- Trang Chủ
- Địa Lý
- Mô hình toán thủy văn lưu vực nhỏ - Chương 9: Mô hình chất lượng nước từ các vùng đất nông nghiệp
Xem mẫu
- Ch − ¬ n g 9
M « h×nh chÊt l − îng n − íc tõ c¸c
v ïng ®Êt n«ng nghiÖp
9.1 Më ®Çu .....................................................................................623
9.2 M« h×nh ho¸ ............................................................................625
9.3. C¸c qu¸ tr×nh vËn chuyÓn .....................................................633
9.4. C¸c thµnh phÇn hãa häc ........................................................635
9.5. C¸c m« h×nh kÕt hîp ..............................................................648
9.6. Ph¸t triÓn mét m« h×nh .........................................................651
9.7. Tæng kÕt..................................................................................652
Tµi liÖu tham kh¶o........................................................................653
6 21
- 6 22
- M« h×nh chÊt l−îng n−íc tõ c¸c vïng ®Êt
n«ng nghiÖp
T¸c gi¶:
Maurice H. Frere, USDA-ARS, Chickasha, OK 73018
Edward H. Seely, USDA-ARS, Oxford, MS 38655
Ralph A. Leonard, USDA-ARS, Agricultural Research,
Watkinsville, GA 30677
9.1 Më ®Çu
N−íc ch¶y tõ ®Êt chøa c¸c vËt chÊt hßa tan vµ l¬ löng lµ mét hÖ qu¶ cña
qu¸ tr×nh dßng s«ng vµ ®Þa hãa. Ho¹t ®éng cña con ng−êi lµm thay ®æi dßng
ch¶y b»ng c¸ch lµm chËm hay nhanh, lµm t¨ng hay gi¶m tèc ®é vËn chuyÓn tù
nhiªn vµ ®−a thªm c¸c vËt chÊt tõ bªn ngoµi vµo l−u vùc. Chóng ta ph¶i hiÓu
c¸c qu¸ tr×nh vËn chuyÓn tù nhiªn ®Ó cã thÓ tËn dông tèt h¬n c¸c tµi nguyªn
®¸p øng nhu cÇu ngµy cµng lín vÒ l−¬ng thùc, n−íc, n¨ng l−îng vµ kh«ng gian.
Nh÷ng ®ßi hái ®ã sÏ ¶nh h−ëng ®Õn c¬ chÕ l−u vùc, mµ hËu qu¶ cña nã lµ sù
biÕn ®æi n−íc vµ qu¸ tr×nh vËn chuyÓn vËt chÊt. §Ó sö dông tèt nhÊt nguån tµi
nguyªn, chóng ta còng ph¶i hiÓu viÖc qu¶n lý ¶nh h−ëng nh− thÕ nµo ®Õn c¸c
qu¸ tr×nh vËn chuyÓn.
§Ó gi¶m ®Õn møc tèi thiÓu sù lÆp l¹i, chóng ta coi nh− ng−êi ®äc ®· biÕt
vÒ vËt chÊt trong c¸c ch−¬ng kh¸c cña tµi liÖu chuyªn kh¶o nµy. V× cã mét sè
vÊn ®Ò lµ cña qu¸ tr×nh trao ®æi hãa häc nªn mét vµi sù lÆp l¹i lµ cÇn thiÕt.
MÆc dï dßng ch¶y trong l−u vùc cã thÓ ®−îc lµm m« h×nh víi mét chót l−u ý vÒ
dßng ch¶y thùc tÕ nh−ng ®Ó hiÓu qu¸ tr×nh trao ®æi hãa häc ®ßi hái nh÷ng kiÕn
thøc vÒ c¸c h−íng ®ã. Mét sù hiÓu biÕt vÒ chuyÓn ®éng bïn c¸t tæng cã thÓ ®ñ
cho mét sè môc ®Ých, kÝch th−íc, ph©n bè bïn c¸t còng kh¸ quan träng. Trong
6 23
- ch−¬ng nµy, x©y dùng m« h×nh vµ c¸c d¹ng m« h×nh kh¸c nhau ®−îc th¶o luËn,
trong ph¹m vi cña qu¸ tr×nh vËn chuyÓn hãa häc. C¸c qu¸ tr×nh mµ ¶nh h−ëng
®Õn qu¸ tr×nh vËn chuyÓn hãa häc tõ l−u vùc nhá sÏ ®−îc m« t¶, vµ sau ®ã sÏ
th¶o luËn vÒ c¸c thµnh phÇn cña dßng ch¶y. B¶ng 9.1 chØ ra 1 ma trËn c¸c
thµnh phÇn hãa häc kh¸c nhau vµ c¸c qu¸ tr×nh vËn chuyÓn vµ chØ ra r»ng
chóng quan träng nh− thÕ nµo trong viÖc xem xÐt n−íc tõ mét l−u vùc nhá.
Ch−¬ng nµy dõng l¹i víi viÖc ®iÓm qua mét vµi m« h×nh riªng.
B¶ng 9.1 TÇm quan träng cña c¸c thµnh phÇn hãa häc vµ qu¸ tr×nh vËn chuyÓn kh¸c nhau
®Õn chÊt l−îng n−íc tõ c¸c l−u vùc nhá
C¸c thµnh phÇn hãa häc
Bïn c¸t §é ChÊt dinh Thuèc ¤xy thiÕu Kim Vi sinh
muèi d−ìng trõ s©u hôt lo¹i vËt
DO&BOD nÆng
N P
x x
+ x
+ + +
§èi l−u x
x x x
+ +
L¬ löng x +
x
+ x x
+ +
L¾ng ®äng x
x x x
? ? x
Ph©n t¸n ? ?
?
+
KhuyÕch t¸n ? + ?
? ?
x
x x
Canh t¸c x
+ ?
+
+ +
HÊp thô
?
+
Trao ®æi Ion +
x
x
KÕt tinh +
x
+
Thñy ph©n
x
+ x
+
¤xi hãa khö
?
+
Quang hãa
x
+
+ + +
Sinh hãa
O – Qu¸ tr×nh kh«ng quan träng trong m« t¶ sù vËn chuyÓn thµnh phÇn hãa häc ®ã
? – Qu¸ tr×nh ch−a ch¾c ®· quan träng
x – Qu¸ tr×nh lµ quan träng
+ – Qu¸ tr×nh lµ quan träng vµ ®−îc th¶o luËn trong tµi liÖu nµy
6 24
- 9.2 M« h×nh ho¸
C¸c môc tiªu cña m« h×nh, c¸c d¹ng m« h×nh, c¸c nguån kh«ng x¸c ®Þnh,
−íc l−îng tham sè vµ viÖc ®¸nh gi¸ m« h×nh ®−îc th¶o luËn trong môc nµy,
trong ph¹m vi cña viÖc x©y dùng m« h×nh vËn chuyÓn ho¸ häc. C¸c ch−¬ng
kh¸c cña tµi liÖu nµy, ®Æc biÖt lµ c¸c ch−¬ng gi¶i quyÕt quy m« vµ kiÓm tra m«
h×nh, sÏ ®−îc ®iÓm l¹i.
9.2.1 Môc tiªu cña m« h×nh
Môc tiªu cña m« h×nh vËn chuyÓn chÊt ho¸ häc lµ m« h×nh m« t¶ tèc ®é
vËn chuyÓn hãa chÊt tõ l−u vùc d−íi nh÷ng ®iÒu kiÖn ®Æc biÖt. Cã thÓ cã mét
sù quan t©m ®èi víi dù b¸o thêi gian thùc, ®Ó cã thÓ −íc l−îng ®−îc nh−ng t¸c
®éng (h¹n) ng¾n cña nh÷ng vÊn ®Ò (bµi to¸n) nghiªm träng nh− viÖc vËn
chuyÓn thuèc trõ s©u. Cã thÓ cã mét sù quan t©m ®Õn c¸c ®Æc tr−ng thèng kª
cña c¸c qu¸ tr×nh vËn chuyÓn chÊt hãa häc (nh− qu¸ tr×nh vËn chuyÓn trung
b×nh hµng n¨m) ®Ó cã thÓ −íc l−îng ®−îc t¸c ®éng th−êng xuyªn hay trong mét
thêi gian dµi cña viÖc xö lý mét l−u vùc.
§Ó chän mét kiÓu m« h×nh thñy v¨n thÝch hîp, ta ph¶i hiÓu râ vÒ c¸c
môc ®Ých cña m« h×nh vµ nguån tµi nguyªn s½n cã ®Ó ®¸p øng c¸c môc tiªu ®ã.
Nhu cÇu thùc hiÖn m« h×nh x¸c ®Þnh khi mµ kinh phÝ vµ thêi gian ®·
h¹n chÕ sù lùa chän. NÕu cã vµi sù c−ìng Ðp nµo ®ã, ta kh«ng thÓ sö dông mét
m« h×nh ®−îc.
9.2.2 C¸c kiÓu m« h×nh
M« h×nh biÕn ®æi tõ nh÷ng ph−¬ng tiÖn nghiªn cøu phøc t¹p ®Õn nh÷ng
ph−¬ng tiÖn kiÓm so¸t t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n. Lµ mét c«ng cô nghiªn cøu, m« h×nh
nªn ®−a vµo nh÷ng hiÓu biÕt tèt nhÊt c¸c qu¸ tr×nh ®ang ®−îc x¸c ®Þnh. (V«i)
môc ®Ých ®Çu tiªn cña nã lµ béc lé nh÷ng lç hæng trong kiÕn thøc, c¸i mµ sau
®ã ph¶i ®−îc lÊp ®Çy. C¸c m« h×nh nh− thÕ cã Ých trong viÖc dù trï c¸c thÝ
nghiÖm bæ sung (kinh nghiÖm bæ sung) cho viÖc kiÓm tra vµ x¸c ®Þnh, vµ xa
h¬n lµ ph¸t triÓn m« h×nh. M« h×nh ®¬n gi¶n h¬n cho nh÷ng øng dông nh− vÏ
s¬ ®å, cã thÓ ®−îc ph¸t triÓn trùc tiÕp. HoÆc nh÷ng m« h×nh phøc t¹p h¬n, cã
thÓ ®−îc ®¬n gi¶n hãa. Ng−êi ta ®· ph¸t triÓn nhiÒu lo¹i m« h×nh kh¸c nhau.
6 25
- Trong khi ph©n lo¹i chóng, ng−êi ta sö dông c¸c thuËt ng÷ nh− c¸c thuËt ng÷
vÒ thèng kª, ngÉu nhiªn, kh«ng ngÉu nhiªn (tÊt ®Þnh) ®Þnh h−íng c¸c qu¸
tr×nh, kh¸i niÖm, tham sè Clarke (1973) & Freere (1975) ®· ®−a ra nh÷ng sù
ph©n lo¹i c¸c m« h×nh rÊt tiÖn, lîi ®¸ng tiÕc nã kh«ng cã ®−îc sù nhÊt trÝ hoµn
toµn vÒ ý nghÜa cña nhiÒu thuËt ng÷ nµy. Mét m« h×nh lý thuyÕt hay m« h×nh
kh¸i niÖm cña mét ng−êi cã thÓ lµ m« h×nh thèng kª hay “black-bor” cña mét
ng−êi kh¸c. Mét vÝ dô minh häa lµ viÖc beck vµ Young (1976) sö dông c«ng
thøc cña Phelps ®èi víi sù biÕn ®æi cña l−îng oxy hßa tan trong 1 dßng ch¶y.
MÆc dï mét vµi ng−êi cã thÓ gäi Phelps lµ ph−¬ng tr×nh lý thuyÕt nh−ng Beck
vµ Young ®· sö nã dông trong m« h×nh kh«ng gian thèng kª. C¸ch tiÕp cËn cña
hä ch¾c ch¾n lµ mét ph−¬ng ph¸p thèng kª nh−ng nã kh«ng ph¶i lµ c¸ch tiÕp
cËn hép ®en (Black box) Nã bao gåm mét sè vËt chÊt, c¸i mµ ®−îc xem nh− cã
tÝnh quyÕt ®Þnh. Chóng ta sÏ sö dông c¸c thuËt ng÷ nµo trong khi th¶o luËn?
dï lµ ý nghÜa cña nã trong c¸c tµi liÖu ®«i khi m¬ hå (khã hiÓu). NhiÒu kiÓu m«
h×nh ®−îc sö dông ®Ó dù b¸o sù biÕn thiªn chÊt l−îng n−íc cña l−u vùc, nh÷ng
ph¶n øng cu¶ l−u vùc vµ sù biÕn ®æi theo thêi gian cña nã lµ ®iÒu quan t©m, th×
c¸c m« h×nh phøc t¹p cã thÓ kh«ng cÇn thiÕt, vµ c¸c m« h×nh thèng kª ®¬n gi¶n
lµ phï hîp. D¹ng ®¬n gi¶n nhÊt cña m« h×nh thèng kª cho môc ®Ých nµy lµ m«
h×nh tÇn sè, trong ®ã sè liÖu ®−îc thÓ hiÖn d−íi d¹ng ph©n bè x¸c suÊt. Nã cã
thÓ lµ mét ph©n bè thùc nghiÖm, hoÆc mét hµm mËt ®é x¸c suÊt to¸n häc nh−
lµ 1 ph©n bè chuÈn. Nh÷ng vÝ dô cña viÖc øng dông m« h×nh tÇn sè sö dông sè
liÖu chÊt l−îng n−íc ®−îc ®−a ra bëi Henn (1970). Ng−êi ta ph¶i ®−a vµo sö
dông sù ph©n bè tÇn sè mét c¸ch cÈn thËn. V× sè liÖu ®−îc ®−a ra tõ mét qu¸
tr×nh phï hîp víi sù ph©n bè ®Æc biÖt, kh«ng cã nghÜa lµ qu¸ tr×nh ®ã hoµn
toµn ngÉu nhiªn. Qu¸ tr×nh ®ã cã thÓ lµ phô thuéc hay cã thÓ cã xu thÕ, chu kú,
hoÆc c¸c d¹ng kh¸c cña qu¸ tr×nh kh«ng dõng hoÆc kh«ng ngÉu nhiªn. (Mét
c¸ch lý t−ëng bá hãa) lµ c¶ qu¸ tr×nh kh«ng dõng hoÆc kh«ng ngÉu nhiªn lý
t−ëng nh− thÕ ®−îc rót ra tõ sè liÖu vµ ®−îc m« h×nh hãa riªng biÖt. Thµnh
phÇn cßn l¹i sau ®ã ®−îc ®−a vµo m« h×nh nh− mét qu¸ tr×nh hoµn toµn ngÉu
nhiªn.
C¸c m« h×nh mµ cã thÓ biÓu diÔn sù phô thuéc bao gåm c¸c m« h×nh
chuyÓn ®éng trung b×nh thÝch hîp, tù håi quy (ARIMA) (Box vµ Jenkins, 1976).
6 26
- C¸c sè liÖu ®−îc ®ßi hái ®Ó x¸c ®Þnh quy m« c¸c m« h×nh nh− thÕ, vµ c¸c m«
h×nh kh«ng phï hîp cho qu¸ tr×nh kh«ng dõng ë mét d¹ng chung. Trong khi
kh«ng cã sù phï hîp, ®Æc biÖt ®èi víi viÖc gi¶i c¸c bµi to¸n vÒ t¸c ®éng cña mét
thay ®æi sÏ cã, c¸c m« h×nh ®ã cã thÓ biÓu diÔn mét qu¸ tr×nh dõng ®−îc quan
tr¾c ®èi víi sù ph©n tÝch c¸c ®Æc ®iÓm thèng kª, hoÆc chóng cã thÓ cung cÊp
®Çu vµo cho mét qu¸ tr×nh kh¸c. C¸c vÝ dô cña c¸c m« h×nh cña chÊt l−îng
n−íc ®−îc ®−a ra trong c¸c tµi liÖu cña Huck vµ Farquaharr (1974) vµ
MCMiChael vµ Hunler (1972).
M« h×nh kh«ng gian vïng chung trong lý thuyÕt ®iÒu khiÓn vµ m« h×nh
®a biÕn ARMA (hoÆc ARMAX) (Young vµ Whitehead, 1977) lµ hai d¹ng cña c¸c
m« h×nh ngÉu nhiªn. M« h×nh kh«ng gian vïng th−êng ®−îc viÕt d−íi d¹ng
trõu t−îng nh−:
X k = FX kl + GU kl + Wkl (9.1)
Yk = HX k + Vk (9.2)
trong ®ã X lµ mét vect¬ vïng thø nguyªn h÷u h¹n, U lµ vect¬ ®Çu vµo, Y lµ mét
vect¬ ph¶n øng (response vect¬) W vµ song song lµ c¸c vect¬ ngÉu nhiªn, vµ F,
G vµ H lµ c¸c ma trËn tham sè.
M« h×nh ®a biÕn ARMAX (cho ARMA víi biÕn ngoµi) cã thÓ ®−îc viÕt
thµnh:
A( D)Yk = B( D)U k + C ( D)ek (9.3)
trong ®ã Y vµ U ®−îc x¸c ®Þnh trong c¸c ph−¬ng tr×nh (9.1) vµ (9.2), e lµ vect¬
ngÉu nhiªn th−êng ®−îc gi¶ thiÕt lµ cã gi¸ trÞ b»ng kh«ng vµ kh«ng t−¬ng
quan, vµ ACD), BCD) vµ C(D) lµ c¸c ®a thøc ma trËn tham sè cho to¸n kÓ D.
M« h×nh Box - Jenkins mét biÕn lµ tr−êng hîp ®Æc biÖt cña ph−¬ng tr×nh 9.3.
MÆc dï hai d¹ng ®ã, kh«ng gian vïng vµ ARMAX, Ýt ®−îc sö dông trong viÖc
6 27
- x©y dùng m« h×nh chÊt l−îng n−íc nh−ng chóng cã tiÒm n¨ng lín v× kh¶ n¨ng
x©y dùng m« h×nh mét hÖ thèng víi ®Çu ra nhiÒu biÕn, mét ®Æc ®iÓm cña ph¶n
øng hãa häc cña 1 l−u vùc. M« h×nh håi quy thËm chÝ cã thÓ ®−îc coi nh− lµ
mét tr−êng hîp ®Æc biÖt cña ph−¬ng tr×nh (9.3). Tuy nhiªn, m« h×nh håi quy
th−êng bÞ h¹n chÕ trong phÐp ph©n tÝch ph¶n øng mét biÕn nã cã thÓ lµ mét
ph©n tÝch ngoµi lÒ nÕu nh− ®iÒu quan t©m thùc tÕ lµ mét ph¶n øng ®a biÕn. M«
h×nh nµy th−êng ®−îc viÕt d−íi d¹ng sau:
N
yi = ∑ a j xij + e (9.4)
j =1
trong ®ã yi lµ lÇn quan tr¾c thø i cña ph¶n øng mét biÕn, xy lµ biÕn ®éc lËp víi
sù biÕn ®æi cña ®Çu vµo hÖ thèng, aj lµ hÖ sè tuyÕn tÝnh cña biÕn ®éc lËp thø i
vµ e lµ thµnh phÇn ngÉu nhiªn khi m« h×nh håi quy ®−îc sö dông trong viÖc
ph©n tÝch qu¸ tr×nh vËn chuyÓn chÊt hãa häc, y th−êng b»ng khèi l−îng trªn
mét chu kú thêi gian. NÕu xy lµ diÖn tÝch ®Êt sö dông th× aj sÏ ®−îc biÓu diÔn
b»ng khèi l−îng trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch trªn mét ®¬n vÞ thêi gian. ViÖc x¸c
®Þnh tÝnh chÊt vËt lý cña c¸c hÖ sè lµ cã thÓ ®−îc. Trong ®ã yi kh«ng ph¶i lµ
biÕn ®éc lËp vµ trong ®ã xy lµ biÕn t−¬ng quan, m« h×nh kh«ng thùc hiÖn xÊp xØ
®Ñp c¸c qu¸ tr×nh vËn chuyÓn phøc t¹p trong l−u vùc.
NhiÒu m« h×nh lµ cña sù tÝch lòy tËp trung vµ ph©n lo¹i qu¸ tr×nh, t−¬ng
tù m« h×nh l−u vùc stanford (Gauford vµ Linsky, 1966). Nh÷ng d¹ng ®ã ®·
®−îc gäi lµ c¸c m« h×nh tÝnh to¸n ®é Èm hiÖn cña ®Êt (ESMA) (Todini vµ
Wallis, 1977). Chóng phøc t¹p h¬n rÊt nhiÒu c¸c m« h×nh tuyÕn tÝnh ®¬n gi¶n,
nh−ng vÉn lµ c¸c xÊp xØ th« ®èi víi c¸c qu¸ tr×nh thùc trong c¸c l−u vùc. KiÓu
m« h×nh nµy cã gi¸ trÞ nÕu cã thªm kinh phÝ vµ cÊu tróc cña m« h×nh ®−îc
chøng minh lµ ®óng. C¸i khã lín nhÊt g¾n liÒn víi nh÷ng m« h×nh rÊt phøc t¹p
lµ ë chç sù phøc t¹p ®ã ®¹ h¹n chÕ viÖc sö dông, ng−îc l¹i ®iÒu nµy h¹n chÕ sù
hiÓu biÕt c¸ch thùc hiÖn m« h×nh, nh− vËy sÏ t¨ng sù kÕt hîp kh«ng ch¾c ch¾n
víi viÖc sö dông chóng. Trong viÖc ®iÓm l¹i c¸c m« h×nh vµ xem xÐt l¹i c¸c
d¹ng, ch¾c ch¾n c¸c ®Æc ®iÓm quan träng lµ:
6 28
- a) Sù cã mÆt hay kh«ng cã mÆt cña c¸c thµnh phÇn ngÉu nhiªn.
b) Nh÷ng tÝnh chÊt cña qu¸ tr×nh vËt lý vµ hãa häc ®−îc tr×nh bµy trong
m« h×nh vµ chóng ®−îc biÓu diÔn nh− thÕ nµo
c) Tæng chi phÝ hoÆc thêi gian vµ nh÷ng yªu cÇu tÝnh to¸n vµ
d) C¸c yªu cÇu ®Çu vµo.
Sù hiÖn diÖn cña c¸c thµnh phÇn ngÉu nhiªn rÊt quan träng trong viÖc
xem xÐt sù vËn chuyÓn vµ x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña m« h×nh. NÕu mét tÝnh chÊt hãa
häc hoÆc mét qu¸ tr×nh ®−îc biÓu diÔn nh− mét thµnh phÇn ngÉu nhiªn, m«
h×nh cã thÓ kh«ng phï hîp cho viÖc dù b¸o trong thêi gian thùc nh−ng cã thÓ
thÝch hîp víi dù b¸o ®Æc tÝnh thèng kª. NÕu c¸c thµnh phÇn ngÉu nhiªn cã c¸c
tham sè mµ −íc l−îng ®−îc hoÆc x¸c ®Þnh vÒ mÆt lý häc m« h×nh cã thÓ ®−îc
biÕn ®æi dÔ dµng h¬n thµnh c¸c l−u vùc cã ®Æc ®iÓm kh¸c nhau.
ViÖc xö lý chÝnh thøc c¸c lçi m« h×nh ®−a ra nh÷ng hiÓu biÕt tèt h¬n vÒ
sù kh«ng ch¾c ch¾n g¾n víi viÖc sö dông m« h×nh.
CÊu tróc m« h×nh còng ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh chÊt vËn chuyÓn. NÕu, trong
mét l−u vùc ®−îc lµm m« h×nh mét qu¸ tr×nh quan träng x¶y ra mµ l¹i kh«ng
®−îc thÓ hiÖn trong m« h×nh th× viÖc sö dông m« h×nh sÏ kh«ng cßn thÝch hîp.
CÊu tróc m« h×nh ®−a ra mét c¸i nh×n s¸ng suèt xem liÖu hÖ thèng vËt lý cã
®−îc tr×nh bµy ®ñ kh«ng?
Tæng kinh phÝ vµ c¸c yªu cÇu ®Çu vµo cã thÓ ng¨n c¶n viÖc sö dông c¸c
m« h×nh x¸c ®Þnh mµ kh«ng cã sù xem xÐt nµo ®Õn cÊu tróc cña m« h×nh. M«
h×nh nh− lµ c¸c ch−¬ng tr×nh m¸y tÝnh cã thÓ kh«ng dÔ dµng thÝch øng víi mét
vµi m¸y tÝnh vµ nÕu viÖc biÕn ®æi lµ cÇn thiÕt c¸c m« t¶ ®Çy ®ñ cña ch−¬ng
tr×nh cã thÓ bÞ giíi h¹n.
9.2.3 Sai sè m« h×nh
Cã lÏ ®iÒu cÇn thiÕt nhu cÇu quan träng nhÊt trong viÖc sö dông m«
h×nh lµ nh÷ng kiÕn thøc vÒ c¸c lçi vµ c¸c nguån kh«ng chÝnh x¸c. Sù ph©n lo¹i
c¸c lçi chÝnh lµ lçi m« h×nh, lçi ®Çu vµo vµ lçi ®Çu ra, c¸c nguån sai sè cña m«
h×nh phæ biÕn bao gåm viÖc x¸c ®Þnh 1 hÖ thèng ph©n bè nh− mét hÖ thèng tËp
trung, viÖc bá qua c¸c qu¸ tr×nh quan träng nh−ng kh«ng ®−îc quan t©m, biÓu
6 29
- diÔn c¸c qu¸ tr×nh phi tuyÕn nh− qu¸ tr×nh tuyÕn tÝnh. C¸c sai sè m« h×nh lu«n
lu«n cã ®èi víi chÝnh tÝnh chÊt cña viÖc x©y dùng m« h×nh lµ sù trõu t−îng.
Sù hiÓu biÕt vÒ c¸c sai sè m« h×nh lµ rÊt qua träng trong viÖc ®¸nh gi¸
c¸c kÕt qu¶ tõ viÖc sö dông m« h×nh c¸c kÕt qu¶ nµy th−êng cã c¶ sù kh«ng
chÝnh x¸c do sai sè cña m« h×nh vµ viÖc x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña c¸c kÕt qu¶ ®ã, sù
kh«ng chÝnh x¸c ®ã ph¶i ®−îc gi¶m ®i nhê nh÷ng kiÕn thøc vÒ c¸c sai sè ®ã. Sai
sè ®Çu vµo lµ mét nguån quan träng thø hai, ®Æc biÖt lµ trong m« h×nh thñy
v¨n v× mét trong nh÷ng nguån nhËp chÝnh lµ gi¸ng thñy cã thÓ biÕn ®æi hoµn
toµn trªn mét diÖn tÝch. NÕu sè liÖu nhËp sai ®−îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh quy m«
m« h×nh th× tham sè ®−îc tÝnh to¸n sÏ chøa c¸c sai sè. Lçi nhËp còng lµm viÖc
−íc l−îng sai sè m« h×nh cµng khã h¬n sù kh¸c nhau trong viÖc dù b¸o m« h×nh
vµ ph¶n øng ®−îc quan tr¾c trong l−u vùc cã thÓ mét ph©n lµ do sai sè nhËp.
Sai sè ®Çu ra (lµ ë chç sai trong c¸c ®o ®¹c nh÷ng ph¶n øng cña nh÷ng
vÊn ®Ò ®¸ng quan t©m) sÏ Ýt nghiªm träng h¬n lçi ®Çu vµo, nh−ng nã vÉn quan
träng. Nguån chñ yÕu cña nã trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn hãa häc trong l−u vùc
nhá lµ xuÊt ph¸t tõ viÖc lÊy mÉu kh«ng th−êng xuyªn.
MÆc dï sù biÕn ®æi theo kh«ng gian: th−êng kh«ng quan träng v× 1 mÉu
dßng ch¶y lµ 1 ®iÓm mÉu liªn quan ®Õn kÝch th−íc cña l−u vùc, nh−ng cã thÓ
vÉn cã nh÷ng vÊn ®Ò víi c¸c mÉu kh«ng ®Æc tr−ng tõ mÆt c¾t cña 1 con s«ng.
9.2.4 Sù biÕn ®æi theo kh«ng gian
C¸c tÝnh chÊt vËt lý, hãa häc, sinh häc rÊt Ýt khi gièng nhau däc theo 1
l−u vùc. C¸c nghiªn cøu gÇn ®©y ®· chØ ra sù biÕn ®æi khi läc thËm chÝ trong 1
m¶nh ruéng gÇn nh− lµ ®ång nhÊt. Khi c¸c thæ nh−ìng kh¸c nhau râ rµng vµ
viÖc sö dông ®Êt ®−îc coi nh− lµ 1 khèi th× c¸i g× quyÕt ®Þnh gi¸ trÞ tÝch ph©n
®−îc quan tr¾c t¹i cöa l−u vùc. LiÖu mét (tæng hîp) gi¸ trÞ ®¬n lÎ sÏ phï hîp ®Ó
biÓu diÔn mét ®Æc ®iÓm ®−îc ®−a ra hay kh«ng? Mét vµi khã kh¨n ®èi víi dßng
ch¶y ngÇm ®· trë thµnh mét ®Ò tµi cho c¸c ph©n tÝch gÇn ®©y.
Mét c¸ch tiÕp cËn víi sù biÕn ®æi theo kh«ng gian cña m« h×nh lµ sö
dông 1 sù ph©n bè tÇn sè tÝch lòy cña 1 ®Æc ®iÓm hay 1 qu¸ tr×nh qua l−u vùc.
M« h×nh l−u vùc Stanford sö dông 1 sù gÇn ®óng tuyÕn tÝnh cho mét ph©n bè
tÇn sè tÝch lòy cña qu¸ tr×nh thÊm trong khi m« h×nh ARM chia l−u vùc thµnh
6 30
- 5 phÇn b»ng nhau dùa trªn kh¶ n¨ng thÊm n−íc vµ sö dông c¸c phÇn nµy ®Ó
biÓu diÔn sù biÕn ®æi theo kh«ng gian ®· biÕt. C¸c phÇn cña m« h×nh ARM
kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i liªn tôc. C¸ch tiÕp cËn kh¸c lµ chia l−u vùc thµnh nh÷ng
m¶nh nhá. M« h×nh USDAHL chia bån thu n−íc thµnh 3 hay 4 vïng xÊp xØ
®ång nhÊt vÒ c¸c yÕu tè thñy v¨n. Tr−êng ®¹i häc bang Colorado ®· ph¸t triÓn
1 m« h×nh sö dông hÖ thèng l−íi ®Ó chia khu vùc thµnh tõng m¶nh nhá. C¸ch
tiÕp cËn nµy cã nhiÒu kh¶ n¨ng nÕu c¸c m¶nh cã c¸c ®Æc tÝnh gièng nhau phï
hîp.
9.2.5 BiÕn ®æi theo thêi gian
C¸c nguån sai sè do sù biÕn ®æi theo thêi gian sinh ra v× c¸c c¸ch tr×nh
bµy b»ng m« h×nh vµ viÖc lÊy mÉu c¸c vÊn ®Ò. Sù biÓu diÔn b»ng m« h×nh liªn
quan ®Õn viÖc xem xÐt mét vµi ®iÒu kiÖn, ®Æc ®iÓm hoÆc chu tr×nh trong ®ã c¸c
kho¶ng thêi gian h»ng sè nh− chØ ®−îc lÊy mÉu mét lÇn, hoÆc sù t−¬ng t¸c gi÷a
c¸c qu¸ tr×nh chØ cã mét. Nh÷ng kho¶ng c¸ch thêi gian lín trong c¸c qu¸ tr×nh
phi tuyÕn cã thÓ ®−a ra nh÷ng sai sè ®¸ng kÓ. Sai sè trong viÖc lÊy mÉu t¨ng v×
sù khã kh¨n trong viÖc thu thËp vµ ph©n tÝch chÊt hãa häc khi lÊy mÉu liªn
tôc. ChØ cã c¸c ®Æc ®iÓm nh− tÝnh dÉn ®iÖn mµ cã thÓ thö b»ng 1 ph−¬ng tiÖn
nh− m¸y dß lµ ®−îc liªn tôc. §¬n chÊt hßa tan hoÆc l¬ löng kh«ng thÓ ®−îc
ph©n tÝch b»ng c¸ch th«ng th−êng do qu¸ tr×nh cña nã. V× c¸c qu¸ tr×nh cã quy
m« thêi gian rÊt ch¸c nhau nh− quy m« ngµy, quy m« 1 trËn m−a, quy m« mïa
g©y ra mét sù biÕn ®æi trong c¶ hÖ thèng, tÇn suÊt cña viÖc lÊy mÉu h¹n chÕ
kh¶ n¨ng ph¸t hiÖn, tÇn suÊt cña viÖc lÊy mÉu h¹n chÕ kh¶ n¨ng ph¸t hiÖn ra
nh÷ng biÕn ®æi nh− thÕ. Tuy nhiªn, mét vµi ion v« c¬ chØ ra mét mèi quan hÖ
t−¬ng ®èi æn ®Þnh víi sù dÉn ®iÖn, nã cã thÓ dïng lµm nguån th«ng tin liªn tôc
vÒ ion.
9.2.6 ¦íc l−îng tham sè
C¸c m« h×nh chøa c¸c tham sè mµ cã ý nghÜa vËt lý, nh−ng ®iÒu ®ã trong
viÖc øng dông vµo mét l−u vùc hay mét dßng ch¶y ®ßi hái sù −íc l−îng tõ gi¸
trÞ thùc. Mét vÝ dô lµ hÖ sè khö oxy trong ph−¬ng tr×nh Streeter Phelps. ViÖc
−íc l−îng tham sè hoÆc ®iÒu chØnh cho phï hîp c¸c thÓ lµ c¸ch tèt nhÊt ®Ó
nhËn ®−îc th«ng tin vÒ gi¸ trÞ cña tham sè nh−ng ph¶i thùc hiÖn hÕt søc cÈn
6 31
- thËn. C¸c gi¸ trÞ tham sè kh¸c nhau cã thÓ thu ®−îc tõ cïng mét tËp sè liÖu vµ
c¸c sai sè trong sè liÖu còng ¶nh h−ëng ®Õn gi¸ trÞ tham sè ®−îc lùa chän, sè
c¸c c¸ch tiÕp cËn ®−îc sö dông cho viÖc tÝnh to¸n bao gåm ph−¬ng ph¸p b×nh
ph−¬ng nhá nhÊt, ph−¬ng ph¸p m«men, ph−¬ng ph¸p kh¶ n¨ng lín nhÊt vµ
c¸c kü thuËt Bay esian. ViÖc lùa chän tïy thuéc vµo d¹ng sai sè vµ kiÓu m«
h×nh.
9.2.7 §¸nh gi¸ m« h×nh
Chu tr×nh x©y dùng m« h×nh th−êng cã c¸c tr−íc nh− sau
a) Chän 1 m« h×nh hoÆc cÊu tróc cña m« h×nh
b) ¦íc l−îng tham sè
c) §¸nh gi¸ m« h×nh.
Sù quan träng trong viÖc ®¸nh gi¸ m« h×nh kh«ng thÓ ®−îc qu¸ nhÊn
m¹nh. B−íc cuèi cïng nµy cung cÊp th«ng tin ®· thay ®æi b−íc ®Çu tiªn cña
chu tr×nh sau. NÕu viÖc øng dông quan träng h¬n lµ viÖc ph¸t triÓn m« h×nh
th× sau ®ã th«ng tin nhËn ®−îc tõ b−íc ®¸nh gi¸ m« h×nh lµ cÇn thiÕt ®Ó quyÕt
®Þnh xem liÖu m« h×nh cã ®¸p øng ®−îc nh÷ng nhu cÇu ®ã hay kh«ng?
Sai sè m« h×nh kh¸ quan träng trong viÖc ®¸nh gi¸ xem liÖu m« h×nh cã
gi¸ trÞ hay kh«ng. Mét m« h×nh rÊt c«ng phu kh«ng thÓ nãi lªn ®−îc sù kh¸c
nhau vÒ gi¸ thµnh so víi 1 m« h×nh ®¬n gi¶n. Kh«ng nhÊt thiÕt lµ mét m« h×nh
lín h¬n th× sÏ tèt h¬n. Mét nguån cña c¸c bµi to¸n trong c¸c m« h×nh phï hîp
lµ xu h−íng ph¶n ¶nh sai sè ®Çu vµo vµ ®Çu ra ®èi víi c¸c tham sè ®−îc −íc
l−îng.
NÕu nh− kh«ng kiÓm tra mét c¸ch cÈn thËn m« h×nh sÏ kh«ng nh÷ng
qu¸ tr×nh phï hîp mµ cßn t¹o ra nh÷ng ¶o t−ëng r»ng sù kh«ng chÝnh x¸c lµ
rÊt nhá trong viÖc dù b¸o.
Th−êng mét m« h×nh ®−îc ®¸nh gi¸ dùa trªn sù biÕn ®æi nh− thÕ nµo
cña c¸c yÕu tè ®−îc quan tr¾c mµ nã gi¶i thÝch. Nh÷ng mÉu h×nh cña sù biÕn
®æi kh«ng ®−îc gi¶i thÝch còng nªn ®−îc xem xÐt. Sù biÕn ®æi kh«ng ®−îc gi¶i
thÝch mét c¸ch râ rµng cã thÓ nhá mét c¸ch v« lý khi m« h×nh ®−îc l¾p ghÐp.
KiÓm tra c¸c mÉu kh«ng ch¾c ch¾n lµ 1 c¸ch ng¨n ngõa ®iÒu nµy. BÊt kú mét
6 32
- mÉu nµo cã sù kh¸c nhau gi÷a quan tr¾c vµ to¸n tÝnh th× ®Òu lµ sù b¸o hiÖu
cña mét m« h×nh háng. VÝ dô mét qu¸ tr×nh bÞ thiÕu trong m« h×nh.
9.3. C¸c qu¸ tr×nh vËn chuyÓn
C¸c qu¸ tr×nh kÐo theo trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn hãa häc tõ mét l−u
vùc lµ rÊt phøc t¹p. Mét m« h×nh lý thuyÕt tr×nh bµy ®ång thêi tÊt c¶ c¸c qu¸
tr×nh lµ kh«ng tån t¹i vµ kh«ng ch¾c lµ mét c«ng cô h÷u Ých trong t−¬ng lai.
Tuy nhiªn, thËm chÝ nÕu mét m« h×nh lý thuyÕt ®Çy ®ñ lµ kh«ng thùc tÕ,
nh−ng mét sù kiÓm tra nhiÒu qu¸ tr×nh sÏ cã lîi trong viÖc hiÓu (biÕt) c¸c m«
h×nh ®· ®−îc ph¸t triÓn. Trong viÖc th¶o luËn ë ®©y, c¸c qu¸ tr×nh ®−îc tæ chøc
thµnh c¸c nhãm nh− vËt lý, hãa häc, sinh häc mÆc dï cã sù t−¬ng t¸c ®¸ng kÓ
vµ mét vµi sù chång chÐo.
9.3.1. Qu¸ tr×nh vËt lý
§èi l−u lµ mét qu¸ tr×nh mµ trong ®ã chÊt láng vËn chuyÓn mang theo
c¸c thµnh phÇn cÊu t¹o nªn nã, n−íc lµ thµnh phÇn chñ yÕu. N−íc cã thÓ lµ
n−íc m−a, dßng ch¶y mÆt vµ c¸c chuyÓn ®éng trong lßng ®Êt. C¸c c¬ chÕ ®ã
®−îc m« t¶ kh¸ chi tiÕt trong c¸c ch−¬ng cña tµi liÖu nµy. C¸c thµnh phÇn
quan träng cho chÊt l−îng n−íc ®−îc hßa tan hay l¬ löng trong n−íc.
Tr¹ng th¸i l¬ löng hay l¾ng xuèng lµ c¸c qu¸ tr×nh do c¸c ph©n tö
chÊt r¾n chuyÓn ®éng trong n−íc vµ l¾ng l¹i. N−íc m−a vµ c¸c dßng ch¶y mÆt
lµ nh÷ng nh©n tè chÝnh t¸ch vµ lµm cho ®Êt vµ c¸c ph©n tö h÷u c¬ chuyÓn ®éng
l¬ löng trong n−íc. Cã bao nhiªu vËt chÊt cã thÓ ®−îc gi÷ ë tr¹ng th¸i l¬ löng
do chuyÓn ®éng rèi cña dßng. Khi c¸c nhiÔu ®éng Ýt ®i c¸c phÇn tö b¾t ®Çu l¾ng
xuèng vµ c¸c phÇn tö nÆng h¬n sÏ l¾ng ®äng ®Çu tiªn. V× c¸c chÊt hãa häc kh¸c
nhau ®−îc g¾n víi c¸c phÇn tö h÷u c¬ hoÆc v« c¬, nªn c¸c qu¸ tr×nh ®ã rÊt quan
träng cho viÖc vËn chuyÓn chÊt hãa häc.
§é ph©n t¸n lµ kÕt qu¶ cña qu¸ tr×nh vËn chuyÓn kh«ng theo quy luËt
hay thÊt th−êng. C¸c xo¸y vµ rèi kh¸c nhau trong c¸c dßng ch¶y lµ nguyªn
nh©n lµm cho mét khèi n−íc chuyÓn ®éng lªn trªn hoÆc tôt l¹i sau dßng ch¶y
chÝnh. ChuyÓn ®éng cña n−íc qua m«i tr−êng xèp, cã mét vµi phÇn tö còng ®i
qua nh÷ng con ®−êng dµi h¬n c¸c ph©n tö kh¸c. Trong c¶ hai tr−êng hîp, mét
6 33
- vµi phÇn tö trong n−íc chuyÓn ®éng nhanh hoÆc chËm h¬n dßng ch¶y chÝnh.
KÕt qu¶ lµ lµm t¨ng thÓ tÝch n−íc chøa c¸c thµnh phÇn vµ cuèi cïng gi¶m tèi
®a c−êng ®é c¸c thµnh phÇn. Tæng c¸c qu¸ tr×nh hîp vµo hay ph©n t¸n ra t−¬ng
øng víi c¨n bËc hai cña kho¶ng c¸ch chuyÓn ®éng hay cña thêi gian nÕu dßng
ch¶y lµ kh«ng ®æi.
Sù khuÕch t¸n lµ tæng chuyÓn ®éng cña 1 thµnh phÇn ®èi víi sù chªnh
lÖch nång ®é hay gradien. Qu¸ tr×nh khuyÕch t¸n cña n−íc trong ®Êt lµ chËm
vµ nãi chung kh«ng quan träng so víi nh÷ng qu¸ tr×nh tr−íc. Nh−ng sù bay h¬i
lµ sù chuyÓn tõ tr¹ng th¸i láng sang tr¹ng th¸i h¬i cã thÓ lµ con ®−êng nguyªn
thñy lµm bay h¬i c¸c chÊt hãa häc dÔ bay h¬i. Ho¹t ®éng rèi cña giã cã thÓ gi÷
cho qu¸ t×nh c« ®Æc cña c¸c hãa chÊt trong ®Êt vµ n−íc thÊp ®Ó sù khuÕch t¸n
tõ bÒ mÆt trë thµnh 1 nh©n tè h¹n chÕ qu¸ tr×nh bay h¬i.
ViÖc canh t¸c ¶nh h−ëng ®Õn vËn chuyÓn hãa chÊt gi¸n tiÕp b»ng c¸ch
thay ®æi chuyÓn ®éng cña n−íc vµ kho¸ng chÊt. ViÖc lµm ®Êt trång vµ cµy cÊy
th−êng xuyªn lµm t¨ng kh¶ n¨ng thÊm trong phÇn ®Çu tiªn cña trËn m−a. §Êt
t¬i xèp, tuy nhiªn còng dÔ sãi mßn h¬n. T¸c ®éng cña qu¸ tr×nh canh t¸c gi¶m
theo thêi gian, lµm cho kho¶ng thêi gian gi÷a viÖc canh t¸c vµ m−a trë nªn
quan träng.
9.3.2. C¸c qu¸ tr×nh hãa häc
Sù hót thÊm bÒ mÆt lµ thuËt ng÷ chung ®Ó chØ sù chuyÓn ®éng cña
mét phÇn tõ gi÷a tr¹ng th¸i r¾n vµ tr¹ng th¸i láng. Qu¸ tr×nh hót b¸m, c¸i mµ
còng ®−îc coi nh− lµ 1 qu¸ tr×nh vËt lý, x¶y ra khi chÊt hãa häc ra khái dung
dÞch b¸m vµo mét vµi phÇn tö chÊt r¾n. Qu¸ tr×nh no n−íc lµ qu¸ tr×nh ng−îc
l¹i trong thêi gian c©n b»ng (at equilibirium), mét sù c©n b»ng gi÷a c¸c qu¸
tr×nh lµ cã thÓ ®¹t ®−îc. Mèi quan hÖ gi÷a nång ®é chÊt hãa häc trong dung
dÞch vµ trong chÊt r¾n th−êng m« t¶ b»ng mét hµm cña lùc (power function).
Mét hÖ sè x¸c ®Þnh thêi gian sù cè dung dÞch (to apower) ®èi víi 1 lùc th−êng
mét ph−¬ng tr×nh ®¬n lÎ kh«ng thÓ m« t¶ ®Çy ®ñ c¶ hai qu¸ tr×nh hót b¸m -
desorption (sù no n−íc).
Sù trao ®æi cßn lµ sù trao ®æi cña 1 ion trong dung dÞch ®èi víi 1 ion
nhiÔm ®iÖn cïng ®Êu trªn bÌe mÆt chÊt r¾n nhiÔm ®iÖn tr¸i dÊu. §Êt sÐt
6 34
- th−êng nhiÔm sÐt, hidrat s¾t vµ nh«m cã thÓ bÞ nhiÔm ®iÖn d−¬ng hoµn toµn
d−íi mét vµi ®iÒu kiÖn vµ do ®ã hót c¸c anion trong kho¶ng pH cña phÇn lín
c¸c thæ nh−ìng, sù nhiÔm ®iÖn trong chÊt h÷u c¬ th−êng lµ nhiÔm ®iÖn ©m vµ
hót c¸c cation.
Sù kÕt tinh x¶y ra khi nång ®é 1 chÊt hãa häc trong dung dÞch v−ît qu¸
kh¶ n¨ng tan ®−îc cña nã. Nång ®é dung dÞch gi¶m xuèng do sù h×nh thµnh
hîp chÊt trong tr¹ng th¸i r¾n. MÆc dï c¸c mèi quan hÖ cña tÝnh to¸n cã thÓ x¸c
®Þnh kh¸ tèt cho nhiÒu hÖ thèng n−íc - kho¸ng chÊt, nh−ng nh÷ng mèi quan hÖ
®ã cã trÖch rÊt nhiÒu trong hÖ thèng ®éng lùc n−íc - ®Êt.
Ph¶n øng thñy ph©n lµ ph¶n øng cña 1 chÊt hãa häc víi n−íc ®Ó h×nh
thµnh 1 hîp chÊt kh¸c. C¸c liªn kÕt hãa häc cña chÊt hãa häc vµ n−íc bÞ ph¸ vì
vµ c¸c liªn kÕt míi ®−îc h×nh thµnh.
Ph¶n øng oxy hãa khö x¶y ra khi mét chÊt mÊt electron vµ bÞ oxy hãa
trong khi hîp chÊt kh¸c nhËn ®−îc electron vµ bÞ h−. Oxy th−êng ®−îc kÐo
theo, nh−ng nã kh«ng cÇn thiÕt.
Ph¶n øng quang hãa x¶y ra khi n¨ng l−îng ¸nh s¸ng ®Èy nhanh tèc
®é. Ph©n t¸ch c¸c liªn kÕt hãa häc h×nh thµnh hîp chÊt míi.
9.3.3. C¸c qu¸ tr×nh sinh hãa
C¸c enzyme trong vi sinh vËt kh¸c nhau cã thÓ lµm t¨ng tèc ®é ph¶n
øng rÊt lín nh− thÓ chÊt h÷u c¬ cã thÓ biÕn ®æi thµnh c¸c chÊt hãa häc kh¸c
b»ng c¸c qu¸ tr×nh khö, ph¶n øng «xy hãa, thñy ph©n vµ c¸c ph¶n øng hãa häc
kh¸c x¶y ra trong c¸c vi sinh vËt.
9.4. C¸c thµnh phÇn hãa häc
N−íc thËm chÝ khi r¬i xuèng ®Êt tõ m−a còng kh«ng hoµn toµn tinh
khiÕt, nã chøa ®ùng nh÷ng l−îng kh¸c nhau cña thµnh phÇn kh¸c nhau. C¸c
tiªu chuÈn chÊt l−îng n−íc ®−îc h×nh thµnh dùa trªn môc ®Ých sö dông n−íc.
Do ®ã, tiªu chuÈn cña n−íc uèng ph¶i cao h¬n rÊt nhiÒu so víi tiªu chuÈn n−íc
dïng cho c¸c môc ®Ých kh¸c nh− thñy lîi. Môc tiÕp theo tr×nh bµy vÒ c¸c thµnh
phÇn hãa häc th«ng th−êng nhÊt mµ trë thµnh chÊt g©y « nhiÔm nång ®é cña
nã v−ît qu¸ tiªu chuÈn vµ m« t¶ c¸c nç lùc ®Ó x©y dùng m« h×nh cho nã.
6 35
- 9.4.1. Bïn c¸t
Bïn c¸t lµ chÊt g©y « nhiÔm chiÕm thÓ tÝch lín nhÊt chÊt cÆn l¾ng xuèng
lµm gi¶m kh¶ n¨ng tÝch tr÷ n−íc cña bÓ hoÆc ao, vµ kh¶ n¨ng vËn chuyÓn
®−êng thñy vµ kªnh. ChÊt cÆn lµm ®ôc c¸c con s«ng vµ hå g©y mÊt mü quan vµ
t¹o nh÷ng ®iÒu kiÖn x¸o trén g©y trë ng¹i tíi c¸c quy tr×nh b×nh th−êng cña hÖ
sinh th¸i n−íc.
Thªm vµo ®ã chÊt l¾ng cÆn mang theo c¸c chÊt hãa häc, chÊt dinh
d−ìng, thuèc trõ s©u vµ kim lo¹i cã thÓ ®−îc gi¶i phãng ra c¸c khu vùc n−íc
xung quanh d−íi nh÷ng ®iÒu kiÖn x¸c ®Þnh. Do ®ã, ®o ®¹c chÝnh x¸c viÖc t¶i c¸c
chÊt cÆn trong n−íc vµ dung l−îng c¸c chÊt hãa häc trong chÊt cÆn lµ viÖc hÕt
søc quan träng. Vµ c¸c chÊt l¾ng ®äng ®· ®−îc thõa nhËn lµ mét bµi to¸n
nhiÒu n¨m, nªn mét vµi tiªu chuÈn cho sù xãi mßn tõ ®Êt trång trät ®· ®−îc
th¶o luËn bëi Molodenhauer vµ Onstad (1995). Tuy nhiªn, c¸c tiªu chuÈn ®ã
(®iÓn h×nh lµ tiªu chuÈn cho phÐp mÊt tõ 3 ®Õn 5 tÊn ®Êt/acre/n¨m).
C¨n cø vµo viÖc nguån tµi nguyªn ®Êt vµ kh«ng dùa trªn t¸c ®éng m«i
tr−êng däc theo l−u vùc. C¸c tiªu chuÈn cho viÖc « nhiÔm tõ c¸c chÊt cÆn däc
theo l−u vùc ch−a ®−îc ph¸t triÓn.
Qu¸ tr×nh xãi mßn ®Êt cã kh¶ n¨ng chän trong c¸c kÝch th−íc phÇn tö vµ
khèi l−îng phÇn tö. N−íc m−a v¨ng ra vµ dßng n−íc chuyÓn ®éng ®Çu tiªn lµm
chuyÓn ®éng cña c¸c phÇn tö nhá vµ nhÑ h¬n thªm vµo ®ã c¸c phÇn tö lín h¬n
l¾ng xuèng ®Çu tiªn trong qu¸ tr×nh l¾ng ®äng. Do ®ã bïn c¸t l¬ löng cã xu
h−íng bÞ gi÷ l¹i c¸c phÇn tö nhá vµ nhÑ h¬n. Cho nªn c¸c qu¸ tr×nh båi tÝch
ph¶i ®−îc dù b¸o b»ng ph−¬ng tr×nh xãi mßn (Young vµ Onstad, 1976) hoÆc
ng−îc l¹i cã liªn quan ®Õn s¶n l−îng bïn c¸t.
9.4.2. Muèi
PhÇn lín c¸c vÊn ®Ò víi muèi (c¸c chÊt r¾n v« c¬ hßa tan ®−îc) ë n−íc
Mü xuÊt hiÖn ë miÒn T©y s«ng Misissippi v× l−îng m−a ë vïng ®ã thÊp h¬n.
L−îng m−a h¹n chÕ kh«ng läc ®−îc muèi hßa tan tõ ®Êt, hoÆc cung cÊp kh«ng
cÊp l−îng n−íc ®Çy ®ñ cho viÖc s¶n xuÊt n«ng nghiÖp. Do ®ã n−íc t−íi tiªu cã
chøa muèi vÉn ®−îc sö dông mét l−îng n−íc ®−îc tho¸t h¬i qua c©y trång vµ
sù ngõng l¹i cã thÓ thóc ®Èy qu¸ tr×nh läc vµ ®−a 1 l−îng muèi lín trë vÒ s«ng.
6 36
- §o sù dÉn ®iÖn (EC) lµ 1 ph−¬ng ph¸p th«ng th−êng ®Ó kiÓm tra l−îng
muèi, EC cã thÓ ®−îc ®o th−êng xuyªn. §o tæng l−îng chÊt r¾n hßa tan b»ng
qu¸ tr×nh bèc h¬i 1 mÉu n−íc lµ 1 ph−¬ng ph¸p kh¸c ®−îc sö.
ViÖc quyÕt ®Þnh ion g× trong n−íc cÇn thiÕt cho mét sù ®¸nh gi¸ ®Çy ®ñ.
Canxi, magiª, natri lµ c¸c phÇn tö nhiÔm ®iÖn d−¬ng cã ý nghÜa ®èi víi thñy lîi
vµ lîi Ých c«ng nghiÖp. Dung tÝch muèi cao t¨ng gi¸ thµnh cña viÖc xö lý n−íc
sinh ho¹t vµ c«ng nghiÖp lµm h¹n chÕ c¸c lo¹i c©y trång cã thÎ ®−íc t−íi tiªu.
Giíi h¹n 250 phÇn/10 triÖu do vµ 500/1 triÖu tæng l−îng chÊt r¾n hßa tan ®−îc
yªu cÇu cho viÖc cung cÊp n−íc c«ng céng. N−íc sö dông trong n«ng nghiÖp
®−îc ph©n lo¹i theo sù dÉn ®iÖn vµ tØ sè gi÷a Na/Canxi vµ Magic.
Cã mét l−îng lín c¸c mèi quan hÖ hµm sè gi÷a ion riªng hoÆc chung vµ
l−u l−îng. Mæc dï c¸c m« h×nh kh«ng ph¶i lµ c¸c m« h×nh thèng kª chÝnh thøc,
nh−ng ®−îc tham sè ®−îc l¾p vµo sè liÖu quan tr¾c b»ng ph−¬ng ph¸p tiÕp cËn
hiÓu håi quy.
M« h×nh th«ng dông nhÊt cã d¹ng nh− sau
C= aQb (9.5)
trong ®ã, C lµ nång ®é, Q lµ l−u l−îng, a,b lµ c¸c tham sè. C lµ kh¶ n¨ng dÉn
®iÖn hoÆc lµ tæng l−îng chÊt r¾n hßa tan. Lane (1975) ®· tæng kÕt ®−îc mét sè
m« h×nh ¥Connor (1976) còng rót ra mét vµi mèi quan hÖ b»ng viÖc xem xÐt
c¸c tr−êng hîp ®¬n gi¶n cña c¸c hÖ thèng ®−îc m« t¶ bëi c¸c ph−¬ng tr×nh kh¸c
nhau tõng phµan. Hallam (1976) ®· ®−a ra mét vµi mèi quan hÖ nh− thÕ cho
c¸c nguån thùc nghiÖm ë hå nã còng cã ®ång vµ s¾t trong (cïng trung l−u vùc
chuyÓn). Pronke vµ MCKs (1970) vµ Pronke cïng c¸c ®ång sù (1972) ®· nghiªn
cøu ®é muèi ë miÒn T©y Nam n−íc Mü cã liªn quan ®Õn mét vµi biÕn tv, bao
gåm c¶ dßng ch¶y. PHÇn lín c¸c m« h×nh ®ã lµ mét d¹ng c¸c thµnh phÇn cña
dßng ch¶y, liªn kÕt n«ng ®é tæng víi nång ®é trong dßng ch¶y mÆt hoÆc tèc ®é
dßng ch¶y t−¬ng øng cïng víi m« h×nh thµnh phÇn cña dßng ch¶y th−êng khã
kh¨n trong viÖc x¸c ®Þnh râ rµng ®©u lµ dßng ch¶y c¬ b¶n ®©u lµ sù gia nhËp
cña n−íc ngÇm vµ n−íc bÒ mÆt.
6 37
- Mét vµi m« h×nh hoÆc nghiªn cøu liªn kÕt c¸c ion riªng lÎ vµ qu¸ tr×nh
dÉn ®iÖn Lane (1975), steele vµ Matalas (1971), Steele (1976) ®Òu ®−a ra
nh÷ng vÝ dô liªn kÕt c¸c ion riªng lÎ vµo qu¸ tr×nh nhiÔm ®iÖn trong viÑec x¸c
®Þnh m« h×nh l−u vùc rÊt h÷u Ých v× ®ã EC th−êng xuyªn t−¬ng ®èi dÔ dµng.
Nªu mèi quan hÖ gi÷a EC vµ c¸c ion ®¸ng quan t©m kh¸c hoµn toµn æn ®Þnh
®−îc x©y dùng, th× sau ®ã cÇn rÊt Ýt c¸c ph©n tÝch. (Hem (1970) ®−a kÕt qu¶ chØ
ra mét sù t−¬ng quan bÒn v÷ng ¥ Connor còng ®· xem xÐt mét vµi tr−¬ngf hîp
®¬n gi¶n cña sù biÕn ®æi trong tæng nång ®é chÊt r¾n hßa tan trong thêi gian 1
n¨m vµ ®−îc trÝch tõ tµi liÖu cña Gunnerson (1967) v× ®é muèi lµ mét bµi to¸n
trong nhiÒu n¨m, nªn cã mét l−îng lín c¸c m« h×nh ®· ®−îc ph¸t triÓn cho viÖc
dù b¸o sù chuyÓn ®éng cña c¸c chÊt hãa häc vµ longf ®Êt b»ng c¸ch läc
(leachung) (Alffaro vµ Keller, 1970 Boast 1973, Burn, 1974; Kolenbrander,
1970, Lai vµ Junilear 1972, Shaffer vµ Robben 1977, Tanji, 1970 Tekkeltacb vµ
babcock, 1970, vµ warite vµ c¸c céng sù 1971; c¸c m« h×nh tinh vi h¬n thõa
nhËn sù trao ®æi Ca, Ma, Na vµ K gi÷a dung dÞch vµ quÆng s¾t, Chóng còng
kÕt hîp c¸c qu¸ tr×nh ph©n hñy vµ kÕt tinh víi can xi vµ magiª bonat, phot
ph¸t.
C¸c m« h×nh chia thæ nh−ìng thµnh c¸c tÇng, viÖc tÝnh to¸n nång ®é c©n
b»ng trong tõng tÇng vµ di chuyÓn tõ phÇn nµy cña dung dÞch míi ®Õn tÇng
tiÕp theo khi tÝnh to¸n sù c©n b»ng míi.
9.4.2 C¸c chÊt dinh d−ìng
C¸c chÊt Nit¬ vµ phèt pho cã thÓ t¹o thµnh mét bµi to¸n vÒ chÊt l−îng
n−íc. C¸c vïng ®Êt ph× nhiªu nãi chung ®· ®−îc bãn ph©n vµ dÔ bÞ xãi mßn.
MÆc dï Nitr¸t cã thÓ lµ mét mèi nguy h¹i cho sù kháe, khi nång ®é cña nã b»ng
10/1 triÖu Nit¬, nh−ng mét bµi to¸n th«ng dông h¬n lµ lµm t¨ng c−êng tr¹ng
th¸i phó d−ìng. Phó d−ìng lµ mét sù ph¸t triÓn m¹nh cña hÖ sinh th¸i trong
vïng n−íc giµu chÊt dinh d−ìng. Thùc vËt d−íi n−íc còng ®ßi hái phÇn lín c¸c
nguyªn tè gièng nh− c¸c c©y trång trªn c¹n. D−íi nh÷ng ®iÒu kiÖn x¸c ®Þnh
mét vµi nguyªn tè nµo ®ã cã thÓ bÞ h¹n chÕ, nh−ng nh÷ng d¹ng g¾n víi Nit¬
Photpho ®−îc nh¾c ®Õn th−êng xuyªn nhÊt. Mét vµi d¹ng cña mçi chÊt dinh
d−ìng ®Æc biÖt cã ý nghÜa, c¸c ion v« c¬; nitrat (NO3), amoniac (NH4), PO4,
6 38
- nh−ng ion nµy ®−îc ®o kh¸ dÔ dµng, mét l−îng lín c¸c chÊt h÷u c¬ cã chøa
Nit¬ vµ phèt pho th× l¹i ®o ®¹c rÊt khã kh¨n Anioniac (NH4) vµ PO4 còng ®−îc
hÊp thô tõ c¸c phÇn tö quÆng trong bïn c¸t bëi sù trao ®æi con vµ c¸c ph¶n øng
sorptron. Sù vËn chuyÓn cña c¸c chÊt h÷u c¬ vµ v« c¬ h×nh thµnh kho¸ng chÊt
quan träng trong nhiÒu l−u vùc, sù mµu mì do c¸c chÊt l¾ng c¹n ph¶i ®−îc x¸c
®Þnh. TÊt c¶ c¸c chÊt dinh d−ìng hßa tan ®Òu cã trong thùc vËt nh−ng trong
thùc vËt chØ cã mét l−îng nhá c¸c chÊt kh«ng hßa tan. Th−êng th× d¹ng kh«ng
hßa tan v−ît qu¸ d¹ng hßa tan. C¸c d¹ng kh«ng hßa tan s½n cã thay ®æi tïy
theo nh−ng ®iÒu kiÖn cña m«i tr−êng, VD: nhiÖt ®é, ®é PH, tr¹ng th¸i oxy hãa
khö. V× kh«ng cã c¸c thñ tôc cho viÖc dù b¸o mét c¸ch chÝnh x¸c chÊt dinh
d−ìng cã trong d¹ng kh«ng hßa tan, nªn tæng l−îng P vµ N2 th−êng ®−îc chØ râ.
Kh«ng khÝ
Bôi
N2 NH3
S¶n phÇm
Cè ®Þnh sinh häc
HÊp thô
mïa mµng M−a
Khö Nit¬
§éng vËt
Thùc vËt Bay h¬i
Ph©n bãn
Xãi mßn
R¸c th¶i do dßng
ch¶y
Amoni hãa
Cè ®Þnh
VËt chÊt
h÷u c¬ ®Êt SÐt vµ c¸c phøc
Cè ®Þnh hîp h÷u c¬
Nit¬rat hãa
ThÊm läc
Chu tr×nh Nit¬ trong n«ng nghiÖp
H×nh 9.1 Mèi liªn quan gi÷a c¸c d¹ng biÕn ®æi cña Nit¬ vµ c¸c ho¹t ®éng n«ng nghiÖp
Mét vµi m« h×nh thèng kª cña c¸c chÊt dinh d−ìng v« c¬ nh− amoniac,
nitrat vµ PO4 biÕn ®æi cña nitrat cã thÓ ®−îc gi¶i thÝch tõ viÖc sö dông ®Êt cßn
viÖc sö dông ®Êt n«ng nghiÖp chØ gi¶i thÝch ®−îc 35%. Tuy nhiªn viÖc sö dông
®Êt kh«ng gi¶i thÝch ®−îc sù biÕn ®æi kh¸ quan träng cña P (h×nh 9.1).
6 39
- Sù t¨ng l−îng nitrat trong l−u l−îng kh«ng ®−îc coi lµ mét vÊn ®Ò quan
träng trõ khi ph©n bãn hoÆc c¸c chÊt th¶i ®éng vËt ®−îc r¶i trªn mÆt ®Êt.
Nitrat kh«ng ®−îc ®Êt hÊp thô. Cho nªn n−íc m−a thÊm xuèng trong phÇn ®Çu
cña c¬n m−a sÏ läc nitrat d−íi dÊt vµ trùc tiÕp ®−a chung vµo dßng ch¶y. PhÇn
nitrat trong dßng ch¶y ®Õn tõ m−a. Mét phÇn kh¸c ®−îc thÊm vµo n−íc chuyÓn
®éng xuyªn qua vµ quay trë l¹i bÒ amùt thµnh dßng ch¶y trong c¸c l−u vùc lín
h¬n.
H×nh 9.1 minh häa cho c¸c chu tr×nh lu©n chuyÓn Nit¬ trong m«i tr−êng
®Êt - n−íc kh«ng khÝ thùc v¹t vµ ®−îc gäi lµ vßng tuÇn hoµn nit¬. “Nit¬ ®Êt lµ
mét sù ®iÓm l¹i toµn diÖn vÒ ®Ò t¹i nµy. Mét l−îng lín c¸c m« h×nh ®−îc ph¸t
triÓn ®Ó dù b¸o t¸c ®éng cña nit¬ vµo hÖ thèng ®Êt - thùc vËt n−íc. (Beck vµ
Frissel, 1973) Dujjy vµ c¸c céng sù 1975, Dutt vµ céng sù 1972; Frere vµ c¸c
céng sù 1970, Hagin vµ Am berger 1974, Mehran vµ Tanji 1979, Reuss vµ Cole
1973).
Mét trong nh÷ng qu¸ tr×nh quan träng nhÊt lµ qu¸ tr×nh kho¸ng hãa -
s¶n xuÊt nit¬r¸t tõ chÊt h÷u c¬ trong ®Êt. §iÒu nµy cã thÓ ®−îc diÔn t¶ b»ng
ph−¬ng tr×nh tèc ®é bËc 1.
N= N0[1 - exp(MC.t)] (9.6)
trong ®ã N lµ tæng l−îng nitrat ®−îc s¶n xuÊt tõ l−îng nit¬ cã thÓ kho¸ng hãa;
N0, thêi gian lµ t. H»ng sè tèc ®é, MC kh¸ nh¹y víi nhiÖt ®é vµ ®é Èm (Smith
1976). Mét qu¸ tr×nh quan träng kh¸c lµ qu¸ tr×nh hÊp thô nit¬ cña thùc vËt.
Nãi chung, thùc vËt hót tõ 40 - 50% l−îng nitrat vµ amoni¨c ®−îc cung cÊp bëi
ph©n bãn hoÆc qu¸ tr×nh kho¸ng hãa. Qu¸ tr×nh hÊp thô biÕn ®æi theo loµi c©y
vµ theo sù ph¸t triÓn cña m«i tr−êng xung quanh. Mét mèi quan hÖ chung ®·
kh«ng ®−îc ph¸t triÓn mÆc dï mét vµi m« h×nh ®ang ph¸t triÓn. ViÖc häc ®·
t¸ch nitrat vµ amoni¨c tõ rÔ c©y c¸c ph−¬ng tr×nh läc muèi vµ thuèc trõ s©u
(9.9); (9.10) (9.11) cã thÓ ®−îc sö dông ®Ó dù b¸o viÖc läc Nitrat vµ NH gi¶ thiÕt
r»ng hÖ sè hót b¸m b»ng kh«ng ®èi víi Nitrat vµ tõ 0,1 - 0,5 víi NH3.
6 40
nguon tai.lieu . vn
