Xem mẫu
Trang 1
GVHD: Phạm Phú Song Toàn
SVTH: Đoàn Ngọc Tùng
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp em xin cảm ơn sự hƣớng dẫn
nhiệt tình của thầy giáo Phạm Phú Song Toàn là giảng viên chuyên ngành môi
trƣờng khoa công nghệ hóa học.
Cảm ơn các thầy cô trong khoa Công nghệ hóa học, trƣờng cao đẳng Công
Nghệ, thành phố Đà Nẵng đã tận tình chỉ dậy trong suốt quá trình học tập.
Mặc dù đã rất cố gắn nhƣng trong quá trình thực hiện đồ án còn nhiều bỡ
ngỡ, do chƣa có nhiều kinh nghiệm nên không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, em
rất mong nhận đƣợc sự góp ý của các thầy, cô giáo.
Em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng tháng 06 năm 2011
Sinh viên thực hiện
Đoàn Ngọc Tùng
Đề tài: Tìm hiểu về mô hình hóa chất lượng nước
Trang 2
GVHD: Phạm Phú Song Toàn
SVTH: Đoàn Ngọc Tùng
MỤC LỤC
PHẦN I. MỞ ĐẦU................................................................................................. 6
PHẦN II. TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƢỜNG ......................... 7
CHƢƠNG 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN ....................................................... 7
1.1. Các định nghĩa và khái niệm cơ bản .......................................................... 7
1.1.1. Định nghĩa mô hình............................................................................. 7
1.1.2. Mục tiêu thành lập mô hình:................................................................ 8
1.1.3. Đặc trƣng cơ bản của một mô hình: ..................................................... 9
1.2. Mô hình môi trƣờng................................................................................. 12
CHƢƠNG 2. PHÂN LOẠI VÀ TIẾN TRÌNH MÔ HÌNH .............................. 13
2.1. Phân loại mô hình .................................................................................... 13
2.1.1. Mục đích phân loại mô hình .............................................................. 13
2.1.2. Các nhóm mô hình ............................................................................ 13
2.2. Tiến trình vận hành mô hình .................................................................... 14
2.2.1. Thu thập dữ liệu ................................................................................ 15
2.2.2. Mô hình khái niệm ............................................................................ 15
2.2.3. Mô hình giải tích hoặc mô hình số .................................................... 16
2.2.4 Hiệu chỉnh mô hình ............................................................................ 16
2.2.5. Kiểm nghiệm mô hình ....................................................................... 17
2.2.6. Tiên đoán hoặc tối ƣu ........................................................................ 17
2.3. Tiêu chuẩn chọn lựa mô hình ................................................................... 18
2.3.1. Khái niệm ......................................................................................... 18
2.3.2. Mô hình "tốt nhất"............................................................................. 19
2.3.3. Chọn mô hình theo cấu trúc và giá trị vào/ra ..................................... 19
2.3.4. Chọn mô hình theo vấn đề thực tế ..................................................... 20
2.3.5. Đánh giá lại việc chọn lựa ................................................................. 22
CHƢƠNG 3. HIỆU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ MÔ HÌNH ............................ 23
3.1. Khái quát vấn đề ...................................................................................... 23
Đề tài: Tìm hiểu về mô hình hóa chất lượng nước
Trang 3
GVHD: Phạm Phú Song Toàn
SVTH: Đoàn Ngọc Tùng
3.2. Các bƣớc trong tiến trình hiệu chỉnh ........................................................ 25
3.2.1. Bƣớc xác định thông tin quan trọng................................................... 26
3.2.2. Bƣớc chọn tiêu chuẩn mô hình .......................................................... 26
3.2.3. Bƣớc hiệu chỉnh mô hình .................................................................. 27
CHƢƠNG 4. THỂ HIỆN MÔ HÌNH ............................................................... 29
4.1. Kiểm nghiệm và định trị mô hình ............................................................ 29
4.2. Nghiên cứu kiểm nghiệm ......................................................................... 29
4.2.1. Mục tiêu ........................................................................................... 29
4.2.2. Hàm mục tiêu .................................................................................... 30
4.2.3. Các trị số thống kê dùng cho kiểm nghiệm ........................................ 30
4.3. Vấn đề kiểm nghiệm mô hình .................................................................. 35
4.3.1. Các vấn đề thƣờng gặp ...................................................................... 35
4.3.2. Hậu kiểm việc phê chuẩn và kiểm nghiệm mô hình ........................... 36
CHƢƠNG 5. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƢỜNG ....................... 37
5.1. Sơ đồ phát triển và ứng dụng mô hình ..................................................... 37
5.2. Xu thế phát triển mô hình hóa môi trƣờng theo quy mô không gian ......... 37
PHẦN III. MÔ HÌNH HÓA CHẤT LƢỢNG NƢỚC VÀ ỨNG DỤNG MÔ
HÌNH HÓA CHẤT LƢỢNG NƢỚC .................................................................. 39
CHƢƠNG 6. CHẤT LƢỢNG NƢỚC VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG
NGUỒN NƢỚC................................................................................................ 39
6.1. Nguồn nuớc và phân loại nguồn nƣớc ...................................................... 39
6.1.1. Sự hình thành chất lƣợng và thành phần tính chất nguồn nƣớc .......... 39
6.1.2. Phân loại nguồn nƣớc ........................................................................ 42
6.2. Chất lƣợng nguồn nƣớc và đánh giá chất lƣợng nguồn nƣớc .................... 42
6.2.1. Chất lƣợng nguồn nƣớc ..................................................................... 42
6.2.2. Đánh giá chất lƣợng nguồn nƣớc ....................................................... 43
6.3. Các nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc ................................................ 49
6.3.1. Nƣớc thải sinh hoạt từ các khu dân cƣ ............................................... 49
6.3.2. Nƣớc thải công nghiệp ...................................................................... 51
Đề tài: Tìm hiểu về mô hình hóa chất lượng nước
Trang 4
GVHD: Phạm Phú Song Toàn
SVTH: Đoàn Ngọc Tùng
6.3.3. Nƣớc mƣa chảy tràn .......................................................................... 52
6.3.4. Các hoạt động từ tàu thuyền .............................................................. 52
6.3.5. Các nguyên nhân khác ...................................................................... 52
CHƢƠNG 7. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH CHẤT LƢỢNG NƢỚC
.......................................................................................................................... 53
7.1. Các phƣơng trình cơ bản .......................................................................... 53
7.2. Hệ số khuếch tán rối ................................................................................ 54
7.3. Sự chuyển hoá các chất trong dòng chảy ................................................. 58
7.3.1. Chu trình nitơ trong nguồn nƣớc và quá trình nitrat hóa .................... 58
7.3.2. Sự phân hủy các chất hữu cơ ............................................................. 61
7.3.3. Cân bằng oxy trong dòng chảy .......................................................... 64
CHƢƠNG 8. THIẾT LẬP MÔ HÌNH CHẤT LƢỢNG NƢỚC, MÔ HÌNH
DO&BOD ......................................................................................................... 67
8.1. Các bƣớc thực hiện xây dựng mô hình chất lƣợng nƣớc .......................... 67
8.1.1. Bƣớc đầu........................................................................................... 67
8.1.2. Bƣớc tiếp theo ................................................................................... 67
8.2. Lựa chọn mô hình chất lƣợng nƣớc ......................................................... 68
8.2.1. Lựa chọn mô hình ............................................................................. 68
8.2.2. Sự phát triển lý thuyết của vấn đề...................................................... 70
8.3. Các phƣơng pháp số tính toán sự lan truyền các chất ô nhiễm trong dòng
chảy................................................................................................................ 70
8.3.1. Các phƣơng pháp số trong nghiên cứu mô hình thủy lực ................... 70
8.3.2. Phƣơng pháp số giải bài toán lan truyền chất..................................... 72
8.4. Các mô hình BOD & D (DO) trong dòng chảy ........................................ 73
8.4.1. Phƣơng trình cơ bản .......................................................................... 73
8.4.2. Phƣơng trình cổ điển Streeter-Phelps ................................................ 74
8.4.3. Các nghiên cứu phát triển trên cơ sở phƣơng trình Streeter-Phelps .... 75
CHƢƠNG 9. XÂY DỰNG MÔ HÌNH LAN TRUYỀN VÀ CHUYỂN HÓA
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG DÒNG CHẢY ............................................ 79
Đề tài: Tìm hiểu về mô hình hóa chất lượng nước
Trang 5
GVHD: Phạm Phú Song Toàn
SVTH: Đoàn Ngọc Tùng
9.1. Phƣơng trình sự lan truyền chất trong dòng chảy ..................................... 79
9.2. Tính toán sự lan truyền các chất ô nhiễm trong dòng chảy sông............... 81
9.2.1. Các phƣơng trình toán của mô hình ................................................... 82
9.2.2.Tính toán sự lan truyền chất trong dòng chảy ..................................... 83
9.3. Trình tự thiết lập mô hình chất lƣợng nƣớc .............................................. 86
CHƢƠNG 10. GIỚI THIỆU CÁC PHẦN MỀM MÔ PHỎNG CHẤT
LƢỢNG NGUỒN NƢỚC. MÔ HÌNH QUAL 2K ........................................... 88
10.1. Mô hình HSPF (Hydrological Simulation Program Fortran (USEPA)
(1984)............................................................................................................. 88
10.2. Mô hình SWMM (Storm Water Management Model ) ........................... 89
10.3. Mô hình WAPS (USEPA) ..................................................................... 93
10.4. Hệ thống MIKE ..................................................................................... 96
10.5. Mô hình WQRRS (Water quality for River ) ......................................... 98
10.6. Mô hình QUAL2K (QUAL2E) .............................................................. 99
10.6.1 Giới thiệu ......................................................................................... 99
10.6.2. Sự chia ra từng đoạn và tính chất thủy lực ..................................... 100
Đề tài: Tìm hiểu về mô hình hóa chất lượng nước
nguon tai.lieu . vn
GVHD: Phạm Phú Song Toàn
SVTH: Đoàn Ngọc Tùng
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp em xin cảm ơn sự hƣớng dẫn
nhiệt tình của thầy giáo Phạm Phú Song Toàn là giảng viên chuyên ngành môi
trƣờng khoa công nghệ hóa học.
Cảm ơn các thầy cô trong khoa Công nghệ hóa học, trƣờng cao đẳng Công
Nghệ, thành phố Đà Nẵng đã tận tình chỉ dậy trong suốt quá trình học tập.
Mặc dù đã rất cố gắn nhƣng trong quá trình thực hiện đồ án còn nhiều bỡ
ngỡ, do chƣa có nhiều kinh nghiệm nên không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, em
rất mong nhận đƣợc sự góp ý của các thầy, cô giáo.
Em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng tháng 06 năm 2011
Sinh viên thực hiện
Đoàn Ngọc Tùng
Đề tài: Tìm hiểu về mô hình hóa chất lượng nước
Trang 2
GVHD: Phạm Phú Song Toàn
SVTH: Đoàn Ngọc Tùng
MỤC LỤC
PHẦN I. MỞ ĐẦU................................................................................................. 6
PHẦN II. TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƢỜNG ......................... 7
CHƢƠNG 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN ....................................................... 7
1.1. Các định nghĩa và khái niệm cơ bản .......................................................... 7
1.1.1. Định nghĩa mô hình............................................................................. 7
1.1.2. Mục tiêu thành lập mô hình:................................................................ 8
1.1.3. Đặc trƣng cơ bản của một mô hình: ..................................................... 9
1.2. Mô hình môi trƣờng................................................................................. 12
CHƢƠNG 2. PHÂN LOẠI VÀ TIẾN TRÌNH MÔ HÌNH .............................. 13
2.1. Phân loại mô hình .................................................................................... 13
2.1.1. Mục đích phân loại mô hình .............................................................. 13
2.1.2. Các nhóm mô hình ............................................................................ 13
2.2. Tiến trình vận hành mô hình .................................................................... 14
2.2.1. Thu thập dữ liệu ................................................................................ 15
2.2.2. Mô hình khái niệm ............................................................................ 15
2.2.3. Mô hình giải tích hoặc mô hình số .................................................... 16
2.2.4 Hiệu chỉnh mô hình ............................................................................ 16
2.2.5. Kiểm nghiệm mô hình ....................................................................... 17
2.2.6. Tiên đoán hoặc tối ƣu ........................................................................ 17
2.3. Tiêu chuẩn chọn lựa mô hình ................................................................... 18
2.3.1. Khái niệm ......................................................................................... 18
2.3.2. Mô hình "tốt nhất"............................................................................. 19
2.3.3. Chọn mô hình theo cấu trúc và giá trị vào/ra ..................................... 19
2.3.4. Chọn mô hình theo vấn đề thực tế ..................................................... 20
2.3.5. Đánh giá lại việc chọn lựa ................................................................. 22
CHƢƠNG 3. HIỆU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ MÔ HÌNH ............................ 23
3.1. Khái quát vấn đề ...................................................................................... 23
Đề tài: Tìm hiểu về mô hình hóa chất lượng nước
Trang 3
GVHD: Phạm Phú Song Toàn
SVTH: Đoàn Ngọc Tùng
3.2. Các bƣớc trong tiến trình hiệu chỉnh ........................................................ 25
3.2.1. Bƣớc xác định thông tin quan trọng................................................... 26
3.2.2. Bƣớc chọn tiêu chuẩn mô hình .......................................................... 26
3.2.3. Bƣớc hiệu chỉnh mô hình .................................................................. 27
CHƢƠNG 4. THỂ HIỆN MÔ HÌNH ............................................................... 29
4.1. Kiểm nghiệm và định trị mô hình ............................................................ 29
4.2. Nghiên cứu kiểm nghiệm ......................................................................... 29
4.2.1. Mục tiêu ........................................................................................... 29
4.2.2. Hàm mục tiêu .................................................................................... 30
4.2.3. Các trị số thống kê dùng cho kiểm nghiệm ........................................ 30
4.3. Vấn đề kiểm nghiệm mô hình .................................................................. 35
4.3.1. Các vấn đề thƣờng gặp ...................................................................... 35
4.3.2. Hậu kiểm việc phê chuẩn và kiểm nghiệm mô hình ........................... 36
CHƢƠNG 5. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƢỜNG ....................... 37
5.1. Sơ đồ phát triển và ứng dụng mô hình ..................................................... 37
5.2. Xu thế phát triển mô hình hóa môi trƣờng theo quy mô không gian ......... 37
PHẦN III. MÔ HÌNH HÓA CHẤT LƢỢNG NƢỚC VÀ ỨNG DỤNG MÔ
HÌNH HÓA CHẤT LƢỢNG NƢỚC .................................................................. 39
CHƢƠNG 6. CHẤT LƢỢNG NƢỚC VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG
NGUỒN NƢỚC................................................................................................ 39
6.1. Nguồn nuớc và phân loại nguồn nƣớc ...................................................... 39
6.1.1. Sự hình thành chất lƣợng và thành phần tính chất nguồn nƣớc .......... 39
6.1.2. Phân loại nguồn nƣớc ........................................................................ 42
6.2. Chất lƣợng nguồn nƣớc và đánh giá chất lƣợng nguồn nƣớc .................... 42
6.2.1. Chất lƣợng nguồn nƣớc ..................................................................... 42
6.2.2. Đánh giá chất lƣợng nguồn nƣớc ....................................................... 43
6.3. Các nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc ................................................ 49
6.3.1. Nƣớc thải sinh hoạt từ các khu dân cƣ ............................................... 49
6.3.2. Nƣớc thải công nghiệp ...................................................................... 51
Đề tài: Tìm hiểu về mô hình hóa chất lượng nước
Trang 4
GVHD: Phạm Phú Song Toàn
SVTH: Đoàn Ngọc Tùng
6.3.3. Nƣớc mƣa chảy tràn .......................................................................... 52
6.3.4. Các hoạt động từ tàu thuyền .............................................................. 52
6.3.5. Các nguyên nhân khác ...................................................................... 52
CHƢƠNG 7. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH CHẤT LƢỢNG NƢỚC
.......................................................................................................................... 53
7.1. Các phƣơng trình cơ bản .......................................................................... 53
7.2. Hệ số khuếch tán rối ................................................................................ 54
7.3. Sự chuyển hoá các chất trong dòng chảy ................................................. 58
7.3.1. Chu trình nitơ trong nguồn nƣớc và quá trình nitrat hóa .................... 58
7.3.2. Sự phân hủy các chất hữu cơ ............................................................. 61
7.3.3. Cân bằng oxy trong dòng chảy .......................................................... 64
CHƢƠNG 8. THIẾT LẬP MÔ HÌNH CHẤT LƢỢNG NƢỚC, MÔ HÌNH
DO&BOD ......................................................................................................... 67
8.1. Các bƣớc thực hiện xây dựng mô hình chất lƣợng nƣớc .......................... 67
8.1.1. Bƣớc đầu........................................................................................... 67
8.1.2. Bƣớc tiếp theo ................................................................................... 67
8.2. Lựa chọn mô hình chất lƣợng nƣớc ......................................................... 68
8.2.1. Lựa chọn mô hình ............................................................................. 68
8.2.2. Sự phát triển lý thuyết của vấn đề...................................................... 70
8.3. Các phƣơng pháp số tính toán sự lan truyền các chất ô nhiễm trong dòng
chảy................................................................................................................ 70
8.3.1. Các phƣơng pháp số trong nghiên cứu mô hình thủy lực ................... 70
8.3.2. Phƣơng pháp số giải bài toán lan truyền chất..................................... 72
8.4. Các mô hình BOD & D (DO) trong dòng chảy ........................................ 73
8.4.1. Phƣơng trình cơ bản .......................................................................... 73
8.4.2. Phƣơng trình cổ điển Streeter-Phelps ................................................ 74
8.4.3. Các nghiên cứu phát triển trên cơ sở phƣơng trình Streeter-Phelps .... 75
CHƢƠNG 9. XÂY DỰNG MÔ HÌNH LAN TRUYỀN VÀ CHUYỂN HÓA
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG DÒNG CHẢY ............................................ 79
Đề tài: Tìm hiểu về mô hình hóa chất lượng nước
Trang 5
GVHD: Phạm Phú Song Toàn
SVTH: Đoàn Ngọc Tùng
9.1. Phƣơng trình sự lan truyền chất trong dòng chảy ..................................... 79
9.2. Tính toán sự lan truyền các chất ô nhiễm trong dòng chảy sông............... 81
9.2.1. Các phƣơng trình toán của mô hình ................................................... 82
9.2.2.Tính toán sự lan truyền chất trong dòng chảy ..................................... 83
9.3. Trình tự thiết lập mô hình chất lƣợng nƣớc .............................................. 86
CHƢƠNG 10. GIỚI THIỆU CÁC PHẦN MỀM MÔ PHỎNG CHẤT
LƢỢNG NGUỒN NƢỚC. MÔ HÌNH QUAL 2K ........................................... 88
10.1. Mô hình HSPF (Hydrological Simulation Program Fortran (USEPA)
(1984)............................................................................................................. 88
10.2. Mô hình SWMM (Storm Water Management Model ) ........................... 89
10.3. Mô hình WAPS (USEPA) ..................................................................... 93
10.4. Hệ thống MIKE ..................................................................................... 96
10.5. Mô hình WQRRS (Water quality for River ) ......................................... 98
10.6. Mô hình QUAL2K (QUAL2E) .............................................................. 99
10.6.1 Giới thiệu ......................................................................................... 99
10.6.2. Sự chia ra từng đoạn và tính chất thủy lực ..................................... 100
Đề tài: Tìm hiểu về mô hình hóa chất lượng nước