Xem mẫu
- Trao đổi, Tin tức & Sự kiện
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC MÔ HÌNH
CHẤT LƯỢNG NƯỚC MẶT
Nguyễn Thị Thủy1; Nguyễn Thành Luân2
1
Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội
2
Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia về Động lực học Sông biển
Tóm tắt
Mô hình chất lượng nước mặt có thể xem là công cụ hữu ích để mô phỏng và dự
báo mức độ, sự phân bố và sự nguy hại của các chất ô nhiễm trong môi trường nước.
Kết quả từ mô hình theo các kịch bản ô nhiễm khác nhau là những cơ sở khoa học
trong việc đánh giá tác động môi trường, từ đó có thể đưa ra những giải pháp cũng
như hỗ trợ các cơ quan quản lý môi trường để đưa ra các quyết định đúng đắn, hợp
lý. Kết quả mô hình ảnh hưởng đến tính hợp lý, tính khoa học của các dự án xây dựng
và của các biện pháp kiểm soát ô nhiễm của chính quyền. Bài báo này xem xét sự
phát triển, phân loại và sự chuẩn hóa của mô hình chất lượng nước mặt. Kết quả của
nghiên cứu có thể giúp các cơ quan quản lý môi trường đảm bảo tính nhất quán trong
việc lựa chọn áp dụng mô hình chất lượng nước phù hợp cho các mục đích cụ thể.
Từ khóa: Mô hình toán, chất lượng nước, phân loại mô hình, chuẩn hóa mô hình.
Abstract
Surface water quality models can be seen as a useful tool to simulate and
forecast the levels, distributions, and risks of chemical pollutants in water
environment. The modelling results under different pollution scenarios are scientific
bases in environmental impact assessment and may provide solutions as well as
supports for environmental management agencies to make right decisions. The
modelling results will impact the reasonability and scientificity of the construction
projects and pollution control measures of the government. This study reviewed the
development, classification and standardization of surface water quality models.
The research results can help the environmental management agencies ensure the
consistency in application of water quality models for the specified purposes.
Keywords: Numerical modeling, water quality, models classification, model
standardization
1. Đặt vấn đề nghiệp, sinh hoạt, chăn nuôi.
Chất lượng nước là một chủ đề Trong quá khứ, các nhà lý chất
nghiên cứu rộng và rất phức tạp. Thông lượng nước chủ yếu dựa vào các định
thường để định nghĩa khái niệm chất hướng chính sách và ít dựa trên các căn
lượng nước thường đề cập tới một vài cứ khoa học, dẫn đến yêu cầu khách
thông số như vật lý, hóa học và sinh quan cần phải xây dựng các mô hình chất
học. Sự suy giảm chất lượng nước mặt, lượng nước để đưa ra được các phân tích,
nước dưới đất và nước vùng cửa sông, đánh giá khoa học, chính xác. Hầu hết
ven biển chủ yếu bị ảnh hưởng bởi cấu các mô hình đều nhằm giải quyết các vấn
tạo địa chất, thạch học và các phản ứng đề chất lượng nước trong điều kiện kinh
hóa học diễn ra trong phạm vi lưu vực tế xã hội và môi trường cụ thể. Các mô
hoặc tầng chứa nước. Thêm vào đó, chất hình chất lượng nước có thể được phân
lượng nước cũng bị ảnh hưởng bởi các loại theo: 1) Dạng tiếp cận (dựa trên nền
hoạt động nhân sinh do việc đưa vào tảng vật lý, khái niệm hoặc thực nghiệm),
môi trường nước các nguồn thải công 2) Loại chất ô nhiễm (chất dinh dưỡng,
105
Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 16 - năm 2017
- Trao đổi, Tin tức & Sự kiện
trầm tích, muối), 3) Khu vực áp dụng (lưu 2.1. Giai đoạn đầu tiên (1925 - 1965)
vực, nước dưới đất, hệ thống sông, nước Chất lượng nước nhận được nhiều sự
ven biển, khu vực hòa trộn), 4) Bản chất quan tâm của cộng đồng ở giai đoạn này.
(xác định hoặc ngẫu nhiên), 5) Trạng thái Các mô hình chất lượng nước tập trung
phân tích (trạng thái bền hoặc mô phỏng vào sự tương tác giữa các thành phần
động lực), 6) Phân tích không gian (tập chất lượng khác nhau trong các hệ thống
trung, phân bố), 7) Chiều tính toán (mô sông khi bị tác động bởi sự ô nhiễm từ các
hình 1 chiều - 1D, 2D, 3D), 8) Yêu cầu nguồn thải điểm từ công nghiệp và dân
dữ liệu (mô hình với cơ sở dữ liệu lớn, sinh [1]. Trong quá trình dịch chuyển thủy
các mô hình với yêu cầu cơ sở dữ liệu tối động lực học, nhu cầu oxy của trầm tích,
thiểu (minimum requirements models - sự quang hợp và hô hấp của tảo được xem
MIR) [5]. Khó có thể tổng quan hết được như các số liệu đầu vào của mô hình, trong
toàn bộ các mô hình chất lượng nước khi các nguồn ô nhiễm diện chỉ đóng vai
dựa theo các tiêu chí trên. Do đó, mục trò như tải lượng nền.
đích của bài báo này nhằm tổng quan các Vào thời kỳ đầu của giai đoạn này,
mô hình chất lượng nước điển hình đang mô hình quan hệ BOD - DO dạng tuyến
được sử dụng rộng rãi và xem xét sự phát tính đơn giản được phát triển để dự báo
triển của chúng theo ba mức độ: phạm vi chất lượng nước đồng thời các mô hình
áp dụng, mức độ chính xác và sự chuẩn một chiều bắt đầu được sử dụng để giải
hóa cũng như phương pháp được sử dụng quyết các vấn đề ô nhiễm trên các sông
trong các mô hình khác nhau. Bài báo và cửa sông. Sau đó, hầu hết các hướng
cho phép các nhà nghiên cứu, cơ quan nghiên cứu đã thay đổi và đi xa hơn so
quản lý môi trường định hướng, lựa chọn với mô hình ban đầu của Streeter - Phelps
mô hình chất lượng nước phù hợp, đảm (các mô hình S - P). Ví dụ, Thomas Jr cho
bảo tính nhất quán trong từng trường hợp rằng BOD có thể bị giảm đi mà không có
cụ thể. sự tiêu thụ oxy do sự lắng đọng và keo
2. Sự phát triển của các mô hình tụ của trầm tích, tốc độ giảm BOD tỉ lệ
chất lượng nước mặt với hàm lượng BOD còn lại; do đó, hệ
số keo tụ được đưa thêm vào mô hình
Các mô hình chất lượng nước đã trải
trạng thái bền S - P để phân biệt hai cách
qua một quá trình phát triển lâu dài kể
thức suy giảm hàm lượng BOD kể trên
từ khi Streeter và Phelps xây dựng mô
[6]. O’Connor phân chia thông số BOD
hình chất lượng nước đầu tiên (mô hình
thành BOD carbon hóa và BOD nitrit
S - P) để kiểm soát ô nhiễm nước sông ở hóa, đồng thời bổ sung các ảnh hưởng
bang Ohio của Mỹ [3]. Các mô hình chất của hiện tượng phân tán vào phương
lượng nước có bước tiến lớn từ việc chỉ trình của Thomas [4]. Dobbins - Camp
mô phỏng 1 yếu tố chất lượng nước đến cũng bổ sung hai hệ số vào phương trình
nhiều yếu tố, từ mô hình trạng thái bền Thomas, bao gồm tốc độ thay đổi BOD
tới mô hình động lực, từ mô hình nguồn do sự giải phóng của trầm tích và dòng
điểm đến mô hình kết hợp giữa nguồn chảy bề mặt và tốc độ thay đổi DO do sự
điểm và nguồn diện và từ mô hình không quang hợp và hô hấp của tảo.
chiều tới mô hình một chiều, hai chiều,
và ba chiều. Hơn 100 mô hình chất lượng 2.2. Giai đoạn phát triển (1965 - 1995)
nước đã được phát triển cho tới ngày nay. Từ năm 1965 đến 1970, các mô hình
Tuy nhiên, mỗi mô hình chất lượng nước chất lượng nước được phân chia thành 6
lại có các điều kiện áp dụng riêng. Nhìn dạng và phát triển nhanh chóng dựa trên
chung, các mô hình chất lượng nước đã các nghiên cứu sâu hơn về các hệ số đa
trải qua ba giai đoạn phát triển quan trọng chiều trong các mô hình BOD - DO. Mô
từ năm 1925 đến nay. hình một chiều được cải tiến thành mô
106
Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 16 - năm 2017
- Trao đổi, Tin tức & Sự kiện
hình hai chiều để mô phỏng chất lượng nhiên các chất này không chỉ lắng đọng
nước hồ và vịnh. Các mô hình phi tuyến trực tiếp trên mặt nước mà còn có thể bị
được phát triển trong suốt thời kỳ từ năm lắng đọng lại trên bề mặt lưu vực và được
1970 tới 1975. Những mô hình này gồm vận chuyển vào sông tạo ra một nguồn
chu trình N và P, hệ thực vật phù du và chất gây ô nhiễm nghiêm trọng. Từ khía
động vật nổi, tập trung vào mối liên hệ cạnh quản lý, mô hình ô nhiễm không
giữa tốc độ phát triển của sinh vật và các khí đã được phát triển để đưa các diễn
chất dinh dưỡng, ánh sáng mặt trời và biến này vào trong mô hình, cho thấy sự
nhiệt độ, thực vật phù du và tốc độ phát lắng đọng các chất thải độc hại trong khí
triển của động vật nổi [7]. Phương pháp quyển tĩnh hoặc động có thể ảnh hưởng
sai phân hữu hạn và phương pháp phần tới chất lượng nước tại lưu vực [8]. Do
tử hữu hạn được áp dụng cho các mô đó, ở thời kỳ này, một số các mô hình ô
hình các mô hình một hoặc hai chiều do nhiễm không khí được tích hợp vào các
các mối liên hệ phi tuyến trong mô hình. mô hình chất lượng nước để đánh giá
Sau năm 1975, số lượng các biến số trực tiếp sự đóng góp của hiện tượng lắng
ổn định trong các mô hình tăng lên đáng đọng chất ô nhiễm trong khí quyển [10].
kể, các mô hình ba chiều cũng được phát Ngoại trừ các mô hình kinh điển như
triển trong giai đoạn này, mô hình thủy QUAL 2K, WASP 6, QUASAR, SWAT
động lực học và ảnh hưởng của trầm tích và MIKE 21 và MIKE 3, các mô hình chất
được đưa vào mô hình chất lượng nước. lượng nước khác cũng được phát triển để
Trong khi đó, các mô hình chất lượng mô phỏng các điều kiện môi trường nước
nước được kết hợp với các mô hình lưu trong các trường hợp phức tạp. Ví dụ,
vực sông coi đầu vào nguồn ô nhiễm diện Whitehead và cộng sự đã phát triển mô
như là một biến của mô hình. Do đó các hình Nito tích hợp đa phân bố (INCA)
chính sách về quản lý chất lượng nước dựa trên các ảnh hưởng của khí quyển với
đã thay đổi đáng kể khi các mô hình tập số liệu đầu vào là Nito đất, sử dụng đất,
trung vào mô phỏng các điều kiện ràng và thủy văn. Gần đây, Fan và cộng sự đã
buộc và xem xét các nguồn ô nhiễm diện tích hợp mô hình chất lượng nước QUAL
theo lưu vực sông. Các mô hình chất 2K và mô hình HEC-RAS để mô phỏng
lượng nước điển hình gồm có các mô tác động của thủy triều ảnh hưởng lên sự
hình QUAL, mô hình MIKE11 và các phân bố chất lượng nguồn nước [2]. Đối
mô hình WASP đã được phát triển và với sự tích hợp các nguồn ô nhiễm phân
ứng dụng ở giai đoạn này. Bên cạnh đó, tán và tập trung, Cơ quan Bảo vệ Môi
mô hình OTIS một chiều cũng được phát trường Hoa Kỳ (USEPA) đã phát triển hệ
triển bởi Cục khảo sát địa chất Hoa Kỳ thống phân tích môi trường đa mục tiêu
(USGS) để mô phỏng chất lượng nước. (BASINS), đem lại khả năng đánh giá số
2.3. Giai đoạn nghiên cứu chuyên lượng lớn các nguồn ô nhiễm diện và điểm
sâu (sau năm 1995) một cách nhanh chóng. Trong đó, USEPA
Các nguồn ô nhiễm diện giảm đi do cũng đề xuất mô hình EFDC nên được sử
sự kiểm soát chặt chẽ ở các quốc gia phát dụng như một công cụ hữu hiệu nhất cho
triển. Tuy nhiên, sự ảnh hưởng tới chất quản lý chất lượng nước.
lượng nguồn nước của các hợp chất độc Trong số các mô hình chất lượng nước
hại bị tích tụ trong khí quyển như các hợp mặt, các mô hình mô hình Streeter - Phelps,
chất hữu cơ, kim loại nặng, và các hợp QUASAR, QUAL, WASP, CE-QUAL-W
chất của Nito lại ngày một tăng. Mặc dù 2, BASINS, MIKE, EFDC đã được áp dụng
các chất dinh dưỡng và các chất hóa học rộng rãi trên phạm vi toàn cầu. Gần đây,
độc hại lắng đọng lại trên bề mặt nước đã Kannel và cộng sự đã khẳng định, các mô
được tính đến trong phạm vi mô hình, tuy hình phổ biến như QUAL2EU, WASP7, và
107
Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 16 - năm 2017
- Trao đổi, Tin tức & Sự kiện
QUASAR là phù hợp nhất để mô phỏng khác nhau, bản chất của nguồn ô nhiễm
oxy hòa tan dọc các sông, suối [10] Nhìn (tập trung hoặc phân tán), và đặc điểm của
chung, tại các quốc gia phát triển, đặc biệt sông như hình thái, thủy lực và sinh thái
Hoa Kỳ và các nước châu Âu đã phát triển
học. Các mô hình này dự đoán các thay đổi
và cải tiến mô hình chất lượng nước mặt tốt
hơn so với các nước khác. Một vài mô hình trong nồng độ chất ô nhiễm của một đoạn
chất lượng nước mặt cũng được thiết lập tại sông đã biết, kết hợp với khả năng hòa trộn
một số trường đại học và các viện nghiên của sông do các phản ứng vật lý, hóa học
cứu ở Trung Quốc trong các năm qua, tuy và sinh học xảy ra trong cùng hệ thống.
nhiên các mô hình này hiện vẫn chưa được Tùy thuộc vào mục đích, các mô hình chất
sử dụng rộng rãi so với các mô hình MIKE, lượng nước nhìn chung có thể được phân
EFDC và WASP [1].
loại thành các mô hình mô phỏng (để dự
3. Phân loại mô hình chất lượng nước đoán các thay đổi trong chất lượng nước do
Các mô hình chất lượng nước được ô nhiễm) và các mô hình tối ưu (để phân bổ
phân loại dựa trên các loại chất ô nhiễm tối ưu các nguồn tài nguyên) Hình 1.
Hình 1. Các dạng mô hình chất lượng nước
Các mô hình tối ưu có thể được tả các quá trình mô phỏng theo phương
phân loại chi tiết hơn thành mô hình quy pháp thống kê hoặc kinh nghiệm hoặc cơ
hoạch tuyến tính, mô hình quy hoạch phi học; theo loại dữ liệu gồm hồi quy và ngẫu
tuyến và mô hình quy hoạch động. Mô nhiên; phân loại theo giải pháp mô hình
hình vật lý được thiết lập để thu được gồm mô hình số học và mô hình phân tích;
các kết quả liên quan đến hệ thực theo phân loai theo mức độ biểu diễn chia làm
mô hình phân bố và mô hình tập trung.
một tỷ lệ nhất định, trong khi mô hình
toán dựa trên các phương trình toán học 4. Chuẩn hóa các mô hình chất
để mô phỏng chất lượng nước. lượng nước mặt
Các mô hình toán cũng có thể được Để sử dụng các mô hình mô phỏng
phân loại chi tiết hơn dựa trên cơ sở mô và dự báo chất lượng nước trong các
108
Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 16 - năm 2017
- Trao đổi, Tin tức & Sự kiện
báo cáo quan trọng (ví dụ, báo cáo đánh các hướng dẫn cải tiến, đánh giá và ứng
giá tác động môi trường nước) cần đảm dụng các mô hình môi trường. Bên cạnh
bảo chúng đã được chuẩn hóa, sẵn có và bộ tài liệu hướng dẫn, hội đồng kiểm
đáng tin cậy. Do vậy, các cơ quan quản soát mô hình hóa môi trường của USEPA
lý môi trường cần lập danh sách các mô cũng cung cấp các nền tảng mô hình trên
hình chất lượng nước để đảm bảo tính website. Cục khảo sát địa chất Hoa Kỳ,
nhất quán. Các mô hình này có thể được cơ quan quản lý tình trạng khẩn cấp liên
phổ biến, điều chỉnh và chuẩn hóa thông bang và công binh lục quân Hoa Kỳ cũng
qua các chỉ số đánh giá và hệ thống tiêu phát triển các mô hình chất lượng nước
chuẩn quốc gia, hoặc bằng cách xuất bản cùng các hướng dẫn chi tiết.
các bài báo, tổ chức các hội thảo, hoặc Tương tự, Viện nghiên cứu chuyên
trao đổi làm việc cộng đồng địa phương. sâu về sự phát triển và đánh giá mô hình
Ví dụ, USEPA giữ vai trò tổ chức các hội được thành lập bởi Cơ quan môi trường
thảo khoa học thường niên để xác nhận Liên hiệp Anh (UKEA) đã giúp UKEA
và cập nhật các mô hình quản lý [9]. hoàn thiện khung cơ chế đánh giá tác
Hội đồng châu Âu tổ chức các hội thảo động của sự ô nhiễm đất tới nước dưới
thường niên để đánh giá tính nhất quán đất và nước mặt, từ đó đề xuất các giải
của các mô hình chất lượng nước. Ngoài pháp phù hợp, cũng như kiến nghị các
ra, các mô hình được chuẩn hóa có thể phương pháp và các mô hình dự báo chất
được tải miễn phí và có mã nguồn mở. lượng nước mặt. Nhóm thanh tra ô nhiễm
Các viện nghiên cứu chuyên sâu về của Her Majesty ở Anh (HerMajesty’s
các mô hình chất lượng nước đã và đang Inspectorate of Pollution - HMIP) đã đề
được xây dựng để tiến hành nhiều nghiên xuất 54 mô hình chất lượng nước mặt
cứu để điều chỉnh và chuẩn hóa các mô và các điều kiện áp dụng cho sự đánh
hình chất lượng nước ở một số khu vực giá ô nhiễm sông, hồ, cửa sông và biển.
hoặc quốc gia trên thế giới. Các nhà khoa Aspinwall và Company đã đề xuất 11 mô
học đã đề xuất một số mô hình dự báo hình áp dụng cho các điều kiện khác nhau
dựa trên các yêu cầu quản lý môi trường. bao gồm 1 mô hình một chiều, 4 mô hình
So với các quốc gia khác, hầu hết các mô hai chiều, và 6 mô hình ba chiều. Ở Hàn
hình môi trường nước đều được chuẩn Quốc, Bộ Môi trường đã đưa ra một kế
hóa ở Mỹ. Các trung tâm nghiên cứu về hoạch tổng thể cho công tác quản lý môi
nước trực thuộc USEPA tập trung vào các trường nước vào năm 2006, Bộ này đưa ra
nghiên cứu liên quan tới công tác quản lý 6 mô hình dự báo chất lượng nước, trong
và bảo vệ tài nguyên nước, các nguyên lý đó mô hình QUAL2E và EFDC được
và các phương pháp được áp dụng trong sử dụng rộng rãi. Các mô hình MIKE
thực tiễn, các mô hình toán, các công cụ và TUFLOW cũng được ứng dụng rộng
tính toán, và cơ sở dữ liệu. Trong khi đó, rãi để dự báo chất lượng nước bề mặt ở
USEPA cũng cung cấp cơ sở lý thuyết, Australia. Bộ mô hình MIKE được ứng
quy trình áp dụng mô hình cho một số dụng ở Đan Mạch để giải quyết các vấn
dự án cụ thể và kèm theo những lưu ý đề về sinh thái, và hóa học môi trường.
trong quá trình áp dụng cho các đơn vị có Ở Trung Quốc, mô hình chất lượng nước
nhu cầu. Bên cạnh đó, quá trình này cũng DELFT 3D được sử dụng để mô phỏng
luôn được cải tiến kèm theo việc liên tục chất lượng môi trường nước ở Hongkong
đánh giá mức độ tin cậy của các mô hình. từ những năm 1970 và hiện đã trở thành
Bên cạnh đó, USEPA cũng cho phép tập mô hình chuẩn của Cơ quan môi trường
đoàn Tetra Tech Inc thực hiện dự án đánh Hồng Kông. Cục bảo vệ môi trường Đài
giá khả năng mô phỏng, tính hiệu dụng Loan đã ban hành văn bản hướng dẫn
và phạm vi sử dụng của hơn 60 mô hình. các phương pháp đánh giá tác động môi
Đến năm 2009, USEPA đã xuất bản được trường và đưa ra danh sách các mô hình
109
Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 16 - năm 2017
- Trao đổi, Tin tức & Sự kiện
chất lượng nước với những điều kiện áp số liệu), cấu trúc mô hình, hiệu chỉnh mô
dụng khác nhau. Tuy nhiên, hầu hết các hình, kiểm định mô hình, đánh giá các
mô hình như các mô hình MIKE, mô hình thông số và kết quả đầu ra của mô hình.
EFDC, và mô hình Deft 3D được áp dụng
5. Xu hướng phát triển mô hình
để mô phỏng chất lượng môi trường nước
chất lượng nước
ở các viện nghiên cứu môi trường. Hiện
nay, có các báo cáo đã chỉ ra sự khác biệt Cùng với sự phát triển của các mô
giữa các kết quả giữa các mô hình khác hình chất lượng nước, công tác quản lý
nhau, cũng như tính phù hợp và độ nhạy chất lượng nước cũng sẽ ngày một được
thông số của những mô hình này. cải thiện, tuy nhiên vẫn còn nhiều thách
Vai trò của việc chuẩn hóa các mô thức. Các mô hình luôn cần bộ số liệu
hình chất lượng nước mặt là: đầu vào lớn và ổn định, các số liệu cần
đảm bảo độ chính xác, tính đại diện, và
(1) Nghiên cứu các mô hình chất có tính hệ thống. Các mô hình không mô
lượng nước đang được sử dụng để đánh phỏng cơ chế ô nhiễm và cũng không
giá hiện trạng môi trường. Hiểu rõ các chỉ ra sự xâm nhập của các chất ô nhiễm
cơ chế của mô hình, các điều kiện và trong quá trình vận động, do đó có thể
phạm vi áp dụng phù hợp, các thông số có khoảng cách lớn giữa thực tế và kết
mô hình, tính ổn định, và các khác biệt quả mô phỏng. Nếu các thông số được
trong kết quả mô hình. lựa chọn không chính xác thì kết quả
(2) Xây dựng cơ sở dữ liệu và các của mô hình sẽ không chính xác.
kịch bản cho các mô hình thông qua thực Theo như những hiểu biết và kinh
nghiệm, đo đạc và hoạt động quan trắc. nghiệm thu được từ việc áp dụng mô hình
(3) So sánh kết quả trong các mô chất lượng nước cho các trường hợp khác
hình khác nhau nhằm giải quyết, phân nhau cũng như các vấn đề đã phải giải
tích các dữ liệu đầu vào và đầu ra, các quyết, xu hướng phát triển hiện tại của
phương trình, các nguyên lý và các các mô hình chất lượng nước như sau:
phương pháp tính toán của các mô hình Các mô hình kết hợp
dựa trên việc nghiên cứu một số kịch
bản sẵn có. Cùng với sự phát triển của các mô
hình chất lượng nước, ngày càng nhiều
(4) Cung cấp các chỉ số sàng lọc và các yếu tố được xem xét đưa vào mô
các phương pháp thẩm định cho các mô hình. Các mô hình độc lập không thể đủ
hình. Thiết lập hệ thống thẩm định cho sức mô phỏng tất cả các yếu tố, vì vậy
mô hình và chuẩn hóa các hình thức dữ cần thiết phải có các mô hình kết hợp.
liệu đầu vào và đầu ra. Chuẩn hóa một Một mô hình kết hợp có thể bao gồm hai
số các mô hình và lập danh sách các hoặc ba mô hình độc lập để mô phỏng
mô hình đã chuẩn hóa từ đó giải quyết các yếu tố khác nhau. Ví dụ, đã kết hợp
các bài toán quản lý môi trường tại mỗi ba mô hình: một mô hình thủy động lực,
quốc gia. một mô hình trầm tích, và mô hình địa
(5) Đưa ra các phương pháp hiệu sinh hóa để thu được kết quả mô phỏng
chỉnh và kiểm định, quản lý truy cập các phù hợp nhất. Có rất nhiều khu vực ven
mã nguồn, đề xuất ý nghĩa của các thông biển và cửa sông đã được thử nghiệm sử
số trong mô hình và đề nghị các khoảng dụng mô hình phức hợp để kiểm nghiệm
giá trị cho các thông số theo từng vùng. các kịch bản sẵn có. Một mô hình kết
(6) Cung cấp giao diện sử dụng mô hợp thường được sử dụng để giúp kiểm
hình bằng ngôn ngữ quen thuộc và xuất nghiệm lại các giả thiết tiềm năng và
bản sổ tay sử dụng mô hình gồm dữ liệu trạng thái tương lai thực của khu vực cửa
đầu vào mô hình (truy cập dữ liệu, xử lý sông và phản ánh hiện trạng ô nhiễm và
110
Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 16 - năm 2017
- Trao đổi, Tin tức & Sự kiện
các biến đổi về môi trường liên quan đến thực vật, khí tượng và nước để xác định
việc cải thiện các biện pháp xử lý chất các đặc trưng dòng chảy và các thông
thải, thay đổi dòng chảy và các thay đổi số mô hình để thu được các kết quả có ý
khác trong lưu vực sông đó. nghĩa. GIS có vai trò lớn trong việc phân
Áp dụng các phương pháp mạng trí tích không gian và cho phép mô phỏng
tuệ nhân tạo lại các thông tin môi trường nước từ một
bảng dữ liệu đơn dưới dạng một đồ thị
Các mô hình quen thuộc hiện nay
trực quan và ảnh động. GPS có khả năng
như SWAT, MIKE 11, QUAL-2E là
xác định được thời gian và tốc độ chính
những mô hình cơ học, chúng bao gồm
xác. Do đó, một số mô hình đã kết hợp
một loạt các quá trình sinh học, vật lý
với GIS như bộ MIKE, SWAT và HSPE.
và hóa học đang tồn tại, tuy nhiên lại
Như vậy, sự kết hợp của mô hình toán
không thể kiểm soát được các quy luật
truyền thống với 3S sẽ là xu hướng quan
riêng của chính mô hình đó, và vì vấn
trọng trong sự phát triển của mô hình
đề này, các mô hình không - cơ học cần
chất lượng nước trong tương lai.
được phát triển. Các mô hình không - cơ
học có thể vận hành theo quy luật của Cuối cùng, cần nhấn mạnh rằng,
môi trường nước sử dụng các dữ liệu từ xu hướng phát triển chung của mô hình
các quan sát thực nghiệm, trong khi việc chất lượng nước là mô phỏng trong các
đánh giá độ chính xác từ mô hình có thể lưu vực tích hợp. Với các mô hình dạng
dùng các mô hình cơ học. Dữ liệu thực này, các quá trình mô phỏng chất lượng
nghiệm quan sát được có thể được phát nước bao gồm một mođun của mô hình
triển bởi các mô hình ngẫu nhiên để thu tổng thể gồm các mođun mô phỏng các
được các thông số hệ thống và các thông quá trình liên quan, mà hầu hết là chất
số môi trường cho các mô hình cơ học, lượng nước. Các kỹ thuật và công cụ
vì vậy các mô hình kết hợp sẽ trở nên thông tin địa lý hiện đại được tích hợp
đáng tin cậy và chính xác hơn. để tăng tính khả thi của mô hình bằng
cách thực tế hóa các quá trình mô phỏng
Ngoài ra, các mô hình có thể kết theo không gian và thời gian.
hợp với các thuật toán tin học như mạng
lưới trung gian, thuật toán di truyền 6. Kết luận
và luận cứ fuzzy và các thuật toán cơ Mô hình chất lượng nước là các
vector hỗ trợ (support vector machine). phần mềm, công cụ tính toán các chỉ tiêu
Để đạt hiệu quả hơn, cần nhiều hơn các phản ánh chất lượng nước. Trên cơ sở
mô hình được phát triển kết hợp với các tổng quát về lịch sử phát triển mô hình,
thuật toán tin học trong tương lai. phân loại dạng mô hình chất lượng nước,
Tích hợp hệ thống đánh giá xu thế phát triển mô hình chất
Tích hợp viễn thám, thông tin địa lý lượng nước, bài báo đã chỉ ra một bức
tranh chung về mô hình chất lượng nước.
và các hệ thống định vị toàn cầu (Remote
Tuỳ thuộc đối tượng nghiên cứu, cách
sensing - RS, Geographic Information tiếp cận, các giả thiết khi thiết lập, các
System - GIS và Global Position System thông số và mối quan hệ giữa các quá
- GPS) còn gọi là 3S vào trong mô hình. trình khi thiết lập phương trình và các
Tuy nhiên, sử dụng 3S yêu cầu cơ sở dữ phương pháp số được áp dụng để tính
liệu lớn, hệ thống lưu trữ, quản lý, sắp toán mà mỗi mô hình có những thế mạnh
xếp và khả năng khôi phục dữ liệu tốt và hạn chế khác nhau. Chính vì vậy,
mới có thể giải quyết các vấn đề của các cho đến nay có rất nhiều mô hình chất
mô hình chất lượng nước truyền thống lượng nước đã và đang tiếp tục phát triển.
trong quá trình thu thập và xử lý khối Những yêu cầu về cơ sở dữ liệu quan trắc
lượng đồ sộ các cơ sở dữ liệu. RS có thể thực tế, cũng như sự phức tạp của các quá
được tích hợp với các thông tin về đất, trình vật lý, hoá học, sinh học của nguồn
(xem tiếp trang 90)
111
Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 16 - năm 2017
nguon tai.lieu . vn
