Cở sở phương pháp mô hình hóa trong hải dương học chương 6 - Đinh Văn Ưu

Khi xảy ra hiện tượng đổ các chất thải vào biển, sông hay khí quyển, trong giai đoạn đầu, hiện tượng khuyếch tán bị chi phối bởi tính chất của nguồn thải (vận tốc dòng, nhiệt độ, v.v…). Phải cần một khoảng thời gian nhất định để các chất thải hoà vào môi trường và bắt đầu bị chi phối bởi động lực học môi trường .
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cở sở phương pháp mô hình hóa trong hải dương học chương 6 - Đinh Văn Ưu CHƯƠNG 6. MÔ HÌNH KHUYẾCH TÁN CÁC CHẤT TỰA BỀN VỮNG 6.1. KHÁI NIỆM CHUNG Khi xẩy ra hiện tượng đổ các chất thải vào biển, sông hay khí quyển, trong giai đoạn đầu, hiện tượng khuyếch tán bị chi phối bởi tính chất của nguồn thải (vận tốc dòng, nhiệt độ, v.v…). Phải cần một khoảng thời gian nhất định để các chất thải hoà vào môi trường và bắt đầu bị chi phối bởi động lực học môi trường tuân thủ theo các quy luật khuyếch tán đã dẫn ra trên đây. Giai đoạn chuyển tiếp này của quá trình khuyếch tán cần được xem như một nhiệm vụ riêng biệt của mô hình hoá với mục tiêu thiết lập các điều kiện gốc của khuyếch tán tự nhiên. Ví dụ, việc đổ thải xuống biển thường được tiến hành từ các tàu chuyển động nhằm lợi dụng chuyển động của tàu nâng cao khả năng khuyếch tán ban đầu. Khi mà ảnh hưởng của tàu đi qua bị suy giảm, nguồn thải được tồn lại như các màng nhỏ và bắt đầu bị cuốn vào quá trình khuyếch tán trong biển. Các dòng thải từ bờ biển hoặc bờ sông nhìn chung đều có một vận tốc đáng kể (vận tốc dòng xiết) cho phép các chất thải xâm nhập sâu vào môi trường và tăng cường chuyển động rối và khuyếch tán ban đầu. Các ảnh hưởng này chỉ tồn tại trong một khoảng thời gian nhất định và trong một giới hạn nhất định khi vượt qua đó các chất thải chịu sự chi phối của các tính chất khuyếch tán của môi trường. Vào thời điểm khi khuyếch tán tự nhiên có í nghĩa, các chất thải lại bắt đầu hình thành nên các màng mà vị trí và hình dạng của nó tạo nên điều kiện ban đầu cho khuyếch tán. Trong khí quyển giai đoạn ban đầu của các vệt khói được xác định bởi các tính chất của nguồn thải (đặc biệt là nguồn nhiệt). Giai đoạn này dẫn đến bước khuyếch tán đầu tiên với một nồng độ đáng kể của chất thải. Điểm bắt đầu của khuyếch tán tự nhiên không phải nằm trên cửa ống khói mà tại một vị trí cần được xác định. Mô phỏng giai đoạn đầu của quá trình khuyếch tán, như đã nói ở trên, đòi hỏi phát triển một mô hình riêng. Mô hình này có các mức độ hoàn thiện khác nhau phụ thuộc vào vai trò của giai đoạn này trong toàn bộ quá trình giải quyết vấn đề. Ví dụ, vệt loang đầu tiên hình thành do đổ thải ra biển sẽ nhanh chóng bị biến đổi do các tác động của môi trường và cả hình dáng cũng như vị trí của vệt loang hình thành sau vài chu kì triều đã khác hẳn so với thời điểm xuất phát. 90 Trong khí quyển, người ta cũng sử dụng các công thức bán thực nghiệm xây dựng trên cơ sở các phân tích lí thuyết giản đơn để đánh giá sơ bộ ‘độ cao’ và hiệu chỉnh đối với điều kiện hiện trường. Công thức phổ biến ở đây có thể viết qua dạng : Δh = αQ aU b với α là hằng số, Q là nguồn thải, U là vận tốc gió và a, b là các chỉ số thực nghiệm khác nhau. Tại đây chúng ta quan tâm đến khuyếch tán tự nhiên. Do đó cho rằng các vấn đề trong giai đoạn đầu đã được giải quyết với một độ chính xác yêu cầu và các điều kiện gốc nhất định. Đối với trường hợp một dòng thải giới hạn về thời gian (ví dụ đổ xuống biển), các điều kiện gốc được chuyển sang tương ứng một vệt loang phân bố theo một thể thức nhất định vào thời điểm t = 0 trong miền nhỏ X. Nói cách khác, ta có dự phân bố : μ * = μ *0 ( X ) khi t = 0 (6.1) Các điều kiện xuất phát này cũng là các điều kiện biên. Trong trường hợp các dòng thải liên tục, các điều kiện gốc chuyển sang sự hiện diện trong một miền X, tương ứng khu vực ảnh hưởng của nguồn thải, một nguồn thường xuyên với phân bố biết trước : Q* = Q *S f ( X ) (6.2) trong đó Q*S là một hằng số chỉ cường độ của nguồn thải. Trong trường hợp chung, các điều kiện gốc cần được thể hiện như sau Q* = Q *S f (t , X ) (6.3) Phương trình 6.1 chỉ là trường hợp riêng của của 6.3 khi giả thiết rằng: Q* = Q *S f (t , X ) = μ *0 ( X )δ (t ) (6.4) trong đó δ(t) là hàm lọc Dirac lựa chọn giá trị t=0. Hàm này có dạng n 2t 2 2 exp(− n ) π 2 cho ta giá trị rất lớn trong khoảng hẹp nhỏ hơn nhiều so với n và trở nên rất nhỏ ngoài khoảng đó. Chúng ta giá trị các xung trong một khoảng thời gian ngắn. Hàm Dirac có thể như giới ạn 91 của hàm trên khi n → ∝. Tích phân hàm δ(t) trong khoảng bao gồn t = 0 sẽ là 1. Tích phân các đoạn không chứa t = 0 sẽ là 0. 6.2. MÔ HÌNH TÍCH PHÂN THEO ĐỘ SÂU Trong nhiều trường hợp khuyếch tán rối dẫn đến sự đồng nhất theo phương thẳng đứng gần như toàn bộ lớp nước. Đó là trường hợp biển nông với triều mạnh và bão hoạt động nhiều dẫn đến rối phát triển, đó cũng là trường hợp lớp tựa đồng nhất trên của ...