2.3 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG
2.3.3 Mô hình tính toán ô nhiễm không khí
Có nhiều mô hình toán học đã được phát triển để phục vụ cho nhu cầu tính toán ô nhiễm không khí. Các mô hình này được sử dụng rộng rãi trong việc thiết kế ống khói thải, lựa chọn vị trí xây dựng nhà máy và đánh giá tác động môi trường nhằm mục đích
Nhận diện vấn đề nghiên cứu
Thiết lập cơ sở lý thuyết cho mô hình
Số hóa các phương trình mô hình
Áp dụng mô hình bước đầu
Hiệu chỉnh mô hình
Thẩm tra mô hình
Áp dụng mô hình trong quản lý
Dữ liệu thu thập Dữ liệu thu thập
Dữ liệu thu thập Lý thuyết Lựa chọn mục tiêu
quản lý Dữ liệu hiện hữu và
thu thập được
HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê Trang 13
làm giảm thiểu các ảnh hưởng có hại của các dự án mới, quản lý chất lượng không khí ngắn hạn và kiểm soát sự cố môi trường. Các yếu tố được mô hình hóa là vận chuyển chất ô nhiễm của gió, khuếch tán do xáo trộn rối, độ nâng cao vệt khói, sự biến đổi hóa học của các chất ô nhiễm, sự lắng đọng cũng như ảnh hưởng khí động của địa hình. Cơ sở dữ liệu đầu vào mô hình bao gồm dữ liệu nguồn thải, dữ liệu về khí tượng như tốc độ gió, chiều cao xáo trộn, hệ số khuếch tán… và đặc điểm địa hình của khu vực.
Những khái niệm cơ bản
Các khái niệm cơ bản liên quan tới mô hình ô nhiễm không khí bao gồm:
Phát thải (Emission): Trong giai đoạn đầu tiên, các chất ô nhiễm tỏa vào khí quyển từ các nguồn thải khác nhau, có thể là nguồn mặt (aera source): nguồn thải thấp, đám cháy; nguồn thải đường (line source): đường giao thông; nguồn điểm (point source):
ống khói.
Quá trình tải (Advection): Là sự di chuyển của khối khí trong khí quyển theo 1 dòng và đi từ điểm này đến điểm khác. Đối với một tạp chất di chuyển trong khí quyển thì sự tải là sản phẩm của vận tốc khối thể tích khí. Tác nhân gây ra hiện tượng tải là gió.
Khuếch tán (Diffusion): Là sự di chuyển của các chất ô nhiễm không khí trong khí quyển theo cả chiều ngang và chiều đứng.
Sự phân tán (Dispersion): Sự tương tác giữa khuếch tán rối với gradient vận tốc do lực dịch chuyển trong khối khí tạo ra sự phân tán. Sự di chuyển các tạp chất trong khí quyển trong trường hợp có gió (>1m/s) chủ yếu bởi quá trình tải, nhưng sự di chuyển của tạp chất trong trường hợp lặng gió thường là do sự phân tán.
Phân loại
Tất cả các mô hình ô nhiễm không khí có thể chia thành 4 loại dựa trên cấu trúc và cơ sở tiếp cận để giải quyết bài toán phát tán ô nhiễm. Chúng bao gồm: mô hình giải tích (mô hình Gauss), mô hình số, mô hình thống kê và mô hình vật lý.
HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê Trang 14
Mô hình giải tích và mô hình số là mô hình tất định (deterministic model) được thiết lập trên cơ sở các biểu diễn toán học của các dữ liệu đầu vào đã biết trước (nguồn thải, tốc độ phát thải).
Mô hình giải tích được thiết lập trên cơ sở cách giải phương trình phát tán và đòi hỏi một lượng lớn cơ sở dữ liệu.
Mô hình số được thiết lập trên cơ sở các quá trình trong khí quyển, trong đó kết quả có được từ các nguyên nhân tác động ban đầu, kết quả chạy mô hình sẽ cho ra một tập các giá trị nồng độ chất ô nhiễm.
Mô hình thống kê được xây dựng căn cứ trên mối quan hệ thống kê và bán thực nghiệm giữa các dữ liệu và số liệu thực nghiệm có sẵn.
Mô hình Euler (Eulerian model) và mô hình Largrang (Largrangian model) là hai loại thông dụng của mô hình số. Tuy nhiên, trong trường hợp trạng thái ổn định thì sử dụng phương pháp giải tích giải quyết bài toán phát tán được chấp nhận. Phương pháp này được biết đến như là mô hình khuếch tán Gauss. Phương trình khuếch tán Gauss có thể nhận được từ cả hai mô hình Euler và Largrang và là lời giải đặc biệt của mô hình Euler và Largrang.
Sự khác nhau cơ bản của hai loại mô hình Euler và Largrang là hệ quy chiếu. Hệ quy chiếu của mô hình Euler được gắn cố định với trái đất, trong khi đó hệ quy chiếu của mô hình Largrang cùng di chuyển theo sự chuyển động của khí quyển.
HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê Trang 15
Hình 2.2: Tồng quan các loại mô hình khuếch tán ONKK Mô hình khuếch tán
ONKK
Mô hình toán học (Mathematical Model)
Mô hình tất định (Deterministic Model)
Mô hình giải tích (Analytical Model)
Mô hình số (Numerical Model) Mô hình thống kê
(Statistical Model)
Mô hình điểm nhạy cảm (Receptor Model) Mô hình vật lý (Physical Model)
Mô hình Euler (Eulerian Model) Mô hình Gauss
(Gauss Model)
Mô hình Lagrange (Largrangian Model)
Mô hình lưới (Gid Model)
Mô hình quỹ đạo (Trajectory Model)
HVTH: Nguyễn Thị Anh Lê Trang 16