Độc học môi trường part 6 ppsx

MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐẤT PHÈN SMASS Cấu trúc của SMASS: mô hình mô phỏng đất phèn Mô hình mô phỏng đất phèn bằng máy tính bao gồm một số mô hình phụ liên kết với nhau, trong đó những tiến

pH 2.3 10 *

3.000

885

Đặt: 1 / 3

AlC

X = , với CAl là nồng độ của nhôm trong khoảng vi mô phương trình (20.31) được viết lại như sau:

b Điều kiện ban đầu và điều kiện biên:

i Điều kiện ban đầu:

Nồng độ các chất trong các lớp tính toán: C(z,t = 0) = C0(z)

ii Điều kiện biên:

Trong trường hợp có lớp nước mặt ruộng:

Biên trên: chất lượng lớp đất mặt C(z = 0,t) = CS(t)

Biên dưới: chất lượng nước kênh trao đổi với nước ngầm

C(z = L,t) = Cc(t)

c Phương pháp tính:

Trong mô hình SOCHEM áp dụng phương pháp sai phân hiện để tính nồng độ của các chất ở mỗi lớp, với bước thời gian chia là một ngày và chiều sâu tính toán là 120 cm, chiều dày mỗi lớp là 10 cm Các số liệu input của mô hình SOCHEM được lấy từ kết quả của mô hình SOILWA

886

20.3 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐẤT PHÈN (SMASS)

Cấu trúc của SMASS: mô hình mô phỏng đất phèn

Mô hình mô phỏng đất phèn bằng máy tính bao gồm một số mô hình phụ liên kết với nhau, trong đó những tiến trình vật lý và hoá học xảy ra trong đất phèn được mô tả bằng những phương trình toán học Để giải những phương trình này, phẫu diện đất được chia ra thành những lớp có kích thước khác nhau Những điều kiện hóa–lý ban đầu trong mỗi lớp phải được khai báo trong phần nhập liệu Đối với một chu trình mô phỏng hoàn chỉnh, các giá trị điều kiện biên cũng cần được nhập vào Các điều kiện lý–hóa trong mỗi lớp, cùng với các thông số về lượng nước và dung dịch đất ở biên của hệ thống

được tính toán cho từng ngày

Điều kiện biên

- Thành phần hoá học của nước tưới

và mưa

- Thành phần hoá học của nước ngầm

- Thành phần hoá học của nước kênh

Điều kiện biên

- Bốc thoát hơi tiềm tàng

- Nước ngầm

- Mưa/tưới

- Mực nước trong kênh

MÔ HÌNH CHUYỂN VẬN NƯỚC

(SWAP)

Thông lượng nước - Trắc diện ẩm

- Trắc diện không

MÔ HÌNH CHUYỂN VẬN DUNG DỊCH

(TRANSOL) MÔ HÌNH CHUYỂN VẬN OXY VÀ OXY HÓA PYRITE

Thông lượng dung dịch - Sản phẩm Fe- Sản phẩm SO2+

4

2 Sản phẩm H +

MÔ HÌNH HÓA HỌC (EPIDIM)

- Nồng độ dung dịch đất

- Nồng độ dung dịch

trong nước trao đổi với

kênh tiêu

Nồng độ dung dịch trong nước trao đổi với nước ngầm

- Lượng hấp phụ

- Lượng kết tủa

- Thế oxy hoá khử

Lượng pyrite còn lạiï

SMASS

Từ hàm lượng không khí, mô hình tính toán vận chuyển oxy và oxy hóa pyrite sẽ tính toán hệ số khuếch tán oxy trong các khe rỗng thoáng khí Lượng oxy tiêu thụ trong đất sẽ được tính toán từ hàm lượng pyrite và hữu cơ có trong đất Từ đó trắc diện oxy trong đất được tính toán Tốc độ oxy hóa pyrite ở mỗi độ sâu đất sẽ được xác định dựa vào nồng độ oxy tại chỗ Từ đó lượng H+, SO42– và Fe3+ sinh

ra từ phản ứng oxy hóa pyrite sẽ được tính toán Lượng pyrite còn lại sau bước tính toán này sẽ được dùng làm giá trị ban đầu cho bước thời gian tiếp theo

Mô hình chuyển vận dung dịch đất sẽ được dùng tiếp theo để tính toán thông lượng dung dịch xảy ra theo phương thẳng đứng và nằm ngang dựa vào thông lượng nước đã được tính toán trong bước 1 Trong mô hình hoá học, những đại lượng được sinh ra hoặc bị tiêu thụ trong những quá trình không cân bằng (chẳng hạn như kết tủa hoặc hòa tan) sẽ được tính toán Sau đó tổng hàm lượng của các chất hóa học trong dung dịch đất được tính toán cho từng lớp đất khi xét đến quá trình trao đổi giữa các lớp và với biên ngoài (kênh hay nước ngầm) Từ những phản ứng tại chỗ và trao đổi giữa các lớp, có thể tính toán được hàm lượng cân bằng, trong dung dịch đất, thành phần của phức hợp trao đổi cũng như lượng khoáng được sinh ra hay kết tủa trong bước thời gian tính toán

Bước thời gian tính toán được chọn là giờ, trong khi kết quả được xuất ra cho từng ngày Việc mô phỏng được tiến hành cho một thời kỳ nhiều năm, từ đó có thể dự báo định lượng được những ảnh hưởng của các chiến lược cải tạo đất phèn khác nhau (thủy lợi hay hoá học) hay tác động của những giải pháp công trình, kênh mương trên đất phèn Những thay đổi về môi trường gây ra do việc cải tạo

20.4 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG SỰ LAN TRUYỀN NƯỚC CHUA PHÈN TRONG KÊNH

Từ năm 1994, Tô Văn Trường và cộng sự tiến hành nghiên cứu giải quyết bài toán lan truyền nước chua phèn trong kênh và lập mô hình toán mô phỏng sự chuyển dịch của nước chua phèn, trong đó tính cân bằng của jurbanite được phát hiện là chiếm ưu thế Quá trình trầm tích do lắng đọng, kết tủa và hòa tan cũng được xem xét trong mô hình Nguồn số liệu từ trạm thí nghiệm đất chua phèn Tân Thành thuộc Đồng Tháp Mười (ĐTM) Việt Nam, được dùng để ứng

dụng nghiên cứu điển hình

Ở Đồng bằng sông Cửu Long vấn đề nước sông kênh nhiễm phèn thường xảy ra vào thời kỳ đầu mùa mưa Vào mùa khô, các chất axit sinh ra trong lòng đất và xì lên mặt đất Khi gặp những trận mưa đầu mùa, nước chua phèn bị rửa trôi xuống dòng chảy sông kênh Quá trình sinh, lý và hóa học tác động đến sự vận chuyển chất trong dòng chảy sông kênh và trong đất rất phức tạp Ở dòng sông, quá trình vật lý gồm sự tải, khuyếch tán theo các phương dọc, ngang dòng chảy và theo chiều thẳng đứng đồng thời có quá trình trầm tích Các biến đổi hóa học bao gồm sự trao đổi ion, thủy phân, oxy hóa–khử, kết tủa và hấp thụ Các quá trình này đều trực tiếp hay gián tiếp chịu tác động của chế độ khí tượng thủy văn như mưa, dòng chảy mặt, nhiệt độ, bốc hơi, gió v.v Các mô hình định lượng mỗi quá trình rất phức tạp Cũng có một số mô hình tiếp cận mô phỏng theo phương pháp tất định hay ngẫu nhiên Việc lựa chọn mô hình còn tùy thuộc vào khả năng ứng dụng trong thực tế Mặc dù còn những khó khăn nêu trên, rất nhiều công trình nghiên cứu phát triển mô hình

889

tất định mô phỏng chất lượng nước sông vì các mô hình này không chỉ hữu ích nhằm hiểu biết quá trình tốt hơn mà còn là những công cụ hữu dụng trong việc quản lý nước

Mô hình chất lượng nước, đặc biệt là mô hình xâm nhập mặn, được xây dựng thành công và ứng dụng cho nhiều dự án phát triển tài nguyên nước châu thổ Mekong (Nguyễn Tất Đắc 1987; Huỳnh Ngọc Phiên, 1991) Một số mô hình toán mô phỏng nước ngầm và sự lan truyền chất hòa tan trong nước ngầm dựa trên các thực nghiệm nghiên cứu các tầng đất; chẳng hạn như mô hình SMASS của Bronswijk và Groenenberg ở Hà Lan (1993) và một mô hình của Eriksson (1992) Tuy nhiên, việc mô phỏng chuyển động nước axit trong kênh, đặc biệt sự vận chuyển các chất độc từ đồng ruộng xuống lòng kênh, vẫn là một đề tài mới mẻ

Cơ chế vật lý hình thành nước chua phèn đã được đề cập trong nhiều nghiên cứu (Van Breeman, 1973; Dost & Van Breeman, 1982; Dent, 1986) Về cơ bản trong suốt mùa khô sản phẩm ôxy hóa của pyrite và sự dịch chuyển của các chất trong lòng đất làm tăng lượng axit tầng đất trên Do sự phát triển nông nghiệp một số kênh mới hoặc đê bao cũng được xây dựng Vào đầu mùa mưa khi đồng ruộng bị úng ngập các chất axit trên đồng ruộng hoặc từ các con đê mới đắp chảy xuống lòng kênh và lan truyền sang các nơi khác Các quá trình sinh lý hóa học liên quan đến nước axit và các quá trình tác động khác biến đổi tùy theo tình hình cụ thể

Các đại lượng đặc trưng của nước axit vùng Đồng Tháp Mười,

Trên cơ sở phân tích số liệu hóa học đợt đo 1985 – 1987 vùng ĐTM, Nguyễn Thành Tín (1990) kết luận rằng pH và nồng độ Al, SO4

890

cân bằng với jurbanite, Al(OH)SO4 Theo kết qủa phân tích thống kê số liệu thực nghiêm thu thập được ở trại Tân Thành (ĐTM), Huỳnh Ngọc Phiên (1991) cũng đi đến kết luận rằng có một mối tương quan tuyến tính chặt chẽ giữa pH và pAl (OH3) và pH2SO4 Một mối tương quan tuyến tính giữa pH, Al và SO4 cũng được Raiswell cùng các đồng nghiệp (1980) và Eriksson (1992) phát hiện Tuy nhiên, cần lưu ý rằng các phân tích hồi quy của các mối liên quan bao gồm các sản phẩm hoạt tính ion cũng cần được nghiên cứu sâu hơn Qua thí nghiệm có thể lấy cân bằng jurbanite để mô phỏng tình trạng chua phèn

pH pSu pAl d pH= + + = −log H (20.34)

trong đó d là hằng số cho trước và nồng độ thực của nhôm,

sulphate và ion hydro tại điểm bất kỳ (x,y,z,t) được biểu diễn tương ứng bởi Al, Su và H

Hệ phương trình dòng 3 chiều (3D)

Sự bảo toàn khối lượng của nhôm, sulphate và hydro trong hệ 3D cho hệ phương trình (bỏ qua sự khuyếch tán do chuyển động phân tử và nhiễu động trong nước):

với đồng ruộng hay nước ngầm; C i q (i=1,2,3) là nồng độ Al, Su và H

trong dòng chảy bên q; C i s (i=1,2,3) là nồng độ Al, Su và H trong dòng

chảy bên Q s (chẳng hạn như dòng chảy từ ruộng xuống kênh); và Q r

là dòng chảy do mưa

Phương trình vi phân vật chất được biểu diễn dưới dạng:

891

trong đó u,v và w là thành phần lưu tốc theo các phương x,y và z, và

dấu hai chấm ( ) diễn tả một hàm bất kỳ như x,y,z hay t

Trong dung dịch nước phương trình cân bằng của jurbanite như sau:

Al(OH)SO4 + H+ → Al3+ + SO42– +H2O

Vì vậy có thể thiết lập mối tương quan sau:

Như Dost và Van Breemen (1982) đã thực hiện, lượng chất mất

do lắng đọng giả thiết tỷ lệ bậc nhất với nồng độ C:

trong đó L là hằng số

Khi đó, các phương trình (20.33) và (20.35) có thể viết như sau:

Mặt khác pH = –logC 3 hay C 3 = 10–pH, nên có thể giải phương

trình (20.44) tìm C 3 và được pH Tuy nhiên, cách này khá phức tạp và

tốn thời gian tính toán Cũng lưu ý rằng d trong phương trình (20.45)

là hệ số mô hình được ước tính Theo nghiên cứu của chúng tôi giá trị

d=–2,8 áp dụng cho vùng ĐTM Bởi hằng số cân bằng là hàm của

một số yếu tố khác (ví dụ như muối), nên giá trị d phải được hiệu

chỉnh theo số liệu đo

Hệ phương trình cho dòng 1 chiều (1D)

Phương trình truyền chất 1D có thể thu được bằng tích phân trực tiếp phương trình 3D trên mặt cắt ngang A theo chiều dòng chảy (Dent, 1986) Vì vậy, phương trình (20.39) có thể viết dưới dạng phương trình vi phân riêng như sau:

là lưu tốc tức thời dọc dòng chảy, nồng độ, m và n tương ứng được lấy

bình quân mặt cắt Thế phương trình (20.47) vào phương trình (20.46), và đơn giản hóa về phương trình 1D được:

893

' '

i A

thành phần tải chất liên quan đến tích u’ và c’ có thể biểu diễn tương

tự như khuyếch tán 1D (xem Dent, 1986) Dựa trên cơ sở này, hệ số

khuếch tán E được mô tả trong thành phần biến thiên nồng độ theo

dòng chảy như sau:

i A

c c dA

δ = ∫

Xác định nồng độ chất trong đồng ruộng

Một chất hòa tan giả thiết được đẩy từ tầng không bão hòa xuống tầng nước ngầm ngay khi bề mặt ruộng chứa đầy nước ví như

khi có hồ chứa Phương trình cân bằng lượng trở nên đơn giản Gọi V là tổng lượng nước trong ruộng, C là nồng độ chất và C s là nồng độ chất trong dòng trao đổi giữa kênh và ruộng với lưu lượng Qs Phương trình cân bằng nước là:

Thực chất rất khó xác định C g bằng các mô hình Nên thay

bằng công thức tính C g như sau:

895

Phương trình (20.55) dẫn đến phương trình:

( 1 g) s s

trong đó α1 là hằng số đặc trưng bởi sự xáo trộn một phần trong

ruộng trong thời gian Δt; V’ và C’ là thể tích và nồng độ trong ruộng

ở bước thời gian trước; C s là nồng độ chất trong kênh nếu dòng chảy

từ kênh vào ruộng, và bằng C’ nếu dòng chảy ngược lại Vì vậy, nếu đặc trưng dòng chảy đã biết, thì nồng độ C trong ruộng dễ dàng tính

2

i i i 2

trong đó f 0 là giá trị hàm f ở bước thời gian trước Lưu ý rằng khi

L > 0 dẫn đến K 1 ≠ 0 trong phương trình (20.61) Bước thứ hai là giải phương trình khuếch tán thuần tuý

2 2

pH có thể tính được

Chúng tôi đã làm thí nghiệm với diện tích đất chua phèn tiềm tàng ở trại Tân Thạnh Mỗi ô có 1,2 ha được phân cách bởi rãnh tiêu và đê bao với các loại cây trồng khác nhau Các ô được bao quanh bởi

Fe3+ và SO4 cao; pH giảm xuống tới 2 làm hại cây trồng và thủy sản Mô hình tính toán để mô phỏng dòng chảy gồm gồm 15 nhánh,

41 mặt cắt và 7 nút Tài liệu mực nước tại năm trạm H1 đến H5 được dùng làm điều kiện biên

Mô hình tính nước axít được lập theo nguyên tắc đã trình bày trên và nối kết với mô hình thủy lực Mô hình tổng hợp được dùng để tính nồng độ Al, SO4 và pH theo thời gian tại 41 trạm từ ngày 6 đến 20/6/1991 Giá trị pH tính toán và thực đo tại một số trạm được trình

bày trong các hình 2–4 và các giá trị max và bình quân trong bảng

20.1

898

Giá trị max và bình quân của pH được mô phỏng khá tốt Dạng đường diễn biến pH theo thời gian dường như không mô phỏng được Sai lệch đường quá trình có thể do trong mùa mưa rất khó xác định phạm vi tiêu nước xuống hệ thống kênh vùng Tân Thạnh vì mực nước, lưu lượng và axít trên ruộng luôn gia nhập vào kênh

Bảng 20.1 Giá trị pH tính toán và thực đo tại một số trạm

Ở vùng đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) nước chua phèn vào đầu mùa mưa là vấn đề rất nghiêm trọng Mùa khô, khi mực nước ngầm rút xuống, không khí thấm xuống lòng đất gặp khoáng pyrite tạo môi trường thích nghi cho vi khuẩn ôxy hóa tạo sắt, ion và axít sulphuric Axít được sinh ra làm tăng lực mao dẫn lên bề mặt và kết tinh một phần Vào đầu mùa mưa các chất này hòa tan trong nước mưa và chảy xuống kênh mương Nước mặt và nước ngầm nhiễm phèn giảm chất lượng sử dụng trong nông nghiệp và nước uống Vì vậy, có nhiều nhà khoa học đầu tư nghiên cứu lập mô hình toán mô phỏng quá trình xảy ra trong đất và trong nước (Eriksson 1992, Tychon 1993, Tô Văn Trường và cộng sự 1996, Van Breemen 1973, Eriksson và cộng sự 1994) Nước kênh vùng Đồng Tháp Mười (ĐTM) thì jurbanite chiếm ưu thế (Tín 1990), nhưng số liệu đo đạc nước ngầm thì chưa đủ kết luận yếu tố chính Vì thế, chỉ có quá trình lý

899

hóa trong kênh được mô phỏng Giả thiết rằng tương tác nước sông kênh và đất bị chi phối bởi jurbanite và có alunite cùng jurbanite hiện diện trong đất

20.5.1 Mô hình nước chua phèn trong kênh

Trong kênh, quá trình chuyển chất dọc kênh là chủ yếu Vậy nên, mô hình một chiều (1D) là thích hợp và phương trình biểu diễn trong trường hợp này được thiết lập bằng cách tích phân trực tiếp phương trình vi phân ba chiều (3D) trên mặt cắt ngang trục kênh Trong báo cáo của Tô Văn Trường và các cộng sự (1996) định luật bảo toàn khối lượng trong không gian 3D viết cho các chất nhôm (Al), sulphate (SO42+) và hydrogen (H) bao gồm các quá trình kết tủa/hòa tan và lắng đọng Phương trình 1D viết cho jurbanite như sau:

2

i i i 2

20.5.2 Mô hình trong đất

Cơ chế lý hóa axit trong đất được đề cập nhiều trong các nghiên cứu (van Breemen 1973, Dost và van Breemen 1982, Dent 1986) Một số mô hình đơn giản cũng được công bố Nielsen và đồng nghiệp 1986, Miller và Benson 1983, Tychon 1993, Brusseau và đồng nghiệp 1989, Ne–Zheng Sun và Yeh 1983, Kirkner và Reeves 1988) Phương trình

cơ bản của các mô hình này là

trong đó C và S tương ứng là nồng độ chất trong dung dịch và chất

hấp thụ; ρ – dung trọng của đất; θ là độ trữ ẩm trong đất; D là hệ số

khuyếch tán; U là lưu lượng; R là lượng nước cây hút và Q * là thành phần bổ sung/hoặc mất đi

900

Sự khác nhau giữa các mô hình là mối quan hệ giữa C và S Mô

hình tuyến tính sử dụng tương quan

trong đó K là hệ số phân bố và C là hệ số góc của đường cong đẳng nhiệt

Một số mô hình phức tạp hơn (Rubin 1968, và Nielsen cùng cộng sự 1986) Nhìn chung, các mô hình cố gắng phản ánh quá trình vật lý Tuy nhiên, mô hình càng phức tạp càng cần phải xác định nhiều thông số; nên đôi khi làm mô hình mất ý nghĩa thực tiễn

Dễ thấy rằng phương trình (20.64) khá đơn giản để lập mô hình

vì chỉ có duy nhất một hệ số K, cần phải xác định bằng thực nghiệm Hơn nữa, số phương trình như (20.66) thêm vào mô hình bằng số chỉ tiêu chất mô phỏng Nếu jurbanite trong nước kênh dùng để mô phỏng thì chỉ cần sulphate, nhôm và hydrogen trong đất phải lập mô hình Dẫn đến phương trình (20.66) và (20.67) thích hợp mô phỏng chuyển tải chất hòa tan trong đất và phương trình được ứng dụng cho phạm vi rộng vùng ĐTM

Để mô phỏng axit trong kênh và sự truyền tải chất hòa tan trong đất vùng Tân Thạnh, mô hình tổng hợp là thích hợp Mô hình tổng hợp gồm hai mô hình con: một mô hình cho kênh và một mô hình cho đất

20.5.3 Chương trình tính trong kênh

Để mô phỏng quá trình xảy ra trong kênh, phương pháp truyền thống là dùng mô hình 1D mô tả chế độ thủy lực bằng hệ phương trình Saint–Venant Để mô phỏng sự truyền tải chất cần giả thiết rằng sông kênh vùng ĐTM chỉ jurbanite chủ yếu (Tín 1990), vì vậy

pH có thể tính được bằng công thức sau (Trường và cộng sự 1996):

901

trong đó C i (i=1,2) là nồng độ nhôm và sulphate; E là hệ số khuyếch tán; U là lưu tốc dòng chảy; Q is là thành phần bổ sung/mất đi từ/tới ruộng, nước ngầm, bơm nước, mưa, lắng đọng và phản ứng với các

chất khác; q là dòng chảy bên; và A là diện tích mặt cắt ngang kênh

Phương trình (20.69) với các điều kiện biên thích hợp dùng để tính nồng độ nhôm và sulphate theo phương pháp số; phương trình (20.64) dùng để tính pH Số liệu dòng chảy được tính trong phương

trình thủy lực Thành phần liên kết Q is sẽ được trình bày chi tiết ở đoạn sau

20.5.4 Chương trình tính trong đất

Trong tầng đất, dùng phương trình (20.66) và (20.67) cho mỗi chất ta quan tâm Đối với vùng nghiên cứu rộng cần phát triển thêm nên mô hình cần mô phỏng dòng chảy theo các chiều Trong tầng nước ngầm, dòng chảy theo phương ngang là chính, vì thế dòng chảy ngầm được mô tả bằng phương trình

trong đó ϑ là hệ số rỗng hiệu quả

Để tính dòng chảy giữa kênh và tầng nước ngầm, nói chung, cần lưu ý H phải cao hơn cao trình đáy kênh để lưu lượng trao đổi có thể tính bằng công thức

sK

trong đó Ψ là độ sâu tầng nước ngầm, và Z là cao trình mực nước kênh Nếu H >Z thì dòng chảy từ tầng nước ngầm ra kênh và ngược lại nếu Z >H

Như đã nêu trên, phương trình (20.66) và (20.67) có thể phát triển ra phạm vi rộng, trong trường hợp đó, với mỗi chất có nồng độ

C i, phương trình (20.66) có thể viết là

Tương quan giữa C i và S i trong mô hình tuyến tính là

K i cũng được coi là hệ số phân tán và là hệ số góc của đường cong đẳng nhiệt Thế phương trình (20.75) vào phương trình (20.74) được

903

với R ie = (1+K iρ/θ) là hệ số chậm

Để nối kết với chương trình kênh chỉ cần xét các yếu tố nhôm, hydrogen và sulphate Hai quan hệ giữa pH với nhôm và sulphate được dùng trong mô hình Nếu jurbanite được coi là chủ yếu thì trong

đất cần quan hệ: pH = –d + pAl +pSu

Sự hiện diện của alunite và jurbanite trong đất vùng ĐTM dẫn đến hằng số axit tiềm tàng (1,18), và pH có thể tính như sau

trong đó A m ,b là các hệ số thực nghiệm (hằng số đẳng nhiệt Languir);

Al và Su là nồng độ nhôm và sulphate Như vậy, chỉ còn phải xác

định mỗi hằng số K a cho nhôm với giá trị trong phạm vi 0,001 đến 0,1 (10) Nếu xét thêm các chất khác (như nitơ N, phốt pho P) thì cần xác định thêm một số hệ số phân tán nữa và một số phương trình như (20.76) cần thêm vào mô hình

20.5.5 Sơ đồ số

Phương pháp số tính dòng chảy và tải chất trong kênh đã được đề cập trong nhiều nghiên cứu Ví dụ, Tô Văn Trường và cộng sự, 1996

Tính dòng chảy ngầm bằng phương pháp số

Phương trình (20.66) được giải bằng phương pháp số tính cao trình mực nước ngầm và dòng chảy tại các điểm ở vùng nghiên cứu

Do tính phức tạp của biên và phép đo ở khu vực, phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) với các thành phần tam giác được sử dụng trong mô hình Theo FEM (Pinder và Gray 1977) một hệ tọa độ hoặc hàm

cơ bản Nk (k = 1, 2 … M với số điểm lưới) được chọn Bất cứ hàm

f(x,y,t) biểu diễn được trên khu vực nghiên cứu cũng có thể được tính bằng công thức

904

M

i j j

với f j (t) là giá trị của f tại nút j ở thời điểm t Phương trình (15) thay thế vào phương trình (12) được các phương trình trực giao với N j theo tính chất Galerkin (Pinder và Gray 1977) Các phương trình tạo thành là

trong đó A là phần tử tam giác có 3 cạnh (i, j, k) Theo giả thiết

Green (Pinder và Gray 1977) tích phân j2 cho mỗi phần tử được

trong dòng trao đổi (vào kênh hoặc ra kênh); Kp là hằng số thủy dẫn

trong mỗi phần tử; ξ là trọng số Phương trình (20.85) áp dụng đồng thời cho tất cả các hệ phương trình giải đựợc bằng phương pháp SOR

20.5.6 Áp dụng mô hình cho trại thí nghiệm Tân Thạnh

Để minh họa và đánh giá hiệu lực cơ sở lý thuyết, mô hình đã được áp dụng cho vùng Tân Thạnh, và chuỗi số liệu thời kỳ tháng 3/1995 thu thập được dùng để hiệu chỉnh và kiểm định Từ ngày 17 đến 22 tiến hành đợt đo ở Tân Thạnh trên diện tích 250 ha Số liệu thu được gồm 4 loại:

• Số liệu vật lý các kênh bao và hai rãnh trong khu vực

906

• Số liệu hóa nước đo đạc trên kênh

• Số liệu mực nước ngầm

• Số liệu hóa nước ngầm trong các hố đào

Theo số liệu phân tích, giá trị các thông số chạy thử mô hình là lượng trữ μ = 0,002 và 0,014; độ ẩm θ lấy từ 0,60 đến 0,75; độ rỗng hiệu quả 0,57 (Phong 1993) và độ sâu tầng nước ngầm là 1,2 m Các

hằng số trung bình đẳng nhiệt Languir là A m = 12,38, b = 1,28E–2; độ thủy dẫn phương ngang biến đổi từ 1m/ngày đến 5 m/ngày

Rất khó xác định tương quan giữa pH và nhôm và sulphate trong đất Bảng dưới đây cho thấy ứng với mỗi giá trị pH ứng với vài giá trị của nhôm và sulphate khác nhau Ví dụ ở hai hàng đầu (pH = 4,02) và ở các hàng 5 và 6 (pH = 3,52 và 2,53), pH dường như không phụ thuộc vào nồng độ nhôm

Bảng 6.2: Giá trị pH ứng với nhôm và sulphate

Ngày tháng Giờ Hố đào pH Al +3 (mg/l) SO 4 –2 (mg/l)

907

Dựa vào số liệu trên ta có thể kết luận rằng tương quan

pH = 2,3–log(Al/3000)/3 như GS E Erikson đưa ra là không phù hợp với pH trong đất ở Tân Thạnh

Cũng theo số liệu thực đo cho thấy mực nước ngầm biến thiên theo thời gian nhưng cũng có những biến đổi bất thường Ví dụ tuy không mưa nhưng mực nước ngầm ở hố F2 tăng 20 cm trong vòng 3 giờ Tình trạng như vậy cũng thấy ở hố F4, F5 và F10 Vì vậy số liệu

đo đạc tháng 3/1995 chỉ nên dùng chạy thử

Sơ đồ mô hình tổng hợp vùng Tân Thạnh gồm hai mô hình con, mô hình 1D cho kênh và mô hình 2D cho đất Vùng mô hình 2D được chia thành 42 phần tử tam giác với 32 nút Sơ đồ mô hình 1D gồm 10 nhánh kênh và 36 điểm lưới Các kênh rạch đóng vai trò liên kết hai mô hình con

20.5.7 Phân tích kết quả tính toán

a Kênh

Có sự phù hợp giữa kết quả tính và số liệu thực đo Giá trị pH bình quân tính toán và thực đo là khớp nhất Sự sai khác giữa giá trị tính và thực đo có thể do giả thiết của các định luật hóa (ví dụ như cân bằng Jubanite) dùng trong mô hình Những nguyên nhân gây sai số khác có thể do chưa được xét đến như tương tác kênh với đất Nguyên nhân nữa không kém quan trọng là do cách lấy mẫu ở mặt cắt ngang kênh Mặc dù có nhiều khó khăn do thiếu các thông tin về hóa nước các quá trình biến đổi chất trong kênh nhưng kết quả mô phỏng cho chúng ta các thông tin tổng quát và tính axit trong nước kênh rạch được diễn giải một cách khoa học

b Đất

Khi so mực nước ngầm thực đo và tính toán cho thấy mô hình chỉ cho ta mực nước bình quân mà không thể mô phỏng các biến đổi bất thường Riêng về số liệu đo cũng cần giải thích tại sao mực nước ngầm thay đổi khi không có mưa mãi đến 1 giờ chiều ngày 21/3 với lượng mưa trừ bốc hơi chỉ còn 3,5 mm Khi chạy thử mô hình lấy hai giá trị hệ số trữ kết quả tính cho thấy mực nước ngầm biến đổi theo

c Kết quả tính toán tại trạm Tân Thạnh

Kết quả tính cân bằng nước từ mô hình SOILWA cho thấy sự sai biệt khoảng 0,002 cm về sự thay đổi độ chứa nước của đất trong thời đoạn tính toán là có thể chấp nhận được

i Kết quả tính cân bằng nước năm 1991:

Sự thay đổi độ chứa nước của đất (Storage) : –3.416cm

Dòng vào mực nước ngầm (Bypass at GWL) : 19.494cm

––––––––––––––––––––––

Sai số tính toán : 3.416 – 3.417 = –0.001 cm

ii Kết quả tính năm 1992:

6.818cm

909

Dòng vào mực nước ngầm (Bypass at GWL) : 6.718cm

910

MOÂ HèNH HOAÙ LAN TRUYEÀN ẹOÂẽC CHAÁT TRONG MOÂI TRệễỉNG SINH THAÙI ẹAÁT PHEỉN (Mathematical Model of Toxyc ions in

Soilecological Environment)

21.1 GIễÙI THIEÄU

ẹoàng baống soõng Cửỷu Long (ĐBSCL) lμ vùng trọng điểm sản xuất lương thực của cả nước, nhưng luôn gặp trở ngại vμ thách thức khi khai thác sử dụng đất chua phèn phục vụ cho nông nghiệp Vùng ẹoàng Thaựp Mửụứi (ĐTM), nơi người dân đồng loạt tiến hμnh khai hoang trồng lúa trong thập kỷ 90 thế kỷ 20, đã xảy ra việc lan truyền độc tố phèn gây

ảnh hưởng đến môi trường sinh thái

Để hiểu rõ bản chất của sự chuyển hoá acid vμ các độc chất từ đất phèn vμo môi trường nước, xác định ảnh hưởng của nó đối với HSTNN, thì việc xác định được quá trình cân bằng hoá học của nước phèn, tính toán lượng hoá bằng mô hình toán học vμ đề xuất các giải pháp có tính chiến lược vμ cụ thể về việc khai thác vμ sử dụng đất chua phèn lμ vấn

đề rất cấp thiết

Duụựi ủaõy xin trớch giụựi thieọu Luaọn aựn TS cuỷa Toõ Vaờn Trửụứng,

(Hửụựng daón KH: GS TSKH Leõ Huy Baự vaứ PGS.TS Buứi Caựch Tuyeỏn), baỷo veọ thaứnh coõng taùi Hoọi ủoàng nhaứ nửụực, 24/4/2004)

21.1.1 Những khái niệm cơ bản về mô hình hóa

Theo nhiều tác giả, có thể định nghĩa chung: “Mô hình hóa toán học lμ phương pháp nghiên cứu vμ mô tả các quá trình xảy ra trong một

911

hệ thống bằng cách sử dụng những quan hệ toán học được đơn giản hóa, hay các mô hình thu nhỏ”

Mô hình có thể được chia ra lμm ba loại:

+ Mô hình vật lý (physical model): lμ quá trình mô phỏng lại đối

tượng thực tế bằng cách giảm kích thước không gian ba chiều của nó theo một tỷ lệ hình học Tùy theo bản chất của hiện tượng cần nghiên cứu, các tiêu chuẩn đồng dạng về hình học, động học vμ động lực học phải được thỏa mãn một cách nghiêm ngặt để đảm bảo cho mô hình có tính đại biểu

vμ cho phép suy rộng kết quả cho những quy mô hình học khác

+ Mô hình thống kê (statistical model): Dựa vμo việc tập hợp

số liệu trong thời gian dμi, sau đó xử lý số liệu bằng phương pháp thống

kê Mô hình thống kê có ưu điểm cơ bản lμ đơn giản về mặt thiết lập vμ

sử dụng, phù hợp với việc nghiên cứu các đối tượng quá phức tạp mμ những kiến thức về nó chưa được hiểu biết đầy đủ Nhược điểm cơ bản của loại mô hình nμy lμ chỉ mô tả được các mối tương quan theo các đặc trưng thống kê mμ không cho phép giải thích hiện tượng vμ bản chất của các tương quan nμy Ngoμi ra, mô hình thống kê cũng chỉ dựa trên những số liệu quá khứ nên không cho phép dự báo diễn biến tương lai một khi những yếu tố ban đầu thường bị biến động vμ thay đổi nhiều Việc mở rộng áp dụng để giải thích cho những khu vực khác cũng cần

được tiến hμnh một cách hết sức thận trọng Tuy nhiên, mô hình thống

kê cũng lμ một công cụ quan trọng cho phép chỉ ra được những hướng nghiên cứu mở rộng vμ chi tiết về bản chất hiện tượng

Trong nghieõn cửựu nμy, các mô hình thống kê được sử dụng khá rộng rãi, đặc biệt lμ mô hình về cân bằng Jurbanite, lμm cơ sở quan trọng cho các quan hệ xuất phát trong việc mô phỏng sự lan truyền chất trong kênh mương vùng đất phèn

+ Mô hình toán học (mathematical model): gọi tắt lμ mô hình

toán, lμ loại mô hình tất định, cho phép mô phỏng quá trình thực tế thông qua biểu thức toán học

Ví dụ: Nồng độ của chất thải phân bố chất độc theo không gian vμ thời gian C(x,y,z,t) lμ hμm của các yếu tố liên quan đến nguồn thải (nồng độ tại biên), môi trường lan truyền (các tốc độ khuếch tán vμ đối lưu chất trong kênh) vμ các điều kiện tác động khác (khí tượng thủy văn, địa hình )

Trong mô hình toán học, người ta chia thμnh các loại sau:

Trong nghieõn cửựu nμy, đã sử dụng các mô hình toán sai phân hữu hạn để mô tả các diễn biến hóa – lý trong đất phèn vμ vận chuyển chất trong kênh

Để phục vụ cho công tác nghiên cứu mở rộng, các mô hình sau đây

đã được khảo sát vμ thiết lập nhằm mục đích so sánh khả năng áp dụng trong thực tế của từng mô hình:

ư SMASS (Bronswijk & Groenenberg)

ư Mô hình vật lý đất SOILWA Module (N Đ Phong & Erik Eriksson)

ư Mô hình hóa học đất SOILCHEM (Erik Eriksson & cộng sự)

ư Mô hình lan truyền nước chua LANDTRU (Tô Văn Trường & cộng sự)

Mỗi mô hình đều phải tuân thủ đầu vμo tương thích, điều kiện biên thích hợp cũng như các yêu cầu khác để phát huy tối đa hiệu lực mô hình

Hình 21.1: Sơ đồ nghiên cứu tổng quát đề tμi

d.d đấtỈNước thổ nhưỡng-ỈNước ruộng-Ỉnước mương-ỈNước kênh-ỈNước sông

Hình 21.3: Sơ đồ nghiên cứu sự lan truyền phèn theo dòng chảy

Quá trình tác động

Dòng chảy mặt ruộng

Mưa

Dòng chảy qua phẫu diện đất

Dòng chảy nước chua trong ruộng

Dòng chảy nước chua trong kênh

Phèn hoá

Dòng chảy trong đất

Dòng chảy kênh đơn

Dòng chảy hệ thống kênh

Quá trình phèn hoá

Quá trình pha loãng Quá trình

Mao dẫn

Dòng chảy bề mặt

Dòng chảy bề mặt

21.1.2 Diễn biến, lan truyền độc chất trong đất vμ nước ở

vùng sinh thái đất phèn Đồng Tháp Mười

Môi trường đất phèn hoạt động với hμm lượng độc chất Al3+, Fe2+,

Fe3+, SO4 vμ có pH thấp với những biến động vô cùng phức tạp lμ một cản trở lớn đối với việc mở rộng sản xuất thâm canh Trong lúc đó, sự lan truyền của những ion độc nμy khi tiến hμnh rửa phèn lμ một tác nhân gây nguy hại trầm trọng đối với môi trường xung quanh, nhất lμ vùng hạ lưu

Trong việc nghiên cứu cải tạo vμ sử dụng tối ưu đất phèn cần phải xem xét cân bằng lợi ích giữa địa phương vμ toμn vùng Muốn vậy, trước hết cần phải hiểu thật sâu sắc về các quy luật diễn biến độc chất trong

đất phèn

Ba khái niệm “Biến động”, “Lan truyền” vμ “ảnh hưởng” luôn luôn

đi với nhau, không thể tách rời trong HST đất phèn Biến động một phần được sinh ra từ lan truyền, vμ lan truyền tạo ra biến động lớn vμ phức tạp, đồng thời hoặc ngay sau lan truyền lμ ảnh hưởng của chúng lên cây trồng nông nghiệp

Diễn biến độc chất trong đất phèn chịu ảnh hưởng đồng thời của nhiều yếu tố môi trường như EC, pH, địa hình, thảm thực vật, thời gian khai hoang, mức độ ngập nước, các phương pháp canh tác, cải tạo đất như bón vôi, ém phèn, rửa phèn, bón phân

Keỏt quaỷ nghieõn cửựu ủaừ cho ta caực nhaọn xeựt sau

21.1.2.1 Nhận xét chung

Trong vùng sinh thái nông nghiệp đất phèn những độc chất chủ yếu cần được quan tâm lμ Fe2+, Fe3+, Al3+, SO4 vμ H+ Cần phải đánh giá được một cách định lượng những quá trình hình thμnh, tác động vμ theo dõi các lan truyền, diễn biến của chúng trong điều kiện tự nhiên cũng như nhân tạo (lên liếp, trồng cây, lμm kênh mương) trong HSTNN vùng phèn

Fe2+

tăng dần theo chiều sâu phẫu diện do những lớp bên dưới chúng

916

đang tồn tại ở dạng phèn tiềm tμng Hμm lượng Fe cũng bị biến đổi theo mùa (mùa mưa vμ mùa khô) do hiện tượng rửa phèn

• Fe3+ trong môi trường đất nước phèn tồn tại dạng ion tự do, khi

pH môi trường <2,0, một điều kiện ít gặp trong thực tế Fe3+ có nhiều ở tầng mặt Khi đó, Fe3+ lμ một tác nhân oxy hóa cực mạnh vμ có thể oxy hóa không cần sự hiện diện của oxy:

Với Fe2+

vμ Fe3+

: FeS2+ 14 Fe3++ 8H2O ặ 15 Fe2+ + 2SO42– + 16 H+

Trong đất ngập nước, khi Redox tăng, pH tăng, Fe3+

kết tủa dưới dạng Fe(OH)3 mμu vμng cam, kết tủa vμ không độc Fe3+

ít di động vμ cũng ít độc hơn Fe2+

do chúng ở dạng phèn hoạt động Trong điều kiện ngập nước hay trong điều kiện bón vôi cố định đất phèn sẽ lμm cho Fe3+

tồn tại trong điều kiện yếm khí Trong điều kiện nμy chúng sẽ bị biến

lμ cao nhất vμ thấp nhất lμ cuối mùa lũ (đầu vụ Đông Xuân) Độ ẩm cũng ảnh hưởng nhiều đến hμm lượng Al3+

Nếu độ ẩm cao sẽ lμm cho quá trình di chuyển Al3+

từ lớp dưới lên đất mặt dễ dμng Trong điều kiện ngập nước, Al3+

ở tầng trên giảm xuống rõ nhưng ở tầng dưới lại tăng lên do hiện tượng thẩm thấu nước từ trên bề mặt xuống lớp dưới Nước mưa cũng lμ một tác nhân lμm

Al3+

từ vùng đất phèn lan truyền sang những vùng khác (hiện tượng rửa trôi phèn)

• SO42– cùng với sắt, sulphate lμ một trong hai nguyên tố tạo nên

đất phèn Sự chuyển hóa lan truyền của độc chất nμy trong đất rất phức tạp Về lý thuyết, trong điều kiện yếm khí, các vi khuẩn yếm khí sẽ khử

SO4 2- thμnh S2–tồn tại dưới dạng phèn tiềm tμng Ngược lại, trong điều kiện hiếu khí, vi khuẩn hiếu khí lại oxy hóa các hợp chất lưu huỳnh thμnh SO4

do dòng thấm giữa đất vμ nước, vμ giữa nước ngầm với nước trong kênh Ngoại trừ một lượng Fe2+

bị nhanh chóng oxy hóa trong nước mặt vμ kết tủa dưới dạng Fe(OH)3, các ion độc khác như Al3+

, SO4 2-

, Cl–

, Mg2+

, một phần còn lại của Fe2+

vμ ít Fe3+

sẽ nhanh chóng lan truyền đi trong dòng chảy của hệ thống kênh thông qua các chuyển động khuyếch tán vμ đối lưu Sự liên hệ giữa chất lượng nước mặt vμ nước ngầm ở vùng sinh thái

đất phèn rất dễ nhận thấy Những ion độc khi bị rửa trôi vμo kênh sẽ lμm ảnh hưởng đến môi trường thủy sinh, chất lượng nước tưới cho các vùng lân cận đến sức khỏe cộng đồng vμ có khả năng lμm hại các công trình tiếp xúc với nước

Lượng axit phóng thích từ đất phèn bị oxy hóa tùy thuộc nhiều vμo TAA (Total Actual Acidity– tổng axit hiện tại) có nghĩa lμ không chỉ phụ thuộc vμo lượng pyrite sẵn có trong đất mμ còn phụ thuộc nhiều hơn vμo tốc độ bị oxy hóa của pyrite Nếu không có những điều kiện kết hợp, một loại đất phèn tiềm tμng, dù có hμm lượng pyrite cao có thể vẫn tiếp tục vô hại hoặc ít hại nếu chúng ta giữ đất phèn nμy luôn ở trong điều kiện ngập nước

21.2.2.3 Biến động lan tỏa vμ ảnh hưởng của quá trình

rửa phèn

Rửa phèn trong đất cũng ảnh hưởng đến HST nông nghiệp vμ cây trồng (đặc biệt lμ lúa) Việc sử dụng nước ngọt để rửa các ion độc có trong đất phèn kết hợp với bón phân thì lượng độc tố sau một vụ giảm nhiều, lúa có thể sinh trưởng vμ phát triển bình thường trong điều kiện nμy Trong đất phèn hoạt động, khi bị tác động bởi chế độ rửa trôi sẽ xảy

ra quá trình hòa tan, khuếch tán, kéo các ion độc ra khỏi đất theo chiều

di chuyển của nước Sự rửa nhôm trong môi trường dung dịch dễ dμng hơn, còn nhôm ở bề mặt keo đất do liên kết chặt chẽ nên rất khó rửa Thμnh phần Fe3+, tổng sắt khi thực hiện rửa đơn thuần sẽ biến đổi nhanh vμ tác động mạnh tới các thμnh phần sulphur có trong dung dịch Khi bị ngập nước thường xuyên, Fe2+ cμng tăng, gặp oxy chuyển thμnh

918

Fe dễ kết tủa Tuy nhiên, trong quá trình rửa phèn chúng ta phải hết sức lưu ý tránh vấn đề phát tán ô nhiễm phèn vμo các nguồn nước ngọt khác Sau khi rửa xong chúng ta phải tìm cách cố định phèn lại để tránh hiện tượng sủi phèn (chuyển phèn tiềm tμng thμnh phèn hoạt tính) gây nguy hại cho hệ sinh thái

21.2 KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CệÙU XAÂY DệẽNG MOÂ HèNH TOAÙN (LANDTRU) MOÂ PHOÛNG QUAÙ TRèNH LAN TRUYEÀN ẹOÄC CHAÁT TRONG MOÂI TRệễỉNG ẹAÁT NệễÙC ẹOÀNG THAÙP MệễỉI 21.2.1 Cơ sở lý thuyết của mô hình toán đất phèn

Mô hình MASS:

Trong phần nμy, giới thiệu cấu trúc của một mô hình toán được phát triển trong khuôn khổ của Dự án Quản lý đất chua phèn (Management of Acid Sulphate Soil – MASS) của ủy ban quốc tế sông

Mê Công do Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam vμ Đại học Uppsala (Thụy Điển) thực hiện mμ tác giả luận án nμy lμ Điều phối viên dự án (Project Officer)

Mô hình được xây dựng để mô tả vận chuyển nước vμ chất hòa tan trong đất bao gồm hai module chính: module vật lý đất mô tả sự chuyển vận của nước (SOILWA) vμ module hóa đất mô tả chất hòa tan vμ trao

đổi chất (SOILCHEM) Các module trong đất sẽ có sự trao đổi vμ tương tác với các module kênh Hình 21.4 trình bμy sơ đồ về quan hệ vμ tương tác giữa các module với nhau Hiện nay đối với mô hình đất thì việc liên kết giữa lý hóa chưa được nối thμnh một chương trình mμ chỉ sử dụng các đầu ra (output) của mô hình lý đất như dòng chảy, độ ẩm, mực nước ngầm lμ số liệu đầu vμo (input) của module hóa đất

Đóng góp quan trọng của tác giả luận án nμy lμ xây dựng mô hình lan truyền chất trong kênh (LANDTRU), còn gọi lμ các module lý hóa kênh Module nμy sử dụng các thông số kết xuất từ các mô hình lý – hóa

đất để tính toán sự lan truyền chất trong kênh Nhờ đó, lần đầu tiên một mô hình toán tương đối hoμn chỉnh cho phép nghiên cứu các vấn đề liên quan đến cải tạo vμ sử dụng đất phèn đã ra đời Mô hình lan truyền nμy đã được công bố trong tạp chí khoa học quốc tế ở Hμ Lan (Journal of Hydrology) số 180 trang 361 – 37, năm 1996

919

a Mô hình vật lý đất (SOILWA module)

Hình 21.4 Mô hình trao đổi lý hóa giữa đất vμ kênh

Mô hình vật lý đất SOILWA của N.D Phong & Erik Eiksson được thiết lập trong khuôn khổ dự án MASS Mô hình mô tả sự cân bằng vμ chuyển vận của nước đi qua hai đới: không bão hòa vμ bão hòa, trong cả hai đới nμy có sự tương tác lẫn nhau qua sự trao đổi dòng chảy Ngoμi

ra, cả hai đới nμy còn có sự trao đổi với đới không khí (bốc thoát hơi vμ tưới) vμ mực nước kênh

đơn vị thời gian (cm3

/cm3

/ phút)

920

K: độ dẫn thủy lực hay hệ số thấm (cm/phút)

h: thế hút nước của đất (cm)

Các giá trị K, θ, S lμ hμm số của h trong đó ta có:

• Hμm tương quan giữa hệ số thấm vμ độ ẩm:

Trong đó: Se: hệ số trữ nước của đất

θ: độ ẩm của đất tại tầng đang xét (%)

θr: độ ẩm dư của đất (%)

θs: độ ẩm bão hòa của đất (%) Các thông số bo, b1, vμ ao, a1 được xác định từ việc lập các hμm tương quan k(θ) vμ h(θ) trong thí nghiệm các mẫu đất

• Tốc độ hút nước của rễ liên quan đến bốc thoát hơi của đất:

Smax =(ETP – EP)/Left (21.5) S(h) = Smax khi h2 < h <h1

) (

) ( )

(

3 2

3 max

h h

h h S h S

EP (cm): bốc hơi tiềm thế của đất dưới lớp phủ cây trồng theo Ritchie (1972)

Left: chiều sâu hữu hiệu của vùng rễ, thông thường Left = 30 cm cho phần lớn loại cây nông nghiệp

h: thế áp lực giữ nước của đất (cm)

h1: thế áp lực tại điểm bão hòa

h2: thế áp lực tại điểm giới hạn sự phát triển của cây trồng 1000cm < h2 < 500cm

921

h3: thÕ ¸p lùc t¹i ®iÓm hÐo c©y 2000cm < h2 < 15000cm

L−îng n−íc ch¶y tõ tÇng chøa n−íc vμo kªnh ®−îc tÝnh tõ c«ng thøc thùc nghiÖm cña Ernt(1962)

S(ngµy –1)

b Mô hình hóa học đất (SOILCHEM module)

Mô hình hóa học đất SOILCHEM cũng được thiết lập bởi GS Viện

sĩ Erik Eriksson vμ cộng sự trong khuôn khổ dự án MASS từ năm 1991 Qua nhiều giai đoạn, mô hình nμy đã được cải thiện vμ có khả năng tính toán cho nhiều trường hợp khác nhau

ư Thμnh phần qua vĩ mô tạo ra quá trình trao đổi chất do sự chênh lệch nồng độ giữa dung dịch đất tại chỗ vμ dòng chảy đến

ư Thμnh phần qua hệ vi mô tạo ra hiện tượng khuếch tán chất giữa hạt đất vμ dòng chảy đến

Quá trình trao đổi chất tùy thuộc vμo hệ số dẫn thủy lực của lớp

đất đó vμ khả năng dịch chuyển nước giữa các tầng đất do quá trình tiêu thoát nước Quá trình khuếch tán tùy thuộc vμo sự chênh lệch nồng độ chất giữa dung dịch trong vi mô vμ vĩ mô, tùy thuộc vμo đặc tính cơ lý của tầng đất như hệ số khuếch tán chất, diện tích riêng bề mặt, kích thước hạt, Dòng chảy sau khi ra khỏi lớp tính toán sẽ có nồng độ lμ

Hình 21.6 Sơ đồ hóa sự vận chuyển của chất hòa tan

trong một lớp đất bão hòa

Các phương trình:

Giả thiết rằng trong loại đất phèn ở vùng Tân Thạnh, khoáng Jurbanite lμ khoáng chính yếu chi phối mọi phản ứng cân bằng trong dung dịch: trong phản ứng cân bằng nμy có ba thμnh phần quan trọng tham gia vμo quá trình trao đổi: ion nhôm (Al3+

), sulphate (SO42–) vμ hydrogen (H+

)

Phương trình tính toán nồng độ trao đổi giữa khoảng trống vĩ mô

vμ vi mô khi có dòng đối lưu:

( ) ( j Ci j Co j

Trong đó:

Co(j), Co(j – 1): nồng độ chất trong macropore ở lớp sau vμ trước

Ci(j): nồng độ chất trong micropore ở lớp sau

α = fd/fa

Khoaỷng troỏng

vú moõ Khueỏch taựn Khoaỷng troỏng vi moõ

Doứng ủoỏi lửu vaứo Doứng Bypass

Doứng ủoỏi lửu ra

Lửụùng tieõu thoaựt

vú moõ Khueỏch taựn Khoaỷng troỏng vi moõ

Doứng ủoỏi lửu vaứo Doứng Bypass

Doứng ủoỏi lửu ra

Lửụùng tieõu thoaựt

do cheõnh leọch

doứng ủửựng

α

1 ư α