vụn ni-tơ v s detN C detN T  20  D P C alg a nc  k diss  diss C detN  t H 55 Tốc độ thủy phân khống hóa   KT (T TRHDR ) KHN   K RPON   K RN   K RNa lg  Bx e HDR  KHN  NH  NO3      KT (T TRHDR ) KHN   K LPON   K LN   K LNa lg  Bx e HDR  KHN  NH  NO3      KT (T TRHDR ) KHN   K DON   K NN   K DNa lg  Bx e HDR  KHN  NH  NO3     KHN x KHN  -1 – KRN = tốc độ thủy phân nhỏ RPON (day ) x – KLN = tốc độ thủy phân nhỏ LPON (day-1) – KDN = tốc độ khống hóa nhỏ DON (day-1) – KRNalg, KLNalg KDNalg = hệ số liên hệ thủy phân RPON LPON với khoáng hóa sinh khối tảo (day-1 per g C m-3) – KHN = số bán bão hịa trung bình cho hấp thụ ni-tơ tảo (g P m-3) 56 28 Ni-tơ hữu hịa tan (DON) Chuyển hóa Bị ăn sống DON    FNDx BM x  FNDPx PRx ANC x Bx t BFDON  K RPON RPON  K LPON LPON  K DON DON   WDON z Thủy phân • • • • • • Khống hóa (2.65) Chỉ lớp sát đáy DON = nồng độ ni-tơ hữu hòa tan (g N m-3) FNDx = tỷ lệ ni-tơ tạo dạng DON chuyển hóa nhóm tảo x FNDP = tỷ lệ ni-tơ tạo dạng DON bị ăn sống KDON = tốc độ khống hóa ni-tơ hữu hịa tan (day-1) BFDON = thông lượng DON trao đổi với đáy lớp sát đáy (g C m-2 day-1) WDON = tải lượng từ bên ngồi ni-tơ hữu hịa tan (g N day-1) 57 A-mô-ni (NH4) NH    FNI x BM x  FNIPx PRx  PN x Px ANC x Bx t BFNH  K DON DON  KNit  NH   WNH z (2.66) Chỉ lớp đáy • • • • • • FNIx = tỷ lệ ni-tơ tạo dạng vơ chuyển hóa nhóm tảo x FNIP = tỷ lệ ni-tơ tạo dạng vô bị ăn sống PNx = mức độ ưa thích hấp thụ a-mơ-ni nhóm tảo x (0