Mô tả:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN
…oOo…
MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG
Chủ đề:
TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA
CÁC BƯỚC THIẾT LẬP VÀ PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH
Giảng viên hướng dẫn
Huỳnh Vương Thu Minh
Sinh viên thực hiện
Nhóm sinh viên QLMTA2
Báo cáo mô hình hóa môi trường
1
PHỤ LỤC
PHỤ LỤC
.........................................................................................................................................
2
Báo cáo mô hình hóa môi trường
2
DANH SÁCH HÌNH
PHỤ LỤC
.........................................................................................................................................
2
Báo cáo mô hình hóa môi trường
3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA VÀ Ý NGHĨA
1. Giới thiệu
Hiện nay, ô nhiễm môi trường đang là vấn đề báo động song hành với sự phát
triển kinh tế xã hội, đặc biệt tại các quốc gia đang phát triển. Tại nhiều nơi,
chất lượng nước, đất, không khí suy giảm nhanh chóng vượt qua khả năng tự
làm sạch của tự nhiên. Trong lĩnh vực khoa học quản lý môi trường và kỹ thuật
xử lý môi trường, việc quan trắc dự báo diễn biến môi trường mang tầm quan
trọng cho các quyết định giải quyết vấn đề. Tuy nhiên, việc đo đạc, quan trắc
môi trường rất tốn kém kinh phí và công sức của con người. Nhằm giảm thiểu
các khó khăn này, các nhà khoa học đã và đang tiếp tục phát triển các ứng dụng
các nguyên lý vật lý và toán học vào thực tiễn để mô phỏng các diễn biến thực
tế trong tự nhiên và đưa ra các dự báo cần thiết.
Việc mô phỏng môi trường cũng đang giúp con người tạo dựng các một hình
ảnh hoặc sự vật thu nhỏ hoặc tương tự, bắt chước theo thực tế để mô tả sự
kiện cũng như tạo ra các kịch bản biến đổi lượng và chất theo không gian và
thời gian nhằm tiên đoán khả năng lây truyền chất ô nhiễm hoặc khả năng hồi
phục chất lượng tài nguyên. Môn học mô hình hóa môi trường được hình thành
từ cơ sở này.
2. Các định nghĩa và phân loại mô hình
2.1. Khái niệm mô hình
Mô hình là một cấu trúc mô tả hình ảnh đã được tối giản hóa theo đặc điểm
hoặc diễn biến của một đối tượng, một hiện tượng, một khái niệm hoặc một
hệ thống (TS. Lê Anh Tuấn, 2008).
Mô hình có thể là một hình ảnh hoặc một vật thể được thu nhỏ hoặc phóng
đại,hoặc chỉ làm gọn bằng một phương trình toán học, một công thức vật lý,
mộtphần mềm tin học để mô tả một hiện trạng thực tế mang tính điển hình
( TS. Lê Anh Tuấn, 2008).
Mô hình là một đối tượng cụ thể (vật chất hoặc phương trình toán học), một hệ
Báo cáo mô hình hóa môi trường
4
thống, hoặc một khái niệm (tư duy) thay thế một nguyên bản (Claude
Shannon,1948).
Ví dụ 1.1: Các nhà thiết kế tạo ra một mẫu xe hơi sử dụng năng lượng mặt trời
thu nhỏ để thử nghiệm khả năng hoạt động cũng như các tiện ích và an toàn
trước khi chế tạo hàng loạt (hình 1.1).
Hình 1.1. Mô hình xe hơi thử nghiệm sử dụng năng lượng mặt trời
Ví dụ 1.2: Mô hình Vòng tuần hoàn nước sự tồn tại và vận động của nước trên
mặt đất, trong lòng trong đất và trong bầu khí quyển của trái đất.
Hình 1.2 Mô hình vòng tuần hoàn nước trên trái đất.
2.2 Phân loại mô hình
a. Phân loại mô hình
Mô hình khái niệm ( Mô hình nhận thức) Conceptual modelling: Trước khi tiến
Báo cáo mô hình hóa môi trường
5
hành tạo một mô hình, phải tư duy được có bao nhiêu thành phần và cách thức
liên hệ và ảnh hưởng lẫn nhau như thế nào. Kết quả của mô hình khái niệm là
lưu đồ hoặc sơ đồ.
Mô hình giải tích ( Mô hình số): Là những thuật toán quan hệ giữa những biến
số ( variables ) và thông số ( parameters ) của mô hình →Phần quan trọng cốt lõi
và cũng phức tạp nhất khi xây dựng mô hình.
Mô hình toán– Numerical modelling: Dùng ngôn ngữ lập trình mô tả mối quan hệ
toán học giữa các yếu tố trong hệ thống (các quá trình hóa học, vật lý và sinh
học) được mô phỏng từ hệ thống thực. Các mô hình toán thường sử dụng như
MathCAD, MathLAB, Excel, Fortran, C, C ++ , Java…
Mô hình vật lý:
Mô hình tỉ lệ Scale physiscal modelling: Hệ vật lý được mô phỏng lại với các
thành phần được mô phỏng bằng một tỉ lệ chính xác (thu nhỏ hoặc phóng to).
Mô hình phác thảo thử nghiệm – Prototype modelling: Dạng này được xây dựng
nhanh và thô (phác thảo) để thử nghiệm một vài chức năng.
Mô hình tương tự: Khi một quá trình muốn nghiên cứu quá phức tạp →Có thể sử
dụng một quá trình khác thay thế (công thức toán học giống nhau) → Mô hình
tương tự → Suy kết quả từ mô hình tương tự cho mô hình muốn nghiên cứu.
MÔ HÌNH
b. Phân loại mô hình toán
TOÁN
MÔ HÌNH TẤT
ĐỊNH
MÔ HÌNH NGẪU
NHIÊN
MÔ HÌNH LIÊN
TỤC
MÔ HÌNH RỜI
RẠC
MÔ HÌNH TĨNH
MÔ HÌNH ĐỘNG
Báo cáo mô hình hóa môi trường
MÔ HÌNH TUYẾN
TÍNH
6
MÔ HÌNH PHI
TUYẾN TÍNH
Mô hình hộp trắng White box
Mô hình cung cấp số thông tin về liệu đầu vào, đầu ra và một bên trong hệ
thống.
Mô hình hộp đen Black box
Mô hình chỉ cung cấp số thông tin về liệu đầu vào và đầu ra (only input and
output are known), cấu trúc bên trong chưa biết hoặc không biết do cấu trúc quá
phức tạp hoặc chưa biết (Internal dynamics are either too complex or unknown).
Mô hình hộp xám Gray box
Báo cáo mô hình hóa môi trường
7
Mô hình cung cấp số thông tin về liệu đầu vào, đầu ra và một phần trong tiến
trình xử lý của hệ thống.
3. Ưu và nhược điểm các loại mô hình
TÊN MÔ HÌNH
ƯU ĐIỂM
NHƯỢC ĐIỂM
Mô hình khái
niệm
(Mô hình nhận
thức )
Được hình thành dù người tạo
ra nó chưa hiểu hết tất cả các
hiện tượng phức tạp trong thực
tế.
Có thể đơn giản hóa tính bất
nhất của các thông số thành tính
đồng nhất.
Có thể giảm thiểu được số liệu
yêu cầu.
Dễ dàng cho người xem hiểu
cách thu thập số liệu, thông tin
sử dụng một cách
nhanh chóng và ít tốn kém.
Mô hình khái niệm là một
khái quát nhân tạo và phi
vật lý qua các tối giản nên
có thể không đưa ra hết
những quan hệ tương tác
giữa các đối tượng.
Những người thiếu kinh
nghiệm có thể tạo ra các
giả thiết phi thực tế hoặc
quá đơn giản.
Mô hình khái niệm mang
tính tổng quá nên đôi khi bỏ
sót các phương án vận hành.
Báo cáo mô hình hóa môi trường
8
Mô hình khái niệm là một công
cụ kĩ thuật cho các lập trình viên
hiểu vấn đề phải giải quyết mà
không cần phải làmột chuyên gia
môi trường.
Mô hình khái niệm tạo thuận
lợi cho việc diễn giải trong
thuyết minh, biểu bảng, đồ thị.
Có thể tạo ra một giao tiếp với
cơ sở dữ liệu và hệ thống thông
tin địa lý (GIS).
Mô hình Giải Mô hình thực hiện xử lý số liệu
Tích
một
( Mô hình Số)
cách nhanh chóng.
Mô hình không có lập trình, tối
thiểu được lỗi
trong cách sử dụng.
Mô hình khái quát thường
không thể thể hiện cách
điều chỉnh sai số hoặc
ngoại suy trong trường hợp
thiếu dữ liệu.
Khi cần bổ sung mô hình
hoặc tái cấu trúc mô hình có
thể tạo ra một tình trạng
quá gò bó thông số.
Dùng các ngôn ngữ lập trình để
miêu tả mối quan hệ toán học
một cách dễ dàng.
Có thể dễ dàng thay đổi số liệu
hay thông số của mô hình với
nhiều kịch bản khác nhau theo ý
muốn.
Các tính năng tiêu chuẩn hóa
thường cần thiết cho mô hình.
Chu kỳ phát triển ngắn hơn.
Có thể đọc được nhiều mã khác
nhau.
Hỗ trợ nhiều trong việc xác
minh mô hình toán học.
Là công cụ chuẩn xác để dự
đoán những hiện tượng Vật lý.
Kích thước nhỏ, đo đạc dễ
dàng.
Quan sát các hiện tượng tận
mắt dễ dàng định hướng nghiên
cứu.
Đòi hỏi khối lượng công
việc khổng lồ với các biến
số thay đổi theo thời gian và
không gian.
Giai đoạn kiểm tra lại khó
khăn.
Tính di động bị hạn chế.
Chi phí phầm mềm cao.
Đòi hỏi nâng cấp bổ sung.
Mô hình Toán
Mô hình Vật Lý
Báo cáo mô hình hóa môi trường
9
Các thông số và biến số dễ
bị thay đổi.
Là mô hình phức tạp với
các chuỗi thuật toán.
Tốn kém thời gian và tiền
bạc.
Chỉ được áp dụng khi hết
sức cần thiết khi nghiên cứu
chi tiết để thiết kế công
trình (cống, đập).
Khó mô phỏng tất cả các
Mô hình Tương Có thể sử dụng số liệu, thông
Tự
số hay một quá trình khác thay
thế rồi suy ra kết quả tương tự
cho mô hình.
Không sử dụng lập trình phức
tạp.
Các mô hình phức tạp được
thực hiện
nhanh chóng.
hiện tượng theo tỉ lệ chính
xác.
Khó mô phỏng các điều
kiện biên một cách chính
xác.
Kết quả không chính xác.
Không mô phỏng tất cả
hiện tượng trong mô hình
một cách chính xác.
Tốn kém về tiền bạc.
4. Các trường hợp cần sử dụng mô hình toán và mô hình vật lý
Mô hình vật lý: Khi những hiện tượng vật lý thực tế phức tạp và khó mô tả
chính xác bằng các công thức toán học. Mô hình vật lý là công cụ chuẩn xác để
dự đoán những hiện tượng vật lý. Không cần phải tưởng tượng, chúng ta có thể
quan sát toàn bộ quá trình thông qua mô hình vật lý.
Mô hình toán: Để dự đoán hoặc mô phỏng một cách thường xuyên những gì một
hệ thống thế giới thực sẽ làm trong tương lai nhưng lại tốn kém, không thực tế
hoặc không thể thử nghiệm trực tiếp với hệ thống, ví dụ như: thiết kế lò phản
ứng hạt nhân, sự tuyệt chủng của các loài,…Mô hình toán còn được áp dụng
trong nhiều trường hợp khi phải liên tục thay đổi kịch bản để đưa ra kết quả
tương ứng.
Báo cáo mô hình hóa môi trường
10
- Xem thêm -