Phương pháp luận đối với đo đạc và quan trắc

Trong môi trường biển sự trải rộng hướng ngang của chất hoà tan có xu hướng phụ

thuộc nhiều vào sự phát tán xuất hiện từ những biến đổi dòng chảy trung bình hơn là vào

mức độ rối. Như vậy những hệ số khuyếch tán hướng ngang, có thể đánh giá từ những

xác định trực tiếp cường độ rối (mục 4.3.2), ít khi thể hiện mức độ lan truyền ngang. Tuy

nhiên, những đánh giá hệ số khuyếch tán thẳng đứng từ những đo đạc rối chứng tỏ là

hữu ích bởi vì tham số này là một yếu tố then chốt trong việc định lượng sự phát tán do

trượt thẳng đứng trong dòng chảy trung bình. Không may, rối trong các cửa sông và nước

ven bờ có xu hướng biến đổi đáng kể theo không gian và thời gian. Như vậy, sự giải thích

đối với những bản ghi rối thường là khó, như đã thảo luận trong mục 4.3.6, và áp dụng dữ

liệu như vậy đối với những vấn đề thực tế có xu hướng không hữu ích. Thay cho việc xác

định trực tiếp là thực hiện những thực nghiệm chất chỉ thị mà cho thấy hiệu ứng toàn bộ

của những nhiễu động rối hơn là đi sâu vào chi tiết. Vì việc lấy trung bình những chuyển

động rối làm cho kết quả đặc biệt phù hợp với vấn đề thực tế để đánh giá sự lan rộng của

chất hoà tan, chương này tập trung vào việc sử dụng những chất chỉ thị, thải một cách có

chủ ý và xảy ra một cách tự nhiên, để nghiên cứu hiện tượng phát tán.

pdf27 trang | Chia sẻ: lelinhqn | Ngày: 19/11/2013 | Lượt xem: 310 | Lượt tải: 0download
Nội dung tài liệu Phương pháp luận đối với đo đạc và quan trắc, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
202 Ch­¬ng 7. Ph­¬ng ph¸p luËn ®èi víi ®o ®¹c vµ Quan tr¾c 7.1 Giíi thiÖu Trong m«i tr­êng biÓn sù tr¶i réng h­íng ngang cña chÊt hoµ tan cã xu h­íng phô thuéc nhiÒu vµo sù ph¸t t¸n xuÊt hiÖn tõ nh÷ng biÕn ®æi dßng ch¶y trung b×nh h¬n lµ vµo møc ®é rèi. Nh­ vËy nh÷ng hÖ sè khuyÕch t¸n h­íng ngang, cã thÓ ®¸nh gi¸ tõ nh÷ng x¸c ®Þnh trùc tiÕp c­êng ®é rèi (môc 4.3.2), Ýt khi thÓ hiÖn møc ®é lan truyÒn ngang. Tuy nhiªn, nh÷ng ®¸nh gi¸ hÖ sè khuyÕch t¸n th¼ng ®øng tõ nh÷ng ®o ®¹c rèi chøng tá lµ h÷u Ých bëi v× tham sè nµy lµ mét yÕu tè then chèt trong viÖc ®Þnh l­îng sù ph¸t t¸n do tr­ît th¼ng ®øng trong dßng ch¶y trung b×nh. Kh«ng may, rèi trong c¸c cöa s«ng vµ n­íc ven bê cã xu h­íng biÕn ®æi ®¸ng kÓ theo kh«ng gian vµ thêi gian. Nh­ vËy, sù gi¶i thÝch ®èi víi nh÷ng b¶n ghi rèi th­êng lµ khã, nh­ ®· th¶o luËn trong môc 4.3.6, vµ ¸p dông d÷ liÖu nh­ vËy ®èi víi nh÷ng vÊn ®Ò thùc tÕ cã xu h­íng kh«ng h÷u Ých. Thay cho viÖc x¸c ®Þnh trùc tiÕp lµ thùc hiÖn nh÷ng thùc nghiÖm chÊt chØ thÞ mµ cho thÊy hiÖu øng toµn bé cña nh÷ng nhiÔu ®éng rèi h¬n lµ ®i s©u vµo chi tiÕt. V× viÖc lÊy trung b×nh nh÷ng chuyÓn ®éng rèi lµm cho kÕt qu¶ ®Æc biÖt phï hîp víi vÊn ®Ò thùc tÕ ®Ó ®¸nh gi¸ sù lan réng cña chÊt hoµ tan, ch­¬ng nµy tËp trung vµo viÖc sö dông nh÷ng chÊt chØ thÞ, th¶i mét c¸ch cã chñ ý vµ x¶y ra mét c¸ch tù nhiªn, ®Ó nghiªn cøu hiÖn t­îng ph¸t t¸n. Môc ®Ých c¬ b¶n cña nh÷ng thùc nghiÖm chÊt chØ thÞ lµ nhËn ®­îc ®é lín cña nh÷ng tham sè ph¸t t¸n vµ liªn hÖ chóng víi nh÷ng ®Æc tÝnh ®iÓn h×nh cña khu vùc nghiªn cøu. KhÝa c¹nh nµy ®Æc biÖt quan träng, bëi v× nÕu sù phô thuéc nµy ®­îc hiÓu râ, sÏ ®¸nh gi¸ ®­îc qu¸ tr×nh ph¸t t¸n thay ®æi d­íi nh÷ng ®iÒu kiÖn kh¸c nhau cña giã, thuû triÒu vµ ph©n tÇng ra sao. Nh­ ®· thÓ hiÖn trong Ch­¬ng 5, nh÷ng hÖ sè ph¸t t¸n phô thuéc vµo sù biÕn ®æi theo kh«ng gian cña vËn tèc trung b×nh vµ vµo hÖ sè khuyÕch t¸n ®o ®­îc qua gradient vËn tèc. C¶ hai yÕu tè nµy bÞ ¶nh h­ëng bëi møc ®é æn ®Þnh cña cét n­íc, vµ bëi vËy cÇn cã nh÷ng quan tr¾c phô trî vÒ cÊu tróc mËt ®é khi thùc hiÖn c¸c thùc nghiÖm chÊt chØ thÞ, ®Ó b¶o ®¶m r»ng cã thÓ xem xÐt thÝch hîp hiÖu øng ph©n tÇng. ThØnh tho¶ng, cã thÓ nhËn ®­îc c¸c x¸c ®Þnh trùc tiÕp sù tr­ît dßng ch¶y trung b×nh tháa ®¸ng, vµ do ®ã kiÓm tra ®­îc tÝnh hiÖu lùc cña tr­ît vËn tèc sö dông trong nh÷ng m« h×nh ph¸t t¸n (môc 8.4.3). Trong hai môc tiÕp theo xem xÐt ph­¬ng ph¸p luËn thùc nghiÖm cho nh÷ng chÊt chØ thÞ ®­îc th¶i ra vµ xuÊt hiÖn tù nhiªn, t­¬ng øng, víi viÖc m« t¶ giai ®o¹n ph©n tÝch ®Çu tiªn sö dông trong mçi vÝ dô. Môc cuèi cïng tãm l­îc nh÷ng kiÓu quan tr¾c phô trî nªn cã ®èi víi nh÷ng nghiªn cøu nh­ vËy vµ m« t¶ kü thuËt ®o ®¹c liªn quan ®ang ¸p dông hiÖn nay. 203 7.2 nh÷ng chÊt chØ thÞ ®­îc giíi thiÖu 7.2.1 Kü thuËt thùc nghiÖm Nh÷ng chÊt chØ thÞ mµu ph¸t quang Mét trong sè nh÷ng kü thuËt ®­îc sö dông réng r·i nhÊt ®Ó ®Þnh l­îng nh÷ng ®Æc tr­ng x¸o trén trong n­íc ven bê lµ ¸p dông chÊt chØ thÞ mµu ph¸t quang. Nh÷ng chÊt mµu nh­ vËy cã ­u ®iÓm lµ chóng v« h¹i, t­¬ng ®èi dÔ kiÓm so¸t vµ cã thÓ ph¸t hiÖn b»ng c¸ch sö dông mét quang kÕ, thËm chÝ khi bÞ pha lo·ng ®Õn nh÷ng nång ®é mµ chóng kh«ng cßn nh×n thÊy. Kh¶ n¨ng thÊy mµu, Ýt nhÊt trong nh÷ng giai ®o¹n ph¸t t¸n ban ®Çu, lµ mét ­u ®iÓm ®¸ng kÓ trong viÖc lÊy mÉu mét ®èm loang hoÆc vÖt loang chÊt chØ thÞ. NÕu n­íc pha mµu ®­îc nh×n thÊy, th× chÕ ®é lÊy mÉu cã thÓ ®iÒu chØnh ®Ó c¶i thiÖn chÊt l­îng cña d÷ liÖu thu thËp. MÆc dÇu chÊt ph¸t quang mµu xanh l¸ c©y th­êng ®­îc sö dông nhiÒu nhÊt cho c«ng viÖc vÒ chÊt chØ thÞ trong s«ng, kh«ng dÔ ph¸t hiÖn ra nã trong mét ph¹m vi pha lo·ng réng nh­ chÊt mµu ®á rhodamine. VÝ dô, rhodamine - B cã thÓ ph¸t hiÖn ë nång ®é kho¶ng 3 x 10-8 kgm- 3 vµ mét kg cã thÓ sö dông ®Ó nhËn biÕt mét thÓ tÝch n­íc ba m­¬i lÇn lín h¬n träng l­îng ®ã cña chÊt ph¸t quang. H¬n n÷a, biÓn cã xu h­íng ph¸t quang nÒn t¹i nh÷ng b­íc sãng mµu xanh da trêi vµ xanh l¸ c©y, Ýt thuËn lîi cho chÊt mµu xanh l¸ c©y so víi mµu ®á; nãi chung, rhodamine - B ®­îc thÊy râ trªn mÆt biÓn víi nh÷ng nång ®é lín h¬n kho¶ng 10-4 kgm- 3. Mét h¹n chÕ ®Æc biÖt cña rhodamine - B lµ nã cã xu h­íng hót b¸m trªn bÒ mÆt nh÷ng chÊt r¾n vµ bëi vËy kh«ng ph¶i rÊt thÝch hîp ®èi víi nghiªn cøu chÊt chØ thÞ trong nh÷ng khu vùc cã nång ®é nh÷ng chÊt r¾n l¬ löng cao. Talbot vµ Henry (1968) ®· thùc hiÖn mét vµi ®¸nh gi¸ møc ®é hÊp thô cña rhodamine - B d­íi nh÷ng nång ®é kh¸c nhau cña nh÷ng chÊt r¾n l¬ löng, vµ ph¸t triÓn mét c«ng thøc kinh nghiÖm liªn kÕt nång ®é rhodamine khi kh«ng cã sù hÊp thô víi nång ®é quan tr¾c ë mét møc x¸c ®Þnh cña chÊt r¾n l¬ löng. Nh÷ng chÊt chØ thÞ mµu thay thÕ Ýt bÞ hót b¸m gåm cã rhodamine - WT vµ lissamine FF, nh­ng chóng t­¬ng ®èi ®¾t so víi rhodamine - B ((Smart vµ Laidlaw, 1977). Rhodamine - WT vµ pontacyl lãng l¸nh hång ®· trë thµnh c¸c chÊt chØ thÞ mµu th­êng sö dông nhÊt trong c¸c hÖ thèng biÓn, n¬i nh÷ng t¶i l­îng chÊt r¾n l¬ löng cao. Trong mét vµi tr¹ng th¸i, cã thÓ ¸p dông nhiÒu chÊt chØ thÞ - ®iÒu nµy cã ­u ®iÓm lµ nh÷ng h¹n chÕ cña mét lo¹i chÊt chØ thÞ cã thÓ kh¾c phôc bëi nh÷ng ­u thÕ cña chÊt chØ thÞ kh¸c th¶i cïng lóc (Thomas, 1962). Nh÷ng chÊt mµu cã thÓ ë d¹ng bét kh« nh­ng chóng th­êng khã b¶o qu¶n, ®Æc biÖt trong nh÷ng khu vùc ph¬i tr­íc giã. Rhodamme th­êng s½n cã ë d¹ng dung dÞch trong a-xÝt axetic ®ãng b¨ng, nh­ng v× dung dÞch nµy cã mËt ®é kho¶ng 1200 kgm-3, nã râ rµng ®Ëm ®Æc h¬n n­íc biÓn vµ sÏ cã xu h­íng ch×m nÕu ®¬n gi¶n ®æ xuèng biÓn. §Ó tr¸nh t×nh tr¹ng nµy, thùc hµnh nãi chung lµ ®iÒu chØnh mËt ®é cña chÊt chØ thÞ b»ng c¸ch pha lo·ng chÊt mµu hoµ tan víi mét chÊt næi nh­ Metanola cã mËt ®é lµ 800 kgm-3. Nh÷ng tØ lÖ chÝnh x¸c cña dung dÞch Metanola vµ mµu ¸p dông th­êng ®­îc lùa chän ®Ó mang l¹i mËt ®é kÕt qu¶ gÇn nh­ mËt ®é cña n­íc biÓn bao quanh, nãi chung lªn xuèng tõ 1015 ®Õn 1025 kgm-3 trong c¸c cöa s«ng vµ n­íc ven bê. Tuy nhiªn, ®èi víi mét 204 vµi kh¶o s¸t ®Æc tr­ng cã thÓ nªn ®iÒu chØnh mËt ®é cña dung dÞch chÊt chØ thÞ ®Ó nã cã mËt ®é thÊp h¬n hoÆc cao h¬n xung quanh. H×nh 7.1 Chai mariotte ®Ó ®æ chÊt chØ thÞ víi mét møc ®é æn ®Þnh Ph­¬ng ph¸p th¶i mét chÊt chØ thÞ mµu ph¶i kh«ng ¶nh h­ëng ®Õn sù ph¸t t¸n sau ®ã. §Ó th¶i mµu lªn trªn mÆt n­íc biÓn, vÝ dô, cÇn ph¶i lµm cho nã dÔ dµng ch¶y ra ngoµi tõ mét thïng lín kiÓu cæ chai ®­îc ®Þnh vÞ ngay trªn mÆt n­íc. Mµu ®­îc rãt ra nhanh chãng tõ ®é cao nµo ®ã ë trªn mÆt n­íc cã xu h­íng ch×m xuèng n­íc do ®éng l­îng ®i xuèng cña nã. Nh÷ng chØ ®¹o nµy ¸p dông cho viÖc th¶i, ®­îc thiÕt kÕ ®Ó h×nh thµnh ®èm loang chÊt chØ thÞ ph¸t t¸n. §èi víi viÖc th¶i liªn tôc ®­îc thiÕt kÕ ®Ó h×nh thµnh nh÷ng vÖt loang, møc thÓ tÝch cña chÊt th¶i th­êng chËm h¬n nhiÒu vµ hiÖu øng cña ®éng l­îng Ýt khi cã vÊn ®Ò. Mµu cã thÓ ®­îc b¬m vµo n­íc t¹i mét ®é s©u ®­îc chän hoÆc cã thÓ ®­a vµo b»ng c¸ch sö dông mét chai mariotte (h×nh 7.1). ThiÕt bÞ nµy gåm mét thïng kÝn h¬i chøa mµu, víi mét èng ®Æt th¼ng ®øng cho phÐp x©m thùc cña kh«ng khÝ. Khi dung dÞch ch¶y ra th«ng qua mét c¸i lç gÇn ®¸y chai, kh«ng khÝ ®­îc ®Èy vµo trong th«ng qua c¸i èng, nh­ vËy gi÷ cho kho¶ng kh«ng ë trªn chÊt mµu cã ¸p lùc kh«ng khÝ. §iÒu nµy cho phÐp nhËn ®­îc mét cét ¸p suÊt kh«ng ®æi theo bÊt cø ®é s©u nµo cña dung dÞch trong b×nh, vµ nh­ vËy l­u l­îng thÓ tÝch còng kh«ng ®æi. §é lín cña dßng ch¶y nµy ®­îc kiÓm so¸t bëi kÝch th­íc cña lç. Chai mariotte cã thÓ ®Æt lªn mét c¸i phao neo hoÆc trªn thuyÒn trong khu vùc nghiªn cøu, víi mét c¸i èng tõ miÖng chai ®Æt ®Õn ®é s©u phun ®ßi hái, do ®ã ph¸t sinh mét vÖt loang liªn tôc cña chÊt chØ thÞ trong dßng ch¶y. Kü thuËt t¹o ra vÖt loang mµu nh­ thÕ ®· ®­îc dïng trong nh÷ng hå Lín (Csanady, 1973), vµ trong vïng ven bê vµ cöa s«ng (Bowden vµ Lewis, 1973; Bowden vµ nnk., 1974). 205 §o ®¹c ph¸t quang Nguyªn lý c¬ b¶n vËn hµnh mét quang kÕ lµ ¸nh s¸ng tõ mét ®Ìn cùc tÝm ®i qua bé läc s¬ cÊp P vµ lµm cho bÊt kú vËt chÊt ph¸t quang nµo ®ang cã trong mét ng¨n kÝnh sÏ ph¸t quang (h×nh 7.2). Tia s¸ng ph¸t ra ®i qua mét bé läc thø cÊp S vµ kÝch ho¹t mét bé nh©n quang ®Õn bé chÆn tia s¸ng. Tia s¸ng bÞ ng¾t còng ®¹t ®Õn bé nh©n quang bëi mét ®­êng dÉn tia s¸ng phÝa sau. Mét ®Çu dß cã ®é nh¹y vÒ pha so s¸nh c­êng ®é cña tia s¸ng tõ ng¨n dßng ch¶y víi tia tõ ®­êng dÉn tia s¸ng phÝa sau. §Çu ra tõ ®Çu dß pha dÉn cam l¸i tia ®i qua mét m« t¬ phô, chuyÓn ®éng cña nã c©n b»ng víi c­êng ®é cña tia s¸ng nhËn tõ ng¨n dßng ch¶y vµ ®­êng dÉn tia s¸ng phÝa sau. Møc ®é chuyÓn ®éng cña cam lµ sè ®o ph¸t quang cña mµu trong ng¨n dßng ch¶y. §iÖn ¸p ®Çu ra tõ quang kÕ, tû lÖ víi chuyÓn ®éng nµy, cho phÐp nh÷ng biÕn ®æi ph¸t quang sÏ ®­îc hiÓn thÞ trªn mét m¸y ghi biÓu ®å hoÆc ghi lªn mét bé l­u sè liÖu nh­ mét b¶n ghi ®­îc sè ho¸. H×nh 7.2 Nguyªn lý vËn hµnh cña quang kÕ ®èi ngÉu HÖ thèng ®­êng dÉn tia s¸ng kÐp nµy cã ­u ®iÓm lµ nh÷ng biÕn ®æi ®iÖn ¸p hoÆc ®é nh¹y ®Çu dß lµ c©n b»ng nhau. Mét vµi quang kÕ cã thÓ kh«ng cã hÖ thèng nµy nh­ng nh÷ng kÕt qu¶ chóng t¹o ra cÇn ®­îc xö lý thËn träng bëi ®é nh¹y cña chóng ®èi víi nh÷ng dao ®éng ®iÖn ¸p. Mét ®­êng dÉn tia s¸ng vÒ phÝa tr­íc ®­îc cung cÊp bëi v× bé nh©n quang lu«n lu«n ®ßi hái tia s¸ng ®i ®Õn nµo ®ã ph¶i gi÷ cho m« t¬ phô vËn hµnh chÝnh x¸c. Khi mét sè l­îng nhÊt ®Þnh cña chÊt ph¸t quang tù nhiªn tån t¹i trong biÓn, cã mét ®iÒu khiÓn tËp hîp trèng trong ®­êng dÉn tia s¸ng phÝa sau ®Ó bï ®¾p ®ãng gãp cña yÕu tè nµy cho ®Çu dß. Quang kÕ cã thÓ cã kiÓu 'bench-top' vµ cã thÓ thÝch hîp ®Ó lÊy nh÷ng mÉu rêi r¹c hoÆc ®äc dßng ch¶y liªn tôc b»ng viÖc thay ®æi ng¨n lÊy mÉu. §Ó nghiªn cøu chÊt chØ thÞ trong biÓn, thiÕt bÞ dßng ch¶y liªn tôc ®­îc sö dông th­êng xuyªn nhÊt, mÆc dÇu mét ng¨n rêi r¹c còng cã gi¸ trÞ hiÖu chØnh c¸c mÉu. Víi dßng ch¶y liªn tôc n­íc lÊy mÉu ®­îc b¬m lªn quang kÕ trong khi tµu kh¶o s¸t dÞch chuyÓn qua mét ®èm loang hoÆc vÖt loang 206 cña n­íc biÓn cã mµu. Quy tr×nh nµy ch¾c ch¾n cã nghÜa lµ cã sù gi¸n ®o¹n gi÷a lÊy mÉu b»ng èng trong biÓn vµ x¸c ®Þnh sù ph¸t quang cña nã. §ã cã thÓ lµ mét bÊt lîi ®¸ng kÓ v× sù x¸o trén trong èng cã thÓ lµm tr¬n c¸c chi tiÕt vµ tµu cã thÓ ®· dÞch chuyÓn mét kho¶ng c¸ch nµo ®ã tr­íc khi nhËn thøc r»ng giíi h¹n cña n­íc mµu ®· ®¹t ®Õn. Mét quang kÕ kÐo ch×m cung cÊp hÇu hÕt sè ®äc tøc thêi cña chÊt ph¸t quang vµ lµ mét biÖn ph¸p ­u tiªn cña viÖc lÊy mÉu mµu trong biÓn. KiÓu dông cô nµy th­êng sö dông mét hÖ thèng ®­êng dÉn tia s¸ng kÐp vµ ®iÖn ¸p ®Çu ra thÝch øng mét c¸ch tuyÕn tÝnh víi sù t¨ng nång ®é cña hîp chÊt ph¸t quang; sù thÝch øng phi tuyÕn cã thÓ xuÊt hiÖn t¹i nh÷ng nång ®é mµu cao do chïm tia kÝch ho¹t bÞ 'dËp t¾t' bëi chiÕt xuÊt quang häc cña dung dÞch. Bé läc quang kÕ ®­îc ®iÒu chØnh ®Ó b¶o ®¶m r»ng ®é nh¹y lín nhÊt cña ®Çu dß ®­îc ¸p dông cho chÊt chØ thÞ mµu ®· chän. §èi víi rhodamine - B bé läc s¬ cÊp cÇn ph¶i lµ 546 m cho mµu xanh l¸ c©y vµ bé läc thø cÊp cÇn ph¶i lµ 460 m cho sù kÕt hîp mµu xanh da trêi vµ mµu vµng. Bé läc thÝch hîp víi nh÷ng chÊt chØ thÞ mµu kh¸c ®­îc cung cÊp bëi nh÷ng nhµ s¶n xuÊt quang kÕ. Nh÷ng chÊt chØ thÞ phãng x¹ Nh÷ng chÊt chØ thÞ phãng x¹, nh­ br«m - 82 hoÆc tritium, ®­îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh nh÷ng ®Æc tr­ng ph¸t t¸n theo c¸ch t­¬ng tù nh­ chÊt chØ thÞ mµu. Trong mét thùc nghiÖm tiªu biÓu, mét sù th¶i tøc thêi 500 mCi cña br«m - 82 cã thÓ cßn thÊy trong vßng 4 giê trong n­íc ven bê. Ph©n bè cña ®èm loang kÕt qu¶ cã thÓ quan tr¾c nhê sö dông mét m¸y ®Õm nhÊp nh¸y ®­îc kÐo ch×m, ®é dß cã thÓ xuèng ®Õn 0,1 mCil-1 (mét møc ®Õm xÊp xØ hai lÇn møc nÒn). Còng cã mét sè h¹n chÕ ®èi víi viÖc sö dông nh÷ng chÊt chØ thÞ phãng x¹ trong biÓn, nh­ sau: 1. Nh÷ng chÊt chØ thÞ phãng x¹ ph¶i cã mét nöa cuéc sèng ng¾n ngñi ®Ó chóng chÊp nhËn ®­îc ®èi víi viÖc th¶i xuèng m«i tr­êng biÓn; ®iÒu nµy h¹n chÕ sù chän läc nh÷ng chÊt cã thÓ sö dông. 2. Nh÷ng chÊt chØ thÞ phãng x¹ kh«ng thÓ thÊy vµ, trõ phi chuyÓn ®éng ®­îc h¹n chÕ bëi nh÷ng bê bao hoÆc nh÷ng ®Æc ®iÓm kh¸c, nhiÒu nç lùc lÊy mÉu cã thÓ h­íng tíi nh÷ng khu vùc trong ®ã kh«ng cã chÊt chØ thÞ. Kh«ng ph¶i tÊt c¶ viÖc th¶i nh÷ng chÊt chØ thÞ phãng x¹ ®­îc lªn kÕ ho¹ch nh­ mét phÇn cña kh¶o s¸t thùc nghiÖm. VÝ dô, nhµ m¸y ®iÖn h¹t nh©n cã thÓ th¶i ë møc ®é thÊp chÊt phãng x¹ vµo cöa s«ng hoÆc vïng ven bê. Mét so s¸nh møc ®é cña Xªdi -137 trong lßng dÉn Bristol víi ®é mÆn gi¶ thiÕt r»ng cã thÓ xem xÐt nh÷ng hÖ sè ph¸t t¸n däc t­¬ng tù víi nh÷ng ph©n bè ®­îc quan tr¾c, vµ r»ng ngËp trµn Xªdi -137 tõ cöa s«ng chñ yÕu do t¸c ®éng cña ph¸t t¸n theo trôc (Uncles, 1979). Xªdi -137 ®­îc th¶i liªn tôc xuèng biÓn Ai len tõ nhµ m¸y t¸i chÕ Sellafield vµ nã h×nh thµnh mét vÖt loang cã thÓ nhËn thÊy ngay trªn bê biÓn phÝa t©y cña Scotland vµ ®æ vµo BiÓn B¾c (Livingston vµ nnk., 1982). B»ng viÖc lÊy nh÷ng tû lÖ phãng x¹ h¹t nh©n kh¸c nhau, cã thÓ biÕt møc ®é vËn chuyÓn nhiÒu h¬n so víi viÖc sö dông mét h¹t nh©n riªng biÖt. Kü thuËt nµy chØ ra r»ng phãng x¹ h¹t nh©n ®­îc gi÷ l¹i trong biÓn Ai len vµo kho¶ng hai n¨m tr­íc khi ®­îc vËn chuyÓn 207 t­¬ng ®èi nhanh ®Õn BiÓn B¾c. Thêi gian c­ ngô cña nh÷ng chÊt chØ thÞ nµy trong biÓn B¾c lµm chóng th©m nhËp vÒ phÝa Nam nhiÒu h¬n, c¸c ®¸nh gi¸ n»m trong ph¹m vi tõ mét vµi th¸ng ®Õn Ýt h¬n hai n¨m tr­íc khi chóng cuèi cïng trµn vµo §¹i T©y D­¬ng bëi dßng ch¶y ven bê Na Uy. Nh÷ng chÊt chØ thÞ vi khuÈn Nh÷ng chÊt chØ thÞ vi khuÈn lµ h÷u Ých ®Ó thùc thi nh÷ng kÕt qu¶ thùc nghiÖm chÊt chØ thÞ mµu vµ ®Ó ®¸nh gi¸ møc ®é vi khuÈn chÕt trong biÓn. Kü thuËt bao gåm viÖc thu thËp nh÷ng mÉu riªng biÖt ®­îc bäc trong mét chÊt gien agar vµ cho phÐp lín lªn trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é kiÓm so¸t ®­îc. Sè l­îng vi khuÈn lín lªn trong chÊt gien ®­îc ®Õm vµ sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ sè l­îng vi khuÈn trªn thÓ tÝch ®¬n vÞ n­íc biÓn lÊy mÉu. MÆc dÇu kü thuËt cã nh­îc ®iÓm lµ nã kh«ng thÓ sö dông ®èi víi dßng ch¶y liªn tôc, nh­ng cã thÓ sö dông víi nh÷ng møc pha lo·ng lín h¬n mµ mét mµu ph¸t quang cã thÓ cã. Escherichia coli (E.coli) lµ mét sinh vËt tù nhiªn xuÊt hiÖn trong ruét ng­êi vµ ®­îc sö dông nh­ mét chØ tiªu cã mÆt cña chÊt th¶i. Nång ®é cña E.coli trong biÓn ®· trë thµnh c¬ b¶n cho ChØ thÞ n­íc t¾m cña EC, x¸c ®Þnh liÖu n­íc cã thÝch hîp ®Ó t¾m, l­ít sãng vµ nh÷ng ho¹t ®éng t­¬ng tù hay kh«ng. HiÖn t¹i giíi h¹n b¾t buéc ®èi víi E.coli trong n­íc t¾m lµ 2000 faecal trùc khuÈn trªn 100 ml, giíi h¹n chØ tiªu ®­îc khuyÕn c¸o lµ 100 coliforms trªn 100 ml. Trong nh÷ng khu vùc cã nguån chÊt th¶i ®¸ng kÓ, nång ®é E.coli cã thÓ sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ møc ®é ph¸t t¸n. Tuy nhiªn, ®èi víi nh÷ng môc ®Ých thùc nghiÖm tèt nhÊt lµ ¸p dông mét chÊt chØ thÞ vi khuÈn cã thÓ ®æ xuèng víi møc ®é kiÓm so¸t ®­îc trong bÊt kú khu vùc ®­îc chän nµo. Mét chÊt chØ thÞ tiªu biÓu cña lo¹i nµy lµ vi khuÈn Serratia marcesens. Lo¹i nµy t­¬ng ®èi dÔ thu ®­îc vµ nu«i cÊy, vµ qu¶n lý an toµn mét c¸ch c¬ b¶n. Serratia còng hä hµng víi E. coli vµ møc ®é Serratia chÕt trong biÓn ®­îc sö dông ®Ó suy ra møc ®é chÕt faecal trùc khuÈn. Kü thuËt thùc hiÖn bao gåm viÖc th¶i Serratia vµ ph¸t quang mµu cïng nhau, hoÆc th¶i liªn tôc hoÆc th¶i rêi r¹c, vµ ®o sù thay ®æi nång ®é cña c¶ hai theo thêi gian. Mét khi nång ®é mµu chñ yÕu phô thuéc vµo sù pha lo·ng, trong khi nång ®é vi khuÈn phô thuéc vµo sù pha lo·ng vµ chÕt ®i, tû lÖ cña chóng lµ sè ®o cña møc ®é vi khuÈn mÊt m¸t. Sù chÕt cña vi khuÈn trong biÓn do tia tö ngo¹i vµ do bÞ ®ãi lµ tin cËy vÒ mÆt nguyªn lý. Lý do tr­íc gi¶ thiÕt r»ng møc ®é chÕt Ýt h¬n vµo ban ®ªm vµ lý do sau nãi lªn r»ng sù tån t¹i ph¶i thÊp h¬n trong nh÷ng khu vùc mµ ë ®ã nh÷ng chÊt dinh d­ìng thÊp, mµ nãi chung øng víi nh÷ng khu vùc cã ®é mÆn cao h¬n (Gameson, 1984). Thùc nghiÖm cho thÊy víi nh÷ng nång ®é mµu thÊy trong mét thùc nghiÖm chÊt chØ thÞ tiªu biÓu, møc ®é chÕt cña vi khuÈn ®­îc th¶i cïng lóc kh«ng bÞ ¶nh h­ëng bëi sù cã mÆt cña mµu (Jensen vµ Kristensen, 1989). Mét d¹ng kh¸c cña chÊt chØ thÞ lµ vi khuÈn thùc khuÈn. Thùc khuÈn kh¸ng cù ®Æc biÖt víi nh÷ng ®iÒu kiÖn ®Æc thï trong biÓn vµ sù tån t¹i kÐo dµi nµy cã ­u ®iÓm lµ cã thÓ sö dông thùc khuÈn ®Ó x¸c ®Þnh sù ph¸t t¸n cña nh÷ng chÊt th¶i qua mét vµi chu kú thñy triÒu. Tuy nhiªn, mét h¹n chÕ sö dông cña thùc khuÈn ë chç chóng cã thÓ sèng 208 trong trÇm tÝch vµ mét khi ®· sö dông trong mét khu vùc, th× kh«ng thÓ sö dông thªm n÷a ®èi víi chÊt chØ thÞ nµy cho mét thêi gian ®¸ng kÓ, vÝ dô mét vµi n¨m. 7.2.2 C¸c vÝ dô øng dông Quy tr×nh kh¶o s¸t vµ ph©n tÝch sè liÖu §Ó minh häa cho sù ph©n tÝch vµ øng dông d÷ liÖu tõ nh÷ng thùc nghiÖm chÊt chØ thÞ, môc nµy m« t¶ nh÷ng quy tr×nh tiªu biÓu vµ soi s¸ng c¸c b­íc trong quy tr×nh ph©n tÝch kÕt qu¶ tõ mét thùc nghiÖm ngoµi bê biÓn Wales. C¸ch tiÕp cËn ®¬n gi¶n ®· ®­îc chän mét c¸ch c©n nh¾c ®Ó lµm râ tõng b­íc, nh­ng ng­êi ®äc cÇn ý thøc r»ng kü thuËt m« h×nh ho¸ tiªn tiÕn h¬n cho sù ph©n tÝch nh­ vËy ®ang trë nªn t­¬ng ®èi tæng qu¸t. Thùc nghiÖm chÊt chØ thÞ ®· m« t¶ ®­îc thùc hiÖn nh­ mét phÇn cña nghiªn cøu ®Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ tèi ­u cho mét nguån ®æ dµi trªn biÓn ®Ó x¶ mét nguån chÊt th¶i ®· xö lý tõ thµnh phè Aberystwyth trªn bê phÝa T©y cña Wales (h×nh 7.3). Mçi thùc nghiÖm gåm sù rãt mµu nhÑ nhµng lªn mÆt biÓn tõ mét c«ngten¬ cã miÖng réng, sao cho chuyÓn ®éng xuèng d­íi do t¸c ®éng rãt lµ Ýt nhÊt; toµn bé viÖc th¶i ®­îc hoµn thµnh trong mét vµi gi©y. Mét dung tÝch kho¶ng 20 lÝt cña 40 % rhodamine - B pha lo·ng víi Metanola ®­îc x¶. Kh¶o s¸t thùc hiÖn trong Th¸ng b¶y 1976, lµ thêi kú ®Æc biÖt yªn lÆng chØ víi giã rÊt nhÑ vµ bÊt kú sù ph¸t t¸n nµo do giã lµ kh«ng ®¸ng kÓ. Thêi tiÕt ®Çy n¾ng s¸ng, t¹o ra mét gradient nhiÖt ®é th¼ng ®øng xÊp xØ 1oCm-1, t­¬ng ®­¬ng víi gradient mËt ®é th¼ng ®øng lµ 0,174t ®¬n vÞ trªn mÐt. Tham sè t lµ mét biÓu thÞ kh¸c cña mËt ®é ®Ó gi¶m nh÷ng ®¬n vÞ ®Õn mét kÝch th­íc qu¶n lý ®­îc vµ lÊy b»ng (mËt ®é (kgm-3)) 1000. §é s©u n­íc ®Ó th¶i kho¶ng 15 m. Tµu kh¶o s¸t chuyÓn ®éng ra xa ®èm loang sau khi th¶i mµu, ®Ó cho viÖc lan truyÒn kh«ng bÞ nhiÔu ®éng kho¶ng 10 phót; trong thêi gian ®ã ®èm loang mµu ®á thÓ hiÖn xÊp xØ d¹ng h×nh trßn cã ®­êng kÝnh kho¶ng 20 m. M­êi phót sau khi th¶i mµu, tµu kh¶o s¸t dÞch chuyÓn ®Õn t©m cña ®èm loang vµ x¸c ®Þnh nh÷ng ph©n bè th¼ng ®øng cña nång ®é trong suèt 20 phót sau ®ã b»ng c¸ch h¹ thÊp èng lÊy n­íc cña mét quang kÕ ghi liªn tôc trong cét n­íc; mét vÝ dô cña ph©n bè tiªu biÓu trong thêi gian nµy ®­îc cho trong h×nh 7.4 (a). Tµu kh¶o s¸t sau ®ã ®i qua ®èm loang, lóc ®Çu lµ th¼ng gãc víi h­íng tr«i chÝnh vµ sau ®ã däc theo h­íng ®ã, víi ®Çu lÊy n­íc cña quang kÕ ®Æt t¹i ®é s©u cè ®Þnh 1,0 m. Trong khi chuyÓn ®éng qua ®èm loang, vËn tèc cña tµu ®­îc gi÷ ë mét møc æn ®Þnh vµ chËm ®Ó tèi gi¶n sù nhiÔu ®éng cña tr­êng mµu. Nh÷ng ph©n bè nång ®é mµu tiªu biÓu ngang vµ däc theo ®èm loang ®­îc thÓ hiÖn trong nh÷ng H×nh 7.4 (b) vµ ( c). Theo thêi gian, ®èm loang dÇn dÇn ngõng l¹i vµ cã d¹ng h×nh vßng trßn vµ trë thµnh h×nh ªlÝp h¬i th«, trôc chÝnh th­êng lµ, nh­ng kh«ng ph¶i lu«n lu«n, th¼ng hµng víi h­íng cña dßng ch¶y (xem H×nh 7.3). Dßng triÒu x¸o trén mµu trong toµn bé cét n­íc trong kho¶ng 2,5 giê; cã thÓ cho r»ng møc ®é x¸o trén t­¬ng ®èi chËm nµy lµ do sù k×m h·m bëi gradient th¼ng ®øng cña mËt ®é. Nh÷ng cuéc ®i qua ®èm loang ®­îc tiÕp tôc cho ®Õn khi sù pha lo·ng lµm cho mµu n­íc qu¸ khã ®Ó ph©n biÖt víi mµu cña biÓn bao quanh, kho¶ng 3,5 ®Õn 4 giê sau thêi gian th¶i. 209 H×nh 7.3 Nh÷ng vÕt c¸c ®èm loang chÊt chØ thÞ mµu ®­îc th¶i ngoµi Aberystwyth khi triÒu lªn vµ xuèng - triÒu xuèng th¶i 10,36 BST, triÒu lªn th¶i 16,50 BST. H×nh d¹ng vµ kÝch th­íc xÊp xØ cña nh÷ng ®èm loang t¹i nh÷ng lÇn lÊy mÉu thµnh c«ng ®­îc chØ ra. (§­îc sù ®ång ý cña Hyder plc) D÷ liÖu nhËn ®­îc tõ thùc nghiÖm ®­îc sö dông ®Ó tÝnh to¸n ®é dµi, chiÒu réng vµ ®é s©u cña ®èm loang mµu h×nh ªlÝp t¹i nh÷ng thêi ®iÓm khuyÕch t¸n kh¸c nhau. §Ó x¸c ®Þnh ®é dµi vµ chiÒu réng, ®é biÕn thiªn cña nh÷ng ph©n bè h­íng ngang vµ däc ®­îc tÝnh to¸n tõ nh÷ng ph©n bè nång ®é. §èi víi mét ®èm loang h×nh ªlÝp, nh÷ng biÕn thiªn n»m ngang ®­îc x¸c ®Þnh bëi c¸c ph­¬ng tr×nh               dxdyyyxc M 1 dxdyxyxc M 1 σ 22 y 22 x ),( ),( σ (7.1) trong ®ã M lµ toµn bé khèi l­îng cña chÊt chØ thÞ trong líp mÆt (bÒ dµy dz) cña ®èm loang vµ liªn quan ®Õn nång ®é mÆt n­íc c(x, y) bëi        dxdyyxcM ),( . (7.2) 210 H×nh 7.4 Nh÷ng nång ®é mµu tiªu biÓu tõ nh÷ng ®o ®¹c ph¸t quang lÊy qua mét ®èm loang: (a) th¼ng ®øng, (b) ngang vµ (c) däc Tuy nhiªn, thÊy r»ng chØ cÇn lÊy nh÷ng ph©n bè h­íng ngang vµ däc ®i qua t©m ®èm loang lµ ®ñ cho nªn, vÝ dô, biÕn thiªn däc b»ng     dxxxc M 1 2 x 2 x )(σ (7.3) trong ®ã     dxxcMx )( . (7.4) TÝnh to¸n ®é biÕn thiªn §é biÕn thiªn ®­îc tÝnh to¸n b»ng viÖc ®äc nång ®é c(x) t¹i nh÷ng kho¶ng c¸ch ®Òu nhau däc theo h×nh vÏ ph©n bè nång ®é vµ sau ®ã sö dông nh÷ng ph­¬ng tr×nh (7.3) vµ (7.4). Nh÷ng nång ®é nµy cã thÓ sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ x 2 b»ng nh÷ng ph­¬ng tr×nh biÓu thÞ l¹i (7.3) vµ (7.4) ë d¹ng 2 i ii i 2 ii2 x c xc c xc              σ (7.5) trong ®ã sè h¹ng trong nh÷ng dÊu mãc vu«ng thÓ hiÖn vÞ trÝ träng t©m cña ph©n bè nång ®é. Mét ®Þnh nghÜa t­¬ng øng cã thÓ sö dông ®Ó tÝnh to¸n sù biÕn thiªn y 2 theo h­íng y. VÝ dô 1 H×nh 7.5 cho thÊy mét ph©n bè tiªu biÓu cña nång ®é ci x¸c ®Þnh t¹i mçi kho¶ng c¸ch rêi r¹c xi tõ mét gèc tuú ý. §©y lµ mét quy tr×nh t­¬ng ®èi dÔ ®Ó tÝnh to¸n x 2, b»ng c¸ch sö dông ph­¬ng tr×nh (7.5) víi nh÷ng cÆp gi¸ trÞ nµy. §èi víi ph©n bè ®· chØ ra, gi¸ 211 trÞ tÝnh to¸n cña x 2 lµ 11 960 m2, øng víi gi¸ trÞ x lµ 109,4 m. Dùa vµo ph­¬ng tr×nh (6.4), ®é lÖch chuÈn nµy ®èi víi ph©n bè Gauss lµ t­¬ng ®­¬ng víi mét ®èm loang cã ®é dµi 437,6 m gi÷a nh÷ng ®iÓm b»ng mét phÇn m­êi nång ®é lín nhÊt. Nh­ ®­îc dù kiÕn, ®é dµi nµy ng¾n h¬n mét Ýt so víi ®é dµi ph©n bè toµn bé lµ 500 m. Trong h­íng th¼ng ®øng, ph©n bè mµu lµ xÊp xØ b¸n Gauss víi cùc ®¹i cña ®­êng cong n»m t¹i mÆt biÓn (xem H×nh 7.4 (a)). §èi víi mét ph©n bè nh­ vËy cña mµu, biÕn thiªn th¼ng ®øng ®¬n gi¶n thµnh   i ii z c zc 22σ . (7.6) Nh­ tr­êng hîp th«ng th­êng, d÷ liÖu t¹i Aberystwyth vÒ ph©n bè nång ®é th¼ng ®øng lµ qu¸ bÊt cËp ®Ó tÝnh to¸n ®é biÕn thiªn h÷u Ých vµ z 2 ®­îc ®¸nh gi¸ b»ng c¸ch sö dông ®é s©u H mµ t¹i ®ã nång ®é ph©n bè h¹ xuèng mét phÇn m­êi so víi gi¸ trÞ t¹i mÆt n­íc. §é biÕn thiªn z 2 , ®­îc ®¸nh gi¸ tõ mèi quan hÖ víi ®é lÖch chuÈn z = H / 2 ®· cho trong môc 6.2. H×nh 7.5 Nh÷ng nång ®é mµu ci lÊy t¹i nh÷ng kho¶ng rêi r¹c trªn kho¶ng c¸ch xi däc theo trôc chÝnh cña mét ®èm loang mµu tõ mét gèc tuú ý. D¹ng mét ®­êng cong Gauss, xÊp xØ víi sè liÖu quan tr¾c, còng ®­îc chØ ra trªn h×nh vÏ. Trong nh÷ng tr¹ng th¸i mµ c¸c líp cña mét ®èm loang khuÕch t¸n ®­îc nhËn thÊy râ rµng, b»ng c¸ch ®¬n gi¶n cã thÓ ®¸nh gi¸ chiÒu dµi L vµ chiÒu réng W cho mét ®èm loang tõ vÞ trÝ cè ®Þnh. Nh÷ng mèi quan hÖ x = L / 4 vµ y = W / 4, bao hµm bëi ph­¬ng tr×nh (6.4) (môc 6.2), sau nµy cã thÓ sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ nh÷ng biÕn thiªn ngang cña ®èm loang t¹i nh÷ng thêi ®iÓm khuyÕch t¸n kh¸c nhau. C¸ch tiÕp cËn nµy cã thÓ tháa m·n nh­ mét xÊp xØ ®Çu tiªn, mÆc dÇu nÕu biªn ®èm loang trë nªn kh«ng râ rµng, cÇn sö dông nh÷ng biÕn thiªn ®· tÝnh to¸n thay vµo ®ã. §Ó ®¸nh gi¸ ®é lín cña nh÷ng hÖ sè x¸o trén, nh÷ng biÕn thiªn cña ®èm loang ®­îc vÏ theo nh÷ng thêi ®iÓm khuyÕch t¸n t­¬ng øng. Gi¶ thiÕt r»ng nh÷ng hÖ sè kh«ng ®æi theo thêi gian, ®é dèc cña mét ®­êng cã thÓ sö dông ®Ó tÝnh to¸n Kxe tõ c«ng thøc 212 dt d 2 1 K 2 x xe σ  . (7.7) Nh÷ng biÓu thøc t­¬ng ®­¬ng cã thÓ sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ Ky vµ Kz tõ nh÷ng biÕn thiªn y 2 vµ z 2 VÝ dô 2 Nh÷ng gi¸ trÞ ®èi víi biÕn thiªn däc ®­îc vÏ theo thêi gian cho chÊt th¶i mµu khi triÒu lªn t¹i Aberystwyth trong h×nh 7.6. Tõ ph­¬ng tr×nh (7.7), ®é dèc cña ®­êng cho thÊy r»ng Kxe = 0,542 m 2 s -1. MÆc dÇu kh«ng ®ñ nh÷ng ®iÓm d÷ liÖu trªn h×nh vÏ ®Ó x¸c ®Þnh sù biÕn thiªn cã t¨ng tuyÕn tÝnh theo thêi gian hay kh«ng, hoÆc tu©n theo mét xu h­íng kh«ng tuyÕn tÝnh, cã vÎ gi¶ thiÕt ®Çu tiªn lµ hîp lý ®Ó lÊy gradient lµ h»ng sè trong thêi gian loang mµu. H×nh 7.6 BiÕn thiªn däc theo thêi gian ®èi víi viÖc th¶i khi triÒu lªn t¹i Aberystwyth. (§­îc sù ®ång ý cña Hyder plc) BiÕn ®æi nång ®é t¹i t©m ®èm loang HÖ sè Kxe ®· cho ë ph­¬ng tr×nh trªn nhÊn m¹nh r»ng víi sù cã mÆt cña tr­ît dßng ch¶y h­íng däc, hÖ sè thùc tÕ lµ ph¸t t¸n chø kh«ng ph¶i khuÕch t¸n. §Ó minh häa øng dông cña nh÷ng hÖ sè nµy, h·y xÐt m« h×nh cña mét ®èm loang mµu ph¸t t¸n t¹i mÆt biÓn. Nång ®é c(0, 0, 0, t) t¹i t©m ®èm loang do ph­¬ng tr×nh (6.13) ph¸t biÓu r»ng zyx 23 σπ2 M t000c σσ/ ),,,(  . (7.8) Thay thÕ nh÷ng ®é lÖch chuÈn b»ng nh÷ng hÖ sè x¸o trén lµ h»ng sè (ph­¬ng tr×nh (4.17)), biÓu thøc nµy trë

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfpages_from_lewis_sao_qua_trinh_phat_tan_vat_chat_d_2004_8_85.pdf