bai tap phan tich he thong quan ly moi truong

Các hệ thống Các hệ thống thực tế và nhận thức: HT sản xuất công nghiệp khu công nghiệp; HT đô thị và HT sản xuất nông nghiệp trồng trọt và chăn nuôi  Quan điểm Đối tượng hệ thống sản

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

BỘ MÔN QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG & TNTN

-/  / -

Bài tập

NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

Sinh viên thực hiện

VŨ HỒNG NGỌC MSSV: M2915024

Giảng viên hướng dẫn NGUYỄN HIẾU TRUNG

Bài tập 1: Phân tích các HTMT trong hình dưới đây

(“thực tế”  “nhận thức”)

Thảo luận:

1 Các hệ thống

Các hệ thống (thực tế và nhận thức): HT sản xuất công nghiệp (khu công nghiệp); HT

đô thị và HT sản xuất nông nghiệp (trồng trọt và chăn nuôi)

 Quan điểm

Đối tượng hệ thống sản xuất nông nghiệp

Quan điểm NC hay

khía cạnh xem xét

Lực lượng lao động Hoạt động sản xuất Chất thải

Thành phần cấu

trúc

Hộ gia đình Nông trại, vườn

cây, ruộng lúa Thành phần, nồng độ chất thải

trồng vật nuôi

Tăng, giảm lượng chất thải

Luồn tín hiệu Trình độ, kỹ thuật

sản xuất

Giống, sản lượng Chất lượng nước,

mùi, màu,

Đối tượng hệ thống sản xuất công nghiệp

Quan điểm NC hay

khía cạnh xem xét

Lực lượng lao động Hoạt động kinh tế Chất thải

Thành phần cấu

trúc Phòng, ban, các bộ phận chuyên môn

Nhà máy, khu chế biến, đường giao thông

Thành phần, nồng

độ chất thải

Động thái Tăng, giảm số

lượng công nhân viên

Sự phát triển quy

mô, đa dạng sản phẩm,

Tăng, giảm lượng chất thải

Luồn tín hiệu Trình độ, số lượng

lao động Doanh thu, chi phí Chất lượng nước, mùi, màu,

Đối tượng hệ thống đô thị

Quan điểm NC hay

khía cạnh xem xét Cơ sở hạ tầng

Hoạt động kinh tế Chất thải

Thành phần cấu

trúc

Nhà, chợ, đường giao thông, cầu, cống

Dịch vụ, du lịch, thương mại,

Thành phần, nồng

độ chất thải Động thái Sự phát triển và

biến đổi bố cục, công trình kiến trúc,

Sự phát triển quy

mô, đa dạng sản phẩm,

Tăng, giảm lượng chất thải

Luồn tín hiệu Tính hiện đại, tiện

nghi

Khách du lịch, thu nhập đầu người

Chất lượng nước, mùi, màu,

 Đối tượng quan sát: vùng sản xuất nông nghiệp (trồng trọt và chăn nuôi), khu công

nghiệp và khu đô thị

 Mô hình hệ thống mở có giao tiếp với môi trường bên ngoài

 Ranh giới (cụ thể, trừu tượng)

2 Vận hành bên trong các hệ thống, đầu vào đầu ra của các phần tử (phân rã hệ thống)

HT sản xuất nông nghiệp

HT sản xuất công nghiệp:

Đầu vào: hạt

giống, nước, phân

bón Cây trồng, vật nuôi

Đầu ra: nông sản, chất thải

Đầu vào: nông sản Sản xuất, chế biến hàng hóa tiêu dùng, chất thảiĐầu ra: Sản phẩm

HT đô thị

3 Quan hệ giữa phần tử trong hệ thống (kinh tế, kỹ thuật, xã hội)

Giữa các phần tử của đối tượng vùng sản xuất nông nghiệp có sự liên lạc, nối kết hay trao đổi thông qua các luồng thông tin - tín hiệu: Trình độ, kỹ thuật sản xuất; Giống, sản lượng; Chất lượng nước, mùi, màu,

Giữa các phần tử của đối tượng khu công nghiệp có sự liên lạc, nối kết hay trao đổi thông qua các luồng thông tin - tín hiệu: Trình độ, số lượng lao động; Doanh thu, chi phí; Chất lượng nước, mùi, màu,

Giữa các phần tử của đối tượng khu đô thị có sự liên lạc, nối kết hay trao đổi thông qua các luồng thông tin - tín hiệu: Tính hiện đại, tiện nghi của cơ sở hạ tầng; Khách du lịch, thu nhập đầu người; Chất lượng nước, mùi, màu,

4 Động thái: Thay đổi theo không gian và thời gian

Trong quá trình phát triển theo thời gian các đối tượng có biểu hiện sự vận động, biến đổi theo thời gian và hoạt động của các đối tượng luôn có mục đích nâng cao mức sống và phát

triển kinh tế

Đầu vào: thức ăn,

sản phẩm tiêu

dùng

ăn uống, sinh hoạt hằng ngày Đầu ra: chất thải

Bài tập 2: Thực hành phân tích vấn đề

(Mô hình tương quan dao động)

Vấn đề:

Một thành phố có hệ thống cấp thoát nước đô thị đang bị quá tải do sự gia tăng dân số và phát triển kinh tế xã hội Để cải thiện vấn đề này, các nhà quản lý cần biết được Lượng nước thải phát sinh (Q) và Tải lượng nước thải (COD) sẽ như thế nào trong tương lai để làm cơ sở lựa chọn giải pháp

Thông tin:

- Dân số hiện nay (P(t)): 150.000 dân

- Tốc độ gia tăng dân số (BR-DR): 0.075 %/năm

- Nhu cầu sử dụng nước (WD): 130 lít/người/ngày (0.013 m3/người/ngày)

- Đặc trưng nước thải có (C(t)): COD = 250 mg/l

Công thức tính toán:

 Tính dân số: P(t+∆t) = P(t) + ∆t*(BR-DR)*P(t)

Trong đó:

- t : năm hiện tại;

- ∆t : số năm tính toán (đề bài tính dân số hàng năm nên ∆t =1) ;

- BR: số lượng sinh;

- DB: số lượng tử;

Với (BR-DR): 0.075 %/năm

→ Dân số = dân số hiện tại + (tốc độ gia tăng dân số * dân số hiện tại)

 Lượng nước thải: Q(t) = P(t) * WD(t)

 Tải lượng ô nhiễm COD: COD load = C(t) * q(t) * k

Trong đó:

- t: năm tính toán;

- C(t): nồng độ COD của nước thải ở năm tính toán;

- q(t): lượng nước thải ở năm tính toán;

- k: hệ số chuyển đổi giữa lưu lượng nước thải và hàm lượng COD (giả sử bằng 1)

Yêu cầu:

1 Xác định lượng nước thải Q (m3) và tải lượng COD (kg) sinh ra hằng năm (từ 2015 – 2030)

2 Đến năm 2020, nhu cầu sử dụng nước giảm còn 90 lít/người/ngày và nước thải có

nồng độ COD = 200 mg/l Xác định lượng nước thải Q (m3) và tải lượng COD (kg)

sinh ra hằng năm (từ 2015 – 2030)

1 Phân tích bằng công cụ Excel

Bước 1: mở bảng tính Excel và nhập các giá trị được cho

Bước 2: nhập các công thức tính cho các đối tượng

 Dân số: đánh công thức cho ô B10

thức trên cho các ô giá trị bên dưới

 Lưu lượng nước thải: đánh công thức cho

ô C9 =(B9*$B$3/1000)*365 Sao chép công thức trên cho các ô giá trị bên dưới

 Tải lượng COD: Lưu lượng nước thải: đánh công thức cho ô D9 =C9*$B$4/1000 Sao

chép công thức trên cho các ô giá trị bên dưới

Bước 3: Nhập số liệu tính toán cho câu 2

Từ 2015 – 2020 nhu cầu sử dụng nước giảm mỗi năm 8 lít/người/ngày Từ 2020 – 2030 nhu cầu sử dụng nước là 90 lít/người/ngày

Từ 2015 – 2020 nồng độ COD giảm mỗi năm 10 mg/l Từ 2020 – 2030 nồng độ COD = 200 mg/l

Bước 4: Thực hiện tính toán tương tự cho câu 2

 Lưu lượng nước thải: đánh công thức cho ô G9 =(B9*E9/1000)*365 Sao chép công

thức trên cho các ô giá trị bên dưới

 Tải lượng COD: Lưu lượng nước thải: đánh công thức cho ô H9 =G9*F9/1000 Sao

chép công thức trên cho các ô giá trị bên dưới

Bước 5: Vẽ đồ thị biểu diễn cho các giá trị WD và COD Chọn Insert/ 2-D Line/ Line xuất

hiện một đồ thị như hình

 Đưa chuộc phải vào đồ thị chọn Select data

 Hộp thoại Select data souce xuất hiện Chọn vùng giá trị cho Chart data range Trong mục Legend entries (Series) xóa bỏ các trường không cần thiết Chọn Ok

Bước 6: Chọn Change Chart Type trên thanh công cụ, hộp thoại Change Chart Type xuất

hiện Chọn mục combo, thay đổi Chart Type của tất cả data thành Line và chọn Secondary Axis cho 2 data tải lượng COD

 Thêm Legend cho biểu đồ

Excel – kết quả

2 Phân tích bằng công cụ VENSIM

Bước 1: Mở phần mềm Vensim Vẽ sơ đồ các biến và mối quan hệ như hình

- Dân số: stock - vì dân số thay đổi theo thời gian = dân số hiện tại +/- lượng dân số biến động

- Lượng dân số biến động là Flow – vì lượng này sẽ +/- cho Dân số

- Lưu lượng nước thải, tải lượng COD là variables (biến)

Bước 2: Gán giá trị cho các biến:

 Tỉ lệ gia tăng ds có Type là Constant; Unit là 1 (do biến này không có đơn vị);

Equations 0.075

 Biến động dân số có Type là “Auxiliary”; Unit là “nguoi”; Equations “dan so*ti le

tang ds”

 Dân số có Type là “Level”; Unit là “nguoi”; Equations = integ “bien dong ds”; Initial

value “150000”

 Biến Nhu cau ds nuoc 1 có Type là “Auxiliary”, sub-Type “with Lookup”, chọn As

Graph để hiển thị bảng Graph Lookup sau đó nhập dữ liệu tương ứng ; Unit là

“m3/nguoi”; Equations = with lookup “time”

 Biến Nhu cau ds nuoc 2 có Type là “Auxiliary”, sub-Type “with Lookup”, chọn As

Graph để hiển thị bảng Graph Lookup sau đó nhập dữ liệu tương ứng ; Unit là

“m3/nguoi”; Equations = with lookup “time”

 Biến Luu luong nuoc thai có Type là “Auxiliary”, sub-Type “nomal”; Unit là “m3”;

Equations “IF THEN ELSE(KB=2, Nhu cau su dung nuoc 2 , Nhu cau sd nuoc 1 )*Dan so*365”

 Biến Kịch bản (KB) có Type là “Costant”, sub-Type “nomal”; Unit là “1”; Equations

“2”; Comment “1: kịch bản không tiết kiệm (0.13 m3); 2: kịch bản tiết kiệm nước (năm

2020 sử dụng 0.09 m3)”

 Biến Nong do COD có có Type là “Costant”, sub-Type “nomal”; Unit là “kg/m3”;

Equations “0.25”

 Biến Nong do COD 2 có Type là “Auxiliary”, sub-Type “with lookup”, chọn As

Graph để hiển thị bảng Graph Lookup sau đó nhập dữ liệu tương ứng ; Unit là “kg/m3”; Equations = with lookup “time”

 Biến Tai luong COD có Type là “Auxiliary”, sub-Type “nomal”; Unit là “kg”;

Equations “IF THEN ELSE(KB=1, Nong do COD , nong do COD 2)*Luu luong nuoc thai”

Bước 3: chạy chương trình Đặc tên cho kịch bản vào ô Simulation results file mane rồi chọn

biểu tượng Simulate

 Vào Edit: KB thay đổi giá trị Equations “1” rồi chạy kịch bản 1 tương tự

Bước 4: Trên thanh công cụ chọn biểu tượng IQ Object, trong hộp thoại chọn Output

Workbench tool/ Auxiliary/ Tai luong COD Mục Custom Graph or Analysis Tool for Output chọn Graph để hiển thị biểu đồ thể hiện tải lượng COD qua các năm theo 2 kịch bản

Tương tự đối với lưu lượng nước thải ta có kết quả:

Bài tập 3: phương pháp quy hoạch tuyến tính

Một nông dân có A ha đất để canh tác, ông ta dự định trồng khoai tây và lúa Ông ta cũng có một số giới hạn phân bón chuẩn bị sẵn là F và một số tiền vốn P để canh tác Chi phí tương ứng cho hai loại cây trông trên là (F1, P1) cho khoai tây và (F2, P2) cho lúa

Giả sử thu hoạch quy ra tiền cho mỗi ha khoai tây là S1, cho mỗi ha lúa là S2 Nếu dành để trồng khoai tây x1 ha và lúa x2 ha Giải bài tóan cho diện tích canh tác khoai và lúa cao cho đạt thu nhập cao nhất với diện tích, phân bón và nguồn vốn sẵn có

Giải bài toán QHTT bằng Solver trên Excel Giả sử

Người nông dân có diện tích đất canh tác A= 6 ha

Lượng phân bón chuẩn bị sẵn là F = 8 kg Số tiền vốn P = 10 triệu Lượng phân bón và chi phí cần thiết cho khoai tây F1 = 1kg/ha, P1 = 2 triệu/ha; Lượng phân bón và chi phí cần thiết cho lúa là F2 = 2 kg/ha, P2 = 1 triệu/ha Lợi nhuận khi trồng khoai tây S1 = 3 triệu/ha và lúa

là S2 = 2 triệu/ha

Bài toán chọn số ha trồng khai tây và trồng lúa là bài toán QHTT có:

Hàm mục tiêu cực đại: f(x) = 3* x 1 + 2* x 2 => max

Các ràng buộc

x 1 + x 2 ≤ 6 (1) (giới hạn đất trồng)

x 1 + 2* x 2 ≤ 8 (2) (giới hạn phân bón)

2* x 1 + x 2 ≤ 10 (3) (giới hạn tiền vốn canh tác)

x 1 ≥ 0 ; x 2 ≥ 0 (giá trị không âm)

Bước 1: Tổ chức dữ liệu trên bảng tính

Bước 2: Chọn ô chứa hàm mục tiêu (D5) và chọn Data/Solver Hộp thoại Solver Parameters

xuất hiện

Bước 3: Khai báo các thông số cho Solver

Set Objective: Nhập ô chứa địa chỉ tuyệt đối của hàm mục tiêu ($D$5)

To: Xác định giá trị cần đạt đến của hàm mục tiêu trong trường hợp này là “Max”

By Changing Variable Cells: Nhập địa chỉ tuyệt đối của các ô ghi các giá trị ban đầu của

biến ($B$4:$C$4)

Subject to the Constraints: Nhập các ràng buộc của bài toán Nhấp nút Add, bảng Add

Constraint xuất hiện và thêm các ràng buộc

- Cell Reference: Ô hoặc vùng ô chứa công thức của các ràng buộc

- Ô dấu: Cho phép ta lựa chọn dấu của các ràng buộc tương ứng

- Constraint: Ô chứa giá trị vế phải của các ràng buộc tương ứng

Bước 4: Sau khi hoàn tất ta chọn Solve để chạy Solver, hộp thoại kết quả xuất hiện và chọn kiểu báo cáo Keep Solver Solution (Giữ kết quả và in ra bảng tính) Chọn OK

Kết quả của bài toán được thể hiện ở hình bên dưới

Kết luận: phương án tìm được là x1 = 4; x2 = 2 và giá trị cực đại của hàm mục tiêu f(x) =

16

Lưu ý: Để kích hoạt Solver ta thực hiện các thao tác như trong hình