Bài tập môn mô hình hóa môi trường năm 2024

• Nhan đề :
• Bài tập thực hành mô hình hóa môi trường
• Tác giả :
• Bùi Tá Long
• Năm xuất bản :
• 2012
• Nhà Xuất bản :
• Đại học Quốc Gia Hồ Chí Minh
• Từ khóa :
• Môi trường,Mô hình hóa,Thực hành
• Số trang :
• 87 tr.
• Xem tài liệu 1

Tải file tóm tắt Bài tập thực hành mô hình hóa môi trường

Nội dung Text: Luyện tập bài tập thực hành mô hình hóa môi trường

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN BÙI TÁ LONG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 3/2012
2. Tài liệu này được biên soạn để giúp sinh viên, học viên thực hiện tốt nội dung thực hành môn học “Mô hình hóa môi trường”, trong khuôn khổ một học kỳ. Song song với giờ học lý thuyết, phần thực hành chiếm vị trí quan trọng giúp sinh viên, học viên giải quyết nhiều nội dung phức tạp của môn học. Tài liệu được chia ra thành ba chủ đề lớn: mô hình sinh thái học với việc giải phương trình và hệ phương trình vi phân thường với công cụ ModelMaker, mô hình ô nhiễm không khí, mô hình ô nhiễm nước mặt với việc giải các phương trình vi phân đạo hàm riêng khi phải lưu ý tới yếu tố không gian và thời gian. Trong mỗi mục đều có các bài tập mẫu kèm theo lời giải chi tiết, bình luận, danh sách các câu hỏi để người sử dụng có thể kiểm tra lại kiến thức của mình, danh mục các tài liệu tham khảo. Các bài tập được thực hiện trên các phần mềm môi trường Envim, Qual2K, Mike 11. Các phương pháp được trình bày trong giáo trình này có thể áp dụng để thực hiện khóa luận, đồ án, luận văn, luận án hay các công trình khoa học khác có ứng dụng phương pháp mô hình hóa. Bản quyền @ 2011 Bùi Tá Long, phó giáo sư, tiến sĩ khoa học, ii
3. LỜI NÓI ĐẦU Mô hình là một công cụ không thể thiếu của khoa học, cho phép tìm hiểu thực tế một cách nhanh nhất và ít tốn kém nhất. Thực tiễn phát triển khoa học cho thấy rằng mô phỏng chính xác hoàn toàn, ngay cả một yếu tố nhỏ không hề là một nhiệm vụ dễ dàng. Tuy vậy, mô hình hóa cho phép các nhà khoa học tương tác lặp đi lặp lại với thực tế, liên tục thử nghiệm các giả định được sử dụng để xây dựng mô hình dự báo phù hợp với thực tế. Nghiên cứu mô hình môi trường là một chủ đề phức tạp, bởi lẽ mô hình được xây dựng từ các quan điểm khắc khe của nhiểu ngành khoa học tự nhiên như vật lý, hóa học, sinh học đến xã hội học. Các chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực này luôn cố gắng mô tả thực tế một cách xác thực nhất để đưa ra những quyết định giúp cải thiện mối quan hệ giữa con người với môi trường, dựa trên nền tảng dữ liệu được tích hợp và kiến thức đa ngành. Hiểu theo nghĩa này mô hình trở thành một kỹ năng và công cụ không thể thiếu. Ngày nay khi mô hình trở thành một công cụ ngày càng được sử dụng để cung cấp luận cứ khoa học hướng vào giải quyết các vấn đề về môi trường và biến đổi khí hậu thì mối quan tâm của các nhà hoạch định chính sách, ra quyết định và công chúng nói chung cũng không ngừng tăng lên. Do vậy môn học Mô hình hóa môi trường đã được giảng dạy tại hầu hết các cơ sở có đào tạo về tài nguyên môi trường và biến đổi khí hậu. Việc biên soạn giáo trình giảng dạy, do vậy cấp thiết hơn bao giờ hết khi nhiều vấn đề về môi trường cũng như biến đổi khí hậu đã gây tác động tiêu cực tới sự phát triển bền vững của đất nước. Mục tiêu của cuốn “Bài tập thực hành mô hình hóa môi trường” này là giúp cho sinh viên, học viên, nghiên cứu sinh làm quen với giải các bài tập của môn học mô hình hóa môi trường. Sau lần xuất bản cuốn sách giáo trình “Mô hình hóa môi trường” lần đầu tiên vào năm 2008 tác giả nhận thấy cần thiết phải biên soạn tài liệu này bởi việc thực hiện các tính toán số trên các mô hình toán sẽ giúp làm rõ ảnh hưởng các điều kiện khác nhau lên các hệ thống đang được mô hình hóa. Tất cả những điều này cho phép hiểu sâu sắc hơn ý nghĩa của iii
4. ứng dụng mô hình trong dự đoán sự thay đổi của môi trường, hiểu rõ hơn những tiên đề, qui luật trong phần lý thuyết. Điểm đặc biệt của tài liệu này là gắn với các phần mềm môi trường. Điều này sẽ giúp sinh viên, học viên thực hiện nhiều tính toán thí nghiệm trên mô hình số gắn với kỹ thuật bản đồ điện tử - một công cụ trực quan không thể thiếu hiện nay. Giáo sư người Đức Walter R. Erdelen, người chịu trách nhiệm cao nhất về khoa học tự nhiên của UNESCO đã từng nói một quyết định môi trường là không toàn vẹn nếu không ứng dụng mô hình để dự báo và chính sự hoạt động không mệt mỏi của những người làm mô hình đã góp phần thay đổi nhận thức của con người trong những vấn đề sống còn của thế kỷ XXI – đó là vấn đề biến đổi khí hậu. Lần đầu tiên biên soạn tài liệu này, 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 trong công tác quản lý và nghiên cứu môi trường. Đà Lạt, Huế, Tp. HCM tháng 3 năm 2012 Tác giả PGS.TSKH. Bùi Tá Long iv
5. MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................................III MỤC LỤC ................................................................................................................................ V MỞ ĐẦU ................................................................................................................................... 1 Nhiệm vụ thực hành ................................................................................................................ 1 Phương pháp thực hiện............................................................................................................ 1 1. BÀI THỰC HÀNH 1. TÍNH TOÁN SỰ PHÁT TÁN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ THEO MÔ HÌNH GAUSS ...................................................................................................... 3 1.1. Mục tiêu ........................................................................................................................ 3 1.2. Mô tả phương pháp ....................................................................................................... 3 1.3. Các bước giải bài tập .................................................................................................... 6 1.4. Ứng dụng phần mềm CAP (Gauss) ............................................................................ 11 1.5. Bài tập tự giải.............................................................................................................. 22 1.6. Câu hỏi kiểm tra kiến thức.......................................................................................... 23 Tài liệu tham khảo ............................................................................................................. 24 2. BÀI THỰC HÀNH 2. TÍNH TOÁN SỰ PHÁT TÁN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ THEO MÔ HÌNH BERLIAND............................................................................................. 25 2.1. Mục tiêu ...................................................................................................................... 25 2.2. Mô tả phương pháp giải .............................................................................................. 25 2.3. Các bước giải bài tập .................................................................................................. 30 2.4. Ứng dụng phần mềm CAP (Berliand) ........................................................................ 40 2.5. Bài tập tự giải.............................................................................................................. 49 2.6. Câu hỏi kiểm tra kiến thức.......................................................................................... 50 Tài liệu tham khảo ............................................................................................................. 50 3. BÀI THỰC HÀNH 3. TÍNH TOÁN Ô NHIỄM TRUNG BÌNH THEO THỜI GIAN DÀI HẠN ................................................................................................................................. 52 3.1. Mục tiêu ...................................................................................................................... 52 3.2. Mô tả phương pháp giải .............................................................................................. 52 3.3. Các bước giải bài tập .................................................................................................. 57 3.4. Ứng dụng phần mềm CAP.......................................................................................... 69 3.5. Bài tập tự giải.............................................................................................................. 78 3.6. Câu hỏi kiểm tra kiến thức.......................................................................................... 79 Tài liệu tham khảo ............................................................................................................. 80 4. BÀI THỰC HÀNH 4. TÍNH TOÁN Ô NHIỄM CHO TRƯỜNG HỢP NHIỀU NGUỒN THẢI ........................................................................................................................ 81 4.1. Mục tiêu ...................................................................................................................... 81 4.2. Mô tả phương pháp ..................................................................................................... 81 4.3. Các bước giải bài tập .................................................................................................. 91 v
6. 4.4. Ứng dụng phần mềm ENVIMAP ............................................................................... 97 4.5. Bài tập tự giải............................................................................................................ 104 4.6. Câu hỏi kiểm tra kiến thức........................................................................................ 105 Tài liệu tham khảo ........................................................................................................... 106 5. BÀI THỰC HÀNH 7 : MÔ HÌNH PHELPS – STREETER ..................................... 107 5.1. Mục tiêu .................................................................................................................... 107 5.2. Mô tả phương pháp ................................................................................................... 107 5.3. Các bước giải bài tập ................................................................................................ 118 5.4. Ứng dụng phần mềm STREETER............................................................................ 126 5.5. Bài tập tự giải............................................................................................................ 131 5.6. Câu hỏi kiểm tra kiến thức........................................................................................ 134 Tài liệu tham khảo ........................................................................................................... 134 6. BÀI THỰC HÀNH 6. MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC BẰNG Q2K ............. 136 6.1. Mục tiêu .................................................................................................................... 136 6.2. Mô tả phương pháp ................................................................................................... 136 6.3. Các bước giải bài tập ................................................................................................ 153 6.4. Ứng dụng phần mềm ENVIMQ2K .......................................................................... 164 6.5. Bài tập tự giải............................................................................................................ 167 6.6. Câu hỏi kiểm tra kiến thức........................................................................................ 170 Tài liệu tham khảo ........................................................................................................... 170 DANH MỤC HÌNH .............................................................................................................. 172 DANH MỤC BẢNG ............................................................................................................. 175 TÁC GIẢ VIẾT TÀI LIỆU NÀY ....................................................................................... 177 vi
7. vii
8. MỞ ĐẦU Nhiệm vụ thực hành Mô hình hóa môi trường dựa trên các tiên đề toán học và các phương pháp toán thể hiện qui luật vật lý, hóa học, sinh học. Môn học này đòi hỏi sinh viên, học viên khả năng tự học và nghiên cứu thông qua phân tích các đối tượng được xem xét. Vì vậy không có thực hành những bài giảng lý thuyết không thể được coi là đầy đủ. Nhiệm vụ của phần thực hành gồm: 1/ Hỗ trợ phát triển thế giới quan khoa học nói chung. 2/ Cung cấp cho sinh viên những kiến thức về các phương pháp toán sự phân bố ô nhiễm, phạm vi, mức độ ảnh hưởng của các nguồn thải trong môi trường khí, nước. 3/ Làm rõ vai trò và tầm quan trọng của phương pháp mô hình hóa và dự báo trong các bài toán môi trường. 4/Cung cấp cho sinh viên và học viên một khối lượng kiến thức toàn diện về phương pháp mô hình hóa môi trường, giúp họ nghiên cứu các ngành khoa học khác tốt hơn. Sinh viên thực hiện các bài tập thực hành dưới sự hướng dẫn trực tiếp của giáo viên giảng dạy môn học và một số phần mềm máy tính, sẽ làm quen với các phương pháp và công cụ xây dựng các mô hình toán. Việc thực hiện các tính toán số trên các mô hình toán sẽ giúp làm rõ ảnh hưởng các điều kiện khác nhau lên các hệ thống đang được mô hình hóa. Tất cả những điều này cho phép hiểu sâu sắc hơn ý nghĩa của ứng dụng mô hình trong dự đoán sự thay đổi của môi trường, hiểu rõ hơn những tiên đề, qui luật trong phần lý thuyết. Phương pháp thực hiện Phương pháp thực hiện các bài thực hành: 1/ Đọc kỹ phương pháp thực hiện bài thực hành. Khi đọc không cần quá tập trung vào các công thức toán học mà chỉ cần làm rõ mục tiêu chính của bài tập, đánh dấu những chỗ khó hay chưa thực sự hiểu. 1
9. 2/ Thực hiện nhiệm vụ thực hành. Cần sử dụng phương pháp đã được hướng dẫn. Chú ý tìm ra sự phụ thuộc giữa những giá trị số được nhập vào phần mềm với kết quả số xuất ra bởi phần mềm. 3/ Kết thúc phần thực hành cố gắng trả lời các câu hỏi ở phần cuối mỗi công việc. Khi trả lời cố gắng tự trả lời, đừng dựa vào đáp số hay lời giải đã có sẵn trong tài liệu này. Đánh giá kết quả môn học được thực hiện dựa trên ba điểm sau: thứ nhất là điểm thi thực hành, phần này sinh viên thực hiện trên các phần mềm môi trường được học trên lớp trong phần thực hành. Thứ hai là kết quả thực hiện bài tiểu luận, trong phần này sinh viên sẽ thực hiện trong các nhóm với nhau (thông thường từ 3 – 5 sinh viên, học viên thành một nhóm). Các nhóm sinh viên, học viên sẽ được giáo viên giao đề tài ứng dụng mô hình môi trường giải quyết những nhiệm vụ thực tiễn cụ thể. Phần thi lý thuyết, sinh viên, học viên sẽ ôn tập theo các câu hỏi liên quan tới môn học và thực hiện bài kiểm tra với thời lượng 90 – 120 phút. 2
10. 1. BÀI THỰC HÀNH 1. TÍNH TOÁN SỰ PHÁT TÁN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ THEO MÔ HÌNH GAUSS Các mô hình tính toán sự phát tán ô nhiễm trong môi trường không khí là biểu diễn toán học thể hiện quá trình phát tán tạp chất, 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. Mô hình vệt khói Gauss (đơn giản gọi là mô hình Gauss) là một trong số những mô hình được sử dụng rộng rãi trên thế giới hiện nay. Mô hình Gauss còn có tên gọi là thống kê kinh nghiệm, được xây dựng 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). 1.1. Mục tiêu Mục tiêu của bài thực hành – làm quen với các bước tính toán sự phát tán ô nhiễm trong môi trường không khí theo phương pháp Gauss – Pasquill. 1.2. Mô tả phương pháp Hình 1.1. Chọn gốc tọa độ tại chân ống khói và hệ tọa độ gắn với nguồn thải 3
11. Mô hình vệt khói Gauss là một trong số những mô hình được sử dụng rộng rãi trên thế giới hiện nay. Cơ sở của mô hình này là biểu thức đối với phân bố chuẩn hay còn gọi là phân bố Gauss các chất ô nhiễm trong khí quyển. Phương pháp này đã được Cơ quan bảo vệ môi trường liên bang của Mỹ khuyến cáo cho các tính toán mang tính quy phạm. Các mô hình dạng này thích hợp cả đối với những dự báo ngắn hạn lẫn dài hạn. Các dự báo ngắn hạn tính toán và vẽ bản đồ ô nhiễm với một giai đoạn tương ứng với các điều kiện tương đối ổn định. Cơ sở của mô hình được trình bày trong [2], [6], [8]. Chuẩn bị các thông số đầu vào: gồm ba nhóm dữ liệu chính. nhóm thứ nhất gồm: chiều cao, đường kính ống khói; nhóm thứ hai - các thông số phát thải: lưu lượng khí thải (m3/s), tải lượng chất ô nhiễm cần tính (g/s), nhiệt độ của khói thải (ºC); nhóm thứ ba – các thông số khí tượng : nhiệt độ không khí xung quanh (ºC), tốc độ gió ở đo được ở độ cao 10 m (m/s), trạng thái khí quyển, điều kiện nông thôn hay thành thị, áp suất khí quyển tại mặt đất. Công thức tính toán hệ số phạm vi khuếch tán rối ngang, đứng σy(x), σz (x) - hàm số khoảng cách theo hướng gió, độ ổn định của khí quyển được cho trong các Bảng 1-1, Bảng 1-2. Bảng 1-1. Công thức tính σz (x), σy(x) cho vùng thoáng mở (nông thôn) Mức độ ổn σy(x) σz(x) định A 0,22x(1+0,0001x)-0.5 0,20x B 0,16x(1+0,001x)-0.5 0,12x C 0,11x(1+0,0001x)-0.5 0,08x(1+0,0002x)-0.5 D 0,08x(1+0,0001x)-0.5 0,06x(1+0,00015x)-0.5 E 0,06x(1+0,0001x)-0.5 0,03x(1+0,0003x)-1 F 0,04x(1+0,0001x)-0.5 0,016x(1+0,0003x)-1 Bảng 1-2. Công thức tính σz (x), σy(x) cho điều kiện thành phố Mức độ ổn σy(x) σz(x) định A–B 0,32x(1+0,0004x)-0,5 0,24x(1+0,001x)0,5 4
12. C 0,22x(1+0,0004x)-0,5 0,12x D 0,16x(1+0,0004x)-0,5 0,14x(1+0,0003x)-0,5 E–F 0,11x(1+0,0004x)-0,5 0,08x(1+0,00015x)-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: 0.2  T phut  σ y ( T ) = σ y (10 phut ) .    10  σz ( T ) = σ z (10 phut ) 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 và tại độ cao hữu dụng. 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:   z  p 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 1-3. Công thức Smith tính tham số p theo lớp ổn định Loại tầng Điều kiện thành Điều kiện nông kết phố thôn p P A 0,15 0,07 B 0,15 0,07 C 0,20 0,10 D 0,25 0,15 E 0,30 0,35 F 0,30 0,55 5
13. Bảng 1-4. Phân loại độ bền vững khí quyển theo Pasquill Vận tốc gió tại độ Điều kiện thời tiết ban Điều kiện thời tiết ban đêm cao 10 m ngày Bức xạ mặt trời ban Độ che phủ ban đêm (hệ số mây) ngày Mạnh Trung Yếu Lớn hơn 50% Nhỏ hơn 50% (biên bình (Biên độ > (Biên độ 15 0 60 ) độ 35- – 350) 600) 6 C C–D D 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. Bài tập 1.1. 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, áp suất không khí tại mặt đất bằng 1013 Mbar. Hãy: a/Tính vệt nâng ống khói. b/Tính sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm dọc theo hướng gió tại khoảng cách 1200 m với thời gian trung bình bằng 10 phút. Bài tập 1.2. Hãy giải câu b/ bài tập 1.1 với thời gian trung bình bằng 60 phút. Hãy so sánh kết quả chạy mô hình cho hai trường hợp: 10 phút và 60 phút. 1.3. Các bước giải bài tập Các dữ liệu đầu vào:. nhóm thứ nhất gồm: chiều cao bằng 45 (m), đường kính ống khói bằng 2 (m). Nhóm số liệu này lấy từ tái liệu thiết kế nguồn thải; nhóm thứ hai - các thông số phát thải: lưu lượng khí thải bằng 12,0 (m3/s), tải lượng chất ô nhiễm cần tính bằng 6
14. 20 (g/s), nhiệt độ của khói thải bằng 200 (ºC). Nhóm số liệu này lấy từ báo cáo đánh giá tác động môi trường; nhóm thứ ba – các thông số khí tượng : nhiệt độ không khí xung quanh bằng 30 (ºC), tốc độ gió ở đo được ở độ cao 10 m bằng 3 (m/s), trạng thái khí quyển là cấp C, điều kiện nông thôn , áp suất khí quyển tại mặt đất bằng 1013 Mbar. Nhóm số liệu này lấy từ trạm khí tượng gần nguồn thải nhất. Trình tự các bước tính toán bài 1.1: 1. Áp dụng công thức tính vận tốc gió tại độ cao h = 45 m với các tham số cụ thể từ Bảng 1-3 p z U(z ) = U10 m   , z < 200 m  10  Ta nhận được: 0,1  45  U ( 45 m) = 3,0 ×   = 3, 49 ( m / s )  10  Kết quả này giúp ta xác định được vận tốc gió tại miệng ống khói để trên cơ sở này ta sẽ thực hiện tính toán độ nâng cột khói. 2. Thực hiện tính toán độ cao hữu dụng của ống khói. Các bước tính toán gồm: Vận tốc khí thoát ra khỏi miệng ống khói là: 12 ω= = 3,82 ( m/s ) π× 1× 1 Áp dụng công thức tính vệt nâng cột khói Holland ωDa  T -T  Δh = 1,5+2,68.10-3 P.D khoi xung_quanh  u  TKhoi  Ta nhận được 3,82 × 2 × 1, 2  −3 473 − 303  ∆h = 1,5 + 2, 68.10 × 1013 × 2 ×  = 9, 07 3, 49  473  Độ cao hữu dụng được tính theo công thức 7
15. H = h + ∆h Ta nhận được H = 45 + 9, 07 = 54, 07 (m) 3. Tính toán vận tốc gió tại độ cao hữu dụng. Ở đây một lần nữa ta lại áp dụng công thức Smith với các tham số từ Bảng 1-3. Áp dụng công thức tính vận tốc gió tại độ cao H = 54,07 m là 0.1  54,09  U ( 54,09 m) = 3,0 ×   = 3,55 ( m / s )  10  4. Tính toán các hệ số phạm vi khuếch tán rối ngang và rối đứng σy(x), σz (x) cho vùng thoáng mở (nông thôn) Áp dụng công thức tính hệ số phạm vi khuếch tán rối ngang và rối đứng σy(x) = 0,11x(1+0,0001x)-0,5 σz (x) = 0,08x(1+0,0002x)-0,5 Ta nhận được: σy(1200) = 0,11×1200×(1+0,0001×1200)-0,5= 124,73 (m) σz (1200) = 0,08×1200×(1+0,0002×1200)-0,5= 86,21 (m) 5. Áp dụng công thức Gauss biến đổi tính toán nồng độ tại mặt đất dọc theo hướng gió Áp dụng công thức M  H2  C( x ) = exp − 2  πu H σ y σ z  2σ z  Ta nhận được 20 ×1000  54,07 2  C(1200) = exp  - 2  ( = 0,137 mg/m3 ) 3,1415×3,55×124,73×86, 21  2×86, 21  8
16. Đáp số: Vệt nâng ống khói là: 9,07 (m), nồng độ chất ô nhiễm dọc theo hướng gió tại khoảng cách 1200 m là 0,137 (mg/m3). Trình tự các bước tính toán bài 1.2: 1. Cũng giống bài toán trên, áp dụng công thức tính vận tốc gió tại độ cao h = 45 m với các tham số cụ thể từ Bảng 1-3 p z U(z ) = U10 m   , z < 200 m  10  Ta nhận được: 0,1  45  U ( 45 m) = 3,0 ×   = 3, 49 ( m / s )  10  Kết quả này giúp ta xác định được vận tốc gió tại miệng ống khói để trên cơ sở này ta sẽ thực hiện tính toán độ nâng cột khói. 2. Thực hiện tính toán độ cao hữu dụng của ống khói. Vận tốc khí thoát ra khỏi miệng ống khói là: 12 ω= = 3,82 ( m/s ) π ×1×1 Áp dụng công thức tính vệt nâng cột khói Holland ωDa  T -T  Δh =  1,5+2,68.10-3 P.D khoi xung_quanh  u  TKhoi  Ta nhận được 3,82 × 2 × 1, 2  −3 473 − 303  ∆h = 1,5 + 2, 68.10 × 1013 × 2 ×  = 9, 07 3, 49  473  Độ cao hữu dụng được tính theo công thức H = h + ∆h Ta nhận được H = 45 + 9, 07 = 54, 07 (m) 9
17. 3. Tính toán vận tốc gió tại độ cao hữu dụng. Ở đây một lần nữa ta lại áp dụng công thức Smith với các tham số từ Bảng 1-3. Áp dụng công thức tính vận tốc gió tại độ cao H = 54,07 m là 0.1  54,09  U ( 54,09 m) = 3,0 ×   = 3,55 ( m / s )  10  4. Tính toán các hệ số phạm vi khuếch tán rối ngang và rối đứng σy(x), σz (x) cho vùng thoáng mở (nông thôn) Áp dụng công thức tính hệ số phạm vi khuếch tán rối ngang và rối đứng σy(x) = 0,11x(1+0,0001x)-0,5 σz (x) = 0,08x(1+0,0002x)-0,5 Với thời gian trung bình là 60 phút, cần áp dụng công thức hiệu chỉnh 0.2  60  σ y ( 60 ) = σ y (10 phut ) .    10  σ z ( 60 ) = σ z (10 phut ) Ta nhận được: 0,2  60  σy(1200)60 p = 0,11×1200×(1+0,0001×1200) -0,5 Í  = 178,48 (m)  10  σz (1200)60 p = 0,08×1200×(1+0,0002×1200)-0,5= 86,21 (m) 5. Áp dụng công thức Gauss biến đổi tính toán nồng độ tại mặt đất dọc theo hướng gió Áp dụng công thức M  H2  C( x ) = exp − 2  πu H σ y σ z  2σ z  Ta nhận được 10
18. 20 ×1000  54,072  C(x = 1200, y = 0) = exp  - 2  ( = 0,096 mg/m3 ) 3,1415×3,55×178, 48×86, 21  2×86, 21  Đáp số: Vệt nâng ống khói là: 9,07 (m), nồng độ chất ô nhiễm dọc theo hướng gió tại khoảng cách 1200 m là 0,096 (mg/m3). Như vậy kết quả tính toán bài 1.1 và bài 1.2 cho phép kết luận: nồng độ trung bình giờ thấp hơn so với nồng độ trung bình trong 10 phút. Bên cạnh đó độ nâng vệt khói không chịu ảnh hưởng bởi thời gian trung bình. 1.4. Ứng dụng phần mềm CAP (Gauss) Phần mềm CAP (Computing for Air Pollution) phiên bản đầu tiên được thực hiện năm 1995. CAP có những chức năng khác nhau nhằm mục đích tự động hoá tính toán ô nhiễm không khí theo mô hình Gauss, Berliand, ISC3. Ở đây có các công cụ tính toán phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo chiều gió trong các điều kiện nông thôn và thành thị do một nguồn thải (ống khói) gây ra. Phần mềm này dễ sử dụng, có hướng dẫn sử dụng, tính nhanh, kết quả tính toán được thể hiện trên màn hình dưới dạng đồ thị và văn bản, có thể in ấn các kết quả này. Phiên bản CAP 3.0 vào tháng 9/2006. Từ năm 2008 trở đi CAP được đặt tên theo năm và được cập nhật thường xuyên. Các chức năng chính của CAP là: - Tính sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo thời gian ngắn hạn theo các số liệu đầu vào. - Tính toán ô nhiễm trung bình theo khoảng thời gian lớn như trung bình ngày, trung bình tháng. - Tự động vẽ các vùng ảnh hưởng khác nhau bằng công cụ đồ họa. - 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. 11
19. Hình 1.2. Các nhóm thông tin cần thiết cho mô hình Gauss 1.4.1. Nhập thông tin ống khói Chọn mục “Ống khói” trong menu “Thông tin” Xuất hiện cửa sổ ống khói dùng để thêm hay chỉnh sửa các thông số về ống khói bao gồm: - Tên ống khói - Chiều cao ống khói (tính bằng m) - Đường kính (tính bằng m) - Vị trí đặt ống khói - Mô tả chi tiết về ống khói 12
20. Trong mô hình, mặc định đã có hai ống khói tham khảo. Để tạo mới ống khói, ta chọn công cụ trên thanh công cụ, xuất hiện hộp thoại Hình 1.3. Hình 1.3 Hộp thoại tạo ống khói Nhập tên ống khói muốn tạo và xác định chiều cao đường kính cho ống khói. Cần thiết click vào nút để lưu lại kết quả. Lưu ý: Trong cửa sổ thông tin ống khói, ta có thể tạo nhiều ống khói và lưu ở đây. 1.4.2. Xây dựng kịch bản Chọn kịch bản Gauss để mô phỏng. Cần thực hiện các bước sau. Vào menu “Kịch bản” và chọn “Kịch bản Gauss” 13