tán chất ô nhiễm không khí
Theo tài liệu, mô hình nhiễm bẩn của không khí là biểu diễn toán học các quá trình phân tán tạp chất và các phản ứng hóa học diễn ra, kết hợp với tải lượng, đặc trưng của phát thải từ các nguồn công nghiệp và các dữ liệu khí tượng được sử dụng để dự báo nồng độ chất bẩn đang xét.
Các nghiên cứu trong mấy chục năm qua trong lĩnh vực này cho thấy: các khó khăn chính khi mô phỏng ô nhiễm không khí là phải biết cách tham số hóa các tham số khí tượng (sự phân bố của gió và nhiệt độ trong lớp biên của khí quyển, sự mô tả các quá trình khuếch tán và bức xạ mặt trời), cần phải lưu ý đến các yếu tố liên quan tới bản chất của các chất ô nhiễm: sự nóng lên của các chất được thải ra, sự chuyển hóa do kết quả của các phản ứng hóa học.
Trong trường hợp đơn giản nhất, các chất ô nhiễm được xét như một chất khí trơ không nóng với khối lượng riêng bằng khối lượng riêng của không khí. Tuy nhiên, trên thực tế các chất thải của các nhà máy hóa học và các xí nghiệp công nghiệp là khí nóng. Do vậy khi mô phỏng, người ta thường lưu ý tới sự ảnh hưởng của tính nổi nhiệt và các chuyên gia đã đưa ra những hiệu chỉnh trong công thức dự báo nồng độ tạp chất. Việc dự báo các hạt lơ lửng bài toán còn phức tạp hơn do cần phải lưu ý tới sự lắng do trọng lực. Về mặt hóa học, nếu lưu ý tới các thành phần hoạt tính, nghĩa là các thành phần là nguyên nhân của khói quang hóa, sẽ dẫn đến bài
toán còn phức tạp hơn nữa, bởi vì khi đó ta còn phải đưa vào mô hình bức xạ mặt trời và độ ẩm.
Như vậy, để xây dựng mô hình dự báo chất lượng không khí tại một thời điểm bất kì cũng như tại một vị trí bất kì của khu công nghiệp cần phải dựa vào sự hiểu biết các qui luật vật lý, khí tượng và hóa học.
Các mô hình được sử dụng để dự báo sự nhiễm bẩn trong các điều kiện của thành phố cũng như cho một phần lãnh thổ rộng lớn hơn phải thỏa các điều kiện sau:
- Có kích thước không gian và thời gian tương ứng với sự thay đổi nồng độ trong miền đang xét vào khoảng thời gian dự báo;
- Phải nhanh chóng từ quan điểm thời gian đòi hỏi để thực hiện nó;
- Cho phép biểu diễn tổng hợp về các quá trình lan truyền, khuếch tán, các phản ứng hóa học và đặc trưng của chất thải.
Ngày nay trên thế giới đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm quí báu trong việc xây dựng các mô hình liên quan tới ô nhiễm không khí. Viện sĩ Moiseev N.N., nhà khoa học hàng đầu của Liên Xô cũ về nghiên cứu môi trường, khi đề cập tới các công trình xây dựng mô hình đã đưa ra bức tranh khái quát về hai phương pháp tiếp cận:
- Hướng nghiên cứu thứ nhất xây dựng các mô hình ở mức độ chi tiết cao
đòi hỏi các phương tiện tính toán mạnh và CSDL đầy đủ. Các mô hình này phục vụ cho các mục tiêu nghiên cứu và việc đưa ra phổ biến rộng rãi cho việc sử dụng rộng rãi ít được khuyến cáo.
- Hướng nghiên cứu thứ hai đặt mục tiêu khiêm tốn hơn và hướng tới sử dụng rộng rãi cho các bài toán thông qua các quyết định hành chính. Bài toán thực tiễn ở đây là sự cần thiết phải so sánh các kịch bản thực thi quyết định khác nhau, do vậy cần phải xây dựng một phần mềm với khả năng đối thoại rộng rãi, với khả năng đưa vào các đánh giá chuyên gia, khả năng tính toán một số các hệ số bán thực nghiệm từ các số liệu quan trắc (các phương pháp tính toán này đã được kiểm nghiệm tốt từ thực tiễn). Các mô hình như vậy có thể tương đối đơn giản nhưng đủ để thông qua quyết định trong bài toán BVMT. Gần 70 năm qua kể từ khi xuất hiện
các công trình nghiên cứu của Bonsanquet - Pearson (1936) và Sutton (1947), đến này số lượng công trình, bài báo liên quan tới xây dựng mô hình ô nhiễm không khí lên tới hàng nghìn, thật khó mà có thể thống kê nổi tất cả các mô hình này trong một công trình nghiên cứu nào. Trong nhiều công trình đã liên kết các mô hình lan truyền ô nhiễm, các mô hình nghiên cứu ảnh hưởng của ô nhiễm lên thực vật và thế giới động vật, mô hình nghiên cứu ảnh hưởng các hoạt động kinh tế của con người phụ thuộc vào các quá trình xã hội và các quyết định kinh tế được thông qua. Hiện giờ các mô hình phức hợp như vậy được xây dựng cho từng vùng riêng biệt và hướng tới phục vụ cho các cơ quan quản lý môi trường tại các khu vực đó.
Từ các kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học hàng đầu trong lĩnh vực mô hình hóa cho phép định hướng trong việc lựa chọn mô hình. Điều đầu tiên trước khi tiến hành xây dựng mô hình cần phải phân loại các khoảng thời gian đối với các quá trình đang xét. Việc làm này là cần thiết nằm xác định ưu tiên trong lựa chọn mô hình và như vậy xác định được cấu trúc phần mềm phục vụ cho tính toán thực tế.
Hiện nay trong bài toán mô hình hóa ô nhiễm không khí tồn tại một số phương pháp phân loại Phân tán chất ô nhiễm khác nhau.
Tổ chức Khí tượng thế giới (WMO) và Chương trình Môi trường của Liên hợp quốc (UNEP) đã có cách phân loại theo ba hướng chính sau đây :
- Mô hình thống kê kinh nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết toán học Gauss. Các nhà toán học có công phát triển mô hình này là Taylor (1915), Sutton (1925 – 1953), Turner (1961 – 1964), Pasquill (1962 – 1971), Seifeld (1975) và gần đây được các nhà khoa học môi trường của các nước như Mỹ, Anh, Pháp, Hunggari, Ấn độ, Nhật Bản, Trung Quốc,... ứng dụng và hoàn thiện mô hình tính theo điều kiện của mỗi nước.
- Mô hình thống kê thủy động, hoặc lý thuyết nửa thứ nguyên (còn gọi là mô hình K). Mô hình này được Berliand (Nga) hoàn thiện và áp dụng ở Liên Xô. Ở Việt Nam, KS Nguyễn Cung là một trong những người đầu tiên áp dụng mô hình này cho một số công trình, dự án.
- Mô hình số trị, tức là giải phương trình vi phân bằng phương pháp số. Ngày nay do vấn đề môi trường đã trở thành vấn đề toàn cầu cho nên nhiều chính phủ đã quan tâm đặc biệt cho các chương trình nghiên cứu môi trường trong đó có bài toán xây dựng mô hình phục vụ cho việc thông qua quyết định hành chính. Hiện nay tại Việt Nam đã xuất hiện nhiều chương trình nghiên cứu xây dựng các mô hình phục vụ cho bài toán thông qua quyết định tại các khu công nghiệp lớn của đất nước.
Trong những năm gần đây nhóm nghiên cứu của TSKH. Bùi Tá Long, Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia Tp. HCM đã thực hiện một số nghiên cứu các phương pháp xử lý thống kê các số liệu quan trắc tại các trạm khí tượng để xác định các hệ số khuếch tán k0 và k1 (là các hệ số cần thiết cho mô hình Berliand). Phần nghiên cứu ứng dụng cho KCN Biên hòa 1 được tác giả Đồ án này thực hiện trong mục dưới đây dưới sự hướng dẫn của thầy hướng dẫn.