Độc học môi trường part 6

Chia sẻ: Afsjkja Sahfhgk | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:110

Thêm vào BST

Báo xấu

90
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong đó: CSO4: là nồng độ của sulphate trong các khoảng vi mô (micropore space). Đối với hàm lượng chất trong pha dung dịch ta dùng các tham số: mAl, mCa, mMg, mFe, mK, mS04, mCl , mNa. Điều kiện trung hòa điện tích trong pha dung dịch cho ta phương trình: mAl + mCa + mMg + mFe + mK = mNa = mS04 + mCl (20.31) Một điều kiện khác được rút ra từ giả thuyết là sự hiện diện của kaolinite và silica vô định hình

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Độc học môi trường part 6

E2 / 3 C2 / 3 = SAlCa * Al Al ECa CCa E2 / 3 C2 / 3 = SAlFe * Al Al EFe CFe E1 / 3 C1 / 3 = SAlK * Al Al EK CK E1 / 3 C1 / 3 = SAlCa * Al Al ENa CNa E2 / 3 C2 / 3 = SAlMg * Al Al EMg CMg Theo nhieàu keát quaû thí nghieäm treân ñaát pheøn trong khu vöïc keát luaän laø söï tích tuï cuûa sulphate laø söï haáp thuï beà maët ñôn nguyeân töû vaø tuaân theo phöông trình haáp phuï cuûa Langmuir: CSO4 (20.30) ESO4 = A max * b * (1 + b + C 4 ) SO Trong ñoù: CSO4: laø noàng ñoä cuûa sulphate trong caùc khoaûng vi moâ (micropore space). Ñoái vôùi haøm löôïng chaát trong pha dung dòch ta duøng caùc tham soá: mAl, mCa, mMg, mFe, mK, mS04, mCl , mNa. Ñieàu kieän trung hoøa ñieän tích trong pha dung dòch cho ta phöông trình: mAl + mCa + mMg + mFe + mK = mNa = mS04 + mCl (20.31) Moät ñieàu kieän khaùc ñöôïc ruùt ra töø giaû thuyeát laø söï hieän dieän cuûa kaolinite vaø silica voâ ñònh hình ñeå tính noàng ñoä cuûa ion hydrogen trong khoaûng troáng vi moâ: 1/ 3 LOG ( Al ) pH = 2.3 − 10 * (20.32) 3.000 884
Ñaët: X = C 1 / 3 , vôùi CAl laø noàng ñoä cuûa nhoâm trong khoaûng vi moâ. Al phöông trình (20.31) ñöôïc vieát laïi nhö sau: ECa E ( 20.33) X 3 + X 2 * SAlCa * + X * SAlNa * Na − CSO4 − CCl + CH = 0 EAl EAl Giaûi phöông trình baäc ba naøy (20.33) ta ñöôïc trò soá cuûa CAl, töø ñoù tính ra caùc noàng ñoä coøn laïi. Ñoái vôùi söï caân baèng khoái löôïng, vì theå tích cuûa vó moâ nhoû hôn theå tích cuûa vi moâ, söï caân baèng khoái löôïng chuû yeáu xeùt cho vuøng vi moâ chính laø toång soá chaát haáp phuï hoaëc khöû haáp phuï vaø chaát hoøa tan. b. Ñieàu kieän ban ñaàu vaø ñieàu kieän bieân: i. Ñieàu kieän ban ñaàu: Noàng ñoä caùc chaát trong caùc lôùp tính toaùn: C(z,t = 0) = C0(z) ii. Ñieàu kieän bieân: Trong tröôøng hôïp coù lôùp nöôùc maët ruoäng: Bieân treân: chaát löôïng lôùp ñaát maët C(z = 0,t) = CS(t) Bieân döôùi: chaát löôïng nöôùc keânh trao ñoåi vôùi nöôùc ngaàm C(z = L,t) = Cc(t) c. Phöông phaùp tính: Trong moâ hình SOCHEM aùp duïng phöông phaùp sai phaân hieän ñeå tính noàng ñoä cuûa caùc chaát ôû moãi lôùp, vôùi böôùc thôøi gian chia laø moät ngaøy vaø chieàu saâu tính toaùn laø 120 cm, chieàu daøy moãi lôùp laø 10 cm. Caùc soá lieäu input cuûa moâ hình SOCHEM ñöôïc laáy töø keát quaû cuûa moâ hình SOILWA. 885
20.3. MOÂ HÌNH MOÂ PHOÛNG ÑAÁT PHEØN (SMASS) Ñ ieàu kieän bieân - T haøn h phaàn hoaù hoïc cuûa nöôùc töôùi Ñ ieàu kieän bieân vaø möa - Boác thoaùt hôi tieàm taøn g - T haøn h phaàn hoaù hoïc cuûa nöôùc ngaàm - N öôùc ngaàm - T haøn h phaàn hoaù hoïc cuûa nöôùc keân h - M öa/töôùi - M öïc nöôùc trong keân h M OÂ HÌNH CHUYEÅN VAÄN NÖÔÙC (SWAP) T raéc dieän aåm - S MASS T hoân g löôïn g nöôùc T raéc dieän khoân g - M OÂ HÌNH CHUYEÅN VAÄN DUNG DÒCH M OÂ HÌNH CHUYEÅN VAÄN OXY (TRANSOL) VAØ OXY HOÙA PYRITE S aûn phaåm Fe2+ - T hoân g löôïn g dung dòch S aûn phaåm SO 42- - S aûn phaåm H + - M OÂ HÌNH HOÙA HOÏC (EPIDIM) - N oàn g ñoä dung dòch ñaát - L öôïn g haáp phuï N oàn g ñoä dung dòch - N oàng ñoä dung dòch L öôïn g pyrite coøn laïiï trong nöôùc trao ñoåi vôùi - Löôïn g keát tuûa trong nöôùc trao ñoåi vôùi n öôùc ngaàm - Theá oxy hoaù khöû keân h tieâu Caáu truùc cuûa SMASS: moâ hình moâ phoûng ñaát pheøn Moâ hình moâ phoûng ñaát pheøn baèng maùy tính bao goàm moät soá moâ hình phuï lieân keát vôùi nhau, trong ñoù nhöõng tieán trình vaät lyù vaø hoaù hoïc xaûy ra trong ñaát pheøn ñöôïc moâ taû baèng nhöõng phöông trình toaùn hoïc. Ñeå giaûi nhöõng phöông trình naøy, phaãu dieän ñaát ñöôïc chia ra thaønh nhöõng lôùp coù kích thöôùc khaùc nhau. Nhöõng ñieàu kieän hoùa–lyù ban ñaàu trong moãi lôùp phaûi ñöôïc khai baùo trong phaàn nhaäp lieäu. Ñoái vôùi moät chu trình moâ phoûng hoaøn chænh, caùc giaù trò ñieàu kieän bieân cuõng caàn ñöôïc nhaäp vaøo . Caùc ñieàu kieän lyù–hoùa trong moãi lôùp, cuøng vôùi caùc thoâng soá veà löôïng nöôùc vaø dung dòch ñaát ôû bieân cuûa heä thoáng ñöôïc tính toaùn cho töøng ngaøy. 886
Trình töï tính toaùn nhöõng tieán trình vaät lyù vaø hoùa hoïc dieãn ra trong ñaát pheøn vaø ñöôïc moâ phoûng bôûi moâ hình SMASS: Tröôùc tieân, moâ hình SWAP tính toaùn löôïng nöôùc chuyeån vaän thaúng ñöùng vaø naèm ngang, töø ñoù thu ñöôïc thoâng soá löôïng nöôùc vaø traéc dieän aåm cuûa ñaát. Haøm löôïng khoâng khí trong ñaát seõ ñöôïc suy ra döïa theo ñoä aåm ñaát. Töø haøm löôïng khoâng khí, moâ hình tính toaùn vaän chuyeån oxy vaø oxy hoùa pyrite seõ tính toaùn heä soá khueách taùn oxy trong caùc khe roãng thoaùng khí. Löôïng oxy tieâu thuï trong ñaát seõ ñöôïc tính toaùn töø haøm löôïng pyrite vaø höõu cô coù trong ñaát. Töø ñoù traéc dieän oxy trong ñaát ñöôïc tính toaùn. Toác ñoä oxy hoùa pyrite ôû moãi ñoä saâu ñaát seõ ñöôïc xaùc ñònh döïa vaøo noàng ñoä oxy taïi choã. Töø ñoù löôïng H+, SO42– vaø Fe3+ sinh ra töø phaûn öùng oxy hoùa pyrite seõ ñöôïc tính toaùn. Löôïng pyrite coøn laïi sau böôùc tính toaùn naøy seõ ñöôïc duøng laøm giaù trò ban ñaàu cho böôùc thôøi gian tieáp theo. Moâ hình chuyeån vaän dung dòch ñaát seõ ñöôïc duøng tieáp theo ñeå tính toaùn thoâng löôïng dung dòch xaûy ra theo phöông thaúng ñöùng vaø naèm ngang döïa vaøo thoâng löôïng nöôùc ñaõ ñöôïc tính toaùn trong böôùc 1. Trong moâ hình hoaù hoïc, nhöõng ñaïi löôïng ñöôïc sinh ra hoaëc bò tieâu thuï trong nhöõng quaù trình khoâng caân baèng (chaúng haïn nhö keát tuûa hoaëc hoøa tan) seõ ñöôïc tính toaùn. Sau ñoù toång haøm löôïng cuûa caùc chaát hoùa hoïc trong dung dòch ñaát ñöôïc tính toaùn cho töøng lôùp ñaát khi xeùt ñeán quaù trình trao ñoåi giöõa caùc lôùp vaø vôùi bieân ngoaøi (keânh hay nöôùc ngaàm). Töø nhöõng phaûn öùng taïi choã vaø trao ñoåi giöõa caùc lôùp, coù theå tính toaùn ñöôïc haøm löôïng caân baèng, trong dung dòch ñaát, thaønh phaàn cuûa phöùc hôïp trao ñoåi cuõng nhö löôïng khoaùng ñöôïc sinh ra hay keát tuûa trong böôùc thôøi gian tính toaùn. Böôùc thôøi gian tính toaùn ñöôïc choïn laø giôø, trong khi keát quaû ñöôïc xuaát ra cho töøng ngaøy. Vieäc moâ phoûng ñöôïc tieán haønh cho moät thôøi kyø nhieàu naêm, töø ñoù coù theå döï baùo ñònh löôïng ñöôïc nhöõng aûnh höôûng cuûa caùc chieán löôïc caûi taïo ñaát pheøn khaùc nhau (thuûy lôïi hay hoaù hoïc) hay taùc ñoäng cuûa nhöõng giaûi phaùp coâng trình, keânh möông treân ñaát pheøn. Nhöõng thay ñoåi veà moâi tröôøng gaây ra do vieäc caûi taïo 887
vaø söû duïng ñaát pheøn cuõng coù theå laø moät muïc tieâu moâ phoûng quan troïng cuûa SMASS. Moâ hình SMASS ñaõ ñöôïc kieåm ñònh thoâng qua nhöõng thí nghieäm nghieâm tuùc nhieàu naêm treân thöïc ñòa taïi Indonesia trong nhöõng naêm cuoái cuûa thaäp nieân 90 theá kyû XX vaø ñaõ môû ra nhöõng khaû naêng aùp duïng roäng raõi trong thöïc teá. 20.4. MOÂ HÌNH MOÂ PHOÛNG SÖÏ LAN TRUYEÀN NÖÔÙC CHUA PHEØN TRONG KEÂNH Töø naêm 1994, Toâ Vaên Tröôøng vaø coäng söï tieán haønh nghieân cöùu giaûi quyeát baøi toaùn lan truyeàn nöôùc chua pheøn trong keânh vaø laäp moâ hình toaùn moâ phoûng söï chuyeån dòch cuûa nöôùc chua pheøn, trong ñoù tính caân baèng cuûa jurbanite ñöôïc phaùt hieän laø chieám öu theá. Quaù trình traàm tích do laéng ñoïng, keát tuûa vaø hoøa tan cuõng ñöôïc xem xeùt trong moâ hình. Nguoàn soá lieäu töø traïm thí nghieäm ñaát chua pheøn Taân Thaønh thuoäc Ñoàng Thaùp Möôøi (ÑTM) Vieät Nam, ñöôïc duøng ñeå öùng duïng nghieân cöùu ñieån hình. ÔÛ Ñoàng baèng soâng Cöûu Long vaán ñeà nöôùc soâng keânh nhieãm pheøn thöôøng xaûy ra vaøo thôøi kyø ñaàu muøa möa. Vaøo muøa khoâ, caùc chaát axit sinh ra trong loøng ñaát vaø xì leân maët ñaát. Khi gaëp nhöõng traän möa ñaàu muøa, nöôùc chua pheøn bò röûa troâi xuoáng doøng chaûy soâng keânh. Quaù trình sinh, lyù vaø hoùa hoïc taùc ñoäng ñeán söï vaän chuyeån chaát trong doøng chaûy soâng keânh vaø trong ñaát raát phöùc taïp. ÔÛ doøng soâng, quaù trình vaät lyù goàm söï taûi, khuyeách taùn theo caùc phöông doïc, ngang doøng chaûy vaø theo chieàu thaúng ñöùng ñoàng thôøi coù quaù trình traàm tích. Caùc bieán ñoåi hoùa hoïc bao goàm söï trao ñoåi ion, thuûy phaân, oxy hoùa– khöû, keát tuûa vaø haáp thuï. Caùc quaù trình naøy ñeàu tröïc tieáp hay giaùn tieáp chòu taùc ñoäng cuûa cheá ñoä khí töôïng thuûy vaên nhö möa, doøng chaûy maët, nhieät ñoä, boác hôi, gioù v.v.. Caùc moâ hình ñònh löôïng moãi quaù trình raát phöùc taïp. Cuõng coù moät soá moâ hình tieáp caän moâ phoûng theo phöông phaùp taát ñònh hay ngaãu nhieân. Vieäc löïa choïn moâ hình coøn tuøy thuoäc vaøo khaû naêng öùng duïng trong thöïc teá. Maëc duø coøn nhöõng khoù khaên neâu treân, raát nhieàu coâng trình nghieân cöùu phaùt trieån moâ hình 888
taát ñònh moâ phoûng chaát löôïng nöôùc soâng vì caùc moâ hình naøy khoâng chæ höõu ích nhaèm hieåu bieát quaù trình toát hôn maø coøn laø nhöõng coâng cuï höõu duïng trong vieäc quaûn lyù nöôùc. Moâ hình chaát löôïng nöôùc, ñaëc bieät laø moâ hình xaâm nhaäp maën, ñöôïc xaây döïng thaønh coâng vaø öùng duïng cho nhieàu döï aùn phaùt trieån taøi nguyeân nöôùc chaâu thoå Mekong (Nguyeãn Taát Ñaéc 1987; Huyønh Ngoïc Phieân, 1991). Moät soá moâ hình toaùn moâ phoûng nöôùc ngaàm vaø söï lan truyeàn chaát hoøa tan trong nöôùc ngaàm döïa treân caùc thöïc nghieäm nghieân cöùu caùc taàng ñaát; chaúng haïn nhö moâ hình SMASS cuûa Bronswijk vaø Groenenberg ôû Haø Lan (1993) vaø moät moâ hình cuûa Eriksson (1992). Tuy nhieân, vieäc moâ phoûng chuyeån ñoäng nöôùc axit trong keânh, ñaëc bieät söï vaän chuyeån caùc chaát ñoäc töø ñoàng ruoäng xuoáng loøng keânh, vaãn laø moät ñeà taøi môùi meû. Cô cheá vaät lyù hình thaønh nöôùc chua pheøn ñaõ ñöôïc ñeà caäp trong nhieàu nghieân cöùu (Van Breeman, 1973; Dost & Van Breeman, 1982; Dent, 1986). Veà cô baûn trong suoát muøa khoâ saûn phaåm oâxy hoùa cuûa pyrite vaø söï dòch chuyeån cuûa caùc chaát trong loøng ñaát laøm taêng löôïng axit taàng ñaát treân. Do söï phaùt trieån noâng nghieäp moät soá keânh môùi hoaëc ñeâ bao cuõng ñöôïc xaây döïng. Vaøo ñaàu muøa möa khi ñoàng ruoäng bò uùng ngaäp caùc chaát axit treân ñoàng ruoäng hoaëc töø caùc con ñeâ môùi ñaép chaûy xuoáng loøng keânh vaø lan truyeàn sang caùc nôi khaùc. Caùc quaù trình sinh lyù hoùa hoïc lieân quan ñeán nöôùc axit vaø caùc quaù trình taùc ñoäng khaùc bieán ñoåi tuøy theo tình hình cuï theå. Caùc ñaïi löôïng ñaëc tröng cuûa nöôùc axit vuøng Ñoàng Thaùp Möôøi, Vieät Nam Thoâng thöôøng giaù trò pH cuûa nöôùc ñöôïc duøng ñeå xaùc ñònh tính chaát axit cuûa nöôùc. Coù nhieàu nghieân cöùu veà hoùa ñaát vaø hoùa nöôùc chæ ra raèng trong nöôùc axit toàn taïi moái quan heä pH vaø moät soá hoùa chaát chuû yeáu nhö nhoâm (Al), saét (Fe) vaø sulphat (SO4) ñöôïc bieåu dieãn baèng ñònh luaät töông taùc khoái löôïng ñaûm baûo tính caân baèng chaát naøo ñoù (ví duï nhö jurbanite hay gibbsite). Treân cô sôû phaân tích soá lieäu hoùa hoïc ñôït ño 1985 – 1987 vuøng ÑTM, Nguyeãn Thaønh Tín (1990) keát luaän raèng pH vaø noàng ñoä Al, SO4 889
caân baèng vôùi jurbanite, Al(OH)SO4. Theo keát quûa phaân tích thoáng keâ soá lieäu thöïc nghieâm thu thaäp ñöôïc ôû traïi Taân Thaønh (ÑTM), Huyønh Ngoïc Phieân (1991) cuõng ñi ñeán keát luaän raèng coù moät moái töông quan tuyeán tính chaët cheõ giöõa pH vaø pAl (OH3) vaø pH2SO4. Moät moái töông quan tuyeán tính giöõa pH, Al vaø SO4 cuõng ñöôïc Raiswell cuøng caùc ñoàng nghieäp (1980) vaø Eriksson (1992) phaùt hieän. Tuy nhieân, caàn löu yù raèng caùc phaân tích hoài quy cuûa caùc moái lieân quan bao goàm caùc saûn phaåm hoaït tính ion cuõng caàn ñöôïc nghieân cöùu saâu hôn. Qua thí nghieäm coù theå laáy caân baèng jurbanite ñeå moâ phoûng tình traïng chua pheøn. pH = pSu + pAl + d ( pH = − log10 H ) (20.34) trong ñoù d laø haèng soá cho tröôùc vaø noàng ñoä thöïc cuûa nhoâm, sulphate vaø ion hydro taïi ñieåm baát kyø (x,y,z,t) ñöôïc bieåu dieãn töông öùng bôûi Al, Su vaø H. Heä phöông trình doøng 3 chieàu (3D) Söï baûo toaøn khoái löôïng cuûa nhoâm, sulphate vaø hydro trong heä 3D cho heä phöông trình (boû qua söï khuyeách taùn do chuyeån ñoäng phaân töû vaø nhieãu ñoäng trong nöôùc): ) ( ⎛ dCi ⎞ q s ⎜ dt ⎟ = − ( q + Qs + Qr ) Ci + qCi + QsCi − Pi − Di (20.35) ⎝ ⎠ trong ñoù Ci (i=1,2,3) töông öùng vôùi Al, Su vaø H; Pi (i=1,2,3) töông öùng laø löôïng Al, Su vaø H maát ñi hay sinh ra do keát tuûa hoaëc hoøa tan töø buøn ñaùy; Di (i=1,2,3) laø löôïng Al, Su vaø H maát do laéng ñoïng; q laø doøng chaûy beân (laáy nöôùc hoaëc thaûi nöôùc); Qs laø löu löôïng trao ñoåi giöõa keânh vôùi ñoàng ruoäng hay nöôùc ngaàm; Ciq (i=1,2,3) laø noàng ñoä Al, Su vaø H trong doøng chaûy beân q; Cis (i=1,2,3) laø noàng ñoä Al, Su vaø H trong doøng chaûy beân Qs (chaúng haïn nhö doøng chaûy töø ruoäng xuoáng keânh); vaø Qr laø doøng chaûy do möa. Phöông trình vi phaân vaät chaát ñöôïc bieåu dieãn döôùi daïng: ⎛ d.. ⎞ ⎛ ∂.. ⎞ ⎛ ∂.. ⎞ ⎛ ∂.. ⎞ ⎛ ∂.. ⎞ ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ + u⎜ ⎟ + v⎜ ⎟ + w⎜ ⎟ ⎝ dt ⎠ ⎝ ∂t ⎠ ⎝ ∂x ⎠ ⎝ ∂y ⎠ ⎝ ∂z ⎠ 890
trong ñoù u,v vaø w laø thaønh phaàn löu toác theo caùc phöông x,y vaø z, vaø daáu hai chaám (..) dieãn taû moät haøm baát kyø nhö x,y,z hay t. Trong dung dòch nöôùc phöông trình caân baèng cuûa jurbanite nhö sau: Al(OH)SO4 + H+ → Al3+ + SO42– +H2O Vì vaäy coù theå thieát laäp moái töông quan sau: P1 = P2 = P vaø P3 + P1 = 0 (20.36) Nhö Dost vaø Van Breemen (1982) ñaõ thöïc hieän, löôïng chaát maát do laéng ñoïng giaû thieát tyû leä baäc nhaát vôùi noàng ñoä C: Di = 0.5LCi (20.37)) trong ñoù L laø haèng soá. Khi ñoù, caùc phöông trình (20.33) vaø (20.35) coù theå vieát nhö sau: ⎛ dC ⎞ ⎛ dC ⎞ ⎛ dC ⎞ a⎜ 1 ⎟ + b⎜ 2 ⎟ − c⎜ 3 ⎟ = 0 (20.38) ⎝ dt ⎠ ⎝ dt ⎠ ⎝ dt ⎠ dCi = −σCi + Φ i − P − 0.5LCi (20.39) dt trong ñoù: a = C3C2; b = C3C1; c = C1C2 (20.40) Φi = qCiq + QsCis σ = q + Qs + Qr; (20.41) r = a + b + c; α = a/r; β = b/r; τ = c/r Ñaët (20.42) Sau vaøi böôùc bieán ñoåi phöông trình coù daïng: dCi (20.43) = −σiCi + Fi i = 1, 2 dt trong ñoù σ1 = σ(β + τ) + τL; σ2 = σ(α + τ) + τL F1 = βσC2 – τσC3 + (τ+β)Φ1 + τΦ3 – βΦ2 F2 = ασC1 – τσC3 + (α+τ)Φ2 + τΦ3 – αΦ1 Töông töï, phöông trình (20.38) coù theå vieát döôùi daïng: 891
⎛ dC ⎞ c ⎜ 3 ⎟ = aF1 + bF2 − aσ1C1 − bσ2C2 (20.44) ⎝ dt ⎠ Tröôùc heát C1, C2 ñaït ñöôïc khi giaûi phöông trình (20.43), sau ñoù söï phaân boá pH ñöôïc tính theo töông quan caân baèng jurbanite sau: pH = d + pC1 + pC2 (20.45) –pH Maët khaùc pH = –logC3 hay C3 = 10 , neân coù theå giaûi phöông trình (20.44) tìm C3 vaø ñöôïc pH. Tuy nhieân, caùch naøy khaù phöùc taïp vaø toán thôøi gian tính toaùn. Cuõng löu yù raèng d trong phöông trình (20.45) laø heä soá moâ hình ñöôïc öôùc tính. Theo nghieân cöùu cuûa chuùng toâi giaù trò d=–2,8 aùp duïng cho vuøng ÑTM. Bôûi haèng soá caân baèng laø haøm cuûa moät soá yeáu toá khaùc (ví duï nhö muoái), neân giaù trò d phaûi ñöôïc hieäu chænh theo soá lieäu ño. Heä phöông trình cho doøng 1 chieàu (1D) Phöông trình truyeàn chaát 1D coù theå thu ñöôïc baèng tích phaân tröïc tieáp phöông trình 3D treân maët caét ngang A theo chieàu doøng chaûy (Dent, 1986). Vì vaäy, phöông trình (20.39) coù theå vieát döôùi daïng phöông trình vi phaân rieâng nhö sau: ⎛ ∂Ci ⎞ ⎛ ∂Ci ⎛ ∂Ci ⎛ ∂Ci ⎞ ⎞ ⎞ ⎜ ∂t ⎟ + u ⎜ ∂x ⎟ + v ⎜ ∂y ⎟ + w⎜ ⎟ = −nCi + m (20.46) ⎝ ∂z ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ Löu yù raèng Al, Su vaø H öùng vôùi i=1, i=2 vaø i=3, n vaø m laø haøm cuûa Ci. ' ' ' u =U+u v=v w=w Ñaët (20.47) ' ' n=n+n m=m+m trong ñoù ⎛1⎞ ⎛1⎞ ⎛1⎞ ⎛1⎞ ∫ ∫ ∫ ∫ U = ⎜ ⎟ udA; C = ⎜ ⎟ CidA; m = ⎜ ⎟ mdA; ni = ⎜ ⎟ ndA; ⎝A⎠A ⎝A⎠A ⎝A⎠A ⎝A⎠A laø löu toác töùc thôøi doïc doøng chaûy, noàng ñoä, m vaø n töông öùng ñöôïc laáy bình quaân maët caét. Theá phöông trình (20.47) vaøo phöông trình (20.46), vaø ñôn giaûn hoùa veà phöông trình 1D ñöôïc: 892
1 ∂ (AC) 1 ∂ (AUC) 1 ∂ '' ∫ u c dA = −nC + m + μi (20.48) + + A ∂t A ∂x A ∂x A ∫ ( m − n ci ) dA 1 ' ' trong ñoù μi = A A Thaønh phaàn thöù ba beân veá traùi cuûa phöông trình (20.48) theå hieän söï khueách taùn doïc doøng chaûy. Ñoái vôùi doøng oån ñònh vaø ñeàu, thaønh phaàn taûi chaát lieân quan ñeán tích u’ vaø c’ coù theå bieåu dieãn töông töï nhö khuyeách taùn 1D (xem Dent, 1986). Döïa treân cô sôû naøy, heä soá khueách taùn E ñöôïc moâ taû trong thaønh phaàn bieán thieân noàng ñoä theo doøng chaûy nhö sau: ∂Ci '' ∫ u cidA = −AE (20.49) ∂x A Daáu tröø (–) chæ ra söï vaän chuyeån chaát theo chieàu noàng ñoä giaûm. Theo khaùi nieäm naøy, phöông trình (20.48) trôû thaønh: ∂⎛ ∂Ci ⎞ ∂ACi ∂AUCi ⎜ AE ⎟ − nACi + mA + Aμi (20.50) + = ∂t ⎜ ∂x ⎟ ∂t ∂x ⎝ ⎠ Söû duïng phöông trình lieân tuïc cuûa heä Saint–Venant: ∂A ∂AU = q + Qs + Qr + ∂t ∂x vaø phaùt trieån thaønh phaàn khueách taùn, phöông trình (20.50) trôû thaønh 2 ∂Ci ⎛ 1 ∂EA ⎞ ∂Ci ∂ Ci + ⎜U − ⎟ ∂x = E − φi Ci + Γi 2 ∂t ⎝ A ∂x ⎠ ∂x hoaëc 2 ∂Ci ∂C ∂ Ci + U (1+ ∈) i = E − φi Ci + Γi (20.51) 2 ∂t ∂x ∂x trong ñoù ϕi > 0 vaø Γi laø caùc heä soá cho tröôùc; ∈ ñöôïc coi laø heä soá ñeàu chænh khi hieäu chænh moâ hình. Phöông trình (19) laø daïng toång quaùt coù theå aùp duïng cho caùc chæ tieâu Al, Su vaø H neâu treân. Ñoái vôùi hydrogen ta coù theå aùp duïng phöông trình (20.51) hoaëc phöông trình (20.45) döôùi daïng 893
d C1C3 = τ1C3 τ1 = 10 (20.52) Neáu söû duïng caùch tính bình quaân töông töï thì phöông trình (20) trôû thaønh C1 C2 + δ = τ1 C3 (20.53) trong ñoù '' ∫ c1c2dA δ= A Xaùc ñònh noàng ñoä chaát trong ñoàng ruoäng Moät chaát hoøa tan giaû thieát ñöôïc ñaåy töø taàng khoâng baõo hoøa xuoáng taàng nöôùc ngaàm ngay khi beà maët ruoäng chöùa ñaày nöôùc ví nhö khi coù hoà chöùa. Phöông trình caân baèng löôïng trôû neân ñôn giaûn. Goïi V laø toång löôïng nöôùc trong ruoäng, C laø noàng ñoä chaát vaø Cs laø noàng ñoä chaát trong doøng trao ñoåi giöõa keânh vaø ruoäng vôùi löu löôïng Qs. Phöông trình caân baèng nöôùc laø: dV = Qs + Qr − Qe (20.54) dt trong ñoù Qr laø löôïng doøng chaûy töø möa; Qe laø löôïng nöôùc maát do boác hôi. Caân baèng khoái löôïng chaát hoøa tan laø: dVC (20.55) = QsCs + F(Cg ) dt trong ñoù F(Cg) laø löôïng chaát töø taàng nöôùc ngaàm coù noàng ñoä Cg hoaëc löôïng chaát töø caùc nguoàn boå sung. Thöïc chaát raát khoù xaùc ñònh Cg baèng caùc moâ hình. Neân thay baèng coâng thöùc tính Cg nhö sau: ⎡ − a0 ( t − t0 ) ⎤ ∑ C0ie⎣ ⎦ Cg = (20.56) i trong ñoù C0i laø noàng ñoäc chaát ban ñaàu taïi ñieåm i trong ruoäng vaøo thôøi ñieåm ñaàu muøa möa; a0 laø haèng soá phuï thuoäc vaøo nhieàu yeáu toá vaø coù theå öôùc tính töø soá lieäu thöïc ño. 894
Phöông trình (20.55) daãn ñeán phöông trình: ( ) VC = V ' C '+ α1Cg + QsCs Δt (20.56) trong ñoù α1 laø haèng soá ñaëc tröng bôûi söï xaùo troän moät phaàn trong ruoäng trong thôøi gian Δt; V’ vaø C’ laø theå tích vaø noàng ñoä trong ruoäng ôû böôùc thôøi gian tröôùc; Cs laø noàng ñoä chaát trong keânh neáu doøng chaûy töø keânh vaøo ruoäng, vaø baèng C’ neáu doøng chaûy ngöôïc laïi. Vì vaäy, neáu ñaëc tröng doøng chaûy ñaõ bieát, thì noàng ñoä C trong ruoäng deã daøng tính ñöôïc töø phöông trình (20.56). Vaøi neùt veà thuaät toaùn cho doøng 1D vôùi söï khuyeách taùn doïc doøng chaûy Ñeå ñôn giaûn, quy öôùc daáu ngang treân chæ thò noàng ñoä trung bình trong tröôøng hôïp 1D ñöôïc boû qua. Phöông trình sai phaân vaät chaát ñöôïc moâ taû nhö sau: d.. ∂.. ⎛ ∂.. ⎞ + U (1− ∈) ⎜ ⎟ = dt ∂t ⎝ ∂t ⎠ Nhö vaäy phöông trình (20.51) coù theå vieát laïi nhö sau: ⎛ ∂ 2C ⎞ dCi = E ⎜ 2i ⎟ − φiCi + Γi (20.57) dt ⎜ ∂x ⎟ ⎝ ⎠ Ñaët N = C2 – C1 S = C2 + C3 f1 = φ2 – φ1 f2 = φ2 + φ3 σ1 = Γ2 – Γ1 σ1 = Γ2 + Γ3 Khi ñoù, töø phöông trình (20.57) ta coù: ⎛ ∂2 N ⎞ dN = E ⎜ 2 ⎟ − σ1N + f1 (20.58) dt ⎜ ∂x ⎟ ⎝ ⎠ ⎛ ∂ 2S ⎞ dS = E ⎜ 2 ⎟ − σ2S + f2 (20.59) dt ⎜ ∂x ⎟ ⎝ ⎠ Hai phöông trình (20.58) vaø (20.59) coù daïng toång quaùt: 895
⎛ ∂2 f ⎞ df (20.60) = E ⎜ 2 ⎟ − K1 f + K 2 dt ⎜ ∂x ⎟ ⎝ ⎠ Trong moät böôùc thôøi gian, phöông trình (2.29) coù theå giaûi baèng caùch phaân böôùc. Tröôùc heát, phöông trình taûi 1D ñöôïc giaûi: df (20.61) = − K1 f + K 2 dt Lôøi giaûi cuûa phöông trình naøy doïc theo ñöôøng ñaëc tröng dx/dt = U(l + ∈) laø K ⎞ ( −K t ) K ⎛ f = ⎜ f0 − 2 ⎟ e 2 + 2 K1 ⎠ K1 ⎝ trong ñoù f0 laø giaù trò haøm f ôû böôùc thôøi gian tröôùc. Löu yù raèng khi L > 0 daãn ñeán K1 ≠ 0 trong phöông trình (20.61). Böôùc thöù hai laø giaûi phöông trình khueách taùn thuaàn tuyù ⎛ ∂2 h ⎞ ∂h = E⎜ 2 ⎟ (20.62) ∂t ⎜ ⎟ ⎝ ∂x ⎠ Lôøi giaûi cuûa phöông trình (31) cuõng laø lôøi giaûi cuûa phöông trình (20.60) trong cuøng böôùc thôøi gian. Phaûn öùng khoái giôø ñöôïc duøng döôùi daïng phöông trình (20.53): Al.Su + δ = τ1H (20.63) Söû duïng phöông trình (20.57) vôùi i=3. Phöông trình (20.63) trôû thaønh 2 Su + ( τ1 − N ) Su − τ1S + δ = 0 (20.64) Neáu δ = 0, phöông trình (20.64) laø moät phöông trình ñaïi soá baäc hai deã giaûi nghieäm Su vaø nhö vaäy, töø phöông trình (26), Al vaø H hay pH coù theå tính ñöôïc. Chuùng toâi ñaõ laøm thí nghieäm vôùi dieän tích ñaát chua pheøn tieàm taøng ôû traïi Taân Thaïnh. Moãi oâ coù 1,2 ha ñöôïc phaân caùch bôûi raõnh tieâu vaø ñeâ bao vôùi caùc loaïi caây troàng khaùc nhau. Caùc oâ ñöôïc bao quanh bôûi 896
heä thoáng keânh roäng 4–30 m vaø saâu 1,5–3,5 m. Cheá ñoä thuûy vaên trong keânh chòu taùc ñoäng cuûa cheá ñoä baùn nhaät trieàu. Ñaát chua pheøn vuøng Taân Thaønh chòu aûnh höôûng cuûa cheá ñoä khí töôïng nhieät ñôùi noùng aåm. Vaøo muøa khoâ, ñaát khoâ nöùt neân oâxy trong khoâng khí thaám xuoáng taàng saâu gaây ra quaù trình oâxy hoaù vaø axít hoaù. Nöôùc ræ baét ñaàu töø nhöõng traän möa raøo ñaàu muøa möa (khoaûng thaùng Naêm hay thaùng Saùu). Nöôùc ræ ñoïng trong nhöõng raõnh tieâu roài bò nhöõng traän möa tieáp theo ñaåy xuoáng keânh gaây oâ nhieãm vôùi noàng ñoä Al3+, Fe2+, Fe3+ vaø SO4 cao; pH giaûm xuoáng tôùi 2 laøm haïi caây troàng vaø thuûy saûn. Moâ hình tính toaùn ñeå moâ phoûng doøng chaûy goàm goàm 15 nhaùnh, 41 maët caét vaø 7 nuùt. Taøi lieäu möïc nöôùc taïi naêm traïm H1 ñeán H5 ñöôïc duøng laøm ñieàu kieän bieân. Moâ hình tính nöôùc axít ñöôïc laäp theo nguyeân taéc ñaõ trình baøy treân vaø noái keát vôùi moâ hình thuûy löïc. Moâ hình toång hôïp ñöôïc duøng ñeå tính noàng ñoä Al, SO4 vaø pH theo thôøi gian taïi 41 traïm töø ngaøy 6 ñeán 20/6/1991. Giaù trò pH tính toaùn vaø thöïc ño taïi moät soá traïm ñöôïc trình baøy trong caùc hình 2–4 vaø caùc giaù trò max vaø bình quaân trong baûng 20.1. 897
Giaù trò max vaø bình quaân cuûa pH ñöôïc moâ phoûng khaù toát. Daïng ñöôøng dieãn bieán pH theo thôøi gian döôøng nhö khoâng moâ phoûng ñöôïc. Sai leäch ñöôøng quaù trình coù theå do trong muøa möa raát khoù xaùc ñònh phaïm vi tieâu nöôùc xuoáng heä thoáng keânh vuøng Taân Thaïnh vì möïc nöôùc, löu löôïng vaø axít treân ruoäng luoân gia nhaäp vaøo keânh. Baûng 20.1. Giaù trò pH tính toaùn vaø thöïc ño taïi moät soá traïm Traïm H1 H2 H3 H4 S1 S2 S3 S4 pH max Tính toaùn 3.49 3.36 3.31 3.32 3.57 3.45 3.323 3.06 Thöïc ño 3.67 3.70 3.39 3.34 3.62 3.53 3.38 3.08 pH max Tính toaùn 3.07 3.11 2.97 2.94 3.12 3.03 2.92 2.63 Thöïc ño 3.04 3.11 3.04 2.98 3.06 3.05 3.00 2.87 20.5. MOÂ HÌNH MOÂ PHOÛNG SÖÏ LAN TRUYEÀN NÖÔÙC CHUA PHEØN TRONG KEÂNH VAØ LIEÂN KEÁT VÔÙI MOÂ HÌNH ÑAÁT CHUA PHEØN ÔÛ vuøng ñoàng baèng soâng Cöûu Long (ÑBSCL) nöôùc chua pheøn vaøo ñaàu muøa möa laø vaán ñeà raát nghieâm troïng. Muøa khoâ, khi möïc nöôùc ngaàm ruùt xuoáng, khoâng khí thaám xuoáng loøng ñaát gaëp khoaùng pyrite taïo moâi tröôøng thích nghi cho vi khuaån oâxy hoùa taïo saét, ion vaø axít sulphuric. Axít ñöôïc sinh ra laøm taêng löïc mao daãn leân beà maët vaø keát tinh moät phaàn. Vaøo ñaàu muøa möa caùc chaát naøy hoøa tan trong nöôùc möa vaø chaûy xuoáng keânh möông. Nöôùc maët vaø nöôùc ngaàm nhieãm pheøn giaûm chaát löôïng söû duïng trong noâng nghieäp vaø nöôùc uoáng. Vì vaäy, coù nhieàu nhaø khoa hoïc ñaàu tö nghieân cöùu laäp moâ hình toaùn moâ phoûng quaù trình xaûy ra trong ñaát vaø trong nöôùc (Eriksson 1992, Tychon 1993, Toâ Vaên Tröôøng vaø coäng söï 1996, Van Breemen 1973, Eriksson vaø coäng söï 1994). Nöôùc keânh vuøng Ñoàng Thaùp Möôøi (ÑTM) thì jurbanite chieám öu theá (Tín 1990), nhöng soá lieäu ño ñaïc nöôùc ngaàm thì chöa ñuû keát luaän yeáu toá chính. Vì theá, chæ coù quaù trình lyù 898
hoùa trong keânh ñöôïc moâ phoûng. Giaû thieát raèng töông taùc nöôùc soâng keânh vaø ñaát bò chi phoái bôûi jurbanite vaø coù alunite cuøng jurbanite hieän dieän trong ñaát. 20.5.1. Moâ hình nöôùc chua pheøn trong keânh Trong keânh, quaù trình chuyeån chaát doïc keânh laø chuû yeáu. Vaäy neân, moâ hình moät chieàu (1D) laø thích hôïp vaø phöông trình bieåu dieãn trong tröôøng hôïp naøy ñöôïc thieát laäp baèng caùch tích phaân tröïc tieáp phöông trình vi phaân ba chieàu (3D) treân maët caét ngang truïc keânh. Trong baùo caùo cuûa Toâ Vaên Tröôøng vaø caùc coäng söï (1996) ñònh luaät baûo toaøn khoái löôïng trong khoâng gian 3D vieát cho caùc chaát nhoâm (Al), sulphate (SO42+) vaø hydrogen (H) bao goàm caùc quaù trình keát tuûa/hoøa tan vaø laéng ñoïng. Phöông trình 1D vieát cho jurbanite nhö sau: 2 ∂Ci ∂C ∂C + U(1+ ∈) i = E 2i − φiCi + ϕi (i = 1, 2, 3) (20.65) ∂t ∂x ∂x trong phöông trình (20.65), chæ soá i = 1, 2, 3 öùng vôùi noàng bình quaân caùc chaát nhoâm, sulphate vaø hydrogen treân maët caét ngang keânh; φi > 0 vaø ϕi laø caùc haèng soá cho tröôùc; ∈ laø tham soá hieäu chænh; U laø löu toác doøng chaûy bình quaân; E laø heä soá khueách taùn. 20.5.2. Moâ hình trong ñaát Cô cheá lyù hoùa axit trong ñaát ñöôïc ñeà caäp nhieàu trong caùc nghieân cöùu (van Breemen 1973, Dost vaø van Breemen 1982, Dent 1986). Moät soá moâ hình ñôn giaûn cuõng ñöôïc coâng boá Nielsen vaø ñoàng nghieäp 1986, Miller vaø Benson 1983, Tychon 1993, Brusseau vaø ñoàng nghieäp 1989, Ne–Zheng Sun vaø Yeh 1983, Kirkner vaø Reeves 1988). Phöông trình cô baûn cuûa caùc moâ hình naøy laø 2 * ∂C ρ ∂S ∂C ∂ C − RC + Q +U =D 2 + (20.66) + ∂t θ ∂t ∂z θ ∂z trong ñoù C vaø S töông öùng laø noàng ñoä chaát trong dung dòch vaø chaát haáp thuï; ρ – dung troïng cuûa ñaát; θ laø ñoä tröõ aåm trong ñaát; D laø heä soá khuyeách taùn; U laø löu löôïng; R laø löôïng nöôùc caây huùt vaø Q* laø thaønh phaàn boå sung/hoaëc maát ñi. 899
Söï khaùc nhau giöõa caùc moâ hình laø moái quan heä giöõa C vaø S. Moâ hình tuyeán tính söû duïng töông quan S = K.C (20.67) trong ñoù K laø heä soá phaân boá vaø C laø heä soá goùc cuûa ñöôøng cong ñaúng nhieät. Moät soá moâ hình phöùc taïp hôn (Rubin 1968, vaø Nielsen cuøng coäng söï 1986). Nhìn chung, caùc moâ hình coá gaéng phaûn aùnh quaù trình vaät lyù. Tuy nhieân, moâ hình caøng phöùc taïp caøng caàn phaûi xaùc ñònh nhieàu thoâng soá; neân ñoâi khi laøm moâ hình maát yù nghóa thöïc tieãn. Deã thaáy raèng phöông trình (20.64) khaù ñôn giaûn ñeå laäp moâ hình vì chæ coù duy nhaát moät heä soá K, caàn phaûi xaùc ñònh baèng thöïc nghieäm. Hôn nöõa, soá phöông trình nhö (20.66) theâm vaøo moâ hình baèng soá chæ tieâu chaát moâ phoûng. Neáu jurbanite trong nöôùc keânh duøng ñeå moâ phoûng thì chæ caàn sulphate, nhoâm vaø hydrogen trong ñaát phaûi laäp moâ hình. Daãn ñeán phöông trình (20.66) vaø (20.67) thích hôïp moâ phoûng chuyeån taûi chaát hoøa tan trong ñaát vaø phöông trình ñöôïc öùng duïng cho phaïm vi roäng vuøng ÑTM. Ñeå moâ phoûng axit trong keânh vaø söï truyeàn taûi chaát hoøa tan trong ñaát vuøng Taân Thaïnh, moâ hình toång hôïp laø thích hôïp. Moâ hình toång hôïp goàm hai moâ hình con: moät moâ hình cho keânh vaø moät moâ hình cho ñaát. 20.5.3. Chöông trình tính trong keânh Ñeå moâ phoûng quaù trình xaûy ra trong keânh, phöông phaùp truyeàn thoáng laø duøng moâ hình 1D moâ taû cheá ñoä thuûy löïc baèng heä phöông trình Saint–Venant. Ñeå moâ phoûng söï truyeàn taûi chaát caàn giaû thieát raèng soâng keânh vuøng ÑTM chæ jurbanite chuû yeáu (Tín 1990), vì vaäy pH coù theå tính ñöôïc baèng coâng thöùc sau (Tröôøng vaø coäng söï 1996): PH = –d + pAl + pSu (20.68) trong ñoù H, Al vaø Su laø noàng ñoä hydrogen, nhoâm vaø sulphate; pH = –log10(H); pAl = –log10(Al); pSu = –log10(SO4); vaø d laø haèng soá. Noàng ñoä nhoâm vaø sulphate thoûa maõn phöông trình taûi–khueách taùn 2 Q − qCi ∂Ci ∂C ∂C + U i = E 2i + is i = 1, 2 (20.69) ∂t ∂x A ∂x 900
trong ñoù Ci (i=1,2) laø noàng ñoä nhoâm vaø sulphate; E laø heä soá khuyeách taùn; U laø löu toác doøng chaûy; Qis laø thaønh phaàn boå sung/maát ñi töø/tôùi ruoäng, nöôùc ngaàm, bôm nöôùc, möa, laéng ñoïng vaø phaûn öùng vôùi caùc chaát khaùc; q laø doøng chaûy beân; vaø A laø dieän tích maët caét ngang keânh. Phöông trình (20.69) vôùi caùc ñieàu kieän bieân thích hôïp duøng ñeå tính noàng ñoä nhoâm vaø sulphate theo phöông phaùp soá; phöông trình (20.64) duøng ñeå tính pH. Soá lieäu doøng chaûy ñöôïc tính trong phöông trình thuûy löïc. Thaønh phaàn lieân keát Qis seõ ñöôïc trình baøy chi tieát ôû ñoaïn sau. 20.5.4. Chöông trình tính trong ñaát Trong taàng ñaát, duøng phöông trình (20.66) vaø (20.67) cho moãi chaát ta quan taâm. Ñoái vôùi vuøng nghieân cöùu roäng caàn phaùt trieån theâm neân moâ hình caàn moâ phoûng doøng chaûy theo caùc chieàu. Trong taàng nöôùc ngaàm, doøng chaûy theo phöông ngang laø chính, vì theá doøng chaûy ngaàm ñöôïc moâ taû baèng phöông trình ∂H ∂ ⎛ ∂H ⎞ ∂ ⎛ ∂H ⎞ T ⎜T (20.70) μ = + ⎟+ω ∂x ⎜ ∂x ⎟ ∂y ⎝ ∂y ⎠ ∂t ⎝ ⎠ trong ñoù μ laø heä soá tröõ; H(x,y,t) laø cao trình taàng nöôùc ngaàm; ω laø thaønh phaàn boå sung hay maát ñi do trao ñoåi doøng chaûy giöõa taàng nöôùc ngaàm vôùi keânh hay vôùi taàng khoâng baõo hoøa; t laø thôøi gian; x, y laø toïa ñoä phöông ngang. Heä soá daãn T ñöôïc moâ taû baèng coâng thöùc T = Ks(η–η0) Z≥η neáu T = Ks(η–η0) η0 < Z < η neáu (20.71) T=0 Z ≤ η0 neáu trong ñoù Ks laø heä soá thuûy daãn theo phöông ngang; η0 laø cao trình taàng ñaùy khoâng thaám; η laø cao trình möïc nöôùc ngaàm. Phöông trình (6) ñöôïc giaûi baèng phöông phaùp soá keát hôïp phöông phaùp phaàn töû höõu haïn tam giaùc Galerkin (Pinder vaø Gray 1977) cho bieán khoâng gian vaø phöông phaùp sai phaân höõu haïn cho bieán thôøi gian. Doøng chaûy trong ñaát ñöôïc tính theo coâng thöùc Darcy (Ross vaø Bristow 1990). 901
K s ∂H K s ∂H U=− ; V=− (20.72) ϑ ∂x ϑ ∂y trong ñoù ϑ laø heä soá roãng hieäu quaû. Ñeå tính doøng chaûy giöõa keânh vaø taàng nöôùc ngaàm, noùi chung, caàn löu yù H phaûi cao hôn cao trình ñaùy keânh ñeå löu löôïng trao ñoåi coù theå tính baèng coâng thöùc Ks q= (H − Z) (20.73) ψ trong ñoù Ψ laø ñoä saâu taàng nöôùc ngaàm, vaø Z laø cao trình möïc nöôùc keânh. Neáu H >Z thì doøng chaûy töø taàng nöôùc ngaàm ra keânh vaø ngöôïc laïi neáu Z >H. Nhö ñaõ neâu treân, phöông trình (20.66) vaø (20.67) coù theå phaùt trieån ra phaïm vi roäng, trong tröôøng hôïp ñoù, vôùi moãi chaát coù noàng ñoä Ci, phöông trình (20.66) coù theå vieát laø c ∂Ci ρ ∂Si ∂C ∂Ci ∂ ⎛ ∂Ci ⎞ ∂ ⎛ ∂Ci ⎞ − RCi + Qi +U i +V T ⎜T + = + ⎟+ ∂x ⎜ ∂x ⎟ ∂y ⎝ ∂y ⎠ ∂t θ ∂t ∂x ∂y ψθ ⎝ ⎠ (20.74) trong ñoù Ci vaø Si laø noàng ñoä cuûa chaát tan trong dung dòch vaø thaønh phaàn haáp thuï; ρ laø dung troïng ñaát; θ laø löôïng tröõ aåm; ψ laø ñoä saâu taàng nöôùc ngaàm; U, V laø löu toác doøng chaûy theo phöông x vaø y; R laø löôïng nöôùc caây huùt; Qic laø thaønh phaàn boå sung/maát ñi (do trao ñoåi nöôùc). Töông quan giöõa Ci vaø Si trong moâ hình tuyeán tính laø Si = KiCi (20.75) Ki cuõng ñöôïc coi laø heä soá phaân taùn vaø laø heä soá goùc cuûa ñöôøng cong ñaúng nhieät. Theá phöông trình (20.75) vaøo phöông trình (20.74) ñöôïc c ∂Ci ∂C ∂Ci ∂ ⎛ ∂Ci ⎞ ∂ ⎛ ∂Ci ⎞ − RCi + Qi +U i +V Rei T ⎜T = + ⎟+ ∂x ⎜ ∂x ⎟ ∂y ⎝ ∂y ⎠ ∂t ∂x ∂y ψθ ⎝ ⎠ (20.76) 902
vôùi Rie = (1+Kiρ/θ) laø heä soá chaäm. Ñeå noái keát vôùi chöông trình keânh chæ caàn xeùt caùc yeáu toá nhoâm, hydrogen vaø sulphate. Hai quan heä giöõa pH vôùi nhoâm vaø sulphate ñöôïc duøng trong moâ hình. Neáu jurbanite ñöôïc coi laø chuû yeáu thì trong ñaát caàn quan heä: pH = –d + pAl +pSu. Söï hieän dieän cuûa alunite vaø jurbanite trong ñaát vuøng ÑTM daãn ñeán haèng soá axit tieàm taøng (1,18), vaø pH coù theå tính nhö sau 1 ⎛ Al ⎞ (20.77) pH = 2.3 − log ⎜ ⎟ 3 ⎝ 3000 ⎠ Heä soá phaân taùn Ks cho sulphate coù theå öôùc tính töø phöông trình Languir (xem Stumm vaø Morgan 1981) sau khi tuyeán tính hoùa Am b Ks = (20.78) (1 + bSu )2 trong ñoù Am,b laø caùc heä soá thöïc nghieäm (haèng soá ñaúng nhieät Languir); Al vaø Su laø noàng ñoä nhoâm vaø sulphate. Nhö vaäy, chæ coøn phaûi xaùc ñònh moãi haèng soá Ka cho nhoâm vôùi giaù trò trong phaïm vi 0,001 ñeán 0,1 (10). Neáu xeùt theâm caùc chaát khaùc (nhö nitô N, phoát pho P) thì caàn xaùc ñònh theâm moät soá heä soá phaân taùn nöõa vaø moät soá phöông trình nhö (20.76) caàn theâm vaøo moâ hình. 20.5.5. Sô ñoà soá Phöông phaùp soá tính doøng chaûy vaø taûi chaát trong keânh ñaõ ñöôïc ñeà caäp trong nhieàu nghieân cöùu. Ví duï, Toâ Vaên Tröôøng vaø coäng söï, 1996. Tính doøng chaûy ngaàm baèng phöông phaùp soá Phöông trình (20.66) ñöôïc giaûi baèng phöông phaùp soá tính cao trình möïc nöôùc ngaàm vaø doøng chaûy taïi caùc ñieåm ôû vuøng nghieân cöùu. Do tính phöùc taïp cuûa bieân vaø pheùp ño ôû khu vöïc, phöông phaùp phaàn töû höõu haïn (FEM) vôùi caùc thaønh phaàn tam giaùc ñöôïc söû duïng trong moâ hình. Theo FEM (Pinder vaø Gray 1977) moät heä toïa ñoä hoaëc haøm cô baûn Nk (k = 1, 2 … M vôùi soá ñieåm löôùi) ñöôïc choïn. Baát cöù haøm f(x,y,t) bieåu dieãn ñöôïc treân khu vöïc nghieân cöùu cuõng coù theå ñöôïc tính baèng coâng thöùc 903