Dự báo chất lượng tài nguyên nước

Dự báo chất và lượng nước lục địa là giai đoạn hoàn thiện của kiểm soát. Các phương pháp dự báo chất lượng nước đang áp dụng hiện nay có thể chia ra hai dạng: dựa trên đề xuất bảo toàn theo thời gian xu hướng của quá trình diễn ra trong đối tượng nước vào thời kỳ nghiên cứu chúng (phương pháp ngoại suy hay phương pháp khoanh vùng), và dựa trên cơ sở mô phỏng toán học hay nghiên cứu vật lý các quá trình thủy động lực, quá trình lý hóa và các quá trình khác diễn ra trong thủy vực và sông ngòi và tính đến qui luật thay đổi trạng thái của đối tượng nước với sự thay thế các nhân tố chính xác định trạng thái này - mô hình hóa quá trình (toán học, vật lý, phòng thí nghiệm) hoặc tạo ra các đối tượng mô hình, lãnh thổ, khu vực. Theo thời gian dự kiến dự báo có thể là hạn ngắn hoặc hạn dài.

Khi sử dụng phương pháp ngoại suy, thời gain qt cần phải dài hơn thời gian dự báo khá nhiều (từ 3 lần trở lên), bao trọn các thời kỳ nhiều và ít nước của dòng chảy, còn tính chất phá vỡ chất và lượng dòng chảy cần bảo toàn chế độ dừng và đơn hướng. Với sự thay đổi đột ngột các nâhn tố nhân sinh, xác định trạng thái đối tượng nước, đặc biệt nếu các đột biến này khó tiến đoán, nhận được các số liệu dự báo khá thoả mãn thường khó xảy ra. Kết quả tốt nhất thu được khi ngoại suy các đường cong (hay vùng điểm) sự thay đổi lượng dòng chảy sông ngòi và thể tích nước thủy vực dưới ảnh hưởng của các hoạt động kinh tế đã xác định theo các đặc trưng trung bình năm của dòng chảy sông ngòi hay mực nước các thủy vực. Cũng như vậy theo thời gian các đặc trưng chất lượng nước trung bình năm khá ổn định, chúng có thể sử dụng một cách tương tự để dự báo.

Khi mô hình hóa có thể tạo dựng các mô hình toán học hay vật lý của đối tượng nước hay các quá trình trong đó chúng diễn ra. Điều này cho phép phân tích quy luật phát triển và thay đổi trạng thái của đối tượng nước mà không cần tiến hành các khảo sát ngoài thực địa dài.

Mô hình toán học chất lượng nước dựa trên các phương trình vi phân đạo hàm riêng. Nhờ chúng có thể mô hình hóa các điều kiện hình thành chất và lượng nước (hoặc là các quá trình riêng biệt chi phối chất lượng nước) - mô hình thành phần. Mô hình hóa các dk tối ưu sự tồn tại đối tượng nước tính đến tải trọng nước thải hay khi tiến hành lấy nước cùng việc bảo toàn chất lượng nước tiến hành sử dụng các mô hình tối ưu hóa.

Mô hình chất lượng nước cần phải khá đơn giản trong sử dụng trên thực tế, không yêu cầu một lượng lớn thông tin ban đầu, bao gồm các nhân tố chủ yếu hình thành chất lượng nước, mang tính đại chúng và cho các kết quả khá tin cậy (hoặc có độ chính xác cao).

Khi mô hình hóa chất lượng nước cần tính đến động lực lan truyền ô nhiễm và sự biến hình của chúng theo dọc sông hay theo thể tích thủy vực (xáo trộn và pha loãng nước). Vì vậy, mô hình tính toán có thể là một, hai hay ba chiều.

Tuy nhiên, sự khác biệt lớn trong các phương pháp tính toán thường rõ ràng ở gần chỗ xả nước thải, còn trong trường hợp, nếu như khoảng cách từ chỗ đó vượt quá 30 m, các phương pháp khác nhau cho các kết quả gần giống nhau (Phancovskaia và cộng sự, 1982). Sự phân tán các số liệu gần chỗ xả được giải thích bởi tính phức tạp của việc xét đến tính chất pha loãng đầu tiên.

Khi thành lập các dự báo tác nghiệp ngắn hạn, nên tập trung áp dụng phương pháp tính toán sử dụng các hệ số phương sai và không bảo thủ và nó cho phép xác định trường phân bố các chất ô nhiễm khi xả nước thải.

Với các dự báo chất lượng nước hạn dài, có thể sử dụng phương pháp cân bằng tính toán tính cả lưu lượng nước thải và lưu lượng nước nơi tiếp nhận cũng như nồng độ chất ô nhiễm. Khi đó các sông vừa và lớn cần được chia ra các đoạn tính toán từ tuyến đo ô nhiễm đến tuyến đo kiểm tra hay đến chỗ có nhập lưu, hoặc đến tuyến đo ô nhiễm mới.

Lựa chọn mô hình toán để dự báo chất lượng nước được xác định bởi sự hiện diện của các số liệu gốc và nhiệm vụ tính toán. Sự ô nhiễm đối tượng nước và dự báo trạng thái của chúng ở một chừng mực nào đó phụ thuộc vào sự phân bố các nguồn ô nhiễm. tối ưu hóa các nguồn này cần phải xuất phát từ nhiệm vụ thành lập điều kiện mà với nó ô nhiễm là nhỏ nhất tức là giải quyết vấn đề cực trị (Martruc, 1982) trên cơ sở sử dụng phương trình khuếch tán chất ô nhiễm lỏng với các số liệu cho trước về trường vận tốc và các hệ số khuếch tán rối. Vấn đề tìm cực trị được giải bằng cách thay đổi lựa chọn các giá trị giả định (cực đại) của tiêu chuẩn vệ sinh trong các điểm tính toán của phạm vi xem xét và lựa chọn điểm nhỏ nhất từ các giá trị cực đại, nó chính là giá trị tính toán.

Tính đúng đắn của việc lựa chọn nơi xả nước thải và xây dựng nơi lấy nước có thể chính xác bằng phương pháp mô hình hóa vật lý. Nó cho phép xác định vùng ô nhiễm và xác định dòng chảy ngược (nếu nó có) cuãng như mức độ làm sạch nước thải. Nó cần phải có các bờ và đáy không xói. Khi thành lập chúng cần tuân thủ các điều kiện đồng dạng thủy lực với tự nhiên. Điều này đạt được bằng cách phân tích các phương trình vi phân, mô tả quá trình tác động qua lại của nước thải và nước tự nhiên trong đối tượng nước. Khi thiếu hệ phương trình vi phân có đầy đủ cơ sở có thể sử dụng lý thuyết thứ nguyên, tính đến ảnh hưởng của các nhân tố chính xác định quá trình nghiên cứu.

Tương tự động lực học của mô hình và tự nhiên quan trắc được nếu như có tương tự động học và hình học của chúng và bằng số Frud. Sự thu nhỏ cho phép củav tỷ lệ mô hình có thể từ 1 đến 500 khi giảm độ sâu xuống 10 cm (Phancovskaia và cộng sự, 1982).

Ngoài ra mô hình hóa thủy lực chất lượng nước có thể tiến hành phương pháp tương tự khuếch tán điện đối lưu, dựa trên cơ sở nghiên cứu quy luật lan truyền dòng điện trong môi trường dẫn điện như là tương tự của môi trường nước (Drujzinhin, Suskin, 1975).

Thực hiện các mô hình toán và tương tự bằng mô hình số trên các máy tính số điện tử.

Như ví dụ một số lượng cần thiết các thông tin ban đầu với dự báo toán học trường ô nhiễm trong trường hợp thiết kế nơi xả nước thải có thể dùng tập hợp các số liệu cơ bản cho phép tính toán phân bố nồng độ chất ô nhiễm bảo thủ hay không bảo thủ, cũng như sự thiếu hụt ôxy trong nước với sự xả nước thải từ bờ (Phancovskaia và cộng sự, 1982):

- lưu lượng nước cực tiểu suất đảm bảo 95 % tại tuyến xả.

- độ sâu và độ rộng trung bình của dòng.

- diện tích mặt cắt ngang của dòng

- độ dốc thủy lực và bán kính lòng dẫn của dòng chảy.

- vận tốc động lực và trung bình của dòng chảy.

- nồng độ nền và độ hụt nền của ôxy

- hệ số tốc độ nhu cầu sinh hóa của ôxy

- hệ số tốc độ thông khí

- lưu lượng nước thải trên chỗ ra từ ống xả.

- nồng độ chất ô nhiễm bảo thủ và không bảo thủ trong nước thải khi xả.

Phụ thuộc vào tính chất tác động qua lại của việc đổ với đối tượng nước và các mô hình áp dụng, dạng và lượng các thành phần có thể thay đổi chút ít. Mức độ phức tạp của mô hình được xác định bởi số lượng và độ tin cậy của thông tin ban đầu, khả năng sử dụng máy tính và độ mạnh của chúng.

Sự hiện diện các mô hình đa dạng dự báo chất lượng nước đã chi phối khả năng lựa chọn kết quả cuối cùng trên cơ sở đánh giá tính hiệu quả kinh tế của các phương án đang xét, về phần mình lại tính đến khả năng điều khiển hệ thống thủy lợi và cải tiến chúng. Khi đó các con đường chính của điều khiển là tăng cường mức độ xử lý nước thải, hoàn thiện việc xả nước hay thành lập các hồ chứa điều tiết. Ưu thế cho phương án cần kinh phí và chi phí vận hành ít nhất với sự bảo toàn tiêu chuẩn chất lượng nước cho phép.