4.3.1. Cỏc vấn đề thƣờng gặp
• Trong kiểm nghiệm mụ hỡnh, lý tƣởng nhất là số liệu quan trắc cú đầy đủ sự kiểm soỏt chất lƣợng, đủ chi tiết và đủ độ dài theo thời gian.
• Thực tế là chuỗi số liệu khụng đủ dài, cần phải cú cỏc phƣơng phỏp mới để kộo dài chuỗi số liệu từ thực tế ngoài hiện trƣờng hoặc lấy thờm từ cỏc lƣu vực tƣơng tự, tỡnh huống mụi trƣờng xấp xỉ.
• Cần thiết phải đỏnh giỏ cỏc ảnh hƣởng do sự khụng chắc chắn của cỏc thụng số nhập vào mụ hỡnh khi xem xột sự thể hiện mụ hỡnh.
• Cỏc số liệu thực tế nghốo nàn cú thể dẫn đến sự hiệu chỉnh và kiểm chứng sai lạc. Một số ngƣời làm mụ hỡnh cố gắng sử dụng phộp ngoại suy để kộo dài chuỗi số liệu cú thể dẫn đến tỡnh trạng cú kết quả giải đỏp đỳng cho những nguyờn nhõn sai lầm. Điều này làm hạn chế hiệu quả mụ hỡnh.
4.3.2. Hậu kiểm việc phờ chuẩn và kiểm nghiệm mụ hỡnh
• Mặc dầu việc hiệu chỉnh và kiểm chứng cú thể thỏa món một số chỉ tiờu thống kờ nhƣng cũng cần đỏnh giỏ độ chớnh xỏc của mụ hỡnh khi tiờn đoỏn kết quả cho tƣơng lai. Bƣớc làm này gọi là hậu kiểm (post-audit).
• Trong cụng việc hậu kiểm, cỏc dữ liệu mới sẽ đƣợc thu thập nhiều năm sau khi việc nghiờn cứu mụ hỡnh đó hoàn tất trƣớc đú. Việc vận hành mụ hỡnh với chuỗi số liệu mới để đỏnh giỏ mức độ chớnh xỏc tiờn đoỏn đầu ra. Cú thể cú những thay đổi yếu tố vật lý nhƣ địa hỡnh, độ che phủ mặt đất, thay đổi khi sử dụng nguồn nƣớc và cỏc tài nguyờn khỏc làm cỏc thụng số mụ hỡnh đó nghiờn cứu trƣớc đú khụng cũn chớnh xỏc nữa hay xuất hiện những khỏc biệt cú ý nghĩa.
• Khi mụ hỡnh cũ khụng cũn thỏa món kết quả sự tiờn đoỏn, nhất thiết phải hiệu chỉnh và kiểm nghiệm lại cỏc thụng số hoặc phải thay đổi giả thiết, thuật tớnh toỏn, và thậm chớ thay đổi cấu trỳc, khỏi niệm mụ hỡnh.
CHƢƠNG 5. ỨNG DỤNG Mễ HèNH HểA MễI TRƢỜNG 5.1. Sơ đồ phỏt triển và ứng dụng mụ hỡnh
Hỡnh 5.1 là sơ đồ tổng quỏt cho cỏc bƣớc hoàn chỉnh việc phỏt triển và ứng dụng một mụ hỡnh. Trong đú 2 quỏ trỡnh đƣợc xem là quan trọng là lập trỡnh thuật toỏn và đỏnh giỏ kết quả của mụ hỡnh.
Hỡnh 5.1 Sơ đồ phỏt triển và ứng dụng mụ hỡnh
5.2. Xu thế phỏt triển mụ hỡnh húa mụi trƣờng theo quy mụ khụng gian
Cỏc diễn biến trong chu trỡnh thủy văn là một trong cỏc yếu tố quan trọng của cỏc quan hệ mụi trƣờng - sinh thỏi. Sự biến đổi khớ hậu diễn ra liờn tục từ mức toàn cầu đến mức vi khớ hậu trong một khụng gian nhỏ đều cú những quan hệ tƣơng tỏc.
Ảnh hƣởng này đó đƣợc một số nhà thủy văn mụi trƣờng mụ phỏng từ nhiều cấp qui mụ khụng gian (Hỡnh 5.2).
PHẦN III. Mễ HèNH HểA CHẤT LƢỢNG NƢỚC VÀ ỨNG DỤNG Mễ HèNH HểA CHẤT LƢỢNG NƢỚC
CHƢƠNG 6. CHẤT LƢỢNG NƢỚC VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG NGUỒN NƢỚC
6.1. Nguồn nuớc và phõn loại nguồn nƣớc
6.1.1. Sự hỡnh thành chất lƣợng và thành phần tớnh chất nguồn nƣớc
Cỏc yếu tố và cỏc quỏ trỡnh hỡnh thành thành phần hoỏ học của nƣớc thiờn nhiờn bao gồm hai nhúm: cỏc yếu tố tỏc động trực tiếp và cỏc yếu tố điều khiển cỏc quỏ trỡnh hỡnh thành chất lƣợng nƣớc diễn ra trong dũng chảy
Cỏc yếu tố tỏc động trực tiếp:
Khoỏng vật, thổ nhƣỡng, sinh vật và con ngƣời. Cỏc yếu tố này tỏc động làm cho nồng độ cỏc chất trong nƣớc tăng lờn và giảm đi.
.Quỏ trỡnh khoỏng vật hoỏ: diễn ra rất phức tạp, phụ thuộc vào đặc điểm của thành phần khoỏng vật: nhan thạch hiếu nƣớc, kỵ nƣớc và ngậm nƣớc..Cỏc loại muối: NaCl, CaCO3, CaSO4...
.Khoỏng vật phong hoỏ: allluminoSilicat (nhụm silic) chiếm phần lớn trong lớn vỏ trỏi đất phong hoỏ chuyển vào nƣớc.
.Khoỏng vật sột: thành phần chớnh của nhan thạch.
Thổ nhƣỡng (đất trồng) : khỏc với thành phần khoỏng vật, thổ nhƣỡng ngoài cỏc thành phần vụ cơ (90-95%) trong đất trồng cũn cú cỏc thành phần hữu cơ và hữu cơ khoỏng vật. Thành phần hữu cơ cú nguồn gốc: sản phẩm phõn huỷ gốc động vật, thực vật và sản phẩm của cỏc quỏ trỡnh sinh hoỏ trong đất. Sự xõm nhập vào mụi trƣờng nƣớc phụ thuộc vào cỏc yếu tố khớ tƣợng thuỷ văn, địa hỡnh, lƣợng mƣa và cƣờng độ mƣa.
Sinh vật và con ngƣời
Cỏc sinh vật cú vai trũ rất đa dạng và rộng rói. Thực hiện cỏc chu trỡnh sinh -địa- hoỏ: điều chỉnh cõn bằng sinh thỏi, tạo năng suất sinh học sơ cấp (tảo, phự du...) và cỏc chất hữu cơ ban đầu (vi khuẩn cố định đạm)...
Cỏc hoạt động phỏt triển gõy ụ nhiễm nguồn nƣớc
Cỏc yếu tố điều khiển
Cỏc yếu tố điều khiển bao gồm : khớ hậu, địa hỡnh, chế độ thuỷ văn, sự phỏt triển của hệ thực vật thuỷ sinh.
Khớ hậu: ảnh hƣởng trực tiếp đến lƣu lƣợng và nồng độ cỏc chất, nhiệt độ ảnh hƣởng đến cỏc phản ứng hoỏ học, sinh học...
Địa hỡnh: ảnh hƣởng giỏn tiếp đến cỏc quỏ trỡnh khoỏng hoỏ, xúi mũn và rửa trụi bề mặt.
Chế độ thuỷ văn: thành phần của nƣớc, nồng độ cỏc chất hoỏ học trong nƣớc phụ thuộc vào dũng chảy. Chiều dài dũng chảy, diện tớch lƣu vực.
Quỏ trỡnh hỡnh thành chất lƣợng nƣớc
Quỏ trỡnh khuếch tỏn: là quỏ trỡnh dịch chuyển cỏc chất hoà tan, phõn tỏn trong nƣớc do ảnh hƣởng của gradient nồng độ. Tuõn thủ theo định luật Fick
Quỏ trỡnh chuyển khối do khuếch tỏn đối lƣu. Vận chuyển (tải cỏc chất trong dũng chảy, sự xỏo trộn).
Cỏc quỏ trỡnh vận chuyển cỏc chất vào trong nguồn nƣớc:
Thuỷ phõn: phản ứng trao đổi giữa nƣớc và cỏc loại khoỏng chất.
Hoà tan: phỏ huỷ cấu trỳc mạng tớnh thể của cỏc loại muối và phõn ly thành cỏc dạng ion
Cỏc quỏ trỡnh tỏch cỏc vật chất khỏi nguồn nƣớc
Bao gồm cỏc qỳa trỡnh lắng: do tỷ trọng, nồng độ vƣợt giới hạn bảo hoà, quỏ trỡnh hấp phụ, quỏ trỡnh keo tụ, cỏc quỏ trỡnh phản ứng giữa cỏc hợp chất và cỏc quỏ trỡnh sinh thỏi chất lƣợng nƣớc.
Thành phần và tớnh chất của nƣớc thiờn nhiờn:
Cỏc ion hoà tan:
Nuớc là một dung mụi rất tốt để hoà tan hầu hết cỏc loại khoỏng chất vụ cơ, cỏc axit, bazơ và cỏc muối vụ cơ. Cỏc ion chủ yếu trong nƣớc là cỏc ion của cỏc loại muối khoỏng, Cl-
Mg2+,Mn2+ ... chiếm khoảng 90-95% trong nƣớc ngọt và trong cỏc nguồn nƣớc khoỏng >99% trong tổng số cỏc chất hoà tan.
Hàm lƣợng cỏc ion hoà tan phụ thuộc vào đặc điểm khớ hậu, địa mạo và vị trớ của thuỷ vực.
Đặc điểm hỡnh thành cỏc ion hoà tan của cỏc dũng chảy do cỏc nhõn tố chủ đạo quyết định: lƣợng nƣớc mƣa, bốc hơi và quỏ trỡnh phong húa.
Cỏc chất khớ hoà tan:
Hầu hết tất cả cỏc chất khớ (trừ CH4) đều cú khả năng hoà tan hoặc phản ứng với nƣớc. Thành phần cỏc chất khớ phụ thuộc vào điều kiện tự nhiờn của nguồn nƣớc. Cỏc quỏ trỡnh hỡnh thành chất khớ trong nƣớc tự nhiờn: hoà tan từ khớ quyển (O2, N2, CO2, cỏc loại khớ trơ...) sản phẩm từ cỏc quỏ trỡnh sinh hoỏ (H2S,CH4,N2,CO2...) và quỏ trỡnh biến đổi trong khoỏng chất cú sẵn trong nƣớc ngầm.
Nồng độ cỏc chất khớ hoà tan tuõn thủ theo định luật Herry: Cỏc chất rắn: Phõn loại theo tỷ trọng: lắng đƣợc d>10-5 m và lơ lửng. Theo kớch thƣớc: lọc đƣợc d >10-6m và khụng lọc đƣợc, cỏc hợp chất keo d = 10-6 - 10-8 m và dạng hoà tan d <10-9m Cỏc chất hữu cơ:
Hàm lƣợng chất hữu cơ thấp ớt gõy nguy hiểm đến việc sử dụng nguồn nƣớc, nguợc lại bị ụ nhiễm. Cỏc chất hữu cơ đƣợc chia thành cỏc dạng dờ phõn huỷ sinh học và khú bị phõn huỷ.
Thành phần sinh học:
Thành phần và mật độ cơ thể sống phụ thuộc vào : thành phần hoỏ học của nguồn nƣớc, chế độ thuỷ văn, địa hỡnh nơi cƣ trỳ, khớ hậu. Cỏc loại thuỷ sinh vật trong nƣớc: vi khuẩn, nấm, siờu vi trựng, tảo, nguyờn sinh động vật, động vật đa bào, động vật cú xƣơng, nhuyễn thể...
Cỏc hỡnh thức sống trong nguồn nƣớc rất đa dạng: dạng phự du (plankton, phytoplankton, macroplanton); cỏ, sinh vật sống bỏm, sinh vật đỏy... Vi khuẩn đúng
vai trũ quan trọng trong việc phõn huỷ cỏc chất hữu cơ, hỗ trợ quỏ trỡnh tự làm sạch nguồn nƣớc cú ý nghĩa to lớn về mặt sinh thỏi. Cỏc loại vi khuẩn chia thành hai loại: tự dƣỡng (heterophic) và dị dƣỡng (autotrophic).
6.1.2. Phõn loại nguồn nƣớc
• Theo mục đớch sử dụng đƣợc chia thành cỏc loai nguồn nƣớc: cấp cho sinh hoạt, và cỏc mục đớch khỏc nhƣ giải trớ, tiếp xỳc với nguồn nƣớc và nuụi trồng cỏc loại thuỷ sản.
• Theo độ mặn thƣờng theo nồng độ muối trong nguồn nƣớc đƣợc chia thành nƣớc ngọt, nƣớc lợ và nƣớc mặn.
• Theo vị trớ nguồn nƣớc chia thành cỏc nguồn nƣớc mặt (sụng, suối, ao, hồ...) nƣớc ngầm.
6.2. Chất lƣợng nguồn nƣớc và đỏnh giỏ chất lƣợng nguồn nƣớc 6.2.1. Chất lƣợng nguồn nƣớc 6.2.1. Chất lƣợng nguồn nƣớc
Hiện nay nƣớc đang đƣợc xem là nguồn tài nguyờn vụ tận, nhƣng xột về mức độ ụ nhiễm nhƣ hiện nay thỡ con ngƣời cần cú sự thay đổi quan điểm về tài nguyờn nƣớc. Theo ý kiến của nhiều ngƣời thỡ nƣớc khụng phải là nguồn tài nguyờn vụ tận, nhất là nƣớc ngọt. Nú chỉ thật sự là nguồn tài nguyờn vụ tận khi con ngƣời biết trõn trọng những giọt nƣớc quý giỏ mà thiờn nhiờn ban tặng. Hiện giờ tài nguyờn nƣớc cú thể đƣợc xem là vẫn cũn dồi dào, nhƣ nƣớc biển, đại dƣơng, nƣớc sụng hồ, nƣớc ngầm. Song việc sử dụng khụng hợp lớ tài nguyờn nƣớc hiện nay của con ngƣời đó làm cho sự phõn bố nƣớc giữa cỏc khu vực trờn hành tinh cú sự thay đổi lớn theo chiều hƣớng xấu đi. Khụng những cỏc vựng sa mạc, cao nguyờn khụ cằn bị thiếu nƣớc mà ngay cả cỏc thành phố, cỏc khu cụng nghiệp cũng sẽ bị thiếu nƣớc nghiờm trọng nếu nhƣ con ngƣời vẫn giữ thúa quen phung phớ nƣớc nhƣ hiện nay. Vỡ vậy chất lƣợng của nguồn nƣớc đang là vấn đề đỏng bỏo động.
Hỡnh 5.10: Nƣớc sụng bị ụ nhiễm bởi hoạt động thiếu ý thức của con ngƣời
6.2.2. Đỏnh giỏ chất lƣợng nguồn nƣớc
Cỏc tỏc nhõn và thụng số húa lý gõy ụ nhiễm nguồn nƣớc
Độ màu:
- Độ màu thƣờng do cỏc chất bẩn trong nƣớc tạo nờn. Cỏc hợp chất sắt, mangan khụng hoà tan làm nƣớc cú màu nõu đỏ, cỏc chất mựn humic gõy ra màu vàng, cũn cỏc loại thuỷ sinh tạo cho nƣớc màu xanh lỏ cõy. Nƣớc bị nhiễm bẩn bởi nƣớc thải sinh hoạt hay cụng nghiệp thƣờng cú màu xanh hoặc đen. - Đơn vị đo độ màu thƣờng dựng là platin – coban. Nƣớc thiờn nhiờn thƣờng cú độ màu thấp hơn 200PtCo. Độ màu biểu kiến trong nƣớc thƣờng do cỏc chất lơ lửng trong nƣớc tạo ra và dễ dàng loại bỏ bằng phƣơng phỏp lọc. Trong khi đú, để loại bỏ màu thực của nƣớc ( do cỏc chất hoà tan tạo nờn) phải dựng cỏc biện phỏp hoỏ lý kết hợp.
Mựi vị:
- Mựi trong nƣớc thƣờng do cỏc hợp chất húa học (hợp chất hữu cơ) hay cỏc sản phẩm từ cỏc quỏ trỡnh phõn hủy vật chất gõy nờn.Nƣớc thiờn nhiờn cú thể mựi đất, mựi tanh, mựi thối. Nƣớc sau khi tiệt trựng với cỏc hợp chất clo cú mựi nồng nếu nhiễm clo.
- Tựy theo thành phần và hàm lƣợng cỏc muối khoỏng hũa tan mà nƣớc cú vị: mặn, ngọt, chỏt, đắng.
Độ đục:
- Nƣớc là một mụi trƣờng truyền ỏnh sỏng tốt. Khi trong nƣớc cú cỏc vật lạ nhƣ cỏc chất huyền phự, cỏc hạt cặn đất cỏt, cỏc vi sinh vật,…khả năng truyền ỏnh sỏng bị giảm đi. Nƣớc cú độ đục lớn chứng tỏ cú chứa nhiều cặn bẩn. Đơn vị đo đục thƣờng là mg SiO2/l, NTU, FTU. Nƣớc mặt thƣờng cú độ đục 20 -100 NTU, mựa lũ cú khi cao đến 500 – 600 NTU. Nƣớc cấp cho ăn uống thƣờng cú độ đục khụng
vƣợt quỏ 5 NTU.
- Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng cũng là một đại lƣợng tƣơng quan đến độ đục của nƣớc.
Nhiệt độ:
- Nhiệt độ của nƣớc là đại lƣợng phụ thuộc vào điều kiện mụi trƣờng và khớ hậu. Nhiệt độ cú ảnh hƣởng khụng nhỏ đến cỏc quỏ trỡnh xử lý nƣớc và nhu cầu tiờu thụ. Nƣớc mặt thƣờng cú nhiệt độ thay đổi theo nhiệt độ mụi trƣờng. (Vớ dụ: ở miền Bắc Việt Nam, nhiệt độ nƣớc thƣờng dao động 13 – 340
C, trong khi đú nhiệt độ trong cỏc nguồn nƣớc mặt ở miền Nam tƣơng đối ổn định hơn (26 – 290
C).
Độ dẫn điện:
- Nƣớc cú độ dẫn điện kộm. Nƣớc tinh khiết ở 2000C cú độ dẫn điện là 4,2μS/m(tƣơng ứng điện trở 23,8MΩ/cm). Độ dẫn điện của nƣớc tăng theo hàm lƣợng cỏc chất khoỏng hoà tan trong nƣớc và dao động theo nhiệt độ. - Thụng số này thƣờng đƣợc dựng để đỏnh giỏ tổng hàm lƣợng chất khoỏng hoà tan trong nƣớc.
Tớnh phúng xạ:
- Tớnh phúng xạ của nƣớc là do sự phõn huỷ cỏc chất phúng xạ trong nƣớc tạo nờn. Nƣớc ngầm thƣờng nhiễm cỏc chất phúng xạ tự nhiờn, cỏc chất này cú thời gian bỏn phõn huỷ rất ngắn nờn nƣớc thƣờng vụ hại. Tuy nhiờn khi bị nhiễm bẩn phúng xạ từ nƣớc thải và khụng khớ thỡ tớnh phúng xạ của nƣớc cú thể vƣợt quỏ giới hạn cho phộp.
Cỏc tỏc nhõn và thụng số húa học gõy ụ nhiễm mụi trƣờng nƣớc:
Độ PH
:
-Độ pH là chỉ số đặc trƣng cho nồng độ ion H+
cú trong dung dịch, thƣờng đƣợc dựng để biểu thị tớnh axit và tớnh kiềm của nƣớc.
Khi pH = 7 nƣớc cú tớnh trung tớnh; pH < 7 nƣớc cú tớnh axit; pH > 7 nƣớc cú tớnh kiềm.
Độ pH của nƣớc cú liờn quan đến sự hiện diện của một số kim loại và khớ hoà tan trong nƣớc. Ở độ pH < 5, tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất, trong một số nguồn nƣớc cú thể chứa sắt, mangan, nhụm ở dạng hoà tan và một số loại khớ nhƣ CO2, H2S tồn tại ở dạng tự do trong nƣớc.
Độ kiềm:
- Độ kiềm toàn phần là tổng hàm lƣợng của cỏc ion hyrocacbonat (HCO3-
), hyđroxyl (OH-
) và ion muối của cỏc axit.
- Ở nhiệt độ nhất định, độ kiềm phụ thuộc vào độ pH và hàm lƣợng khớ CO2 tự do cú trong nƣớc.
- Độ kiềm là một chỉ tiờu quan trọng trong cụng nghệ xử lý nƣớc. Để xỏc định độ kiềm thƣờng dựng phƣơng phỏp chuẩn độ mẫu nƣớc thử bằng axit clohydric.
Độ cứng:
- Độ cứng của nƣớc là đại lƣợng biểu thị hàm lƣợng cỏc ion canxi và magiờ cú trong nƣớc. Trong kỹ thuật xử lý nƣớc sử dụng ba loại khỏi niệm độ cứng: + Độ cứng toàn phần biểu thị tổng hàm lƣợng cỏc ion canxi và magiờ cú
trong nƣớc;
+ Độ cứng tạm thời biểu thị tổng hàm lƣợng cỏc ion Ca2+, Mg2+ trong cỏc muối cacbonat và hydrocacbonat canxi, hydrocacbonat magiờ cú trong nƣớc; + Độ cứng vĩnh cửu biểu thị tổng hàm lƣợng cỏc ion Ca2+, Mg2+ trong cỏc
muối axit mạnh của canxi và magie.
- Dựng nƣớc cú độ cứng cao trong sinh hoạt sẽ gõy lóng phớ xà phũng do canxi và magiờ phản ứng với cỏc axit bộo tạo thành cỏc hợp chất khú tan. Trong sản
xuất, nƣớc cứng cú thể tạo lớp cặn trong cỏc lũ hơi hoặc gõy kết tủa ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm.
Độ oxy hoỏ:
- Độ oxy hoỏ là một đại lƣợng để đỏnh giỏ sơ bộ mức độ nhiễm bẩn của nguồn nƣớc. Đú là lƣợng oxy cần cú để oxy hoỏ hết cỏc hợp chất hữu cơ trong nƣớc. Chất oxy húa thƣờng dựng để xỏc định chỉ tiờu này là pecmanganat kali (KMNO4). - Trong thực tế, nguồn nƣớc cú độ oxy hoỏ lớn hơn 10 mgO2/l đó cú thể bị nhiễm bẩn. Nếu trong quỏ trỡnh xử lý cú dựng clo ở dạng clo tự do hay hợp chất