Tài liệu Bài tập mô hình và hệ thống thông tin môi trường có đáp án

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN BÙI TÁ LONG BÀI TẬP CÓ ĐÁP ÁN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 9/2010 Kính mong sự đóng góp ý kiến của tất cả bạn đọc. Những đóng góp quí báu của bạn đọc sẽ giúp các tác giả nâng cao chất lượng tài liệu này. Tài liệu này tập hợp bài tập môn Mô hình hoá và Tin học môi trường được tác giả giảng dạy cho học viên cao học và sinh viên tại Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh cũng như một số trường khác trong các năm 2006 – 2010. Tài liệu này giúp sinh viên, học viên nghiên cứu môn học mô hình hoá môi trường cũng như môn học Tin học môi trường. Đây là môn học bắt buộc cả ở bậc đại học cũng như cao học. Tài liệu này hướng tới đối tượng là sinh viên, học viên cao học đang theo học ngành quản lý hay kỹ thuật môi trường. Tài liệu này cũng hướng tới tất cả những ai quan tâm tới ứng dụng mô hình toán và công nghệ thông tin trong nghiên cứu bảo vệ môi trường. Bản quyền @ 2010 Bùi Tá Long, tiến sĩ khoa học, Bùi Tá Long 2 Bài tập MHH và THMH MỤC LỤC MỤC LỤC....................................................................................................................... 3 DANH SÁCH HÌNH ........................................................................................................ 4 DANH SÁCH BẢNG ...................................................................................................... 5 1. MỞ ĐẦU.................................................................................................................. 7 2. BÀI TẬP TÍNH TOÁN SỰ PHÁT TÁN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ THEO MÔ HÌNH GAUSS........................................................................................................................... 9 2.1. Giới thiệu chung................................................................................................ 9 2.2. Sơ đồ tóm tắt mô hình Gauss........................................................................... 9 2.3. Bài tập mô hình Gauss ................................................................................... 13 2.4. Các câu hỏi thường gặp khi chạy CAP .......................................................... 16 3. BÀI TẬP TÍNH TOÁN SỰ PHÁT TÁN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ THEO MÔ HÌNH BERLIAND................................................................................................................... 20 3.1. Giới thiệu chung.............................................................................................. 20 3.2. Sơ đồ tóm tắt mô hình Berliand ...................................................................... 20 3.3. Bài tập mô hình Berliand................................................................................. 23 4. BÀI TẬP TÍNH TOÁN SỰ PHÁT TÁN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TỪ NHIỀU NGUỒN THẢI BẰNG PHẦN MỀM ENVIMAP ........................................................................... 29 4.1. Giới thiệu chung.............................................................................................. 29 4.2. Sơ đồ tóm tắt phần mềm ENVIMAP ............................................................... 31 4.3. Bài tập ứng dụng phần mềm ENVIMAP tính toán ô nhiễm do nhiều nguồn thải 33 5. BÀI TẬP TÍNH TOÁN SỰ LAN TRUYỀN Ô NHIỄM NƯỚC TỪ NHIỀU NGUỒN XẢ THẢI BẰNG MÔ HÌNH STREETER ...................................................................... 60 5.1. Giới thiệu chung.............................................................................................. 60 5.2. Sơ đồ tóm tắt phần mềm STREETER ............................................................ 61 5.3. Bài tập ứng dụng phần mềm STREETER tính toán ô nhiễm do nhiều nguồn xả thải ....................................................................................................................... 62 6. BÀI TẬP TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC TỪ NHIỀU NGUỒN XẢ THẢI BẰNG MÔ HÌNH ENVIMQ2K....................................................................... 66 6.1. Giới thiệu chung.............................................................................................. 66 6.2. Sơ đồ tóm tắt phần mềm ENVIMQ2K............................................................. 67 6.3. Bài tập ứng dụng phần mềm ENVIMQ2K....................................................... 68 7. TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 70 3 DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1. Sơ đồ các bước thực hiện tính toán phát tán ô nhiễm theo mô hình Gauss ..................................................................................................................................... 10 Hình 2.2. Sơ đồ tự động hoá tính toán vệt nâng cột khói ............................................ 10 Hình 2.3. Công thức tính nồng độ theo mô hình Gauss .............................................. 11 Hình 3.1. Hệ tọa độ được lựa chọn để tính toán ......................................................... 21 Hình 3.2. Sơ đồ tự động hoá tính toán phát tán ô nhiễm không khí theo mô hình Berliand ........................................................................................................................ 21 Hình 4.1. Sơ đồ cấu trúc của phần mềm ENVIMAP .................................................... 31 Hình 4.2. Sơ đố cấu trúc CSDL môi trường trong ENVIMAP ...................................... 32 Hình 4.3. Các bước chuẩn bị chạy mô hình mô phỏng trong ENVIMAP ..................... 33 Hình 5.1. Sơ đồ tự động hoá tính toán sự lan truyền chất ô nhiễm trên kênh sông theo mô hình Streeter – Phelps ........................................................................................... 61 Hình 5.2. Bước tính đầu tiên........................................................................................ 62 Hình 5.3. Các bước tính tiếp theo ................................................................................ 62 Hình 6.1. Các bước tính toán trong phần mềm ENVIMQ2K........................................ 68 Bùi Tá Long 4 Bài tập MHH và THMH DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1. Công thức tính σz (x), σy(x) cho vùng thoáng mở (nông thôn) .................. 11 Bảng 2.2. Công thức tính σz (x), σy(x) cho điều kiện thành phố ................................. 12 Bảng 2.3. Công thức tính tham số p theo lớp ổn định Pasquill – Hanna..................... 12 Bảng 2.4. Phân loại độ bền vững khí quyển theo Pasquill .......................................... 13 Bảng 4.1. Danh mục các cơ sở sản xuất nằm trong Khu công nghiệp Biên Hoà 1..... 34 Bảng 4.2. Các vị trí quan trắc chất lượng không khí trên địa bàn tỉnh Đồng Nai......... 36 Bảng 4.3. Vị trí các điểm giám sát chất lượng không khí ............................................ 38 Bảng 4.4. Các thông số kỹ thuật của các ống khói nằm trong KCN Biên Hoà 1, tỉnh Đồng Nai ...................................................................................................................... 38 Bảng 4.5. Bảng chất lượng quan trắc chất lượng không khí ....................................... 40 Bảng 4.6. Các tham số phát thải cho các nguồn thải ngày 13/6/2007......................... 42 Bảng 4.7. Các tham số phát thải cho các nguồn thải ngày 06/07/2007....................... 43 Bảng 4.8. Các tham số phát thải cho các nguồn thải ngày 24/8/2007......................... 50 Bảng 4.9. Các tham số phát thải cho các nguồn thải ngày 30/9/2007......................... 51 Bảng 6.1. Chất lượng nước tại thượng nguồn ............................................................ 68 Bảng 6.2. Bảng kết quả đánh giá tác động môi trường tại nguồn thải kênh rạch số 3 (kịch bản 1)................................................................................................................... 68 Bảng 6.3. Bảng kết quả đánh giá tác động môi trường tại nguồn thải kênh rạch số 3 (kịch bản 2)................................................................................................................... 69 Bảng 6.4. Bảng kết quả đánh giá tác động môi trường tại nguồn thải kênh rạch số 3 (kịch bản 3)................................................................................................................... 69 Bảng 6.5. Bảng kết quả đánh giá tác động môi trường tại nguồn thải kênh rạch số 3,4 (kịch bản 4)................................................................................................................... 69 5 Bảng 6.6. Bảng kết quả đánh giá tác động môi trường tại nguồn thải kênh rạch số 3,4 (kịch bản 5)................................................................................................................... 70 Bảng 6.7. Bảng kết quả đánh giá tác động môi trường tại nguồn thải kênh rạch số 3,4 (kịch bản 6)................................................................................................................... 70 Bùi Tá Long 6 Bài tập MHH và THMH 1. MỞ ĐẦU Bài toán bảo vệ môi trường trong giai đoạn hiện nay không tách rời khỏi bài toán xây dựng các mô hình toán đánh giá, dự báo ô nhiễm (mà người ta gọi chung là mô hình môi trường). Mô hình hoá môi trường ngày nay là một lĩnh vực có phương pháp và kỹ thuật riêng của nó. Khoa học môi trường trong giai đoạn hiện nay đã sử dụng rất nhiều các phương tiện, kỹ thuật toán học: lý thuyết động lực, phương trình đạo hàm riêng, phép tính sai phân, phần tử hữu hạn, phương trình tích phân và vi tích phân. Các phương pháp toán đã xâm nhập rất sâu vào các lĩnh vực khác nhau của sinh thái học và khoa học môi trường như phân tích mối quan hệ giữa các loài trong các hệ sinh thái, quá trình di cư, đánh giá ảnh hưởng của các quá trình hoạt động kinh tế - xã hội khác nhau lên môi trường, nghiên cứu các bài toán quản lý tối ưu các nguồn tài nguyên thiên nhiên. Mô hình hóa môi trường là một trong những phương pháp nhận thức cơ bản của con người đối với thiên nhiên. Mô hình hóa là một dạng phản ảnh thực tế hay tiếp nhận tính chất này hay tính chất kia của đối tượng thực với sự trợ giúp của các phương tiện như vẽ, bản đồ, tập hợp các phương trình, thuật toán, các phần mềm. Khả năng của mô hình hoá thể hiện ở chỗ mô hình theo một nghĩa nào đó tái hiện lại một số khía cạnh của đối tượng thực mà người nghiên cứu quan tâm. Trong những năm gần đây do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, đặc biệt là của lĩnh vực giao diện đồ hoạ, một lĩnh vực khoa học mới được phát triển rất mạnh – đó là mô phỏng bằng công cụ máy tính- phương pháp giải bài toán phân tích hay tổng hợp hệ trên cơ sở ứng dụng các phần mềm máy tính. Ở đây ta hiểu phần mềm máy tính là một bộ chương trình mô phỏng quá trình diễn ra cụ thể nào đó của môi trường dưới tác động của các yếu tố khác nhau. Các phần mềm này giúp nhận được các kết quả định lượng và định tính của một mô hình toán cụ thể. Tài liệu này trình này thể hiện một số kết quả nghiên cứu của tác giả và nhóm nghiên cứu do tác giả làm chủ nhiệm trong thời gian qua. Các bài tập và phần mềm được ứng dụng trong môn Mô hình hoá môi trường cũng như môn học Hệ thống thông tin môi trường (còn được gọi là Tin học môi trường) được nhóm tác giả nghiên 7 cứu và xây dựng thông qua nhiều đề tài nghiên cứu khoa học các cấp cũng như thông qua công tác giảng dạy cho sinh viên và học viên cao học tại Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh cũng như một số trường khác trong nhiều năm trời. Các bài tập được đánh số theo từng chủ đề: phần mềm CAP với mô hình toán Gauss, phần mềm CAP với mô hình toán Berliand, phần mềm ENVIMAP quản lý và mô phỏng ô nhiễm không khí cho nhiều nguồn thải công nghiệp, phần mềm STREETER 1.0 tính toán lan truyền oxy hoà tan và BOD cho nhiều nguồn thải, phần mềm ENVIMQ2K tính toán lan truyền ô nhiễm cho kênh sông. Sau lần đầu tiên biên soạn tài liệu này vào năm 2007. Trong phiên bản mới này, tác giả đã có một số điều chỉnh cho phù hợp với thực tiễn. Dù có nhiều cố gắng nhưng chắc chắn tài liệu này vẫn không thể tránh khỏi những tồn tại và hạn chế. Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của tất cả bạn đọc gần xa có quan tâm tới ứng dụng phương pháp mô hình hoá quản lý và kỹ thuật môi trường nói riêng cũng như trong nghiên cứu môi trường nói chung. Góp ý xin gửi về địa chỉ [email protected] hoặc theo địa chỉ trên trang Web: www.hcmier.edu.vn/capweb. Tp. Hồ Chí Minh 09/2010 Tác giả: PGS.TSKH. Bùi Tá Long. Bùi Tá Long 8 Bài tập MHH và THMH 2. BÀI TẬP TÍNH TOÁN SỰ PHÁT TÁN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ THEO MÔ HÌNH GAUSS 2.1. Giới thiệu chung Phần mềm CAP gồm nhiều phiên bản khác nhau. Phiên bản đầu tiên ra đời vào năm 1995. Phiên bản 3.0 vào tháng 9/2006. Từ năm 2008 trở đi CAP được đặt tên theo năm và sẽ được tác giả cập nhật thường xuyên. Để giải quyết các bài toán trong mục này, sinh viên, học viên cần có chương trình CAP 2010 mô hình Gauss cùng tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm này. Bên cạnh đó sinh viên, học viên cần nắm được cơ sở lý luận của mô hình Gauss theo bài giảng về mô hình hoá. Các chức năng chính của CAP là: - Tính sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất theo 2 nhóm kịch bản khác nhau là khí tượng và khí thải. - Tính toán ô nhiễm trung bình theo ngày. - Vẽ các vùng ảnh hưởng khác nhau. - So sánh kết quả tính toán với tiêu chuẩn Việt Nam - Thực hiện các báo cáo tự động, chuyển file kết quả qua E-mail. 2.2. Sơ đồ tóm tắt mô hình Gauss 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. Mô hình thống kê kinh nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết toán học Gauss. Các nhà toán học có công phát triển mô hình này là Taylor (1915), Sutton (1925 – 1953), Turner (1961 – 1964), Pasquill (1962 – 1971), Seifeld (1975) và gần đây được các nhà khoa học môi trường của các nước như Mỹ, Anh, Pháp, Hunggari, Ấn độ, Nhật Bản, Trung Quốc,... ứng dụng và hoàn thiện mô hình tính theo điều kiện của mỗi nước. Nội dung của mô hình này có thể xem thêm trong bài giảng hay trong [1]. 9 Hình 2.1. Sơ đồ các bước thực hiện tính toán phát tán ô nhiễm theo mô hình Gauss Vận tốc gió tại miệng ống khói Độ ổn định khí quyển Đường kính ống khói Nhiệt độ không khí xung quanh Vệt nâng ống khói ∆h = TKhoi − TXung _ quanh  ω Da  −3  1.5 + 2.68.10 P.D  u  TKhoi  Nhiệt độ khí thoát Tốc độ phụt khí Hình 2.2. Sơ đồ tự động hoá tính toán vệt nâng cột khói Bùi Tá Long 10 Bài tập MHH và THMH  y2 M C= exp  −  2σ 2 2π uσ yσ z y   ( z − H )2   ( z + H )2       + exp  −    exp  −  2σ z2  2σ z2           Độ ổn định khí quyển Vận tốc gió tại miệng ống khói Vận tốc gió đo được tại độ cao 10 m Vệt nâng ống khói Độ cao hữu dụng H=h+∆h Vận tốc gió tại độ cao hữu dụng H Hình 2.3. Công thức tính nồng độ theo mô hình Gauss Với mục tiêu đơn giản hơn trong tính toán thực tế, Turner đã đưa ra công thức tính toán hệ số phân tán σz (x), σy(x) là hàm số khoảng cách theo hướng gió và độ ổn định của khí quyển /Bảng 2.1, Bảng 2.2/. Các thí nghiệm này được thực hiện trên khu vực đồng cỏ Salisbury và Nebraska, nước Anh. Bảng 2.1. Công thức tính σz (x), σy(x) cho vùng thoáng mở (nông thôn) Loại kết tầng A B C D E F σy(x) σz(x) 0.22x(1+0.0001x)-0.5 0.16x(1+0.0001x)-0.5 0.11x(1+0.0001x)-0.5 0.08x(1+0.0001x)-0.5 0.06x(1+0.0001x)-0.5 0.04x(1+0.0001x)-0.5 0.20x 0.12x 0.08x(1+0.0002x)-0.5 0.06x(1+0.0015x)-0.5 0.03x(1+0.0003x)-1 0.016x(1+0.0003x)-1 11 Bảng 2.2. Công thức tính σz (x), σy(x) cho điều kiện thành phố Loại tầng kết A–B C D E–F σy(x) σz(x) 0.32x(1+0.0004x)-0.5 0.22x(1+0.0004x)-0.5 0.16x(1+0.0004x)-0.5 0.11x(1+0.0004x)-0.5 0.24x(1+0.001x)0.5 0.12x 0.14x(1+0.0003x)-0.5 0.08x(1+0.0005x)-0.5 Các hệ số σy và σz ở trên là các giá trị trung bình trong khoảng thời gian 10 phút (do vậy, nồng độ tạp chất tính được là nồng độ trung bình trong 10 phút),với các khoảng thời gian khác, Gifford (1976) đề xuất như sau:  T phut  σ y ( T ) = σ y (10 phut ) .    10  0.2 Như đã biết vận tốc gió thay đổi theo độ cao và người ta thường đo vận tốc gió tại độ cao 10 m, nhưng lại cần vận tốc gió tại miệng ống khói. Có nghĩa là cần phải tính toán theo một công thức nào đó. Dưới đây là một trong số những công thức được Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ khuyến cáo: p   z  U 10 m   , z < 200 m;  U (z ) =   10  U 2 p , z ≥ 200 m.  10 m Trong đó tham số p liên hệ với các lớp ổn định Pasquill – Hanna theo bảng dưới đây: Bảng 2.3. Công thức tính tham số p theo lớp ổn định Pasquill – Hanna Điều kiện thành phố Điều kiện nông thôn P Loại tầng kết p A 0.07 B 0.15 0.07 C 0.20 0.10 D Bùi Tá Long 0.15 0.25 0.15 12 Bài tập MHH và THMH E 0.30 0.35 F 0.30 0.55 (Nguồn User's guide for the industrial source complex (ISC3) dispersion models. Volume I User instructions) Bảng 2.4. Phân loại độ bền vững khí quyển theo Pasquill Điều kiện thời tiết ban ngày Điều kiện thời tiết ban đêm Bức xạ mặt trời ban ngày Vận tốc gió tại độ cao 10 m Độ che phủ ban đêm (hệ số mây) Mạnh (biên độ > 600) <2 2–3 3–5 5 –6 >6 Trung bình (Biên độ 35600) А A–B A–B B B B–C C C– D C C–D Yếu (Biên độ 15 – 350) Lớn hơn 50% B C C D D E E D D D Nhỏ hơn 50% F F E D D Lưu ý. А – rất không ổn định; В – không ổn định vừa phải; С – không ổn định yếu; D – điều kiện trung tính; E – điều kiện ổn định yếu; F – điều kiện ổn định vừa phải. (Nguồn User's guide for the industrial source complex (ISC3) dispersion models. Volume I User instructions) 2.3. Bài tập mô hình Gauss Bài tập 1. Một nhà máy phát thải có ống khói cao 45 m, đường kính của miệng ống khói bằng 2 m, lưu lượng khí thải là 12.0 m3/s, tải lượng chất ô nhiễm SO2 bằng 20 g/s, nhiệt độ của khói thải là 200ºC. Nhiệt độ không khí xung quanh là 30 ºC và tốc độ gió ở độ cao 10 m là 3 m/s. Cho trạng thái khí quyển là cấp C, điều kiện nông thôn. Hãy: a/ Tính vệt nâng ống khói. b/ Tính giá trị cực đại của nồng độ chất ô nhiễm SO2 c/ Tính sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm dọc theo hướng gió tại khoảng cách 1200 m. 13 Lưu ý: Lấy trung bình theo thời gian là 60 phút. Đáp số: Câu a/ 9.074115 (m) Câu b/ 0.224 (mg/m3) Câu c/ 0.095692 (mg/m3) Bài tập 2. Một nhà máy phát thải có ống khói cao 45 m, đường kính của miệng ống khói bằng 2 m, lưu lượng khí thải là 12.0 m3/s, tải lượng chất ô nhiễm SO2 bằng 20 g/s, nhiệt độ của khói thải là 200ºC. Nhiệt độ không khí xung quanh là 30 ºC và tốc độ gió ở độ cao 10 m là 3 m/s, điều kiện nông thôn. Hãy vẽ đường đồng mức 0.1, 0.01, 0.001 mg/m3 ứng với các độ ổn định khí quyển A – F. Bài tập 3. Ống khói của một lò nung gạch cao 40 m, đường kính của miệng ống khói bằng 2.2 m. Biết rằng ống khói này năm giữa cánh đồng (điều kiện nông thôn). Ngày tính là 28.3.2007. Theo dự báo vào ngày này, lưu lượng khí thải là 10.02 m3/s, tải lượng chất ô nhiễm NO2 bằng 32 g/s, nhiệt độ của khói thải là 200ºC, nhiệt độ không khí xung quanh là 30ºC, áp suất khí quyển bằng 1013 Mbar và tốc độ gió ở độ cao 10 m là 4.5 m/s. Cho trạng thái khí quyển là cấp C. Bằng cách mô hình biến đổi Gauss hãy: a. Tính vệt nâng ống khói. b. Tính toán hệ số khuếch tán σy(x) , σz(x) tại khoảng cách x = 410 m c. Tính sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm dọc theo hướng gió tại điểm cách ống khói 410 m. d. Được biết Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5937, 1995 cho NO2 là 0.4 mg/m3. Hãy so sánh kết quả tính toán ở câu 3 với TCVN 5937. e. Cho vận tốc gió đo được tại 10 m là 3.0 m/s, các thông số khác giữ nguyên như đầu bài. Hãy tính nồng độ chất ô nhiễm dọc theo hướng gió tại điểm cách ống khói 410 m. Bùi Tá Long 14 Bài tập MHH và THMH f. Cho ống khói nâng lên thành 45 m, các thông số khác giữ nguyên như đầu bài trên. Hãy tính nồng độ chất ô nhiễm dọc theo hướng gió tại điểm cách ống khói 410 m và 460 m. Hãy so sánh kết quả tính toán với TCVN 5937, 1995. Lưu ý: Lấy trung bình theo thời gian là 60 phút. Đáp số: Câu a/ 4.909171 (m) σy (410)=63.253044 (m) Câu b/ σz (410)=31.532631 (m) Câu c/ 0.354205 (mg/m3) Câu d/ 0.354205 < 0.4, đạt tiêu chuẩn 0.47159 (mg/m3) Câu e/ σy(410) = 63.253044 σz(410) = 31.532631 Vận tốc 3 m/s, h = 40 m 460: 0.4718249 (mg/m3) 410: 0.47159 (mg/m3) Vận tốc 3 m/s, h = 45 m 410: C = 0.365054 (mg/m3) Câu f/ 460: C = 0.3834 (mg/m3) Vận tốc 4.5 m/s, h = 40 m 410: C = 0.35420 (mg/m3) 460: C = 0.34646 (mg/m3) Vận tốc 4.5 m/s, h = 45m 410: C = 0.27697 (mg/m3) 15 460: C = 0.2838 (mg/m3) Bài tập 4. Ống khói của một lò nung gạch cao 40 m, đường kính của miệng ống khói bằng 2.2 m. Biết rằng ống khói này năm giữa cánh đồng (điều kiện nông thôn). Các thông số kỹ thuật gồm: lưu lượng khí thải là 10.02 m3/s, tải lượng chất ô nhiễm NO2 bằng 32 g/s, nhiệt độ của khói thải là 200ºC, áp suất khí quyển trung bình ngày bằng 1013 Mbar. Cho trạng thái khí quyển trung bình ngày là cấp C. Yếu tố khí tượng được cho theo bảng dưới đây: STT Thời gian trong ngày Vận tốc gió 1 2 1 7 2 m/s 1.5 m/s 3 13 2 m/s 4 19 1.7 m/s Hướng gió Tây Tây Tây Nam Tây Tây Bắc Tây Nhiệt độ không khí xung quanh 250 C 250 C 300 C 250 C a/ Bằng cách mô hình biến đổi Gauss hãy tính nồng độ chất ô nhiễm NO2 trung bình theo ngày dọc theo hướng tây tại khoảng cách x = 1000 m so với ống khói. Kết quả được lấy theo trung bình 60 phút theo thời gian. b/ Hãy tính diện tích vùng bị ảnh hưởng 0.1 mg/m3 Đáp số: Câu a/ C= 0.169468 mg/m3 Câu b/ 514341.28 m2 2.4. Các câu hỏi thường gặp khi chạy CAP CÂU 1: ĐƯỜNG ĐỒNG MỨC LÀ GÌ ? VÌ SAO PHẢI VẼ ĐƯỜNG ĐỒNG MỨC Định nghĩa : Là những đường cong khép kín mà mọi điểm trên đó có cùng một giá trị nồng độ nào đó. Đường đồng mức cho phép: - Xác định vùng có nồng độ cao hơn TCVN. Bên trong đường đồng mức là những điểm có nồng độ cao hơn giá trị nồng độ trên đường đồng mức. Bùi Tá Long 16 Bài tập MHH và THMH Bên ngoài đường đồng mức là những điểm có nồng độ thấp hơn giá trị nồng độ trên đường đồng mức. - Xác định độ rộng của khu vực chịu ảnh hưởng của 1 giá trị nồng độ nào đó. - Xác định khoảng cách từ chân nguồn thải đến vùng chịu ảnh hưởng của 1 giá trị nồng độ được nhập vào phần mềm. (bằng cách dùng chức năng đo khoảng cách ) CÂU 2: CÁC THAM SỐ CẦN LƯU Ý TRONG BÀI TOÁN GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ Nhiệt độ: bao gồm: o Nhiệt độ của khí thải khi thoát ra ống khói o Nhiệt độ không khí xung quanh Nếu gặp trường hợp nghịch nhiệt: khí thải sẽ không pha loãng được. Hướng gió: Với những hứơng gío khác nhau thì sự phân tán của cùng một CON trong cùng những điều kiện khí tượng thuỷ văn sẽ khác nhau Vận tốc gió: o Gió càng lớn thì sự phát tán chất ô nhiễm càng dễ dàng. o Trong trường hợp gió nhẹ hoặc lặng gió thì sự ô nhiễm diễn ra nghiêm trọng hơn, vùng chịu ảnh hưởng nặng nề nhất sẽ gần nguồn phát thải. Độ ổn định của tầng kết : Có liên quan trực tiếp đến sự phát tán của chất ô nhiễm (bao gồm khả năng pha loãng, khuyếch tán và lan truyền ) A: rất không bền vững B: không bền vững loại trung bình C: Không bền vững loại yếu. D: trung tính E: bền vững yếu F: bền vững trung bình 17 Khí quyển càng ổn định thì sự phát tán CON càng giảm, sự ô nhiễm càng nặng nề hơn. Khí quyển càng kém ổn định thì sự phát tán của CON càng dễ dàng hơn. Chiều cao của ống khói Trong bài toán ONKK người ta thừơng chú ý đến H: chiều cao hữu dụng của ống khói. với H = h + ∆H, h là chiều cao ống khói, ∆H là vệt nâng Vệt nâng ∆H có liên quan đến nồng độ cực đại của chất ô nhiễm (kí hiệu là CON) ( Cmax ). Khi Cmax lớn hơn tiêu chuẩn cho phép, ta có thể khắc phục bằng cách nâng chiều cao h của ống khói. Điều kiện tính toán : Nông thôn hay thành thị Ở nông thôn, khí thải dễ phát tán hơn do điều kiện địa hình rộng, không có các vật chắn như nhà cao tầng ở thành thị. Bản chất chất ô nhiễm cần khảo sát ( CO, CO2, SO2, bụi nặng,…) Mỗi CON đều có những tính chất vật lý riêng, có ảnh hưởng đến sự phát thải như: cỡ hạt, đường kính, tỷ trọng,… CÂU 3: MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA CHIỀU CAO ỐNG KHÓI VÀ KHOẢNG CÁCH TỪ CHÂN ỐNG KHÓI ĐẾN ĐIỂM ĐẠT GIÁ TRỊ CỰC ĐẠI Chiều cao của ống khói càng cao thì khoảng cách từ chân đường ống khói dến điểm đạt giá trị cực đại càng xa và giá trị cực đại của CON càng thấp. Tức là h ↑ thì Cmax ↓. Và ngược lại. Vì vậy, khi nồng độ cực đại của CON vượt quá TC cho phép, ta có thể khắc phục bằng cách nâng chiều cao ống khói lên CÂU 4 : MỘT SỐ CHỨC NĂNG ĐƯỢC NÂNG CẤP CỦA PHIÊN BẢN CAP Phiên bản CAP 2010 ( mô hình GAUSS ) tính toán không tốt trong trường hợp gió nhẹ hoặc gió lặng. Phiên bản CAP 2010 với mô hình BERLIAND cho phép khắc phục nhược điểm trên. CAP có những ưu điểm sau: Bùi Tá Long 18 Bài tập MHH và THMH o Giao diện thân thiện. Cho phép ta thấy được toàn cảnh bức tranh ô nhiễm với tâm là nguồn phát thải. o Phần thứ nguyên của từng tham số đồng nhất ( không phải đổi ra hệ oK ) o Các tham số khí tượng chi tiết. Đối với những ô thiếu dữ kiện, phần mềm sẽ tự lấy giá trị mặc định. o Với bất kỳ một điểm trên mắt lưới, ta đều xác định được toạ độ và nồng độ chất ô nhiễm. o Chức năng phóng to, thu nhỏ, di chuyển cho phép ta quan sát dễ dàng và chi tiết bức tranh ô nhiễm. o Với chức năng đo khoảng cách, thông qua việc vẽ đường đồng mức cho phép ta: § Xác định độ rộng vùng chịu ảnh hưởng của 1 giá trị nồng độ CON nào đó. § Xác định khoảng cách từ nguồn phát thải đến biên vùng chịu ảnh hưởng của 1 giá trị nồng độ chất ô nhiễm. o Phần hiển thị kết quả rõ ràng với 3 phần : mô hình, đồ thị và file word. CÂU 5: VÌ SAO PHẢI XÂY DỰNG LƯỚI TÍNH Lưới tính thực chất là những ô toạ độ do người sử dụng tự xây dựng, sao cho phù hợp với mục đích. Đó là những bước tính mở rộng theo 2 phương x và y. Với ống khói nằm ngay trung tâm của lưới tính, ta có thể xem xét toàn cảnh sự phân bố cũng như vùng chịu ảnh hưởng của chất ô nhiễm với những đường đồng mức đã vẽ. Bên cạnh đó, ta có thể xác định tọa độ và nồng độ chất ô nhiễm với mọi điểm bất kỳ trên lưới tính. CÂU 6: VÌ SAO PHẢI XEM XÉT TRƯỜNG HỢP LẶNG GIÓ Đây là trường hợp khá điển hình đối với nhiều địa phương trong cả nước. 19 Sự phát tán trong trường hợp này không thuận lợi ở chỗ nó tạo ra khu vực ô nhiễm gần với nguồn thải (nơi có nhiều người làm việc). 3. BÀI TẬP TÍNH TOÁN SỰ PHÁT TÁN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ THEO MÔ HÌNH BERLIAND 3.1. Giới thiệu chung Tổ chức Khí tượng thế giới (WMO) và Chương trình Môi trường của Liên hợp quốc (UNEP) đã có cách phân loại theo ba hướng chính sau đây: − Mô hình thống kê kinh nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết toán học Gauss. Các nhà toán học có công phát triển mô hình này là Taylor (1915), Sutton (1925 – 1953), Turner (1961 – 1964), Pasquill (1962 – 1971), Seifeld (1975) và gần đây được các nhà khoa học môi trường của các nước như Mỹ, Anh, Pháp, Hunggari, Ấn độ, Nhật Bản, Trung Quốc,... ứng dụng và hoàn thiện mô hình tính theo điều kiện của mỗi nước. − Mô hình thống kê thủy động, hoặc lý thuyết nửa thứ nguyên (còn gọi là mô hình K). Mô hình này được Berliand (Nga) hoàn thiện và áp dụng ở Liên Xô. Ở Việt Nam, KS Nguyễn Cung cũng đã áp dụng mô hình này cho một số công trình, dự án. − Mô hình số trị, tức là giải phương trình vi phân bằng phương pháp số. Hiện nay tại Việt Nam đã xuất hiện nhiều chương trình nghiên cứu xây dựng các mô hình phục vụ cho bài toán thông qua quyết định tại các khu công nghiệp lớn của đất nước trong đó mô hình Berliand cho kết quả khá phù hợp với thực tiễn. 3.2. Sơ đồ tóm tắt mô hình Berliand Mục này sinh viên cần bổ sung kiến thức thông qua bài giảng của giảng viên. Hay có thể bổ sung thêm kiến thức thông qua trang web: www.hcmier.edu.vn/capweb trong đó có hệ thống hóa kiến thức về mô hình khí. /xem tài liệu tham khảo trong phần cuối của tài liệu/. Bùi Tá Long 20 Bài tập MHH và THMH