a. Khái niệm
Mô hình là một công cụ không thể thiếu của khoa học, cho phép tìm hiểu thực tế một cách nhanh nhất và ít tốn kém nhất. Thực tiễn phát triển của khoa học cho thấy rằng mô phỏng chính xác hoàn toàn, ngay cả một yếu tố nhỏ không hề là một nhiệm vụ dễ dàng. Tuy vậy mô hình hóa cho phép các nhà khoa học tương tác lặp đi lặp lại với thực tế, liên tục thử nghiệm các giả định được sử dụng để xây dựng mô hình dự báo phù hợp với thực tế.
Nghiên cứu mô hình môi trường là một chủ đề phức tạp, bởi lẽ mô hình được xây dựng từ các quan điểm khắt khe của nhiều ngành khoa khọc tự nhiên như vật lý, hóa học, sinh học đến xã hội học. Các chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực này luôn cố gắng mô tả thực tế một cách xác thực nhất để đưa ra những quyết định giúp cải thiện mối quan hệ giữa con người với môi trường, dựa vào nền tảng dữ liệu được tích hợp và kiến thức đa ngành. Hiểu theo ý này thì mô hình trở thành kỹ năng và công cụ không thể thiếu.
b. Mô tả phương pháp
• Xác định các thành phần mô hình hóa
Mô hình nhận thức (mô hình lý luận) thể hiện quan điểm nghiên cứu và được xác định bởi mục tiêu và khả năng nghiên cứu. Mô hình nhận thức chứa: mô tả giới
hạn của hệ xem xét, tập hợp các phần tử của hệ; tập hợp các mối liên hệ giữa các phần tử của hệ; danh mục các quá trình diễn ra trong hệ, danh mục các tác động bên ngoài và bên trong của hệ.
Biến trạng thái: giống như tên gọi của nó, mô tả tình trạng của hệ sinh thái. Việc lựa chọn biến trạng thái cho bài toán mô hình hóa là rất quan trọng và nó phụ thuộc vào mục tiêu.
Hàm điều khiển (hay gọi là biến ngoại sinh) là hàm số của các biến đặc tính bên ngoài có ảnh hưởng đến tình trạng của hệ sinh thái.
Phương trình toán học được sử dụng để biểu diễn các quá trình sinh học, hóa học và vật lý. Chúng miêu tả mối quan hệ giữa hàm điều khiển và biến trạng thái. Cùng một phương trình có thể sử dụng trong nhiều mô hình khác nhau. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là cùng một quá trình sẽ luôn luôn được biểu diễn bằng cùng một phương trình.
Các tham số là các hệ số trong các phương trình toán biểu diễn quá trình. Chúng có thể được xem là hằng số đối với một hệ sinh thái đặc biệt hoặc một phần của hệ sinh thái. Trong bài toán đang xem xét V; là thể tích hồ chứa i là tham số được xét tới.
Các hằng số thường được sử dụng hầu hết trong các mô hình. • Xây dựng phương trình vi phân
Để xây dựng phương trình vi phân cần nắm vững sự vận hành của hệ thống cũng như một số giả thiết lý tưởng hóa bài toán thực tế. Phương trình vi phân được xây dựng dựa trên các địn luật bảo toàn: khối lượng, động lượng và năng lượng.