0
Tải bản đầy đủ (.pdf) (87 trang)

Cỏc thụng số sử dụng trong mụ hỡnh

Một phần của tài liệu LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT SƠ CẤP VÀ HIỆU QUẢ SINH THÁI VÙNG BIỂN VỊNH BẮC BỘ (Trang 26 -26 )

Cỏc thụng số của mụ hỡnh là cỏc giỏ trị hằng số ỏp dụng cho vựng biển nghiờn cứu, được xỏc định trước bằng cỏc phương phỏp khỏc nhau, chủ yếu từ cỏc nghiờn cứu thực nghiệm. Trờn cơ sở cỏc kết quả nghiờn cứu đó cụng bố của PGS.TS Đoàn Văn Bộ, tỏc giả đó đưa vào mụ hỡnh cỏc thụng số (trừ cỏc hằng số thiờn văn) ỏp dụng tại vựng biển vịnh Bắc Bộ (bảng 4) [8]. Bảng 4: Cỏc thụng số (hằng số) sử dụng trong mụ hỡnhvà giỏ trị lựa chọn cho vựng biển Vịnh Bắc Bộ [8] TT Ký hiệu Thụng số Thứ nguyờn Giỏ trị 1 P N

δ Tốc độ riờng cực đại sử dụng Nitrat trong quang hợp

(Ngày)-1 2.2

2 P

A

δ Tốc độ riờng cực đại sử dụng Amoni trong quang hợp

(Ngày)-1 1.8

3 CN Hệ số bỏn bảo hoà muối Nitrat àAT-gN/l 0.15

4 CA Hệ số bỏn bảo hoà muối Amoni àAT-gN/l 0.3

5 PAROPT Cường độ sỏng thớch hợp cho quang hợp W/m2 120

6 βT Hệ số biểu thịức chế quang hợp do nhiệt độ - -0.5

7 βI Hệ số biểu thị ức chế quang hợp do ỏnh sỏng

- -0.5

8 TLeth Cận dưới nhiệt độ quang hợp oC 15

9 TOPT Nhiệt độ tối thuận cho quang hợp oC 27

10 λ Hệ số biểu thị sự ức chế tỏc dụng của NIT trong quang hợp khi cú AMO

(àAT-gN/l)- 1

1.5

11 P

M

δ Tốc độ riờng chết cực đại của PHY (Ngày)-1 0.9

12 P

m

δ Tốc độ riờng chết cực tiểu của PHY (Ngày)-1 0.3

13 P0 Hệ số thực nghiệm (xỏc định cường độ hụ hấp của PHY) - 0.05 14 Q0 Hệ số thực nghiệm (xỏc định cường độ hụ hấp của PHY) - 0.01 15 U0 Hệ số thực nghiệm (xỏc định cường độ hụ hấp của PHY) - 0.187

16 MP Kớch thước trung bỡnh tế bào tảo àm 3.10-6

17 THH Nhiệt độ thuận cho quỏ trỡnh hụ hấp của PHY

o

C 20

18 Nm Giỏ trị nghưởng Nitơ tổng (AMO+NIT) tại đú cường độ chết của PHY đạt cực đại

àAT-gN/l 0.3

19 α N Tỷ lệ Nitơ vụ cơ trong sản phẩm hụ hấp của PHY

- 0.16

20 α AMO Tỷ lệ của Amoni trong phần Nitơ vụ cơ của sản phẩm hụ hấp của Phytoplankton

- 0.4

phẩm hụ hấp của Phytoplankton 22 Z P δ Tốc độ riờng cực đại sử dụng PHY (bắt mồi) của ZOO (Ngày)-1 1.5 23 Z M

δ Tốc độ riờng chết cực đại của ZOO (Ngày)-1 0.8

24 Z

m

δ Tốc độ riờng chết cực tiểu của ZOO (Ngày)-1 0.05

25 CP Hệ số bỏn bảo hoà hàm lượng thức ăn àAT-gN/l 0.5

26 XP Tỷ lệ của phần thức ăn khụng đồng hoỏ - 0.4

27 PHYm Giỏ trị nghưỡng của lượng thức ăn PHY tại đú cường độ chết của ZOO cực đại

àAT-gN/l 1.0

28 A

Z

δ Tốc độ riờng bài tiết Amoni tại 0oC (Ngày)-1 0.1

29 be Hệ số biểu thịảnh hưởng nhiệt độđến tốc độ bài tiết

- 1.03

30 A

D

δ Tốc độ riờng phõn huỷ thành Amoni tại 20oC (Ngày)-1 0.7

31 KT Hệ số biểu thị ảnh hưỡng của nhiệt độ đến

A D

δ - 1.05

32 KAMO Tốc độ riờng đạm hoỏ chuyển Amoni thành Nitrat

- 0.087

33 KNIT Tốc độ riờng phi đạm hoỏ chuyển Amoni thành Nitrat - 0.00001 34 I0 Hằng số mặt trời W/m2 1353 35 C1 Hệ số thực nghiệm - 0.56 36 C2 Hệ số thực nghiệm - 0.16 37 T Bước tớnh Ngày 0.01 38 ε Tham sốđiều khiển chếđộ dừng - 10-6 2.3. Phương phỏp giải mụ hỡnh

Mụ hỡnh toỏn chu trỡnh chuyển hoỏ Nitơ được viết lại ở dạng tổng quỏt sau:

i i i Dest od dt dC =Pr (24)

Với i=1…5 tương ứng là 5 hợp phần của chu trỡnh Nitơ. Đõy là hệ phương trỡnh vi phõn thường gồm 5 phương trỡnh, cú thể giải bằng nhiều phương phỏp, ở đõy chọn phương phỏp Runge Kuta với điều kiện ban đầu:

Ci (t=t0) = Ci* (biết trước) (25) Kết quả của mụ hỡnh (24) với điều kiện (25) cho ta biến động theo thời gian của sinh khối, hàm lượng cỏc hợp phần, từđú tớnh được năng suất sinh học sơ cấp, thứ cấp và cỏc hiệu quả sinh thỏi của vựng biển.

Với mục đớch nghiờn cứu hiện trạng phõn bố cỏc hợp phần trong chu trỡnh Nitơ và cỏc đặc trưng của cỏc quỏ trỡnh sản xuất vật chất hữu cơ bậc thấp ở vựng

biển tại một thời điểm nào đấy, bài toỏn (24) được giải trong điều kiện dừng (dCi/dt = 0, i = 1…5):

Prodi - Desti =0, i = 1…5 (26) Phương phỏp lặp Runge - Kuta vẫn được ỏp dụng cho bài toỏn dừng, song cần phải kiểm tra tớnh hội tụ. Cụ thể, với cỏc điều kiện mụi trường khụng đổi trong suốt quỏ trỡnh lặp, nếu tại bước tớnh thứ n đủ lớn mà nghiệm tớnh được chỉ sai khỏc với nghiệm ở bước thứ n-1 một giỏ trị ε nhỏ bộ cho trước thỡ xem như quỏ trỡnh đó đạt đến tựa dừng. Với cỏch xử lý này, nghiệm ban đầu (25) cú thể cho trước tuỳ ý ≠ 0. Ngoài ra khi xem xột toàn bộ cỏc điều kiện của mụ hỡnh thấy rằng: để giải được bài toỏn này cần phải cú cỏc số liệu đo về nhiệt độ, tại thời điểm nào đú (khảo sỏt) tại vựng biển. Toàn bộ giỏ trị cỏc tham số và điều kiện mụi trường là khụng đổi trong suốt quỏ trỡnh lặp đến nghiệm tựa dừng.

Luận văn này thực hiện giải bài toỏn dừng (24) trong điều kiện trung bỡnh thỏng và trung bỡnh trờn từng ụ lưới ẳ độ kinh vĩở vựng biển vịnh Bắc Bộ.

Tỏc giả đó sử dụng và khai thỏc chương trỡnh NITCYCLE tại bộ mụn Hải dương học. Đõy là một phần mềm mở viết bằng ngụn ngữ Pascal để giải bài toỏn dừng (24) bằng phương phỏp Runge - Kuta ỏp dụng tại một trạm khảo sỏt cú nhiều tầng khỏc nhau và đó viết lại chương trỡnh bằng ngụn ngữ Fortran ỏp dụng cho toàn vựng nghiờn cứu. Chương trỡnh Nitcycle được thể hiện trờn sơđồ khối hỡnh 5.

Giải bài toỏn dừng (24) bằng phương phỏp Runge-Kuta cho một tầng nước (nghiệm đầu tiờn cho tuỳ ý ≠ 0

Xử lý tiếp: Tớnh toỏn năng suất sinh học, hiệu quả sinh thỏi cho cỏc tầng, tớnh cỏc giỏ trị trung bỡnh, giỏ trị tớch phõn

Kiểm tra tớnh hết số tầng nước

Tớnh bức xạ quang hợp trờn mặt biển và ảnh hưởng của ỏnh sỏng, nhiệt độ tới quang hợp

Gỏn cỏc thụng số sinh thỏi, thụng sốđiều khiển, đọc số liệu nhiệt độ trung bỡnh 12 thỏng trờn điểm lưới tớnh toỏn Kiểm tra hội tụ Xuất kết quả Kết thỳc Sử dụng nghiệm vừa tớnh được làm đầu vào Thay đổi tầng nước tớnh toỏn Hỡnh 5: Sơđồ khối của chương trỡnh NITCYCLE

2.4. Dữ liệu cho mụ hỡnh

Cỏc d liu trong mụ hỡnh

Dữ liệu cho mụ hỡnh được thu thập trờn cơ sở sử dụng nguồn số liệu của ủy ban Đại dương và Khớ quyển (NOAA) trờn website: http://www.nodc.noaa.gov/

[20]. Từđú trớch ra nhiệt độ trung bỡnh từng thỏng (12 thỏng) trờn vựng nghiờn cứu (từ vĩ độ 160B đến 220B và từ kinh độ 1050Đ đến 1100Đ). Cỏc điểm lưới tớnh cỏch nhau 1/4 độ bao gồm 257 điểm tớnh.

Cường độ bức xạ được tớnh toỏn theo cỏc điều kiện thiờn văn trung bỡnh trờn cỏc vĩ độđịa lý trong vựng nghiờn cứu và trung bỡnh cho từng thỏng.

Cỏc tham số sinh thỏi trong mụ hỡnh được chọn phự hợp điều kiện biển nhiệt đới Việt Nam và vựng nghiờn cứu do PGS. TS. Đoàn Văn Bộ cung cấp(bảng 4)

Dưới đõy là phõn bố theo mặt rộng nhiệt độ trung bỡnh thỏng 1, thỏng 4, thỏng 7, thỏng 10 tại tầng mặt, tầng 20m, tầng 50m.

Hỡnh 7: Phõn bố nhiệt độ tầng mặt trung bỡnh thỏng 1 Hỡnh 8: Phõn bố nhiệt độ tầng mặt trung bỡnh thỏng 4 Hỡnh 9: Phõn bố nhiệt độ tầng mặt trung bỡnh thỏng 7 Hỡnh 10: Phõn bố nhiệt độ tầng mặt trung bỡnh thỏng 10

Hỡnh 11: Phõn bố nhiệt độ tầng 20m trung bỡnh thỏng 1 Hỡnh 13: Phõn bố nhiệt độ tầng 20m trung bỡnh thỏng 7 Hỡnh 12: Phõn bố nhiệt độ tầng 20m trung bỡnh thỏng 4 Hỡnh 14: Phõn bố nhiệt độ tầng 20m trung bỡnh thỏng 10

Hỡnh 15: Phõn bố nhiệt độ tầng 50m trung bỡnh thỏng 1 Hỡnh 17: Phõn bố nhiệt độ tầng 50m trung bỡnh thỏng 7 Hỡnh 16: Phõn bố nhiệt độ tầng 50m trung bỡnh thỏng 4 Hỡnh 18: Phõn bố nhiệt độ tầng 50m trung bỡnh thỏng 10

Cỏc hỡnh vẽ từ 7 đến 18 thể hiện chi tiết sự phõn bố nhiệt độ tầng mặt, tầng 20 một và tầng 50 một thỏng 1 đại diện cho mựa đụng, thỏng 4 đại diện cho mựa chuyển tiếp

đụng sang hố, thỏng 7 thể hiện cho mựa hố, thỏng 10 thể hiện cho mựa chuyển tiếp hố sang đụng. Tớnh chất mựa thể hiện rừ nột ở nền nhiệt mựa đụng thấp hơn mựa hố. Mựa

đụng với ảnh hưởng của hệ thống giú mựa đụng bắc lạnh khụ thường xuất hiện vào thỏng 10, 11, đến thỏng 3 năm sau Mựa hố với hệ thống giú mựa tõy nam thống trị, vào vịnh Bắc Bộ chuyển dần sang hướng nam và đụng nam, với tớnh chất núng, ẩm xuất hiện từ thỏng 4, 5 cho đến thỏng 9, 10 đó làm thay đổi toàn bộ hệ thống khớ hậu tại vựng biển nghiờn cứu so với trong mựa đụng. Sự hoạt động của hai loại giú này khụng chỉ ảnh hưởng trực tiếp tới nhiệt độ nước mặt biển thụng qua nhiệt độ khụng khớ đặc trưng cho từng mựa giú mà cũn tạo ra cỏc hoàn lưu di chuyển cỏc khối nước cú những tớnh chất nhiệt muối đặc trưng.

Điều đú cũng thể hiện rừ trong cỏc hỡnh từ hỡnh 19 đến 25 của biến trỡnh theo thời gian và Profile thẳng đứng của nhiệt độ tại một số điểm trờn vịnh Bắc Bộ. Theo đú từ

thỏng 11 năm trước đến thỏng 3 năm sau, do sự hoạt động mạnh mẽ của hệ thống giú mựa

đụng bắc đó đẩy khối nước lạnh ộp sỏt bờ từ phớa bắc xuống đó làm xuất hiện khu vực nước lạnh trong vịnh và xu hướng của nhiệt độ tăng từ Bắc xuống Nam.

Mựa giú Tõy Nam, nhiệt độ trung bỡnh của cỏc tầng mặt thường ớt thay đổi theo khụng gian và dao động trong khoảng 29,0-30,6oC, tầng 20 một giảm xuống và dao động trong khoảng 25,0-28,0oC đến tầng 50 một nhiệt độ giảm mạnh và dao động trong khoảng 20,0-25,0oC. Xu thế chung của nhiệt độ nước biển tầng mặt trong thời gian này ở một số

Hỡnh 20: Profile nhiệt độ trung bỡnh 12 thỏng tại điểm 109.3750E và 16.3750N

Hỡnh 21: Profile nhiệt độ trung bỡnh 12 thỏng tại điểm 107.375 0E và 18.6250N

Hỡnh 23: Biến trỡnh năm nhiệt độ nước biển cỏc tầng tại điểm 108.6250E và 20.3750N

Hỡnh 24: Profile nhiệt độ trung bỡnh 12 thỏng tại điểm 108.6250E và 20.3750N

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH 3.1. Kết quả tớnh toỏn sản xuất sơ cấp

3.1.1. Phõn b thc vt phự du

Mựa giú đụng bắc

Trong mựa giú đụng bắc, xu hướng phỏt triển của thực vật nổi tại vịnh Bắc Bộ tăng dần từ bờ ra khơi, sinh khối của thực vật nổi ở khu vực này đạt khoảng 1055 - 1125 mg- tươi/m3 trung bỡnh 1090 mg-tươi/m3 (hỡnh 26) đối với lớp nước mặt, 1075 - 1120 mg- tươi/m3 (hỡnh 30) đối với lớp nước tầng 20m và 1085 - 1115 mg-tươi/m3 (hỡnh 34) đối với lớp nước tầng 50m. Vựng nước lạnh ven bờ phớa bắc và tõy bắc vịnh cú nhiệt độ trong khoảng 18 - 24oC cỏc tầng mặt, tầng 20m, tầng 50m (hỡnh 7, 11, 15) khụng thuận lợi cho quang hợp, tại đõy sinh khối chỉđạt cỡ 1055 - 1090 mg tươi/m3.

So với cỏc thời kỳ khỏc trong năm thỡ mựa đụng khụng phải là thời kỳ phỏt triển của thực vật nổi do nhiệt độ nước giảm thấp, cường độ bức xạ khụng lớn, lượng dinh dưỡng do cỏc sụng tải ra vịnh cũng khụng nhiều. Đặc biệt, sự giảm thấp của nhiệt độ nước, với dải nhiệt tương đối rộng 18-24oC (hỡnh 7, 11, 15), là một nhõn tố bất lợi cho sự phỏt triển của thực vật nổi. Đõy là thời kỳ cú sinh khối thực vật nổi thấp nhất trong năm.

Mựa giú tõy nam

Trong mựa giú tõy nam, được xem là mựa phỏt triển của thực vật nổi với sinh khối

đạt khoảng 1184 - 1210 mg-tươi/m3 (hỡnh 28), trung bỡnh 1197 mg-tươi/m3 đối với lớp nước mặt, 1115 - 1165 mg-tươi/m3 (hỡnh 32) đối với lớp nước tầng 20m và 1110 - 1145 mg-tươi/m3 (hỡnh 36) đối với lớp nước tầng 50m. Xu hướng phỏt triển của của thực vật nổi ngược lại so với thỏng mựa đụng và thỏng chuyển tiếp, sinh khối tăng dần từ khơi vào bờ và từ nam lờn bắc. Nguyờn nhõn là nhiệt độ nước tầng mặt tương đối cao dao động từ

29 - 30,6oC tăng dần từ ngoài khơi vào bờ (hỡnh 8), đối với tầng 20m nhiệt độ dao động trong khoảng 24 - 29oC (hỡnh 12) và 21 - 26oC đối với tầng 50m (hỡnh 16). Ngoài ra lượng dinh dưỡng bổ sung từ lục địa rất dồi dào được cung cấp bởi cỏc con sụng do mưa lũ đặc biệt vựng ven bờ và cửa sụng cú sinh khối đạt 1210 mg-tươi/m3. Đõy là những điều kiện sinh thỏi thuận lợi cho quỏ trỡnh tổng hợp chất hữu cơ của thực vật nổi trong vựng biển nghiờn cứu nhất là khu vực ven bờ tõy vịnh Bắc Bộ.

Biến trỡnh năm sinh khối thực vật nổi tại cỏc điểm khu vực phớa Nam vịnh 109.3750E và 16.3750N (hỡnh 38), 109.3750E và 17.3750N (hỡnh 39), cho thấy tại tầng mặt của thỏng 5, 6 ,7, 8, 9 Sinh khối thực vật phự du đặt cực đại và dao động trong khoảng 1180 đến 1190 mg-tươi/m3 và giảm dần trong cỏc thỏng mựa đụng.

Tại tầng 20m xu hướng tương tự nhưng giỏ trị thấp hơn so với tầng mặt và đạt khoảng 1120 đến 1165 mg-tươi/m3, tại tầng 50m xu hướng khụng theo quy luật tăng vào mựa hố giảm vào mựa đụng và giỏ trịđạt khoảng 1100 đến 1140 mg-tươi/m3.

Hỡnh 38: Biến trỡnh năm sinh khối thực vật nổi tại điểm 109.3750E và 16.3750N

Biến trỡnh năm sinh khối thực vật phự dự tại cỏc điểm thuộc khu vực giữa phớa bắc 106.8750E và 18.3750N (hỡnh 40), 108.6250E và 20.3750N (hỡnh 41) cú xu hướng cực đại vào mựa hố và cực tiểu trong mựa đụng tại cả ba tầng, tầng mặt, tầng 20m, tầng 50m, giỏ trị cực tiểu đạt 1060 mg-tươi/m3 và giỏ trị cực đại tại tầng mặt đạt trong khoảng 1180 đến 1200 mg-tươi/m3. Cú thể thấy phõn bố thực vật phự du theo mặt rộng và theo thời gian cú xu hướng tăng từ Bắc xuống Nam trong mựa đụng và tăng từ phớa Nam lờn phớa Bắc trong mựa hố.

Hỡnh 41: Biến trỡnh năm sinh khối thực vật nổi tại điểm 108.6250E và 20.3750N Hỡnh 40: Biến trỡnh năm sinh khối thực vật nổi tại điểm 106.8750E và 18.3750N

3.1.2. Phõn bđộng vt phự du

Trong mựa giú đụng bắc, nột tương đồng giữa bức tranh phõn bố sinh khối và năng suất của động vật nổi thể hiện khỏ rừ tại cỏc tầng (hỡnh 42, 46, 50) và rất phự hợp với phõn bố của sức sản xuất sơ cấp của thực vật nổi, nhất là đối với sản phẩm tinh. Đõy là sự

biểu hiện rừ nhất và đỳng quy luật về quan hệ dinh dưỡng bậc thấp ở vựng biển nghiờn cứu. Xu hướng phỏt triển là tăng dần từ bờ ra ra khơi, từ bắc vào nam và đạt giỏ trị cực

đại tại cửa vịnh. Sinh khối động vật nổi tầng mặt và tầng 20m (hỡnh 42, 46) đạt giỏ trị

trong khoảng 130 - 320 mg-tươi/m3, trung bỡnh 230 mg-tươi/m3, tại tầng 50m sinh khối

Một phần của tài liệu LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT SƠ CẤP VÀ HIỆU QUẢ SINH THÁI VÙNG BIỂN VỊNH BẮC BỘ (Trang 26 -26 )

×