Giáo trình Hệ thống thông tin môi trường

t tên là INSEMAG. Phần mềm INSEMAG (INformation System for supporting Enviroronmental Management for An Giang). Đây là một Hệ thông tin – mô hình môi trường tích hợp trợ giúp công tác quản lý môi trường, trong đó hệ quản trị CSDL MS SQL server (quản lí các dữ liệu quan trắc môi trường nước, không khí, khí tượng, thủy văn, ...) GIS và các mô hình tính toán ô nhiễm không khí và nước mặt. INSEMAG có các mục tiêu: giúp thuận tiện trong việc diễn giải thông tin môi trường; hỗ trợ trong việc phân tích thông tin môi trường; cung cấp công cụ trong việc phân tích, đánh giá các kịch bản khác nhau.́ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 97 INSEMAG tích hợp cơ sở dữ liệu quan trắc chất lượng môi trường của địa phương như các lớp bản đồ chuyên đề môi trường bên cạnh các lớp thông tin bản đồ địa lí như các lớp về sông ngòi, hành chính,... . Về cấu trúc INSEMAG gồm ba mô đun chính là: ANGIMOD – mô đun quản lý các dữ liệu quan trắc môi trường, ANGICAP – mô đun quản lý các nguồn thải điểm và tính toán phát tán ô nhiễm không khí theo mô hình Berliand, ANGIWASP – mô đun quản lý các cống thải xuống sông và tính toán phát tán ô nhiễm trong môi trường nước theo mô hình Paal đối với các nguồn thải hoạt động trong một khoảng thời gian xác định. Bên cạnh những ưu điểm nhất định, INSEMAG có một số nhược điểm như: - Tính tự động hóa còn chưa cao. Cụ thể là chưa tích hợp các TCVN 1995 và 2001 về chất lượng môi trường nước và không khí vào phần mềm. Điều này gây khó khăn cho người sử dụng khi muốn so sánh các số liệu quan trắc với TCVN cho công tác đánh giá được chất lượng môi trường; - Chưa có khả năng chuyển đổi dữ liệu từ các định dạng (format) khác vào INSEMAG. Điều này gây khó khăn cho người dùng đã có sẵn các file ở dạng format khác muốn chuyển đổi vào INSEMAG. - Các Báo cáo môi trường được thực hiện còn kém tự động và chưa phong phú; - Hỗ trợ GIS chưa nhiều ví dụ như chưa cài đặt các chức năng mới như tương tác trực diện trên bản đồ, tính diện tích và chu vi các hình; - Các chức năng biểu diễn kết quả mô phỏng còn chưa phong phú. - Phần hỗ trợ tính toán mô phỏng còn ít ví dụ như các nguồn thải chưa thể nhóm lại thành group để thực hiện các phép xoá hay cùng tịnh tiến theo một vectơ cho trước. Trong [6] đã đề xuất mô hình tin học mới khác về cơ bản so với INSEMAG. Phần mềm được xây dựng trên cơ sở mô hình này được đặt tên là ENVIMNT (viết tắt của cụm từ tiếng Anh là ENVironmental Information Management software for Ninh Thuan). ENVIMNT là sự tích hợp trong một công cụ duy nhất các module sau : - Module quản lý bản đồ số hoá - Module quản lý dữ liệu - Module phân tích, truy vấn, làm báo cáo - Module quản lý tập văn bản môi trường - Module mô hình - Module WEB - Module quản lý giao diện và giao tiếp user Sơ đồ cấu trúc của ENVIMNT được thể hiện trên Hình 5.8. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 98 Module điều khiển giao diện và giao tiếp với người dùng Module quản lý nhập xuất CSDL ENVIMNT Module phân tích lập báo cáo, truy vấn dữ liệu Module quản lý bản đồ Module hiển thị thông tin trên Web Module quản lý văn bản pháp luật và các quy định về môi trường Module quản lý mô hình Người dùng Cơ sở dữ liệu Hình 5.8. Sơ đồ cấu trúc tổng quan ENVIMNT 5.6.1 Module quản lý bản đồ số Dữ liệu bản đồ số trong phần mềm ENVIMNT được kế thừa dữ liệu bản đồ tỉnh Ninh Thuận đã được số hóa từ phần mềm GIS thông dụng là Mapinfo. Để xây dựng module quản lí bản đồ số trong ENVIMNT các tác giả đã xây dựng chương trình sử dụng ngôn ngữ lập trình Visual C++. Module bản đồ số trong ENVIMNT cho phép thực hiện các thao tác cơ bản đặc trưng của một hệ GIS như: phóng to-thu nhỏ, kích hoạt các đối tượng không gian theo điểm hay theo vùng, thêm-xoá-sửa các đối tượng không gian, thực hiện các phép chồng lớp thông tin giữa các đối tượng hay giữa các lớp thông tin ... 5.6.2 Module quản lý dữ liệu Phần mềm ENVIMNT có mục tiêu kết hợp giữa GIS và hệ quản trị dữ liệu phi không gian (trong trường hợp cụ thể ở đây là các dữ liệu môi trường) thể hiện ở một số điểm dưới đây: - ENVIMNT sử dụng hệ thống MS SQL server phiên bản 2000 để lưu trữ, hệ thống hóa, bảo quản dữ liệu liên quan tới môi trường như vị trí địa lí, địa chỉ của nguồn thải, mô tả vật lí của ống khói (chiều cao, đường kính), các phân tích liên quan tới các chất độc hại mà nguồn thải này thải ra (đo đạc, lấy mẫu ...), thông tin về tiêu chuẩn TCVN về chất lượng không khí, dữ liệu liên quan tới nhà máy quản lí ống khói này, các dữ liệu liên quan tới khí tượng, ... Đặc điểm nổi bật của dữ liệu này là tính đa dạng, phong phú các thuộc tính và thường xuyên thay đổi theo thời gian. Chính vì vậy chỉ có những hệ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 99 thống quản trị CSDL mạnh như MS SQL Server mới đủ sức để quản lý có hiệu quả các dữ liệu này. - Xử lý thống kê các dữ liệu cũng như tính toán theo mô hình toán nhằm đánh giá mức độ ô nhiêm môi trường cần thiết phải sử dụng ngôn ngữ lập trình đủ mạnh như Visual C ++ kết hợp với các công cụ khác như : ToolKit, Objective Grid, Objective Graph, thư viện SQL API dùng truy cập cơ sở dữ liệu. Sơ đồ khối của module nhập xuất dữ liệu trong ENVIMNT được thể hiện trên Hình 5.9. text Module nhập xuất dữ liệu Module nhập xuất dữ liệu môi trường Module nhập xuất tiêu chuẩn VN về môi trường Module nhập xuất văn bản về môi trường Module nhập xuất dữ liệu môi trường từ FILE Module nhập xuất dữ liệu môi trường bằng tay Module nhập xuất dữ liệu môi trường từ các database khác Module nhập xuất dữ liệu đối tượng không khí Module nhập xuất dữ liệu đối tượng nước Module nhập xuất dữ liệu đối tượng nước mặt Module nhập xuất dữ liệu đối tượng nước thải Module nhập xuất dữ liệu đối tượng nước ngầm Module nhập xuất dữ liệu đối tượng nước Module nhập xuất dữ liệu đối tượng không khí Module nhập xuất dữ liệu đối tượng nước Module nhập xuất dữ liệu đối tượng không khí Module nhập xuất dữ liệu đối tượng nước ven biển Module nhập xuất dữ liệu đối tượng nước uống Hình 5.9. Sơ đố cấu trúc module nhập xuất dữ liệu Phần mềm ENVIMNT cho phép thực hiện một số chức năng như tạo mới một trạm quan trắc mới, di chuyển trạm từ vị trí cũ sang vị trí mới. Lưu ý rằng mỗi trạm quan trắc có các loại thông số : - Thông số cố định theo thời gian (ví dụ như chiều cao ống khói) - Thông số thay đổi theo thời gian (ví dụ lượng phát thải chất ô nhiễm) Trước khi nhập số liệu, ENVIMNT yêu cầu người sử dụng xác định vị trí và thời điểm lấy mẫu theo qui trình được qui định trong TCVN. Người sử dụng được cung cấp các giao diện với tiếng Việt thân thiện để nhập thông tin cần thiết. 5.6.3 Module phân tích, truy vấn, làm báo cáo Nội dung chính trong xử lý các số liệu quan trắc môi trường là lấy ra những thông tin có ích cho một mục tiêu nào đó. Ví dụ như chúng ta cần quan tâm tới thông tin: nồng độ của một chất cụ thể chẳng hạn như BOD và câu hỏi đặt ra là có bao nhiêu lần trong một khoảng thời gian nào đó (ví dụ như trong một năm xác định) giá trị nồng độ của BOD vượt quá giới hạn cho phép. Chính vì vậy không chỉ lưu trữ, bảo quản các dữ liệu quan trắc môi trường, Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 100 ENVIMNT hướng tới chức năng cho phép phân tích các dữ liệu đã được lưu trữ trong CSDL để đánh giá xu thế phát triển môi trường tỉnh Ninh Thuận. Các chức năng được xây dựng trong module truy vấn dữ liệu cho phép xác định vùng và các nguồn có thể gây ra sự vượt quá chuẩn cho phép từ đó đưa ra những thông báo kịp thời cho các cơ quan chức năng, hỗ trợ cho việc thông qua quyết định nhằm khắc phục và làm giảm thiểu các hậu quả có thể. Hình 5.10. Sơ đồ module truy vấn dữ liệu Bảng 5.1. Các module cơ bản trong khối xử lý truy vấn dữ liệu trong ENVIMNT STT Tên module Nội dung 1 ENVIMQR1 Truy vấn dữ liệu theo thời gian, cho phép truy vấn theo dữ liệu tùy chọn nằm trong khoảng thời gian xác định hoặc theo các giá trị trung bình theo ngày, tháng, năm do người dùng tự chọn. 2 ENVIMQR2 Truy vấn dữ liệu vượt tiêu chuẩn cho phép. Người dùng có thể chọn các bản tiêu chuẩn VN cũng như các chỉ tiêu khác nhau trong tiêu chuẩn để so sánh với các giá trị quan trắc. 3 ENVIMQR3 Truy vấn dữ liệu vượt chuẩn theo tần suất : cho phép xác định các điểm quan trắc vượt quá một ngưỡng nào đó do người sử dụng chọn. 4 ENVIMQR4 Truy vấn dữ liệu theo không gian được người dùng chọn.: chọn huyện, chọn xã trong huyện, Báo cáo môi trường là một công việc không thể thiếu trong qui trình quản lý môi trường. Báo cáo được thực hiện theo yêu cầu của các cấp quản lý nhằm đánh giá được chất lượng môi trường đối tượng quan tâm. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 101 Module tạo lập báo cáo Đối tượng không khí Đối tượng nước Đối tượng khác Module kết xuất các báo cáo theo các form cố định Module truy vấn theo thời gian Module truy vấn dữ liệu vượt chuẩn Module truy vấn dữ liệu theo khu vực Module truy vấn dữ liệu theo tham số tự do Module kết xuất dưới dạng biểu đồ, hình ảnh Module kết xuất ra file word, excel Module kết xuất các báo cáo theo định dạng động Hình 5.11. Sơ đồ cấu trúc khối module tạo lập báo cáo ENVIMNT cung cấp chức năng sản sinh báo cáo một cách tự động nhờ các công cụ được xây dựng riêng. Công cụ sinh báo cáo tự động có nhiệm vụ sinh ra các bảng biểu và bản đồ theo một định dạng cố định theo mẫu của cơ quan quản lý môi trường cấp trên theo tùy chọn của người quản lý. Dựa vào TCVN về môi trường cũng như một số tài liệu hướng dẫn nghiệp vụ quan trắc, trong ENVIMNT đã thiết kế mẫu báo cáo. Các dòng thông tin trong module tạo lập báo cáo được trình bày trên Hình 5.11. Phần mới của ENVIMNT so với những sản phẩm trước đây là các module kết xuất các báo cáo định dạng động. 5.6.4 Module quản lý tập văn bản môi trường Người cán bộ quản lý môi trường trong giai đoạn hiện nay đòi hỏi phải nắm được một số lượng lớn các tài liệu văn bản liên quan tới quản lý nhà nước về môi trường. Ngay cả những người có bộ nhớ tốt nhất cũng không thể nhớ hết hay đọc hết các văn bản này. ENVIMNT sẽ trợ giúp khắc phục khó khăn này bằng cách cho phép tích hợp các văn bản môi trường quan trọng. Người sử dụng có thể bổ sung những văn bản môi trường vào ENVIMNT tùy theo nhu cầu của mình. 5.6.5 Module mô hình Các phần mềm GIS thông dụng trên thế giới như Mapinfo, ArcView, .... rất mạnh về xử lý các dữ liệu không gian nhưng không chuyên sâu về tích hợp mô hình toán. Đây là lý do Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 102 thúc đẩy nhiều nhóm, Trung tâm nghiên cứu trên thế giới xây dựng các phần mềm tích hợp mô hình toán với GIS để giải quyết nhiều bài toán ứng dụng. Việc tích hợp mô hình toán vào GIS và xử lý dữ liệu môi trường đã được tiến hành trong nhiều đề tài trước đây mà ENVIMNT không phải là ngoại lệ. Trong ENVIMNT được tích hợp hai nhóm mô hình toán : mô hình phát tán ô nhiễm trong môi trường không khí Berliand và mô hình phát tán ô nhiễm trong môi trường nước Paal. Các CSDL cần thiết để chạy mô hình toán trong ENVIMNT gồm : các dữ liệu từ các trạm khí tượng, các dữ liệu phi công nghệ về nguồn thải điểm (chiều cao, đường kính nguồn thải, tọa độ địa lý, tên cơ quan chủ quản,...). Các dữ liệu này được ENVIMNT quản lý và được người sử dụng lựa chọn để đưa vào phần kịch bản. Ngoài ra, để chạy mô hình toán, các dữ liệu liên quan tới sự hoạt động của nguồn thải (lưu lượng, tải lượng ô nhiễm, nhiệt độ khí thoát ra, ...) được nhập vào thông qua giao diện của ENVIMNT. Các module con để thực hiện module này được trình bày trong Bảng 5.2 . Khối module mô hình trong ENVIMNT hướng tới các mục tiêu: - quản lý tổng hợp và thống nhất các thông tin liên quan tới các phát thải, xả thải; - tính toán theo mô hình sự lan truyền và khuyếch tán tác nhân ô nhiễm trong môi trường không khí và nước bề mặt; - cung cấp công cụ trong việc phân tích, đánh giá ảnh hưởng các nguồn điểm theo các hoạt cảnh khác nhau. Cơ sở lí luận và thực tiễn của mô hình Berliand và Paal đã được nghiên cứu trong công trình khoa học của các nhà khoa học trong và ngoài nước. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 103 Bảng 5.2. Các module con cần thiết cho phần mềm tích hợp 5.6.6 Module WEB Một trong những kết quả của đề tài này là xây dựng trang Web riêng phục vụ cho công tác quản lý nhà nước của Sở Tài nguyên và Môi trường Ninh Thuận. Các chức năng chính của Web này gồm: - User với quyền hạn chế - Chức năng đổi mật khẩu, tên đăng nhập - Chức năng đổi thông tin cán bộ - Chức năng xem và thêm thông tin về khí tượng - Chức năng duyệt và nhập tin tức - Chức năng duyệt, ghi nhận, trả lời thông tin góp ý - Chức năng nhập lịch tiếp dân - Chức năng nhập văn bản, thủ tục đăng ký môi trường - Chức năng duyệt và nhập tin tức tài nguyên - Chức năng nhập thư ngỏ - Chức năng nhập dự báo thời tiết - User với quyền không hạn chế - User hệ thống với quyền cao nhất 5.6.7 Module quản lý giao diện và giao tiếp user Ký hiệu tên các module Chức năng của các module ENVIMODEL1 Nội suy các dữ liệu theo không gian ENVIMODEL2 Vẽ đường đồng mức ENVIMODEL3 Mô hình Berliand tính toán mô phỏng lan truyền và khuếch tán chất ô nhiễm cho nguồn điểm thải cao ENVIMODEL4 Mô hình Paal tính toán mô phỏng phát tán chất ô nhiễm từ cống xả ENVIMODEL5 Xây dựng lưới tính toán rời rạc theo không gian cho tính toán mô phỏng cũng như biểu diễn trực diện các dữ liệu ENVIMODEL6 Lấy những thông tin cần thiết từ CSDL cho tính toán mô phỏng ENVIMODEL7 Lấy những thông tin cần thiết từ kết quả tính toán mô phỏng để biểu diễn kết quả hoặc thông qua quyết định ENVIMODEL8 Biểu diễn kết quả tính toán mô phỏng dưới dạng các đồ thị ENVIMODEL9 Biểu diễn kết quả tính toán theo phương pháp chồng lớp thông tin của GIS Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 104 Các module quản lý bản đồ số hoá, quản lý dữ liệu, phân tích, truy vấn, làm báo cáo, quản lý tập văn bản môi trường và module mô hình cùng làm việc trong một hệ thống thống nhất thông qua module quản lý giao diện và giao tiếp user. Mối liên hệ giữa các module này và module quản lý giao diện và giao tiếp user được thể hiện trên Hình 5.8. 5.6.8 Một số công cụ khác ENVIMNT cho phép tìm kiếm nhanh chóng các điểm lấy mẫu theo tên gọi hay mã số. Chức năng này cho phép người sử dụng nhanh chóng tìm kiếm các trạm (trong số rất nhiều trạm hiện lên trên bản đồ). Khi người sử dụng nhập vào các thông số một cách chính xác theo yêu cầu của ENVIMNT, trạm lấy mẫu cần tìm sẽ hiện ra ngay (nhấp nháy trên màn hình và hiện ra màu đỏ). Bạn đọc quan tâm nhiều hơn nữa những thông tin về ENVIMNT có thể truy cập vào trang Web: www.envim.com.vn. Hình 5.12. Giao diện của phần mềm ENVIMNT Câu hỏi và bài tập 1. Tính cấp thiết phải ứng dụng CNTT trong công tác quản lý tài nguyên môi trường tại Việt Nam trong giai đoạn hiện nay. 2. Thế nào là một Hệ thống thông tin hỗ trợ phân tích dữ liệu môi trường. 3. Thế nào là một Hệ thống quan trắc môi trường. Chức năng của hệ thống này. Cơ sở kỹ thuật để xây dựng các Hệ thống quan trắc môi trường. 4. Trình bày sự phân cấp trong hệ thống quan trắc môi trường trong hệ thống quốc gia. Chức năng của từng cấp. 5. Trình bày mô hình Hệ thống thông tin môi trường cấp tỉnh thành trên ví dụ phần mềm ENVIMNT. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 105 Tài liệu tham khảo 1. Bùi Tá Long và CTV, 2002. Hệ thống thông tin trợ giúp công tác quản lý, qui hoạch và đánh giá tác động môi trường. Báo cáo tổng hợp kết quả đề tài cấp Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia 1999 – 2000, 121 trang. 2. Bùi Tá Long và CTV, 2002. ENVIM, phần mềm hỗ trợ quản lý môi trường tổng hợp và thống nhất. Sản phẩm đề tài Nghiên cứu Khoa học Công nghệ tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, 4/2002. 69 trang. 3. Bùi Tá Long và CTV, 2002. INSEMAG, phần mềm hỗ trợ quản lý môi trường nước và không khí cho tỉnh An Giang. Sản phẩm đề tài Nghiên cứu Khoa học Công nghệ tỉnh An Giang, 9/2003. 120 trang. 4. Bùi Tá Long, Lê Thị Quỳnh Hà, Lưu Minh Tùng, 2004. Xây dựng phần mềm hỗ trợ công tác giám sát chất lượng môi trường cho các tỉnh thành Việt Nam. Tạp chí Khi tượng Thủy văn, N 12 (517), 2004, trang 10 – 19. 5. Bui Ta Long, Le Thi Quynh Ha, Ho Thi Ngoc Hieu, Luu Minh Tung, 2004. Integration of GIS, Web technology and model for monitoring surface water quality of basin river : a case study of Huong river. Proceedings of International symposium on Geoinformatics for spatial – infrastructure development in earth and allied sciences. Pp. 299 – 304. 6. Bùi Tá Long, Lê Thị Quỳnh Hà, Lưu Minh Tùng, Võ Đăng Khoa, 2005. Xây dựng hệ thống thông tin môi trường hỗ trợ thông qua quyết định môi trường cấp tỉnh thành. Tạp chí Khí tượng – Thủy văn, số 5 (533), trang 31 – 40. 7. Bui Ta Long, Le Thi Quynh Ha, Cao Duy Truong, Nguyen Thi Tin, 2005. Integration GIS and environment information system for environment management in central economic key region of VietNam. Proceedings of Asean Conference on Remote sensing, Ha Noi 7-11/11/2005. 10 p. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 106 CHƯƠNG 6 MỘT SỐ MÔ HÌNH MẪU LAN TRUYỀN CHẤT Ô NHIỄM TRONG MÔI TRƯỜNG Hiện nay không có một lĩnh vực hiểu biết, nhận thức nào mà người ta không nói đến mô hình. Trong nghĩa rộng, mô hình được hiểu là một cấu trúc được xây dựng trong tư duy hoặc thực tiễn, cấu trúc này tái hiện lại thực tế ở dạng đơn giản hơn, công thức hơn và trực quan hơn. Chức năng quan trọng nhất của mô hình là chức năng nghiên cứu. Trong thực nghiệm mô hình vừa là đối tượng được nghiên cứu, vừa là công cụ nghiên cứu đối tượng được mô hình hóa. Ưu điểm chủ yếu của các thực nghiệm trên mô hình – đó là khả năng nghiên cứu nhiều tình huống mà trên các đối tượng thực có khi hiếm xảy ra, hoặc chỉ xảy ra trong tương lai. Như đã lưu ý ở các chương trước, hệ thống thông tin môi trường trong giai đoạn hiện nay không chỉ thu thập, xử lý các dữ liệu quan trắc đo đạc được mà còn phải có khả năng dự báo cũng như tính toán các hậu quả có thể có do việc thực thi các dự án hoạt động kinh tế. Đây chính là lý do cần mở rộng khái niệm Hệ thống thông tin môi trường thành Hệ thống thông tin – mô hình môi trường như đã được chỉ ra trong phần hai của giáo trình này. Thành phần quan trọng của Hệ thống thông tin – mô hình môi trường là ngân hàng các mô hình về các môi trường nước, không khí và đất. Sự tích hợp các mô hình vào hệ thống thông tin môi trường là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong bất kỳ dự án về hệ thống thông tin môi trường nào. Phần dưới đây trình bày khái quát về một số mô hình mẫu lan truyền chất ô nhiễm không khí và nước. Giáo trình này không đặt mục tiêu trình bày đầy đủ về lĩnh vực mô hình lan truyền chất. Đây sẽ là một môn học độc lập khác. Mục tiêu của chương trình giới thiệu một số mô hình về nước và khí đã được tác giả giáo trình này nghiên cứu từ khía cạnh lý luận cũng như thực tiễn. Đây là cơ sở lý luận cho các phần mềm CAP cũng như các phần mềm ENVIMWQ 2.0, ENVIMAP 2.0, ECOMAP 2.0. 6.1 Mô hình lan truyền chất ô nhiễm không khí từ nguồn điểm Sự lan truyền các chất ô nhiễm khác nhau trên một diện rộng trong khí quyển là quá trình vật lý rất quan trọng. Sự lan truyền các chất ô nhiễm không khí theo diện rộng trong khí quyển có thể gây ra tổn thất nặng nề (ít nhất dưới các điều kiện khí tượng nào đó) cho nhiều vùng khác nhau mặc dù trong những vùng này không có bất kỳ nguồn thải lớn nào. Vì vậy quá trình này cần được nghiên cứu cẩn thận. Có hai câu hỏi được quan tâm nhiều nhất cần trả lời là: (1) Sự tham gia của các nguồn thải từ một vùng đã cho đến các vùng lân cận diễn ra như thế nào ? (2) Mối liên hệ giữa mức phát thải với mức ô nhiễm tại các vùng lân cận? (những yếu tố nào ảnh hưởng đến việc làm giảm đi mức ô nhiễm tại vùng lân cận). Việc giải đáp hai câu hỏi trên sẽ giúp cho nỗ lực giảm mức độ ô nhiễm đến mức qui định một cách tối ưu. Bình thường giảm ô nhiễm là quá trình tốn kém, vì vậy làm thế nào để giảm thiểu ô nhiễm đến mức cần thiết là một bài toán mang ý nghĩa thực tiễn quan trọng. Các mô hình toán mô phỏng ô nhiễm không khí là những công cụ không thể thiếu để giải quyết các bài toán được phác họa ở trên. Phần dưới đây trình bày ngắn gọn một số vấn đề liên quan tới mô hình hóa nhiễm bẩn không khí. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 107 Trước khi đi vào trình bày chi tiết chúng ta cùng nhau xem xét các thuật ngữ đã được Tổ chức năng lượng quốc tế định nghĩa như sau: Chuyển động của dòng không khí dưới tác động của gió trong thời gian và sau giai đoạn nâng cột khói gọi là sự lan truyền (transport). Chuyển động rối của khí quyển gây nên sự chuyển động tùy ý của khí thải, dẫn tới sự lan đi của nó theo các hướng ngang và đứng cùng không khí. Quá trình này gọi là khuếch tán không khí (atmospheric diffusion). Sự tổ hợp của lan truyền (transport) và khuếch tán (diffusion) gọi là sự phân tán không khí (atmospheric dispersion). Mô hình mô tả các quá trình này gọi là mô hình lan truyền khuếch tán không khí (atmospheric transport-diffusion) hay các mô hình phân tán không khí (atmospheric dispersion). Hiện tượng vật lý được gọi lan truyền ô nhiễm không khí diện rộng, bao gồm 3 giai đoạn chính: 1.Phát thải (emission). Trong giai đoạn đầu tiên này, các chất ô nhiễm tỏa (emitted) vào khí quyển từ các nguồn thải khác nhau. Nhiều nguồn thải là do con người, nhưng một số chất ô nhiễm lại được phát ra từ các nguồn tự nhiên. 2.Lan truyền (transport). Lan truyền chất ô nhiễm thật sự diễn ra trong giai đoạn thứ hai. Tác nhân gây ra là gió. (Lan truyền chất ô nhiễm trong không khí do gió trong một số tài liệu còn được gọi là “ sự truyền tải các chất ô nhiễm không khí” “advection of the air pollutant”). 3.Biến đổi trong quá trình lan truyền (Transformations during the transport). Ba quá trình vật lý chính diễn ra suốt quá trình lan truyền các chất ô nhiễm trong khí quyển: 3.1.Khuếch tán (Diffusion). Các chất ô nhiễm không khí khuếch tán rộng trong khí quyển (theo cả chiều ngang và chiều dọc). 3.2.Lắng đọng (Deposition). Một số chất ô nhiễm bị lắng đọng ở nhiều nơi trên bề mặt trái đất (đất trồng, nước, và cây cối). Hai loại hiện tượng lắng đọng thường được quan tâm: lắng đọng khô và lắng đọng ướt. Lắng đọng khô tiếp tục trong suốt quá trình lan truyền diện rộng trong khi lắng đọng ướt chỉ diễn ra khi có mưa. 3.3.Phản ứng hóa học (Chemical reactions). Nhiều phản ứng hóa học khác nhau diễn ra trong suốt quá trình lan truyền chất ô nhiễm trong khí quyển. Kết quả của các phản ứng hóa học này là nhiều chất ô nhiễm thứ cấp được tạo ra (các chất ô nhiễm không khí được thải trực tiếp từ các nguồn thải trong không khí thường được gọi là các chất ô nhiễm sơ cấp. 6.1.1 Cơ sở lựa chọn mô hình tính toán lan truyền và khuếch tán chất ô nhiễm không khí Các 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 70 năm qua trong lĩnh vực này cho thấy: ngoài các khó khăn mô phỏng 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. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 108 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