Mô hình hóa trong quản lý môi trường

Phần 2 Tổng quan tài liệu

2.4. Mô hình hóa trong quản lý môi trường

2.4.1. Khái quát về công cụ mô hình hóa môi trường

Tầm quan trọng của việc sử dụng mô hình trong công tác quản lý môi trường đang được khẳng định. Sự phát triển dấn số và nhu cầu tiêu thụ tài nguyên đang gia tăng là những động lực dẫn đến sự tác động mạnh mẽ của con người vào môi trường. Năng lượng các chất ô nhiễm được phát thải, xả thải vào môi trường sinh thái làm thay đổi cấu trúc sinh thái. Một hệ sinh thái bất kỳ đều rất phức tạp. Chính vì vậy việc tiên đoán các tác động lên môi trường là một nhiệm vụ khá nặng nề. Chính vì lý do này đã khiến mô hình hóa trở thành một công cụ hữu ích bởi vì mô hình hóa là bức tranh phản ánh thực tế.

Mô hình hóa là quá trình áp dụng những kiến thức cơ bản và kinh nghiệm để mô phỏng hay diễn tả một quá trình xẩy ra trong hệ thống tự nhiên nhằm đạt được một mục đích nào đó. Mô hình có thể trở thành một công cụ có hiệu quả và rất kinh tế khi nó thay thế được một hệ thống tự nhiên, thường là rất phức tạp. Đã từ lâu, việc sử dụng mô hình hóa đã trở thành một thành phần không thể thiếu trong công tác tổ chức, phân tích và sử dụng số liệu đo đạc, quan trắc các hiện tượng tự nhiên để có thể hiểu được bản chất và tác động của chúng.

Ngày nay khi mô hình trở thành một công cụ ngày càng được sử dụng để cung cấp luận cứ khoa học hướng vào giải quyết các vấn đề về môi trường và biến đổi khí hậu thì mối quan tâm của các nhà hoạch định chính sách, ra quyết định và công chúng nói chung cũng không ngừng tăng lên. Theo đó, mô hình hóa đang trở thành công cụ hỗ trợ đắc lực cho công tác bảo vệ môi trường và được ứng dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia trên thế giới (Mai Văn Trịnh và Mai Thị Lan Anh, 2011).

2.4.2. Ứng dụng mô hình hóa trong quản lý môi trường

Mô hình hóa ngày càng được ứng dụng nhiều ở trên thế giới và Việt Nam bởi các tính năng ưu việt của nó như có thể thí nghiệm trong một khoảng thời gian rất ngắn, giảm yêu cầu phân tích, mô hình dễ trình bày và biểu diễn. Xu thế phát triển mô hình hóa môi trường ngày càng được nhân rộng, đặc biệt là theo quy mô không gian như các diễn biến trong chu trình thủy văn là một trong các yếu tố quan trọng của các quan hệ môi trường – sinh thái. Sự biến đổi khí hậu diễn ra liên tục từ mức toàn cầu đến mức vi khí hậu trong một khoản thời gian nhỏ đều có những quan hệ tương tác. Ảnh hưởng này được một số nhà thủy văn môi trường mô phỏng từ nhiều cấp quy mô không gian.

Ngày nay có đã có rất nhiều mô hình ra đời và phát triển phục vụ cho công tác quản lý môi trường như:

- Mô hình biến đổi khí hậu, trong đó bộ mô hình khí hậu toàn cầu (Gilbal Cimate Models) là mô hình máy tính chuyên dự báo khí hậu toàn cầu, tìm hiểu khí hậu và phản ánh sự thay đổi khí hậu.

- Mô hình quản lý lưu vực (Watershed Management Model – WMM). Mô hình phát triển chủ yếu để tính toán khả năng dung nạp các chất ô nhiễm theo năm hoặc mùa theo dòng chảy tràn xuống lưu vực.

- Bộ mô hình thủy lực – thủy văn MIKE: Mô hình MIKE thực hiện tốt việc mô phỏng các bài toán liên quan đến thủy văn môi trường như nghiên cứu xâm nhập mặn; nghiên cứu diễn biến chất lượng nước trên hệ thống sông kênh; Nghiên cứu xới lở và bồi lắng dòng sông; nghiên cứu quan hệ mưa - dòng chảy một lưu vực.

- Mô hình ô nhiễm nước: mô hình QUAL2K ( hay Q2K ) là mô hình chất lượng nước sông được phát triển từ mô hình Q2E.

- Mô hình xói mòn do nước: Có rất nhiều các mô hình các mô hình xói mòn đất được xây dựng theo các phạm vi và tỷ lệ khác nhau như mô hình GUEST, WEPP, AGNPS…

- Mô hình lan truyền thấm sâu chất hóa học LEACHM: mô phỏng trạng thái của nước và mô phỏng quá trình vận chuyển của chất lỏng trong đất không bão hòa hoặc bão hòa 1 phần tới độ sâu 2m.

- Mô hình ô nhiễm không khí: Mô hình Gauss tính toán lan truyền chất ô nhiễm không khí, mô hình Berliand tính toán lan truyền chất ô nhiễm trong khí quyển.

2.4.3. Ứng dụng của mô hình hóa trong quản lý chất thải rắn sinh hoạt

Ngày nay, một thực trạng về ô nhiễm môi trường do rác thải gây ra đang là mối bận tâm rất lớn của tất cả các nước trên thế giới kể cả Việt Nam. Ở một số nước, ứng dụng mô hình hóa trong quản lý chất thải rắn sinh hoạt cũng bắt đầu được quan tâm với việc sử dụng một số mô hình động thái như:

- Mô hình dự báo chất thải rắn ở khu vực đô thị đang phát triển nhanh chóng, các thành phố trực thuộc trực thuộc Trung ương bằng hệ thống động thái trên phần mền Stella. Mô hình được áp dụng cho thành phố San Antonio, Texas (Mỹ). Khu vực này là một trong những khu vực phát triển nhanh nhất ở Bắc Mỹ do tác động kinh tế của Hiệp định Thương mại tự do Bắc Mỹ (NAFTA). Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng đó là một phương pháp dự báo mới gồm các mô hình là nguyên nhân gây ra và theo dõi những bất ổn không thể tránh khỏi mà các phương pháp hồi quy, thống kê thông thường không thể xử lý được các vấn dề như vậy (Dyson, 2005).

- Tiếp cận mô hình hóa động thái để đánh giá chất thải rắn đô thị, công suất phát điện bãi rác và các vấn đề liên quan đến chi phí quản lý. Mô hình động thái được thiết lập cho khu vực Nework một đô thị ở Mỹ để mô phỏng dự báo. Kết quả cho thấy tác động của các vấn đề phát sinh chất thải trong thành phố, khẳ năng sức chứa của bãi rác và chi phí kinh tế hay lợi ích thể hiện qua việc lựa chọn các cách xử lý chất thải khác nhau được khám phá thông qua cách tiếp cận này, cung cấp những thông tin quý giá cho quá trình quản lý chất thải rắn đô thị (Kollikkathara et al., 2010).

- Mô hình hóa hệ thống quản lý chất thải rắn đô thị: trường hợp của thành phố Dhaka, Bangladesh là mô hình động thái để dự đoán khả năng thu gom và sản xuất điện từ bãi rác để đánh giá nhu cầu quản lý chất thải rắn đô thị. Các kết quả mô phỏng cho thấy chất thải rắn phát sinh, thu năng lượng và tiềm năng phát điện từ chất thải rắn gia tăng theo thời gian. Dân số, chất thải chưa được xử lý, chỉ số tổng hợp và quan tâm của công chúng dự kiến sẽ tăng theo thời gian. Kết

quả mô phỏng cũng cho thấy việc tăng ngân sách cho việc thu gom không cải thiện chất lượng môi trường, việc tăng ngân sách là cần thiết cho thu gom và xử lý chất thải rắn của thành phố Dhaka. Mô hình này có thể sử dụng như một phòng thí nghiệm máy tính để phân tích các chính sách và quản lý chất thải rắn đô thị (USWM) (Sufian and Bala, 2007).

Việc ứng dụng mô hình hóa trong quản lý chất thải rắn nói chung và chất thải rắn sinh hoạt nói riêng vẫn chưa được áp dụng nhiều ở Việt Nam. Chất thải rắn sinh hoạt hiện đang là vấn đề cấp bách. Việc quản lý chất thải rắn sinh hoạt luôn là một bài toán khó đối các cấp quản lý. Không chỉ là riêng với các đô thị lớn mà cả các đô thị nhỏ và vùng nông thôn. Vì vậy, với các chức năng ưu việt của các công cụ mô hình hóa việc áp dụng mô hình hóa trong quản lý chất thải rắn sinh hoạt là hết sức cần thiết, nhằm đưa ra các giải pháp hợp lý nhất cho các cơ quan quản lý, các nhà môi trường; giảm thiểu tối đa tác động của rác thải đến đời sống con người, sinh vật và môi trường xung quanh.

Hiện nay, đã có nhiều phần mềm phục vụ mô hình hóa nhằm nâng cao hiệu quả quản lý môi trường trong đó có phần mền Nelogo. Netlogo được Uri Wilensky bắt đầu xây dựng vào năm 1999 và tiếp tục phát triển tại Center for Connected Learning and Computer-Based Modeling (Wilensky, 1999). NetLogo là một môi trường mô phỏng đồng thời nhiều đối tượng (agent) và được viết bằng ngôn ngữ Java đơn giản nhưng mạnh mẽ. Nó cho phép người thiết kế tập trung vào các thuộc tính và hành vi của môi trường và các agent hơn là đi sâu vào mã nguồn phức tạp. Agent được lập trình sao cho chúng có thể tương tác với các agent khác và môi trường, ví dụ như tác tử có thể "yêu cầu" agent đi trước nó. Nó cho phép chúng ta tạo giao diện tương tác cho mỗi mô hình với đầu vào để thay đổi các biến số và đầu ra để phân tích các hành vi.

Ngoài ra, NetLogo còn là phần mềm mã nguồn mở, miễn phí; thiết kế đơn giản, sử dụng ngữ pháp dễ hiểu, dễ tiếp cận.Vì vậy, tôi sử dụng phần mềm NetLogo để xây dựng mô hình đánh giá hệ thống quản lý rác thải tại địa bàn nghiên cứu.