- Từ đó đưa ra các phương án giảm thiểu nồng độ chấ tô nhiễm trong gia
N ước, tất nhiên, làm ột biến trạng thái chủ yếu nhất đối với một hệ thống làm mô hình toàn lưu vực Các quá trình tới hạn mà phải được miêu tả là tất cả những biến được chứ a trong
một chu trình thủy văn: giáng thủy, bốc hơi, tích đọng, đóng băng, thấm vào đất, tuyết tan, thấm, bốc thoát hơi nước, dòng chảy, dòng chảy sát mặt, dòng chảy trong sông, các quá trình thủy động học của hồ và hồ chứa (hoạt động của sóng, sự phân tầng nước vật, v.v...).
Mô hình hoá nhiệt độ là một biến cần thiết cho các hoạt động mô hình hoá quá trình thuỷ động học, chất lượng nước và đất (vai trò của nhiệt độ cũng giống như vậy trong các mô hình chất lượng không khí và khí động học). Các quá trình tự nhiên và do con người làm ra, các qúa trình này tạo ra sự tăng hay giảm nhiệt tới từng môi trường mà được mô hình thì phải được cân nhắc. Các quá trình quan trọng bao gồm: sự trao đổi nhiệt do bức xạ sóng ngắn đi tới, bức xạ phản hồi sóng dài, truyền dẫn đối lưu, bốc hơi nước và mưa, sự tăng nhiệt từ bề mặt hấp thụ nhiệt, sự che phủ.
Khả năng mô hình một số phần chất trầm tích (cát, chất mịn nhỏ, phù sa, đất sét) đối với các trầm tích xói mòn, từ bề mặt đất thấm và không thấm nước và trong vùng nước tập trung là cần thiết. Các quá trình cần phải miêu tả bao gồm: các dòng vào từ không khí do hoạt động của gió hoặc sự tích đọng của khí quyển; sự kết tủa, sự phân rã do mưa, sự rửa trôi các chất trầm tích phân rã từ các khu vực thấm nước, sự xói lở ở suối nhỏ, sự tích tụ hoặc rửa trôi từ khu vực bề mặt đất không thấm. Sự xói lở bờ nơi nước tập trung, sự lắng đọng, xói lở và lơ lửng trong nước tập trung. Ngoài các quá trình tự nhiên, các quá trình do con người như hoạt động làm đất canh tác, xây dựng, sự nhiễu loạn của khai thác mỏ, hoạt động lâm nghiệp và việc nạo vét cũng cần được miêu tả.
Mô hình hoá ôxy hoà tan trong các lớp nước (như bề mặt, sát mặt, nước thu gom) thì cần để trợ giúp việc phân tích các chất dinh dưỡng và các tham số sinh học. Các quá trình quan trọng gồm sự truyền qua các biên của từng lớp, sự làm giảm nhu cầu ôxy trầm tích, ni tơ hoá, nhu cầu ôxy các bon nat, sự hô hấp của sinh vật, và các dòng đi vào do quang hợp.
Các loại ni tơ cần phải được diễn tả là: amônium, amônia, nitơ, nitrat và các chất ni tơ hữu cơ. Các quá trình quan trọng trong chu kỳ ni tơ gồm: Sự thăng hoa (bay hơi), a mô ni ác hoá, (kháng hoá), ni tơ rát hoá, phân huỷ ni tơ, sự bất động, sự thấm, sự không thấm, sự hấp thu của cây, sự ngưng kết nitơ, sự hấp thụ tảo, sự chết của chất hữu cơ. Các loại photpho mà phải được thể hiện là Octophophoric và photpho hữu cơ. Sự tương tác giữa các cột nước và sinh vật đáy cũng là các quá trình tới hạn đối với chu trình chất dinh dưỡng trong nhiều thuỷ vực. ở khu vực
các bể chứa chất bẩn, và các bước xử lý chất thải của động vật, dẫn đến sự lành mạnh quan trọng và liên quan đến chất lượng nước. Xác định và lượng nguồn nhiễm bẩn, ngoài sự phân huỷ và vận chuyển của vi khuẩn là những vấn đề chính của việc làm mô hình cần đề cập đến.
Những hoá chất phụ cần được mô hình bởi một mô hình chất lượng nước tổng quát là: (1) Thuốc sâu và các chất hữu cơđộc hại, (2) các chất kim loại. Một số lớn các thành phần trong 2 loại biến trạng thái vô sinh được đưa ra, một khuynh hướng khái quát hoá để xem xét các quá trình là cần thiết. Các quá trình hoá học, lý học chung quan trọng đối với sự phân huỷ và vận chuyển là sự thấm vào/ sự không thấm, sự khuyếch tán, sự lắng đọng, sự bay hơi và các phản ứng hoá học/sự suy giảm hoá chất. Các quá trình phản ứng hoá học riêng cần được diễn tả là: thuỷ phân, ô xy hoá/khử ion hoá, quang học, tổng hợp, sự phân huỷ, giáng thuỷ. Rất nhiều quá trình phân huỷ hoá chất này cần phải được xem xét ở cả trong cột nước và ở các ngăn chứa sinh vật đáy. Ngoài các quá trình bao gồm sự chuyển đổi các hoá chất này, các quá trình nguồn hoá chất tự nhiên sau đây phải được trình bày: sự thải chất kim loại trên bề mặt và sát mặt từ quặng, sự rửa trôi nói chung của hoá chất từ bề mặt đất; sự xả chất kim loại và chất độc hữu cơ từ các vị trí trữ hay vị trí xử lý, sử dụng thuốc trừ sâu từ các vùng thấm nước và sự lắng đọng trong khí quyển.
Đối với các biến trạng thái trong sinh học, các quá trình cần phải được miêu tả thì khác đối với các mức độ dinh dưỡng khác nhau.Với chất phù du, các quá trình quan trọng là phát triển, chết, lắng xuống và suy giảm. Tảo ở đáy cũng bao gồm các quá trình trên trừ quá trình chìm lắng, thay vào đó, chúng phụ thuộc vào "Sự lột xác" hay sự phân rã từ tầng đáy. Các quá trình quan trọng ảnh hưởng đến động vật nổi bao gồm: sự phát triển, hô hấp, chết và phân rã. Cá cũng có tất cả các quá trình trên của loại động vật nổi, một số quá trình quan trọng bao gồm sự thể hiện sức căng môi trường như nhiệt độ cao, lượng ôxy hoà tan thấp, chất độc hoá học, trầm tích. Những tác động lên các hệ sinh học gây ra bởi mưa a xít và biến đổi khí hậu cũng cần phải được miêu tả.
III.3.3.2. Các mô hình ứng dụng
Nghiên cứu sẽ tóm tắt cơ bản 11 mô hình chất lượng nước phổ biến nhất đã được viết thành tài liệu và có sẵn. Các mô hình này bao phủ một phạm vi khă năng từ chất lượng nước thông thường đến chất độc hại và từ các phép giải cho trạng thái ổn định một chiều đến phép giải nhiều chiều động lực.
QUALZE. Mô hình chất lượng nước trong sông nâng cao QUALZE và QUALZE- UNCAS (Browd và Barrwwell, 1987) cho phép mô phỏng một số thành phần chất lượng nước thông thường trong một hệ thống sông nhánh ở các điều kiện ổn định. Mô hình sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn đối với phương trình phản ứng và vận chuyển khối lượng phân tán theo hướng ngang một chiều. QUALZE dự báo DO, BOD, nhiệt độ và động lực phù du như là bịảnh hưởng bởi các chất dinh dưỡng và các chất hữu cơ. Mô hình này nó đi kèm với thiết bị tiền và hậu xử lý, và phần mềm tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tích tính không chắc chắn và độ nhạy cảm.
SMDTOX3. Chương trình phương pháp được giản hoá-mô hình chất độc trong sông phức hợp biến đổi (SMDTO3) là một chương trình máy tính tương tác để thực hiện xác định sức tải thải độc (Limno Tecs, 1990). Mô hình ổn định một chiều này có thể tính toán các chất rắn lở lửng và nồng độ các chất độc cụ thể và hoà tan ở trong cột nước và ở đáy sông tạo ra từ lưu lượng nguồn điểm vào trong sông, suối. Mô hình được gắn chặt với 1 cấu trúc vững xử lý đầu vào số liệu, đầu ra đồ họa, phân tích độ nhạy, phân tích tính không chắc chắn
HSPF. Chương trình mô phỏng thủy văn - FORTRAN (HSPF) (Bucknell và những người khác, 1993) là một khối bao quát để mô phỏng thủy văn lưu vực và chất lượng nước cho cả chất nhiễm bẩn thông thường và chất nhiễm bẩn hữu cơ đọc hại. Theo lưu ý trước đây, HSPF phối
hợp các mô hình phạm vi đồng ruộng đối với sức tải nguồn phi điểm vào trong một cơ cấu phân tích lưu vực và lưu vực khép kín, cơ cấu này gồm sự phân huỷ và vận chuyển trong lòng sông một chiều. Một số lựa chọn chất lượng nước và diễn toán dòng chảy thì có sẵn. Những vấn đề chất lượng nước thông thường dựđoán DO, CBOD, nhiệt độ, động lực phù du như là bị tác động của chất dinh dưỡng và các chất hữu cơ. Các vấn đề chất độc kết hợp động lực học quá trình xử lý hoá hữu cơ với thuật toán cân bằng trầm tích để dự báo nồng độ hoá chất hấp thu và hoà tan ở phía trên trầm tích đáy và cột nước nằm phía trên.
WASP5. Chương trình mô phỏng phân tích chất lượng nước, WASP5 (Anbrose, và những người khác, 1987) là một cơ cấu tổng quát hoá mô hình ngăn để mô phỏng sự phân huỷ và vận chuyển chất bẩn nước mặt. Hai mô hình con thành phần chủ yếu được cung cấp cùng với WASP5. Mô hình con thành phần chất độc-TOXI5, kết hợp động lực học xử lý hoá hữu cơ với các thuật toán cân bằng trầm tích đơn giản để dự báo nồng độ hoá chất hấp thu và nồng độ hoá chất hoà tan trong trầm tích đáy và cột nước nằm phía trên. Mô hình con thành phần về ô xy được hoà tan/phì dưỡng EUTRO5 dự báo DO, CBOD và động lực phù du như bịảnh hưởng bởi các chất dinh dưỡng và chất hữu cơ. Sự vận chuyển bị khống chế bởi các dòng chảy xác định hay việc cặp đôi các mô hình thuỷđộng học bên ngoài.
EXAMSII: Hệ thống làm mô hình phân tích giới hạn EXAMSII (Burns, 1990) là một hệ thống mô hình hóa tương tác cho phép người sử dụng xác định và lưu trữ các đặc tính của hoá chất và hệ sinh thái, sửa đổi thông qua một số lệnh đơn giản và tiến hành các đánh giá nhanh, phân tích sai số của sự phân huỷ có thểở môi trường nước của các hoá chất hữu cơ tổng hợp. EXAMS kết hợp sức tải hoá chất, sự vận chuyển, và chuyển đổi vào trong một bộ các phương trình sai phân, sử dụng luật bảo toàn khối lượng như là một nguyên tắc tính toán. Mô hình được gắn liền vào một cấu trúc chương trình mạnh được điều khiển lệnh ở dạng tương tác xử lý đầu vào số liệu và kết xuất đồ hoạ hoặc bảng biểu.
CE-QUAL-RW1: Mô hình chất lượng nước và thủy động lực học trạm thực nghiệm đường thủy quân đội Mỹ cho các sông, CE-QUAL-RW1,trang bị các hệ thống phân nhánh một chiều cùng với các công trình điều khiển thuỷ lực. Mô hình này mô phỏng DO, BOD và động lực học phù du như là bịảnh hưởng bởi chất dinh dưỡng và chất hữu cơ trong các hệ thống ổn định cao.
CE-QUAL-W2. Mô hình chất lượng nước và thủy động học trạm thực nghiệm đường thủy quân đội U.S. CE-QUAL-W2 cung cấp các mô phỏng 2 chiều (X-Z) động lực cho các thủy vực được phân tầng như là hồ chứa hoặc cửa sông hẹp. Các modul chất lượng nước và thủy động học được ghép nối trực tiếp, bởi vậy dòng chảy được dự báo bịảnh hưởng bởi mật độ nước biến đổi tính từ nhiệt độ, độ mặn và nồng độ chất rắn. Mô hình này có thể mô phỏng DO và động lực phù du do bịảnh hưởng của các chất dinh dưỡng và chất hữu cơ.
CE-QUAL-ICM. Trạm thực nghiệm đường thủy quân đội U.S đầu tiên đã phát triển CE- QUAL-ICM như là một mô hình ngăn tổng hợp để áp dụng cho vịnh Cheasapeake. Sự vận chuyển có thểđược xác định bởi người sử dụng hoặc nhập vào từ các mô hình thuỷ động học nhiều chiều phối hợp. Mô hình đặc trưng cho các đặc tính cân bằng chất dinh dưỡng - sinh vật phù du hình cây hiện đại và một mô hình con để dự báo yêu cầu ô xy trầm tích. Mô hình này chưa được phát triển mạnh, và khả năng để mô phỏng chất độc được đặt ra.
HEC5Q. Trung tâm kỹ thuật thủy văn quân đội U.S đã phát triển HEC5Q để mô phỏng sự vận hành của hệ thống sông sông và hồ chứa trong các nghiên cứu lưu vực rộng. Thành phần sông là một mô hình không ổn định một chiều được điều khiển bởi sự lựa chọn các mô hình diễn toán thủy văn có sẵn. Thành phần hồ chứa là mô hình một chiều thẳng đứng. Mô hình này mô phỏng DO, BOD, lựa chọn thành phần cấu thành bảo tồn và không bảo tồn, và chứa sự lựa chọn loại sinh vật phù du.
kể cả sông và cửa sông. SALMON-Q phối hợp các modul trong diện đồ hoạ quen thuộc với người sử dụng. Các tham số chất lượng nước xem xét đến là Do, BoD, chất dinh dưỡng và sinh vật phù du.
MIKE: Viện thủy lực Đan Mạch đã phát triển MIKE-11 để mô phỏng dòng không ổn định, vận chuyển trầm tích và chất lượng nước trong các mạng lưới kênh một chiều kể cả sông và cửa sông. MIKE-11 (ECOLAB) được vận hành qua một hệ thống menu tương tác cung cấp các môdul thuỷ văn, thủy động học, vận chuyển trầm tích dính kết và không dính kết, chất lượng nước. Các tham số chất lượng nước xem xét là DO, BOD, dinh dưỡng, sinh vật phù du, động vật nổi, thực vật đáy và các chất kim loại.
Bảng 2 tóm tắt các thuộc tính quan trọng của mô hình. Loại thành phần quan trọng nhất ởbảng 11.3 là dạng thủy vực. Một số mô hình dành riêng cho sông, bao gồm: QUALZE,
