Giáo trình quy hoạch và phân tích hệ thống tài nguyên nước (dự án tăng cường năng lực đào tạo cho trường đại học thuỷ lợi của chính phủ đan mạch DANIDA)

Hình thành bài toán quy ho ch và xác đ nh m c tiêu khai thác h th ng ..... Mô hình dòng ch y sông ngòi.... Khai thác mô hình.... Phân lo i bài toán quy ho ch phi tuy n.... Ph ng pháp Gra

M C L C

L I NÓI U 10

CH NG 1: H TH NG TÀI NGUYÊN N C 12

1.1 N i dung và các nguyên lý v h th ng 12

1.1.1 H th ng và các đ c tr ng c a h th ng 12

a nh ngh a 12

b Các đ c tr ng c a h th ng 12

1.1.2 Phân lo i h th ng 15

1.1.2.1 H th ng v i mô hình vào - ra 15

1.1.2.2 H th ng có mô t c u trúc bên trong - H p tr ng 15

1.1.2.3 H t nh và h đ ng 16

1.1.2.4 H có đi u khi n và h không có đi u khi n 16

1.1.2.5 H t t đ nh và h ng u nhiên 18

1.1.2.6 H th ng trong đó bao g m các h th ng con 18

1.1.3 Các bài toán c b n v h th ng và h th ng ch tiêu đánh giá 18

1.1.3.1 Các bài toán c b n v h th ng 18

1.1.3.2 H th ng ch tiêu đánh giá 19

1.1.4 Ph ng pháp phân tích h th ng 20

1.1.4.1 V n trù h c là gì? 22

1.1.4.2 Khái ni m v lý thuy t đi u khi n 24

1.1.4.3 Nh ng h n ch c a v n trù h c và lý thuy t đi u khi n - S ra đ i c a lý thuy t phân tích h th ng26 1.1.5 H th ng ph ng pháp lu n trong phân tích h th ng 28

1.1.5.1 Ph ng pháp t i u hoá 28

1.1.5.2 Ph ng pháp mô ph ng trong phân tích h th ng 28

1.1.5.3 H th ng các quan đi m và nguyên lý ti p c n h th ng 29

1.2 H th ng tài nguyên n c 31

1.2.1 Tài nguyên n c 31

1.2.2 Khái ni m v h th ng tài nguyên n c 35

1.2.3 Các h th ng thành ph n c a h th ng tài nguyên n c 36

1.2.3.1 H th ng tài nguyên n c m t 38

1.2.3.2 H th ng n c ng m 38

1.2.1.3 H th ng c p thoát n c và x lý n c th i đô th 39

1.2.3.4 H th ng ki m soát l 39

1.2.3.5 H th ng t i tiêu 40

1.3 S ti p c n h th ng và các giai đo n phân tích h th ng tài nguyên n c 41

1.3.1 Hình thành bài toán quy ho ch và xác đ nh m c tiêu khai thác h th ng 41

1.3.2 Thu th p tài li u 41

1.3.3 Xây d ng h th ng ch tiêu đánh giá quy ho ch 43

1.3.4 Thi t l p h th ng ph ng án 44

1.3.5 ánh giá ph ng án 44

1.3.6 Ch n ph ng án t t nh t 44

1.3.7 Th c hi n d án quy ho ch 45

1.4 Thi t l p hàm m c tiêu 45

1.4.1 T ng h p các m c tiêu khai thác h th ng 45

1.4.2 Phân c p trong phân tích h th ng 46

1.5 S thu n l i và nh ng h n ch v ti p c n h th ng 48

1.6 T ng quan v h th ng tài nguyên n c Vi t Nam 48

1.6.1 c đi m chung v tài nguyên n c c a Vi t nam 48

1.6.1.1 Tài nguyên n c m t 50

1.6.1.2 Tài nguyên n c ng m 52

1.6.2 Nh ng nét chính v phát tri n tài nguyên n c trong t ng lai 53

1.6.2.1 Nhu c u c p n c 53

1.6.2.2 Phát tri n n ng l ng 54

1.6.2.3 Phòng ch ng l l t 54

1.6.3 Nh ng thách th c trong l nh v c qu n lý tài nguyên n c 55

CÂU H I CH NG I 56

CH NG II: QUY HO CH TÀI NGUYÊN N C 57

2.1 Quy ho ch t ng h p tài nguyên n c 57

2.1.1 Nguyên lý chung 57

2.1.2 Các v n đ đ t ra trong quy ho ch t ng h p tài nguyên n c 57

2.1.2.1 Nhu c u n c dùng và nhu c u n c sinh thái 57

2.1.2.2 Yêu c u phát tri n b n v ng tài nguyên n c 59

2.1.2.3 Nh ng n i dung c b n c a quy ho ch và qu n lý tài nguyên n c 61

2.1.3 c đi m c a h th ng tài nguyên n c 63

2.2 Nguyên t c và các th th c 65

2.2.1 Ch ng trình qu c gia v phát tri n tài nguyên n c 65

2.2.2 Quy ho ch l u v c sông 66

2.3.3 Quy ho ch c p đ a ph ng 67

2.3.4 Quy ho ch vùng 67

2.3.5 Quy ho ch chuyên dùng 67

2.3.6 C p qu c t 68

2.3 Phân giai đo n trong quy ho ch tài nguyên n c 68

2.3.1 Thu th p và x lý d li u 72

2.3.2 ánh giá tài nguyên n c và các yêu c u v n c 73

2.3.2.1 ánh giá tài nguyên n c 73

2.3.2.2 Xác đ nh các yêu c u v n c 73

2.3.3 Thi t l p hàm m c tiêu và ràng bu c 74

2.3.4 D th o d án và l p quy ho ch s b 76

2.3.5 Thi t l p và sàng l c các ph ng án 77

2.3.6 B sung và nghiên c u chi ti t các ph ng án ch n 77

2.3.7 ánh giá và hoàn thi n ph ng án quy ho ch 78

2.3.8 L p k ho ch ho t đ ng c a d án 78

2.3.9 Liên k t th c hi n 79

2.4 C c u t ch c 79

2.4.1 Các chuyên gia 79

2.4.2 Các c p ra quy t đ nh 80

2.4.3 S ph i h p gi a các t ch c 81

2.4.4 Nâng cao n ng l c 81

2.5 S tham gia c a c ng đ ng trong quá trình quy ho ch 82

2.5.1 S c n thi t v s tham gia c a c ng đ ng 82

2.5.2 Nh ng l i ích do s tham gia c a c ng đ ng mang l i 83

2.5.3 Nh ng y u t đóng góp c a các bên 84

2.5.4 Các ho t đ ng trong quá trình tham gia c a c ng đ ng 85

2.6 Các y u t b t đ nh trong quy ho ch tài nguyên n c 85

CÂU H I CH NG II 86

CH NG III: PHÂN TÍCH KINH T VÀ TÀI CHÍNH 88

3.1 Kinh t k thu t và phân tích kinh t 88

3.1.1 Nguyên lý chung v kinh t k thu t 88

3.1.1.1 Khái ni m v phân tích tài chính và phân tích kinh t 88

3.1.1.2 Khái ni m v chi phí và l i ích 89

3.1.1.3 Giá tr và giá c 91

3.1.2 H s tri t kh u 92

3.1.2.1 Giá tr th i gian c a đ ng ti n 92

3.1.2.2 H s tri t kh u 94

3.1.3 Ph ng pháp tính tri t kh u 94

3.1.4 Phân tích kinh t đa ph ng án 96

3.1.5 Tính hi u qu và h p lý trong phân tích kinh t 96

3.1.5.1 Giá tr thu nh p dòng t i th i đi m hi n t i NPV (Net Presnt Value) 96

3.1.5.2 Ch tiêu t s l i ích và chi phí B/C 97

3.1.5.3 Ch s n i hoàn IRR (Internal Rate of Return) 97

3.1.5.4 Th i gian hoàn v n tuy t đ i: 98

3.2 Phân tích L i ích-chi phí 99

3.2.1 Phân tích chi phí đ i v i các d án quy ho ch ngu n n c 99

3.2.2 Phân tích l i ích đ i v i các d án quy ho ch ngu n n c 99

3.3 Ví d đi n hình 100

3.3.1 Gi i thi u d án 101

3.3.2 ánh giá hi u qu kinh t 102

3.4 nh giá n c và chi phí n c và nh ng khó kh n 109

CÂU H I CH NG III 110

CH NG IV S LI U, MÔ HÌNH MÔ PH NG H TH NG 111

4.1 S li u và phân tích s li u 111

4.1.1 S li u tài nguyên n c 111

4.1.2 Ph ng pháp quan tr c s li u 112

4.1.2.1 Các thi t b đo đ c 112

4.1.2.2 Vi n thám 112

4.1.2.3 Phóng x 112

4.1.3 Ngu n s li u 113

4.1.4 Ch nh lý s li u (data validation) 113

4.1.5 Thu th p và x lý s li u 114

4.1.5.1 Thu th p và x lý s li u m a 114

4.1.5.2 Thu th p và x lý s li u m c n c 116

4.1.5.3 o l u l ng n c trong sông 122

4.1.5.4 Ph ng pháp đo và tính l u l ng bùn cát 130

4.1.5.5 Ph ng pháp đo và tính đ m n c a n c sông vùng ven bi n 132

4.1.6 H th ng thông tin tài nguyên n c 134

4.1.7 Các k thu t m i trong vi c thu th p và mô hình hoá h th ng 135

4.1.7.1 K thu t vi n thám 135

4.1.7.2 H th ng thông tin đ a lý 138

4.2 Mô hình dòng ch y sông ngòi 141

4.2.1 Các d ng mô hình dòng ch y sông ngòi 141

4.2.2 Khái ni m v mô hình mô ph ng, s l a ch n và s d ng mô hình 142

4.2.2.1 Khái ni m 142

4.2.2.2 Phân lo i mô hình 143

4.2.2.3 Chu n b s li u và ch y mô hình 146

4.2.2.4 Thông s hoá mô hình và ki m đ nh 146

4.2.2.5 Khai thác mô hình 149

4.2.3 Các mô hình h th ng n c m t 150

4.2.3.1 Mô hình m a dòng ch y 150

4.2.3.2 Mô hình di n toán dòng ch y 169

4.2.3.3 i u ti t h ch a và mô hình mô ph ng dòng ch y qua h ch a 173

4.2.3.4 Mô hình ch t l ng n c 180

4.3 Mô hình l u v c sông (Mô hình h th ng) 181

4.3.1 Khái ni m 181

4.3.2 Gi i thi u m t s mô hình l u v c 183

4.3.2.1 Mô hình MIKE BASIN 183

4.3.2.2 Mô hình HEC-HMS 186

4.3.2.3 Mô hình HEC-Ressim 187

4.3.2.4 Mô hình MIKE 11 190

4.3.2.5 Mô hình MIKE SHE 203

CÂU H I CH NG IV 204

CH NG V: PH NG PHÁP T I U HÓA NG D NG TRONG PHÂN TÍCH H TH NG TÀI NGUYÊN N C 205

5.1 Phân lo i t ng quát các mô hình t i u 205

5.2 Quy ho ch tuy n tính (QHTT) 206

5.2.1 Khái ni m 206

5.2.2 Hai d ng c b n c a quy ho ch tuy n tính 208

5.2.2.1 D ng ràng bu c đ ng th c (d ng chính t c) 208

5.2.2.2 D ng ràng bu c b t đ ng th c (d ng chu n t c) 209

5.2.2.3 a bài toán quy ho ch tuy n tính v d ng chính t c 209

5.2.3 nh lý c b n và các đ nh ngh a v quy ho ch tuy n tính 209

5.2.3.1 nh lý c b n c a quy ho ch tuy n tính 209

5.2.3.2 Ph ng án c s và khái ni m v nghi m 210

5.2.3.3 i ng u 211

5.2.4 Gi i bài toán quy ho ch tuy n tính b ng ph ng pháp đ th 212

5.2.5 Ph ng pháp đ n hình 215

5.2.5.1 Ph ng pháp tính th d n 215

5.2.5.2 Ph ng pháp l p b ng đ n hình 227

5.3 Quy ho ch phi tuy n 233

5.3.1 Nhân t Lagrange và nguyên lý Kuhn - Tucke 233

5.3.2 Nhân t Lagrang và nguyên lý Kuhn - Tucke 234

5.3.3 Phân lo i bài toán quy ho ch phi tuy n 235

5.3.4 Quy ho ch phi tuy n không ràng bu c 236

5.3.5 Gi i bài toán t i u phi tuy n không ràng bu c b ng ph ng pháp s d ng đ o hàm 238

5.3.5.1 Ph ng pháp Gradient 238

5.3.5.2 Ph ng pháp h ng d c nh t 239

5.3.5.3 Ph ng pháp Newton 240

5.3.6 Gi i bài toán t i u phi tuy n không ràng bu c b ng ph ng pháp không dùng đ o hàm 243

5.3.6.1 Ph ng pháp dò tìm theo h ng c a Hooke-Jeeves 243

5.3.6.2 Ph ng pháp dò tìm theo m u 247

5.3.7 Bài toán t i u có ràng bu c 255

5.3.7.1 Bài toán ràng bu c đ ng th c 255

5.3.7.2 Bài toán ràng bu c b t đ ng th c 256

5.3.7.3 Bài toán có ràng bu c đ ng th c và b t đ ng th c 258

5.4 Quy ho ch đ ng 258

5.4.1 Khái ni m và nguyên lý 258

5.4.2 Ph ng pháp quy ho ch đ ng v i bài toán phân b tài nguyên 259

5.4.2.1 Bài toán 259

5.4.2.2 Chi n l c nghi m 260

L U 264

5.4.3 Ph ng pháp quy ho ch đ ng tìm qu đ o ho c tr ng thái t i u 269

5.4.3.1 Phát bi u bài toán 269

5.4.3.2 Ph ng pháp gi i 271

5.5 T i u đa m c tiêu 275

5.5.1 Khái ni m 275

5.5.2 Ph ng pháp gi i bài toán t i u đa m c tiêu 276

5.5.2.1.Ph ng pháp tr ng s 276

5.5.2.2 Ph ng pháp ràng bu c 278

5.5.2.3 Ph ng pháp th a hi p theo th t u tiên SWT 279

CÂU H I CH NG V 284

CH NG VI: TÍNH TOÁN I U TI T DÒNG CH Y H TH NG H CH A L I D NG T NG H P 285

6.1 Vai trò c a h th ng h ch a trong cân b ng n c h th ng và nhi m v tính toán đi u ti t h ch a 285

6.2 H th ng h ch a và phân lo i 288

6.2.1 Phân lo i theo c u trúc h th ng 288

6.2.2 Phân lo i theo ch c n ng, nhi m v thi t k h ch a 289

6.2.3 Phân lo i theo chu k đi u ti t 289

6.3 c đi m c a bài toán đi u ti t dòng ch y h th ng h ch a 290

6.3.1 T n t i m i quan h v m t th y v n, thu l c và thu l i 290

6.3.2 S không đ ng nh t v hình th c đi u ti t 291

6.3.3 S không đ ng nh t v t n su t b o đ m c p n c và ch ng l 291

6.3.4 a m c tiêu trong khai thác ngu n n c 291

6.4 T n su t đ m b o c p n c 292

6.5 Ph ng pháp tính toán dòng ch y 294

6.6 Nguyên lý tính toán đi u ti t dòng ch y 294

6.7 Tính toán đi u ti t dòng ch y cho h th ng h ch a c p n c 297

6.7.1 c đi m c a h th ng h ch a c p n c 297

6.7.2 Tính toán đi u ti t c p n c đ i v i h ch a đ c l p 297

6.7.2.1.Tính toán đi u ti t đ i v i h ch a đi u ti t n m 297

6.7.2.2 Tính toán đi u ti t đ i v i h ch a đi u ti t nhi u n m 304

6.7.2.3 Tính toán đi u ti t theo ph ng pháp đi u ti t toàn li t 304

6.7.3 Tính toán đi u ti t c p n c cho h th ng h không có quan h v m t thu l i 308

6.7.3.1.Tr ng h p h th ng h ch a song song 308

6.7.3.2.Tr ng h p h th ng h ch a b c thang 308

6.7.4 Tính toán đi u ti t c p n c đ i v i h th ng h ch a có quan h thu l i 310

6.7.4.1.Tính toán đi u ti t b sung đ i v i h th ng h ch a có quan h thu l i 312

6.7.4.2 Ph ng pháp tính toán t ng quát 317

6.8 Tính toán đi u ti t cho h th ng h ch a b c thang phát đi n 319

6.8.1.Tính ch t và ph m vi c a bài toán 319

6.8.2.Nguyên lý chung 319

6.8.3 Tính toán đi u ti t cho h th ng h ch a b c thang phát đi n v i công su t c đ nh cho tr c 320

6.8.3.1 i v i h ch a đ c l p 320

6.8.3.2 Tính toán cho tr ng h p h th ng h ch a b c thang 323

6.8.4 Xác đ nh công su t đ m b o c a h th ng h ch a b c thang v i m c n c dâng bình th ng và đ sâu công tác cho tr c 326

6.8.4.1 i v i h th ng h ch a đi u ti t n m 327

6.8.4.2 i v i h th ng h ch a đi u ti t n m ho c hình th c h n h p 328

6.9 Tính toán đi u ti t l cho h th ng h ch a 330

6.9.1 M t s khái ni m c b n 330

6.9.2 Tính toán đi u ti t l đ i v i h ch a không có nhi m v phòng l cho h du công trình 331

6.9.2.1 i v i h ch a đ c l p 331

6.9.2.2 i v i h th ng h ch a 333

6.9.3 Tính toán đi u ti t l đ i v i h ch a có nhi m v phòng l h du 334

6.9.3.1 i v i h ch a đ c l p 334

6.9.3.2 i v i h th ng h ch a 335

CÂU H I CH NG VI 335

CH NG VII: ÁP D NG K THU T PHÂN TÍCH H TH NG TRONG QUY HO CH VÀ PHÂN TÍCH H TH NG TÀI NGUYÊN N C 336

7.1 Phân tích m c tiêu 336

7.2 Quá trình phân tích h th ng và l a ch n ph ng án quy ho ch 337

7.3 ng d ng ph ng pháp mô ph ng phân tích h th ng tài nguyên n c 337

7.3.1 S d ng mô hình mô ph ng xác l p m c tiêu, ph ng th c khai thác

337

7.3.2 S d ng mô hình mô hình mô ph ng tìm l i gi i h p lý 340

7.3.2.1 Nguyên lý chung 340

7.3.2.2 M t s ví d 342

7.4 T i u hóa h th ng tài nguyên n c 346

7.4.1 Bài toán quy ho ch t i u t ng quát 346

7.4.2 Bài toán quy ho ch t i u 347

7.4.3 Bài toán phân ph i n c t i u 347

7.4.4 T i u hoá trong qu n lý v n hành h th ng 349

7.4.5 T i u hoá đ i v i bài toán phát tri n h th ng 351

7.4.5.1 Bài toán v đ u t xây d ng công trình 352

7.4.5.2 Bài toán quy h ach t i u h th ng tài nguyên n c 355

7.4.6 Xung đ t v l i ích trong h th ng sông 359

7.4.7 Mô hình t i u trong phân ph i n c 360

CÂU H I CH NG VII 365

CH NG VIII: CÁC V N QUAN TÂM V MÔI TR NG, T CH C VÀ XÃ H I 366

Môi tr ng và s quan tâm c a xã h i v môi tr ng 366

8.1.1 T ng quan v đánh giá môi tr ng 366

8.1.1.1 Phát tri n và tác đ ng môi tr ng 366

8.1.1.2 S ra đ i và phát tri n c a khoa h c TM 369

8.1.1.3 Nh ng khái ni m c b n v tác đ ng môi tr ng và đánh giá tác đ ng môi tr ng 370

8.1.2 Các khó kh n/thách th c trong đánh giá môi tr ng 373

8.1.3 Các ph ng pháp lu n v đánh giá môi tr ng 373

8.1.3.1 Ph ng pháp lu n đánh giá môI tr ng 373

8.1.3.2 Các ph ng pháp k thu t trong đánh giá tác đ ng môi tr ng 381

8.1.3.3 Trình t đánh giá tác đ ng môi tr ng chung cho m t d án 381

8.1.4 ánh giá tác đ ng xã h i 384

8.1.4.1 M t s khái ni m 384

8.1.4.2 Các n i dung c a đánh giá tác đ ng môi tr ng xã h i 385

8.1.4.3 Các tác đ ng môi tr ng xã h i ch y u c n xem xét và đánh giá 385

8.1.4.4 Ph ng pháp đánh giá d báo các tác đ ng xã h i c a d án PT 386

8.1.4.5 Các bi n pháp gi m thi u tác đ ng môi tr ng xã h i 386

8.1.5 ánh giá môi tr ng chi n l c 386

8.1.5.1 Các khái ni m 386

8.1.5.2 Các ph ng pháp đánh giá môi tr ng chi n l c 389

8.1.5.3 K thu t đánh môi tr ng chi n l c 390

8.1.5.4 L p, th m đ nh báo cáo đánh giá môi tr ng chi n l c 391

8.1.6 Tích h p các v n đ môi tr ng trong quy ho ch tài nguyên n c 395

8.1.7 Lu t môi tr ng và các quy đ nh Vi t Nam 397

8.1.8 Gi i thi u tóm t t RIAM- M t công c đánh giá tác đ ng môi tr ng 397

CÂU H I CH NG 8 401

CH NG IX: LÝ THUY T QUY T NH 402

9.1 Khái ni m 402

9.2 T i u hoá đa m c tiêu 402

9.2.1 Các gi i pháp không u tiên hay Pareto 403

9.2.2 Phân lo i các ph ng pháp t i u hoá đa m c tiêu 404

9.2.3.1 Ph ng pháp ràng bu c 406

9.2.3.2 Ph ng pháp tr ng s 406

9.2.4 Ph ng pháp quy ho ch m c tiêu (Goal programming ) 408

9.2.5 Ph ng pháp th a hi p theo th t u tiên (SWT) 409

9.2.6 Các thu t toán ti n hóa (heuristics) Thu t toán Gen 410

9.3 Ra quy t đ nh theo phân tích đ tin c y 421

9.3.1 Ph ng pháp mô ph ng ng u nhiên 421

9.3.1.1 Thu t toán m ng n ron th n kinh (ANN) 421

9.3.1.2 Mô hình mô ph ng ng u nhiên 424

9.3.2 H chuyên gia 427

9.4 H th ng h tr ra quy t đ nh 429

9.4.1 Khái ni m v h th ng h tr ra quy t đ nh (DSS) 429

9.4.2 Các thành ph n c a h th ng h tr ra quy t đ nh 431

9.4.3 H th ng h tr ra quy t đ nh trong quy ho ch và qu n lý ngu n n c 432

CÂU H I CH NG IX 434

TÀI LI U THAM KH O 435

L I NÓI U

Môn h c Quy ho ch và qu n lý tài nguyên n c đ c gi ng l n đ u tiên n c ta vào n m 1993 – 1994 cho l p cao h c khoá I c a tr ng i h c Thu l i ây là m t môn h c m i, có liên quan đ n nhi u l nh v c khác nhau c a k thu t tài nguyên n c nâng cao ch t l ng gi ng d y môn h c, đ c s tài tr c a Danida, giáo trình

đ c biên so n l n đ u tiên Vi t nam ph c v cho gi ng d y sau đ i h c

Giáo trình “Quy ho ch và phân tích h th ng tài nguyên n c” đ c biên so n theo khuôn kh Ch ng trình H tr ngành n c c a Danida, ti u h p ph n H tr nâng cao n ng l c tr ng i h c Thu l i do Chính ph an m ch tài tr Giáo trình này ph c v gi ng d y môn h c Quy ho ch tài nguyên n c ch ng trình cao h c và

có th s d ng làm tài li u tham kh o cho các nghiên c u sinh thu c l nh v c th y

v n, k thu t tài nguyên n c và phát tri n tài nguyên n c

M c tiêu c a Giáo trình là gi i thi u nh ng khái ni m c b n v quy ho ch và

qu n lý và áp d ng các ph ng pháp phân tích kinh t k thu t, ph ng pháp phân tích

h th ng trong quy ho ch và qu n lý tài nguyên n c N i dung c a giáo trình đ c trình bày theo h ng ti p c n nh ng ph ng pháp nghiên c u hi n đ i trên th gi i v quy ho ch và qu n lý tài nguyên n c Ngoài nh ng nguyên lý chung v ph ng pháp nghiên c u lý thuy t, giáo trình s trình bày các bài toán v quy ho ch h th ng h

ch a l i d ng t ng h p, quy ho ch phòng l , các bài toán v qu n lý khai thác h

th ng tài nguyên n c, qu n lý ch t l ng n c Giáo trình g m 9 ch ng:

Ch ng 1: H th ng tài nguyên n c

Ch ng 2: Quy ho ch tài nguyên n c

Ch ng 3: Phân tích kinh t và tài chính

Ch ng 4: S li u và mô hình mô ph ng h th ng

Ch ng 5: Ph ng pháp t i u hóa ng d ng trong phân tích h th ng tài nguyên

n c

Ch ng 6: Tính toán đi u ti t dòng ch y cho h th ng hôc ch a l i d ng t ng h p

Ch ng 7: Áp d ng k thu t phân tích h th ng trong quy ho ch và phân tích h

T p th tác gi xin chân thành c m n Tr ng i h c thu l i, d án DANIDA

đã h tr và t o đi u ki n cho chúng tôi hoàn thành tài li u này C ng xin chân thành

c m n các đ ng nghi p đã đóng góp ý ki n và nh ng nh n xét b n th o c a chúng tôi Giáo trình “Quy ho ch và phân tích h th ng tài nguyên n c” l n đ u tiên đ c biên so n Vi t nam ch c ch n s có nh ng h n ch nh t đ nh R t mong ng i đ c

đóng góp nhi u ý ki n đ giáo trình có ch t l ng h n cho nh ng l n xu t b n ti p theo

GS.TS Hà V n Kh i

Khái ni m v t p h p đ y đ đ c hi u theo hai ngh a sau đây:

- M t là, khi nghiên c u m t h th ng, các ph n t c a nó đ c xem xét trong m i quan h t ng tác v i các ph n t khác trong h th ng và quan h c a nó v i môi

Vì r ng, các h th ng con khi k t h p v i nhau t o thành m t h th ng l n s phát sinh

nh ng tính ch t m i mà t ng h th ng con không có Xem xét nh ng k t h p đó s phát hi n nh ng tính "tr i" có l i ho c có h i trong khai thác h th ng đó Do đó phát

hi n tính tr i c a h th ng là r t c n thi t đ quy t đ nh nh ng tác đ ng hi u qu nh t trong thi t k và đi u khi n h th ng

L y ví d đ n gi n, khi thi t k h th ng tiêu úng t ch y, kh n ng tiêu t ch y

c a h th ng ph thu c vào kh n ng g p g c a vô s các t h p gi ã m a và m c

n c ngoài sông N u ta ch n m t mô hình tr ng thái mà m a trong đ ng và m c

n c ngoài sông có cùng t n su t thi t k , thì khi đó t n su t thi t k đ m b o tiêu s

nh h n nhi u so v i tiêu chu n thi t k Thông s công tác c a tr m b m tiêu có th

s thiên l n, trong qu n lý sau này s x y ra tình tr ng là th i gian s d ng công su t

c a tr m b m r t nh , gây lãng phí N u có xem xét m i quan h t ng tác gi a m a

đ ng và m c n c sông, thì các thông s công tác c a tr m b m s khác h n và h p lý

h n

Nói tóm l i, c n ph i có quan đi m h th ng trong phân tích và nghiên c u các h

th ng ph c t p, là s phân tích h th ng trong m i quan h t ng tác gi a các thành

ph n c u thành h th ng

b Các đ c tr ng c a h th ng

1 C u trúc h th ng

C u trúc c a h th ng là s s p x p các ph n t trong h th ng theo m t tr t t nào đó cùng v i các tác đ ng t ng tác gi ã chúng C u trúc c a h th ng đ c mô t

tu thu c vào m c đích nghiên c u c a h th ng M t h th ng th c, nh ng m c đích

nghiên c u khác nhau s có s mô t c u trúc khác nhau M i thành ph n tham gia vào

c u trúc c a h th ng đ c đ c tr ng b i tham s nào đó g i là tham s c u trúc Nh

v y, nói đ n c u trúc có ngh a là đã k đ n nh ng tham s đ c tr ng cho c u trúc và

đ c coi là thông tin vào c a h th ng

Các thông tin vào và ra đ c đ c tr ng b i m t đ i l ng nào đó có th coi là các

bi n và và g i là bi n vào, bi n ra N u các đ i l ng này là các đ i l ng ph thu c vào th i gian g i là các quá trình vào, ra ho c là các hàm vào, ra c a h th ng

Các bi n vào c a h th ng bao g m c các bi n đi u khi n đ c và các bi n không đi u khi n đ c Ví d khi v n hành m t tr m b m tiêu, quá trình m a, b c h i

là các bi n vào không đi u khi n đ c, l u l ng b m qua tr m b m tiêu là bi n vào

đi u khi n đ c Bi n ra c a h th ng có th là quá trình n ng l ng tiêu hao cho tr m

b m tiêu là hàm c a các bi n vào, c ng có th là s bi n đ i m c n c trong khu tiêu

3 Tr ng thái c a h th ng và bi n c a tr ng thái

Tr ng thái c a h th ng là m t đ c tr ng quan tr ng c a bài toán đi u khi n h

th ng V i tác đ ng t bên ngoài h th ng s "chuy n đ ng" theo m t qu đ o bi n

đ i theo th i gian Qu đ o chuy n đ ng c a h th ng t i th i đi m b t k ph thu c vào tr ng thái c a nó th i đi m tr c đó và nh ng tác đ ng t bên ngoài chính th i

đi m đó H th ng mà tr ng thái c a nó m t th i đi m nào đó không nh ng ph thu c vào tác đ ng t ngoài chính th i đi m đó, mà còn ph thu c vào tr ng thái c a

S mô t h th ng trình bày trên đây c n đ c hi u theo ý ngh a toán h c c a nó,

t c là s mô t bi n vào, bi n ra c a h th ng có th không trùng v i " cái vào", " cái ra" c a h th ng th c Nh v y cùng m t h th ng th c nh ng m c đích nghiên c u

khác nhau thì s mô t h th ng, bao g m các bi n ra và bi n tr ng thái c ng khác nhau Ta có th minh ho đi u đó b ng ví d sau đây :

Gi s ta xem xét đi u khi n m t kho n c phát đi n trong th i đo n t to đ n T theo hai cách đ t v n đ nh sau :

1) C n tìm quá trình x q(t) sao cho t ng công su t trong th i gian v n hành là l n

nh t

2) Cho tr c ph t i N(t) c n phân ph i ph t i cho các t máy (có đ c tr ng công tác khác nhau) sao cho t ng l u l ng trong th i gian v n hành là nh nh t

G i Q(t) là quá trình n c đ n h ch a, H(t) là m c n c trong h ( bi n tr ng thái); G là t p h p các ràng bu c c a đi u khi n Theo cách đ t v n đ th nh t, ta quan tâm đ n công su t đ u ra nên nó đ c ch n là bi n ra Các bi n vào s tác đ ng

đ n quá trình N(t) là q(t) và Q(t), G là bi n vào và H(t) là bi n tr ng thái Theo cách

đ t v n đ th hai thì bi n ra l i là q(t) còn các bi n vào là Q(t), N(t), G Trên hình 1) và hình (1-2) là hai cách mô t trên đây

(1-Rõ ràng là hai h th ng đ u đ c mô t b ng 5 bi n nh nhau, nh ng m c đích nghiên c u khác nhau thì tính ch t và tr t t các bi n s trong h th ng hoàn toàn khác nhau

Khi mô t h th ng, đi u quan tr ng nh t c a ng i làm h th ng là ph i xác đ nh

đ c đâu là bi n vào, bi n ra và đ c tr ng nào là bi n tr ng thái Ngoài ra, c ng ph i

mô ph ng đ c quá trính trao đ i thông tin gi a các thành ph n trong h th ng, quan

q(t)

G

X (t) Y (t)

Giíi h¹n cña hÖ thèng

1 4

2 3

1 : Các ph n t c a h th ng : M i quan h gi a các

: ph n t c a h th ng X(t) : Hàm vào

Lo i này không cho bi t c u trúc bên trong c a h th ng mà ch cho bi t quan h

t ng tác gi ã bi n vào và bi n ra H th ng lo i này có tên là " h p đen"

i v i h th ng (1-4) bi n vào và bi n ra có th là hàm c a th i gian Cách mô t này thu c lo i h th ng không có nh , t c là k t qu đ u ra t i m t th i đi m ch ph thu c vào tác đ ng t i đ u vào chính th i đi m đó

1.1.2.2 H th ng có mô t c u trúc bên trong - H p tr ng

Khác v i lo i h p đen các h th ng lo i h p tr ng có thêm các bi n tr ng thái

Vi c đ a vào không gian bi n tr ng thái giúp ta phân tích đ c "qu đ o chuy n

đ ng" c a h th ng ho c đoán bi t đ c xu h ng phát tri n c a h th ng trong t ng lai Do đó ng i nghiên c u đ nh h ng đ c các tác đ ng vào h th ng đ đ t đ c

m c tiêu mong mu n

C u trúc bên trong c a h th ng còn ph i đ c mô t b ng các bi n g i là thông

s c u trúc, vì r ng các thông s này s quy t đ nh s truy n thông tin t đ u vào đ n

s thay đ i tr ng thái và các ph n ng đ u ra Các lo i h th ng mô t trên hình 1), (1-2) thu c lo i h p tr ng

(1-M t h th ng mà m i quan h gi ã bi n vào, bi n ra và bi n tr ng thái đ c mô t

1.1.2.4 H có đi u khi n và h không có đi u khi n

H th ng không có đi u khi n là h mà các thông tin vào không ch a các bi n

đi u khi n, ng c l i là h có đi u khi n Nói chung, bi n đi u khi n và bi n tr ng thái

là các bi n đ c l p nhau, nh ng trong m t s tr ng h p, bi n tr ng thái c ng chính là

bi n đi u khi n Ch ng h n khi đi u khi n h th ng kho n c, n u ch n m c n c trong kho là bi n đi u khi n, khi đó l u l ng ra kh i h ch a là bi n ra, công su t phát đi n c a nhà máy th y đi n c ng là bi n ra

Các bi n ra trong tr ng h p này ph thu c vào m c n c h cu i th i đo n

tr c và quy t đ nh m c n c h cu i th i đo n đang đi u khi n Trong tr ng h p này mô t h th ng có th trình bày trên hình (1-5) Các bi n ra trong tr ng h p này

ph thu c vào m c n c h cu i th i đo n tr c và quy t đ nh m c n c h cu i

th i đo n đang đi u khi n Trong tr ng h p này mô t h th ng có th trình bày trên hình (1- 5)

Y yc (t)

HÖ thèng Z(t)

§iÒu khiÓn

So s¸nh

X(t) U(t)

Y(t)

Hình 1- 5: H th ng có đi u khi n

i v i các h th ng đi u khi n có m i liên h ng c, có th chia ra làm 2 lo i: + H th ng đi u khi n bán t đ ng (hình 1-6) là h th ng mà khi x lý thông tin

và đi u khi n đ c th c hi n tr c ti p b i ng i đi u khi n Ng i đi u khi n tr c

ti p quan sát ph n ng c a h th ng (có th có s tham gia c a máy tính đi n t ) Sau khi phân tích, so sánh ng i đi u khi n tr c ti p ra quy t đ nh và đi u hành h th ng

đi u khi n

điều khiển

Mục tiêu điều khiển Yc(t)

Điều khiển bằng tay

1.:Hỡnh 1- 6: Quỏ trỡnh đi u khi n bỏn t đ ng

X(t) Nhiễu

Biến điều khiển Biến ra Y(t) U(t) (Mô phỏng)Quá trình

Thiết bị điều khiển tự động

Mục tiêu điều khiển Yc(t)

Truyền thông tin điều khiển

Phần mềm tính toán tự

động lựa chọn quyết định

điều khiển

Bộ điều khiển

tự động

Hỡnh 1- 7:Quỏ trỡnh đi u khi n t đ ng [29]

+ M t h th ng mà quỏ trỡnh đi u khi n hoàn toàn đ c t đ ng hoỏ đ c g i là

đi u khi n t đ ng Trong tr ng h p này ng i đi u khi n ch can thi p vào qỳa trỡnh

đi u khi n khõu l p ch ng trỡnh đi u khi n Quỏ trỡnh đi u khi n đ c th c hi n t

đ ng khụng cú s can thi p c a con ng i Trỡnh t th c hi n quỏ trỡnh đi u khi n

đ c mụ t trờn hỡnh (1-7) Theo s đ này, cỏc thụng tin v tr ng thỏi c a h th ng,

qu đ o chuy n đ ng .v.v đ c chuy n v b đi u khi n T i đú b đi u khi n t

đ ng x lý thụng tin, ra quy t đ nh đi u khi n và truy n thụng tin đi u khi n v thi t

b đi u khi n Nh n đ c tớn hi u t b đi u khi n, thi t b đi u khi n t đ ng làm

vi c và đi u khi n đ i t ng v m c tiờu

1.1.2.5 H t t đ nh và h ng u nhiên

H t t đ nh là h mà các bi n vào, bi n ra, các ràng bu c và m i quan h gi a các

ph n t trong h th ng là nh ng hàm t t đ nh M t trong nh ng bi n trên là hàm ng u nhiên ta g i là h ng u nhiên

Các bi n vào h th ng (các bi n không đi u khi n đ c) là ng u nhiên ta g i là

“nhi u” Các h th ng ngu n n c đ u là h ng u nhiên

C n phân bi t khái ni m t t đ nh và ng u nhiên trong mô t h th ng v i khái

ni m mô t toán h c nh mô hình t t đ nh, mô hình ng u nhiên M t h th ng ng u nhiên có th mô t b ng mô hình t t đ nh ho c mô hình ng u nhiên

1.1.2.6 H th ng trong đó bao g m các h th ng con

M t h th ng có th phân thành các h th ng con S phân chia h th ng l n thành các h con tu thu c vào kích c , đ c thù c a h th ng và các ph ng pháp phân tích đ c áp d ng đ i v i h th ng đó

x1 y1 x2 y2 xi yi xn-1 yn-1 xn yn

hÖ thèng chÝnh

HT 1

Hình 1- 8: H th ng phân chia theo c u trúc đ c l p

H th ng l n đ c phân chia thành các h th ng con đ c l p v i nhau i v i

lo i c u trúc này, gi ã các h th ng con không có s trao đ i thông tin Các thông tin trong h th ng ch trao đ i theo ph ng đ ng, t c là các h th ng con c p d i ch trao đ i thông tin v i h th ng c p trên nó (xem hình 1-8) Trên hình (1-8) các ký hi u

- Thi t k h th ng theo h th ng ch tiêu nào đó: ch tiêu k thu t, kinh t v.v

- i u khi n h th ng đ đ t đ c yêu c u khai thác đã xác đ nh

- Phát tri n h th ng là chi n l c phát tri n c a h th ng trong t ng lai

Trong bài toán thi t k h th ng th ng đã xem xét các ph ng án đi u khi n khi

h th ng đã đ c thi t l p Trong m t s tr ng h p (trong đó có h th ng tài nguyên

n c), đi u khi n h th ng giai đo n thi t k th ng m i đ c nghiên c u s b trên

c s xem xét m t s ph ng án đi u khi n Bài toán phát tri n h th ng là bài toán

b t bu c ph i gi i quy t khi vi c hình thành h th ng trong t ng lai kéo dài trong nhi u n m

1.1.3.2 H th ng ch tiêu đánh giá

Khi phân tích h th ng trong đi u khi n, đi u khi n ho c phát tri n h th ng, c n

ph i xác đ nh m c tiêu c a nó M c tiêu đ i v i h th ng ch a đ c xác đ nh thì không th nói là "bài toán" đ c M c tiêu khai thác h th ng đ c mô t và l ng hoá b ng m t ho c h th ng ch tiêu nào đó, mà nó ph n nh đ c m c tiêu nghiên

c u ho c khai thác h th ng H th ng ch tiêu đó g i là h th ng ch tiêu đánh giá H

th ng ch tiêu đánh giá đ c l ng hoá theo nh ng d ng r t khác nhau, có th khái quát m t s d ng c b n nh sau:

+ H th ng ch tiêu đánh giá đ c mô t b ng m t ho c m t s h u h n các đ ng

Trong đó m là s ch tiêu trong h th ng ch tiêu đánh giá Các hàm Fj(Y) trong

tr ng h p này đ c coi là các d ng ràng bu c v m c tiêu

+ H th ng ch tiêu đánh giá là m t ho c m t s h u h n các hàm s mà nó c n

đ c làm c c tr , có d ng:

Fj(Y) → max (min) v i j = 1, ho c v i j =1,m (1- 2)

Các hàm Fj(Y) trong tr ng h p này đ c g i là hàm m c tiêu

+ H th ng ch tiêu đánh gía có d ng h n h p, t c là m t s ch tiêu đánh giá

đ c mô t b ng các hàm m c tiêu d ng (1-2), s còn l i đ c mô t nh m t ràng

H th ng ch tiêu đánh giá có d ng các hàm (1-2), và (1-3), là tiêu chu n đánh giá

ch t l ng c a h th ng v i các m c tiêu đã đ t ra, b i v y đ c g i là các hàm ch t

l ng, đã đ c trình bày trong nhi u tài li u

1.1.4 Ph ng pháp phân tích h th ng

Sau chi n tranh th gi i l n th hai, do yêu c u c a th c t s n xu t, các nhà khoa

h c ph i xem xét các ph ng pháp toán h c nh m tìm ki m l i gi i t i u khi thi t k

và đi u khi n các h th ng ph c t p Hai môn h c m i ra đ i (vào nh ng n m 50) -

ó là V n trù h c và Lý thuy t đi u khi n Hai môn h c này có m t m c tiêu chung là nghiên c u các chi n l c t i u khi đi u khi n và thi t k các h th ng ph c t p Tuy nhiên, v n trù h c h ng nhi u h n vào các bài toán t nh, t c là các bài toán không

ch a các bi n ph thu c vào th i gian, ho c có thì c ng đ a v bài toán t nh b ng cách

đ a v các s đ nhi u giai đo n Trong khi đó lý thuy t đi u khi n l i b t đ u t các bài toán đi u khi n trong đó có ch a các bi n ph thu c th i gian Các ph ng pháp

t i u hoá c ng vì đó mà phát tri n r t m nh đ c bi t là các ph ng pháp s trong tính toán t i u

Trong quá trình phát tri n, hai lo i lý thuy t này đã hoà h p v i nhau Nhi u bài toán v n trù h c có th trình bày và mô t theo ngôn ng c a lý thuy t đi u khi n, và

ng c l i các bài toán đi u khi n có th trình bày theo d ng m t bài toán v n trù h c

Do đó m t s nhà nghiên c u quan ni m v n trù h c là m t b ph n c a lý thuy t đi u khi n, s khác thì có quan đi m ng c l i

Lý thuy t đi u khi n và v n trù h c đã là công c r t hi u qu cho các nhà nghiên

c u khi gi i quy t các bài toán thi t k và đi u khi n các h th ng k thu t Tuy nhiên,

hai môn h c này c ng ch d ng l i bài toán có quy mô không l n Trong th c t

th ng g p nh ng h th ng l n và c u trúc ph c t p, đ c bi t là nh ng h th ng có

ch a nhi u y u t b t đ nh M t s h th ng có c u trúc y u, không cho phép mô t

b ng ngôn ng toán h c m t cách ch t ch Trong nh ng tr ng h p nh v y, v n trù

h c và lý thuy t đi u khi n không cho l i gi i mong mu n Nh ng lo i h th ng nh

v y đòi h i m t ph ng pháp phân tích khoa h c, c n cân nh c nhi u m t và k t h p

ph ng pháp hình th c và phi hình th c i u đó đòi h i m t s phát tri n m i c a toán h c và do đó ra đ i m t môn khoa h c m i - Lý thuy t phân tích h th ng Lý thuy t phân tích h th ng th c ra ch là giai đo n phát tri n c a v n trù h c và lý thuy t đi u khi n [14]

Quy ho ch và qu n lý h th ng tài nguyên n c hi n nay đ c coi nh m t ngành khoa h c quan tr ng, thu hút s quan tâm l n c a các nhà khoa h c th y l i, toán h c

và môi tr ng Trong nh ng n m g n đây, s các công trình khoa h c liên quan đ n

l nh v c này trên th gi i t ng lên m t cách đáng k Các nghiên c u thu c l nh v c quy ho ch và qu n lý h th ng tài nguyên n c n c ta ch a đ c nghiên c u nhi u

B i v y, nó đ c coi tr ng hàng đ u trong nghiên c u ng d ng hi n nay

V n đ quy ho ch và qu n lý tài nguyên n c là m t v n đ ph c t p Khi mà

m c đ khai thác c a con ng i đ i v i h th ng tài nguyên n c còn m c th p, thì

vi c ra quy t đ nh trong các ph ng án quy ho ch, đi u hành h th ng có th ch c n

đ n nh ng ph ng pháp truy n th ng Ng i ra quy t đ nh ch c n d a trên m t s

h u h n nh ng nghiên c u c th ho c th c hi n m t s ph ng án tính toán không

ph c t p đ ra quy t đ nh Nh ng đ n khi s khai thác và can thi p c a con ng i vào

h th ng tài nguyên n c t ng lên, thì các bài toán h th ng tr nên r t ph c t p

Ng i làm quy t đ nh ph i gi i quy t m t bài toán có dung l ng l n các thông tin Trong h th ng t n t i nhi u m i quan h c n ph i gi i quy t, nhi u m c tiêu khai thác

c n ph i đ c p đ n

Trong tr ng h p nh v y, nh ng ph ng pháp truy n th ng t ra không còn có

hi u qu n a i u đó đòi h i ph i có nh ng ph ng pháp phân tích hi n đ i, v i s

x lý thông tin nhanh giúp ng i làm quy t đ nh có nhi u c h i l a ch n các quy t

đ nh h p lý Mô hình toán h c cùng v i s pháp tri n c a công c tính toán nhanh đã giúp ích cho làm thay đ i v ch t trong các nghiên c u v h th ng tài nguyên n c

ó là ph ng pháp phân tích h th ng

Trong nh ng n m g n đây, lý thuy t phân tích h th ng đã đ c áp d ng trong các bài toán quy ho ch, thi t k và đi u khi n h th ng tài nguyên n c M c dù s áp

d ng lý thuy t phân tích h th ng đ i v i các h th ng tài nguyên n c m i ch b t

đ u vào nh ng n m 70, nh ng đã t o ra s thay đ i v ch t trong nghiên c u, qui

ho ch, qu n lý h th ng thu l i và ti n m t b c khá xa so v i nh ng ph ng pháp truy n th ng đ c áp d ng tr c đây Hi n nay, thuy t phân tích h th ng đã đ c

ng d ng r ng rãi trong qui ho ch tài nguyên n c nhi u qu c gia Tuy nhiên,

n c ta công vi c này m i ch b t đ u trong nh ng n m g n đây Trong th c t hi n nay, nhi u bài toán qui ho ch, đi u khi n ch a có đ c nh ng gi i pháp h p lý Có

nhi u nguyên nhân, nh ng nguyên nhân ch y u là ch a có quan đi m h th ng khi xem xét các v n đ trên đây M t khác, thuy t phân tích h th ng ch a đ c áp d ng

nh m t ph ng pháp c n thi t trong phân tích các chi n l c qui ho ch và đi u khi n

ho ch và đi u khi n h th ng thu l i

ng d ng lý thuy t phân tích h th ng trong quy ho ch và qu n lý tài nguyên

n c có nh ng khó kh n nh t đ nh, đòi h i nh ng ng i nghiên c u h th ng có ki n thích liên ngành và có kinh nghi m Có th nói lý thuy t h th ng ch là công c toán

h c c n thi t đ phân tích h th ng khi l p các k ho ch khai thác, đi u khi n và qu n

lý tài nguyên n c

Các ph ng pháp ti p c n v i bài toán quy ho ch và qu n lý ngu n n c v i s

ng d ng lý thuy t phân tích h th ng r t đa d ng, trong đó mô hình mô ph ng đ c coi là công c chính trong quá trình phân tích và ti p c n h th ng ây là b c đi đ u tiên trong phân tích và thi t k h th ng ngu n n c Các mô hình t i u hoá đ c

ng d ng r ng rãi và đ c coi là m t công c phân tích h th ng Nguyên lý ti p c n

t ng b c đ c coi là m t nguyên t c trong quá trình phân tích h th ng đ i v i các

V n trù h c là m t môn khoa h c mà nhi m v c b n c a nó là tìm ki m l i gi i

t i u khi thi t k m t h th ng ph c t p Các thông s c u trúc c a h th ng tìm đ c trong quá trình t i u hoá g i là các thông s t i u thi t k c a h th ng

Gi s c n xác đ nh các thông s c u trúc c a h th ng v i s đòi h i t i u theo

m t tiêu chu n nào đ y, túc là làm c c tr m t hàm m c tiêu nào đó, có d ng:

F(x1, x2, , xi, , xn) → min (max) ) 2(1-5)

v i các ràng bu c:

*,

ph ng pháp toán h c đ i v i bài toán t i u (1-8), (1-9) ho c (1-5), (1-6) g i là các

ph ng pháp t i u Trong th c t , các ph ng pháp t i u hoá có tên g i là "quy

ho ch toán h c" Ch ng h n quy ho ch tuy n tính đ c áp d ng đ i v i các mô hình

t i u d ng tuy n tính, quy ho ch phi tuy n đ c áp d ng đ i v i các bài toán phi tuy n

C n phân bi t rõ các khái ni m "bài toán t i u" và " ph ng pháp t i u" Khi xác đ nh chi n l c t i u m t h th ng b ng cách xác l p các mô hình t i u d ng

t ng quát (1-8) và (1-9) g i là bài toán t i u, các ph ng pháp gi i các bài toán d ng trên g i là các ph ng pháp t i u

V n trù h c có nhi m v c b n là tìm ki m gi i pháp t i u khi thi t k ho c xác

l p m t chi n l c khai thác h th ng trên c s thi t l p các mô hình t i u và

ph ng pháp gi i các bài toán t i u hoá

Nh v y bài toán v n trù h c bao g m nh ng n i dung sau:

(1) Xác đ nh m c tiêu khai thác h th ng, thi t l p c u trúc c a h th ng và l a

ch n h th ng ch tiêu đánh giá

(2) Xây d ng mô hình toán h th ng theo các ch tiêu đánh gía c a m c tiêu khai thác h th ng

(3) Gi i bài toán t i u đã thi t l p

(4) Quy t đ nh nghi m c a bài toán

Trên đây là s mô t m t cách t ng quát bài toán v n trù h c Trong th c t các

m u bài toán có th khác nhau, nh ng nói chung có th đ a v d ng t ng quát trên đây

1.1.4.2 Khái ni m v lý thuy t đi u khi n

Lý thuy t đi u khi n đ c nghiên c u b t đ u t các đ i t ng mà chuy n đ ng

c a nó đ c mô t b ng ph ng trình vi phân th ng B i v y, đ có khái ni m v bài toán đi u khi n hãy b t đ u t ví d đ i v i l p bài thu c lo i này

Gi s m t đ i t ng chuy n đ ng theo quy lu t đ c mô t b ng ph ng trình (1-11) có d ng:

f(x,s,u,t) dt

Trong đó x=x(t) là tác đ ng t bên ngoài (nhi u) không đi u khi n đ c, s = s(t)

là bi n tr ng thái c a h th ng; u = u(t) là bi n đi u khi n đ c vi t d i d ng đ y đ :

C ng có th bi n đi u khi n u(t) ch ph thu c vào m t ho c hai bi n s c a 12), ch ng h n:

(1-u = (1-u(x(t), t); (1-u = (1-u(s(t), t) ho c (1-u = (1-u(t); (1-u = (1-u (s(t)); (1-u = (1-u(x(t)) (1-13)

Ph ng trình (1-11) mô t s thay đ i tr ng thái c a đ i t ng đi u khi n nên còn

g i là Ph ng trình tr ng thái

Nhi m v c a bài toán đi u khi n là xác đ nh chi n l c đi u khi n, t c là tìm

ki m đi u khi n u(t) đ đ i t ng đi u khi n đ t m c tiêu mong mu n c a ng i đi u

khi n M c tiêu đi u khi n đ c l ng hoá b ng m t hàm s có ch a bi n đi u khi n u(t), bi n tr ng thái s(t) và nhi u x(t), đ c g i là hàm m c tiêu Nh v y, đ đ t đ c

m c tiêu mong mu n, c n ph i làm c c tr hàm m c tiêu

Gi s c n đi u khi n đ i t ng nào đó, mà quy lu t chuy n đ ng c a nó đ c mô

t theo (1-11), t tr ng thái ban đ u So = S(to) đ n tr ng thái St = S(T) sao cho đ t c c

Trong đó J g i là hàm m c tiêu ho c còn g i là hàm ch t l ng, có ý ngh a khác nhau tu thu c vào l p bài toán đ c nghiên c u

Nghi m c a bài toán đi u khi n t i u là véc t đi u khi n t i u:

Ta y m t ví d minh ho v i m t h ch a làm nhi m v phát đi n Bài toán đ c

đ t ra nh sau: Gi s dung tích ban đ u c a h ch a t i th i đi m t0 là V0 t ng ng

v i m c n c ban đ u là H0 Tìm quá trình l u l ng qua tuyêc bin qtb(t) sao cho t ng công su t c a tr m thu đi n trong kho ng th i gian T t t0 đ n tn (T = tn-t0) là l n

dV

)()( −

- qtb(t) là bi n đi u khi n - i u khi n c a h th ng t i th i đi m t

- H(t) là chênh l ch c t n c th ng h l u; qx (t) là l u l ng x th a t i th i

đi m t; N(t) là công su t c a tr m thu đi n t i th i đi m t

- V = V(t) là dung tích h t i th i đi m t đóng vai trò bi n tr ng thái

- qmin là l u l ng nh nh t c n x xu ng h du đ đ m b o yêu c u c p n c cho h du

- qmax là l u l ng l n nh t x qua nhà máy th y đi n

Gi i bài toán t i u trên s tìm đ c đi u khi n t i u là quá trình l u l ng qua tuy c bin q tb∗ =q tb∗(t), s bi n đ i dung tích h t ng ng V∗ =V t∗(t) là qu đ o t i u

ho c còn g i là tr ng thái t i u

1.1.4.3 Nh ng h n ch c a v n trù h c và lý thuy t đi u khi n - S ra đ i

c a lý thuy t phân tích h th ng

Nh đã trình bày trên, lý thuy t đi u khi n và v n trù h c là các ph ng pháp

r t hi u l c khi thi t l p chi n l c t i u trong thi t k và đi u khi n các h th ng k thu t và kinh t Tuy nhiên không ph i tr ng h p nào c ng có hi u l c b i l nó có

ng i ta thi t l p các mô hình gi n hoá d n đ n s không chính xác c a l i gi i h p lý

3 V i nh ng h th ng có nhi u y u t b t đ nh, đ c bi t là b t đ nh v m c tiêu, không th thi t l p đ c các mô hình t i u và mô hình đi u khi n vì thi u thông tin Trong tr ng h p đó, m c tiêu và d ng c a bài toán t i u (ho c đi u khi n) s đ c hình thành nh k thu t phân tích trong quá trình thi t l p bài toán

4 Cu i cùng c n nh n m nh thêm là, v n trù h c và lý thuy t đi u khi n th ng đòi h i m t s mô t toán h c ch t ch và chính xác các quá trình c a h th ng Nh ng

h th ng có c u trúc y u trong đó có h th ng thu l i, đi u này không ph i lúc nào

c ng th c hi n đ c Nh ng h th ng nh v y s là đ i t ng nghiên c u c a lý thuy t phân tích h th ng

Do nh ng h n ch c a v n trù h c và lý thuy t đi u khi n mà m t môn h c m i ra

đ i - Lý thuy t phân tích h th ng Lý thuy t phân tích h th ng k th a toàn b

ph ng pháp toán h c có trong v n trù h c và lý thuy t đi u khi n Các m c tiêu c a

lý thuy t phân tích h th ng c ng là m c tiêu nghiên c u c a bài toán v n trù và bài toán đi u khi n - Chi n l c tìm ki m l i gi i h p lý cho h th ng khi thi t k và đi u khi n nó

S phát tri n c a lý thuy t phân tích h th ng là ch nó b sung thêm h th ng

4 Nguyên lý v ti p c n h th ng

Lý thuyÕt ph©n tÝch hÖ thèng

HÖ thèng c¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch

HÖ thèng c¸c quan ®iÓm

HÖ thèng ph−¬ng ph¸p luËn

TiÕn bé cña ph−¬ng ph¸p tÝnh vµ c«ng cô tÝnh to¸n VËn trï häc ®iÒu khiÓnLý thuyÕt

Khèi c¬ së

Khèi ph¸t triÓn

Hình 1- 9: S đ t ng quát mô t s hình thành lý thuy t phân tích h th ng [29], [30]

S b sung v m t lý thuy t c a lý thuy t phân tích h th ng nh m hoàn thi n kh

n ng l a ch n l i gi i h p lý đ i v i các h th ng ph c t p Rõ ràng, lý thuy t phân tích h th ng ch là giai đ an phát tri n c a lý thuy t v n trù và đi u khi n Nh v y

v n trù h c và lý thuy t đi u khi n là m t b ph n c b n c a lý thuy t phân tích h

th ng Do đó có th phát bi u đ nh ngh a v lý thuy t phân tích h th ng nh sau:

Lý thuy t phân tích h th ng là m t môn khoa h c đ c phát tri n trên c s v n trù h c và lý thuy t đi u khi n b ng cách đ a vào h th ng các quan đi m và ph ng pháp phân tích hi n đ i, nh m hoàn thi n kh n ng l a ch n l i gi i t i u đ i v i các

h th ng ph c t p

S hình thành lý thi t phân tích h th ng có liên quan ch t ch v i nh ng ti n b

v ph ng pháp tính và công c tính toán hi n đ i, đ c bi t là kh n ng mô ph ng trên máy tính đi n t

M t đ c thù quan tr ng c a lý thi t phân tích h th ng là, trong khi v n trù h c và

lý thuy t đi u khi n coi tr ng vi c s d ng ph ng pháp t i u hóa đ tìm l i gi i t i

u cho h th ng thì lý thuy t phân tích h th ng l i s d ng r t hi u qu ph ng pháp

mô ph ng trong qúa trình tìm ki m l i gi i h p lý cho bài toán đã đ t ra V i nh ng phân tích trên, có th khái quát hoá s hình thành lý thuy t phân tích h th ng nh là

s phát tri n c a v n trù h c và lý thuy t đi u khi n (hình 1-9)

1.1.5 H th ng ph ng pháp lu n trong phân tích h th ng

Nh đã trình bày trên, m c đích phân tích h th ng là xác đ nh l i gi i t i u

ho c h p lý khi thi t k và đi u khi n h th ng Phân tích h th ng bao g m h th ng các quan đi m, các nguyên lý và các k thu t phân tích h th ng K thu t phân tích h

th ng r t đa d ng bao g m c các ph ng pháp chu n và các ph ng pháp phi hình

th c D i đây, s trình bày h th ng ph ng pháp lu n c a lý thuy t phân tích h

th ng

1.1.5.1 Ph ng pháp t i u hoá

Trong lý thuy t phân tích h th ng, ph ng pháp t i u hoá và ph ng pháp mô

ph ng là hai ph ng pháp toán h c đ c s d ng song song trong quá trình tìm l i

gi i t i u khi thi t k và đi u khi n h th ng

Ph ng pháp t i u là ph ng pháp cho l i gi i t i u, còn ph ng pháp mô

ph ng không cho l i gi i t i u mà ch cho l i gi i g n t i u, và do đó đ c coi là l i

gi i h p lý Ph ng pháp t i u hoá là ph ng pháp xác đ nh l i gi i c a h th ng theo m c tiêu khai thác h th ng b ng cách l ng hoá chúng thành các hàm m c tiêu

1.1.5.2 Ph ng pháp mô ph ng trong phân tích h th ng

Vi c s d ng mô hình t i u có u đi m là tìm đ c nghi m t t nh t c a ph ng

án quy ho ch Tuy nhiên, trong th c t có nh ng h n ch nh t đ nh, đó là:

- Không ph i bài toán nào quy ho ch c ng có th mô t b ng m t mô hình t i u

- Trong nhi u tr ng h p bài toán t i u không th gi i đ c do nh ng h n ch

c a ph ng pháp toán h c

- Có th nghi m c a bài toán t i u tìm đ c ch là nghi m t i u c c b và do đó

có th b sót các ph ng án t t h n

Do nh ng h n ch c a ph ng pháp t i u hoá, ng i ta s d ng ph ng pháp mô

ph ng đ phân tích l a ch n l i gi i c a bài toán

Ph ng pháp mô ph ng là ph ng pháp s d ng mô hình mô ph ng đ phân tích

hi u qu c a t ng ph ng án quy ho ch, t đó tìm ra ph ng án có l i nh t Nh v y,

ph ng án mô ph ng ch tìm ph ng án g n t i u tìm ph ong án t t nh t b ng

ph ng pháp mô ph ng c n thi t l p các k ch b n v ph ng án quy ho ch va do đó

có th c ng b sót các ph ng án t t h n do không t o ra m t không gian các ph ng

án m t cách đ y đ

S khác bi t c a hai ph ng pháp này là ch :

- Ph ng pháp mô ph ng không không gi i bài toán t i u mà ch tìm các giá tr

t t nh t ch p nh n đ c đ i v i hàm m c tiêu

- Vỡ ph ng phỏp t i u cú nh ng h n ch v ph ng phỏp nh n nghi m, b i v y

cú th cú s gi n hoỏ trong mụ ph ng đ i v i cỏc quỏ trỡnh c a h th ng, trong khi đú cỏc mụ ph ng đú đ c mụ t chi ti t h n khi mụ ph ng h th ng

Các thông số của hệ thống

Mô hình dòng chảy (Mô hình thuỷ văn,

Mô hình

tối −u

Phân tích vμ quyết định

Khối Mô hình mô phỏng

Khối tối −u hoá

Hỡnh 1-10: S đ k t h p ph ng phỏp mụ ph ng và ph ng phỏp t i u hoỏ [15], [16]

Trong th c t ng i ta th ng k t h p hai ph ng phỏp này (ph ng phỏp t i u hoỏ và ph ng phỏp mụ ph ng) đ h n ch u nh c đi m c a t ng ph ng phỏp (xem s đ trờn hỡnh 1-10)

1.1.5.3 H th ng cỏc quan đi m và nguyờn lý ti p c n h th ng

1 H th ng cỏc quan đi m

(1) Lý thuy t phõn tớch h th ng coi tr ng tớnh t ng th , đõy chớnh là quan đi m h

th ng, th hi n tớnh bi n ch ng trong nghiờn c u h th ng Xu t phỏt t quan đi m h

th ng, khi nghiờn c u m t h th ng c n xem xột cỏc quy lu t c a h th ng trong m i quan h t ng tỏc gi a cỏc thành ph n c u thành h th ng và quan h c a h th ng v i mụi tr ng tỏc đ ng lờn nú Quan đi m đú ph i đ c l ng hoỏ b ng cỏc mụ hỡnh toỏn

h c mụ t cỏc quỏ trỡnh c a h th ng ng thỏi và xu th phỏt tri n c a h th ng đ c xỏc đ nh nh cỏc mụ hỡnh mụ ph ng, và qua đú cú th phỏt hi n cỏc tỏc đ ng h p lý lờn h th ng S phõn tớch h th ng trong m i quan h t ng tỏc gi a cỏ quỏ trỡnh trong h th ng s phỏt hi n tớnh " tr i", mà nú khụng nh n bi t đ c n u ch phõn tớch cỏc quỏ trỡnh riờng r c a h th ng [14], [26]

(2) Lý thuy t phõn tớch h th ng th a nh n tớnh b t đ nh c a h th ng, bao g m

b t đ nh v m c tiờu, b t đ nh v s trao đ i thụng tin trong h th ng, s hi u bi t khụng đ y đ c a ng i nghiờn c u v h th ng và b t đ ng do s tỏc đ ng ng u nhiờn t bờn ngoài

(3) V i cỏc h th ng l n, t n t i nhi u m i quan h ph c t p liờn quan đ n nhi u

l nh v c khỏc nhau B i v y, lý thuy t phõn tớch h th ng tụn tr ng và th a nh n tớnh liờn ngành Khi nghiờn c u cỏc h th ng ph c t p nh v y, c n thi t cú s tham gia

c a nhi u ngành khoa h c Trong quỏ trỡnh nh n nghi m ph i xem xột đ n quy n l i

c a nh ng đ i t ng khỏc nhau và quan h qua l i gi a chỳng trong h th ng N u cỏc quy t đ nh ch vỡ nh ng quy n l i c c b thỡ trong quỏ trỡnh phỏt tri n c a h th ng, cỏc quy lu t đ c thi t l p đ i v i h th ng s b phỏ v

(4) Trờn cụ s th a nh n tớnh b t đ nh, lý thuy t phõn tớch h th ng chỳ tr ng s

k t h p gi a ph ng phỏp hỡnh th c và ph ng phỏp phi hỡnh th c, k t h p gi a phõn tớch toỏn h c và kinh nghi m và tụn tr ng vai trũ c a t p th trong nghiờn c u

2 Nguyờn lý ti p c n h th ng

i v i nh ng h th ng ph c t p do s t n t i cỏc y u t b t đ nh trong h th ng,

ng i nghiờn c u khụng th ngay m t lỳc phỏt hi n h t đ c nh ng tớnh ch t c a h

th ng, c ng khụng th d bỏo ngay đ c xu th phỏt tri n c a h th ng Do đú, cỏc

m c tiờu khai thỏc h th ng c ng ch hỡnh thành rừ nột sau khi th ph n ng c a h

th ng b ng cỏc k thu t phõn tớch h p lý Mụ hỡnh mụ ph ng đúng vai trũ đ c bi t quan tr ng trong quỏ trỡnh ti p c n h th ng

Xác định mục tiêu khai thác hệ thống

Xác định hệ thống chỉ tiêu đánh giá

Thiết lập mô hình mô

phỏng hệ thống theo mục tiêu khai thác và hệ thống chỉ tiêu đánh giá

Đánh giá

Đạt mục tiêu khai thác

Quyết định phương án khai thác hệ thống

Đạt không đạt

Hỡnh 1- 11: S đ t ng quỏt quỏ trỡnh ti p c n h th ng b ng mụ hỡnh mụ ph ng Trờn hỡnh (1-11) trỡnh bày s đ t ng quỏt c a quỏ trỡnh ti p c n h th ng b ng cỏch s d ng mụ hỡnh mụ ph ng Quỏ trỡnh ti p c n h th ng theo s đ này là quỏ

trình tìm l i gi i c a h th ng trên c s liên ti p làm rõ m c tiêu c a khai thác h

th ng, và xem xét s c n thi t b sung thông tin v h th ng

Nguyên lý ti p c n t ng b c trong phân tích các h th ng ph c t p đ c coi nh

là m t nguyên t c đ i v i ng i nghiên c u h th ng

1.2 H th ng tài nguyên n c

1.2.1 Tài nguyên n c

N c là y u t quy t đ nh đ n s t n t i và phát tri n môi tr ng s ng N c là

m t lo i tài nguyên thiên nhiên quý giá, là đ ng l c ch y u chi ph i m i ho t đ ng dân sinh kinh t c a con ng i N c đ c s d ng r ng rãi trong s n xu t nông nghi p, th y đi n, giao thông v n t i, ch n nuôi, thu s n v v B i v y, tài nguyên

n c có giá tr kinh t và đ c coi là m t lo i hàng hoá N c là lo i tài nguyên có th tái t o đ c và c n ph i s d ng m t cách h p lý đ duy trì kh n ng tái t o c a nó Trên hành tinh chúng ta n c t n t i d i nh ng d ng khác nhau: N c trên trái

đ t, ngoài đ i d ng, các sông su i, h ao, các h ch a nhân t o, n c ng m, trong không khí, b ng tuy t và các d ng liên k t khác Theo V I Verônatske, kh i l ng

n c trên trái đ t vào kho ng 1,46 t km3

, trong đó n c trong đ i d ng chi m kho ng 1,37 t km3

S phân b n c trên hành tinh chúng ta theo s li u c tính c a UNESCO n m

1978 nh sau (b ng 1-1): T ng l ng n c trên trái đ t vào kho ng 1.385.984.610

km3 trong đó n c trong đ i d ng vào kho ng 1.338.000.000 km3

chi m kho ng 96,5% N c ng t trên trái đ t chi m t l r t nh ch vào kho ng 2,5% N c ng t phân b n c ng m, n c m t, d ng b ng tuy t và các d ng khác, trong đó l ng

n c d ng b ng tuy t chi m t l cao nh t (x p x 70%), n c ng t các t ng ng m

d i đ t chi m t l vào kho ng 30,1%, trong khi đó n c trong h th ng sông su i

ch chi m kho ng 0,006% t ng l ng n c ng t trên trái đ t, m t t l r t nh H

th ng tu n hoàn n c có th mô t trên hình (1-13) N c trên trái đ t t n t i trong

m t kho ng không gian g i là thu quy n N c v n đ ng trong thu quy n qua

nh ng con đ ng vô cùng ph c t p c u t o thành tu n hoàn n c còn g i là chu trình

thu v n

N c b c h i t các đ i d ng và l c đ a tr thành m t b ph n c a khí quy n

H i n c đ c v n chuy n vào b u không khí, b c lên cao cho đ n khi chúng ng ng

k t và r i tr l i m t đ t ho c m t bi n L ng n c r i xu ng m t đ t m t ph n b

gi l i b i cây c i, ch y tràn trên m t đ t thành dòng ch y trên s n d c, th m xu ng

đ t, ch y trong đ t thành dòng ch y sát m t đ t và ch y vào các dòng sông thành dòng

ch y m t Ph n l n l ng n c b gi l i b i th m ph th c v t và dòng ch y m t s quay tr l i b u khí quy n qua con đ ng b c h i và b c thoát h i L ng n c ng m trong đ t có th th m sâu h n xu ng nh ng l p đ t bên d i đ c p n c cho các t ng

n c ng m và sau đó xu t l thành các dòng su i ho c ch y d n vào sông ngòi thành dòng ch y m t và cu i cùng đ ra bi n ho c b c h i vào khí quy n.Có th coi quá

trình tu n hoàn n c là m t h th ng thu v n, th c ch t là quá trình chuy n t m a

Chu trình vòng tu n hoàn toàn c u đ c mô t trên hình (1-12) Theo s đ tu n

hoàn n c trên hình (1-12) có nh n xét nh sau:

S phân b theo không gian r t không đ u Trên trái đ t có vùng có l ng m a

khá phong phú, nh ng l i có nh ng vùng khô h n Các vùng nhi u m a (l ng m a >

2000 mm trong n m) trên th gi i phân b nh sau:

- Châu Âu : vùng núi Anp , Côcaz , Nauy;

- Châu á: Vi t nam ( tr m t s vùng nh châu th C u long, Cao b ng, L ng

s n ), Inđônêxia, Philipin, Nh t b n, Malaixia, Campuchia v v)

M t trong nh ng đ c thù quan tr ng n a là: Ngu n n c có tr l ng hàng n m

không ph i là vô t n, s bi n đ i c a nó không v t qua m t gi i h n nào đó và không

ph thu c vào mong mu n c a con ng i

Hình 1-12: Vòng tu n hoàn n c và cân b ng n c toàn c u V i 100 đ n v m a

trên l c đ a [10]

bi n; 1 đ n v ch y ng m ra bi n; 61 đ n v b c h i t l c đ a; t ng ng có 385 đ n v m a

xu ng đ i d ng và 424 đ n v b c h i t đ i d ng

N c th ng phân b không đ u theo không gian và th i gian, d n đ n s không

phù h p gi a tài nguyên n c và yêu c u s d ng c a con ng i

Tài nguyên n c đ c đánh giá b i ba đ c tr ng quan tr ng: L ng, ch t l ng

và đ ng thái c a nó:

- L ng n c: t ng l ng n c sinh ra trong m t kho ng th i gian m t n m ho c

m t th i k nào đó trong n m Nó bi u th m c đ phong phú c a tài nguyên

n c trên m t vùng lãnh th

- Ch t l ng n c: bao g m các đ c tr ng v hàm l ng c a các ch t hoà tan và

không hoà tan trong n c ( có l i ho c có h i theo tiêu chu n s d ng c a đ i

- ng thái c a n c đ c đánh giá b i s thay đ i c a các đ c tr ng dòng ch y theo th i gian, s trao đ i n c gi a các khu v c ch a n c, s v n chuy n và quy lu t chuy n đ ng c a n c trong sông, s chuy n đ ng c a n c ng m, các quá trình trao đ i ch t hoà tan, truy n m n v v

B ng 1-2: Th ng kê l ng n c b gi l i và s d ng t n m 1990 đ n n m 2025 [1],[2]

34 39 44 66 88 129 151 160 169 190 216

414 689 860 1222 1499 1784 2067 2157 2245 2483 3104 Châu Á

322 528 654 932 1116 1324 1529 1565 1603 1721 1971 15.2 27.7 59.4 68.5 85.2 111 152 166 180 213 257 Nam M

11.3 20.6 41.7 44.4 57.8 71 91.4 97.7 104 112 122 1.6 6.8 10.3 17.4 23.3 29.4 28.5 30.5 32.6 35.6 39.6 Châu Úc và các

Gleick (1997) và Shiklomanov (1998) đã cho b ng th ng kê v s gia t ng s

d ng n c trên trái đ t t đ u th k 20 đ n n m 1995 và d báo m c s d ng n c

c a nh ng n m đ u c a th k 21 (b ng 1-2), theo đó cho th y t c đ gia t ng nhanh chóng m c s d ng trong nh ng n m t i H s s d ng n c b ng t ng l ng n c yêu c u trên t ng lu ng n c đ c gi l i cho bi t hi u qu s d ng n c Theo th ng

kê trong b ng (1-2) và hình (1-13) c ng d dàng nh n th y, vi c s d ng hi u qu tài nguyên n c càng ngày càng cao, c ng t c là l ng n c t n th t do dùng n c càng ngày càng th p, n u vào nh ng n m đ u th k 20 h s s d ng n c là 0,72 thì đ n

cu i th k này ch còn 0,6

Ngu n n c trên th gi i là r t l n, nh ng n c ng t m i là yêu c u c b n cho

ho t đ ng dân sinh kinh t c a con ng i N c ng t trên th gi i d ng khai thác

đ c có tr l ng không l n, chi m kho ng trên d i 1% t ng l ng n c có trên trái

đ t Khi s phát tri n dân sinh kinh t còn m c th p, n c ch m i đ c coi là môi

tr ng c n thi t cho s s ng c a con ng i

N c là nhu c u không th thi u quy t đ nh s t n t i c a s s ng và là đ ng l c

ch y u c a s phát tri n l ch s loài ng i B ng các bi n pháp th y l i con ng i đã làm thay đ i tr ng thái t nhiên c a ngu n n c nh m tho mãn các yêu c u v n c ngày càng t ng c a c a xã h i loài ng i Các bi n pháp th y l i c ng đa d ng, bao

g m: H ch a, đ p dâng n c, h th ng đê, h th ng các tr m b m và c ng t i tiêu,

c ng ng n m n v v Các bi n pháp th y l i ngày càng phát tri n s làm thay đ i

m nh m ch đ t nhiên c a dòng ch y sông ngòi

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

n c D i tác đ ng các ho t đ ng kinh t xã h i c a con ng i, tài nguyên n c ngày càng có nguy c b suy thoái và c n ki t, khi đó n c đ c coi là m t lo i tài nguyên quý c n đ c b o v và qu n lý Các lu t n c ra đ i và cùng v i nó m i qu c gia

đ u có m t t ch c đ qu n lý nghiêm ng t lo i tài nguyên này

1.2.2 Khái ni m v h th ng tài nguyên n c

Quá trình khai thác tài nguyên n c đã hình thành h th ng các công trình thu

l i Nh ng công trình thu l i đ c xây d ng đã làm thay đ i đáng k nh ng đ c đi m

t nhiên c a h th ng tài nguyên n c M c đ khai thác tài nguyên n c càng l n thì

s thay đ i thu c tính tài nguyên n c càng l n và chính nó l i nh h ng đ n quá trình khai thác s d ng n c c a con ng i Chính vì v y, khi l p các quy ho ch khai thác tài nguyên n c c n xem xét s tác đ ng qua l i gi a tài nguyên n c, ph ng

th c khai thác và các bi n pháp công trình B i v y, theo quan đi m h th ng ng i ta

đ nh ngh a h th ng tài nguyên n c nh sau:

" H th ng tài nguyên n c là m t h th ng ph c t p bao g m ngu n n c, các công trình khai thác tài nguyên n c, các yêu c u v n c cùng v i m i quan h t ng tác gi a chúng cùng v i s tác đ ng c a c a môi tr ng lên nó"

Theo đ nh ngh a trên đây, h th ng tài nguyên n c bao g m:

- Ngu n n c đ c đánh giá b i các đ c tr ng sau: L ng và phân b c a nó

theo không gian và th i gian; Ch t l ng n c; ng thái c a n c và ch t l ng

n c

- H th ng các công trình th y l i: bao g m các công trình đ u m i các công trình chuy n n c v v, đ c c u trúc tu thu c vào m c đích khai thác tài nguyên

n c

- Các yêu c u v n c: bao g m các h dùng n c, các yêu c u phòng ch ng l

l t, các yêu c u v b o v ho c c i t o môi tr ng cùng các yêu c u dùng n c khác Tác đ ng c a môi tr ng là nh ng tác đ ng v ho t đ ng dân sinh kinh t , ho t

đ ng c a con ng i (không k các tác đ ng v khai thác tài nguyên n c theo quy

ho ch) Nh ng tác đ ng đó bao g m nh h ng c a các bi n pháp canh tác làm thay

đ i m t đ m và lòng d n, s tác đ ng không có ý th c vào h th ng các công trình

th y l i v v

Khi nói đ n h th ng th y l i ph i k đ n t h p các tác đ ng t ng tác gi a

nh ng thành ph n c u thành h th ng C u trúc và các thông s c b n c a h th ng công trình th y l i ph thu c vào tính ch t c a tài nguyên n c và nhu c u khai thác,

nh ng chính nó l i làm thay đ i nh ng tính ch t và đ ng thái tài nguyên n c và h u

qu là làm thay đ i c môi tr ng sinh thái t nhiên c a h th ng B i v y, khi l p các

k ho ch s d ng, khai thác tài nguyên n c ph i xem xét trong m i tác đ ng t ng tác gi a chúng M i quan h c a các thành ph n c u thành h th ng tài nguyên n c trình bày trên s đ (1-14)

1.2.3 Các h th ng thành ph n c a h th ng tài nguyên n c

Trong th c t , ng i ta có th coi h th ng tài nguyên n c là t p h p b i các h

th ng thành ph n theo thu c tính s d ng và khai thác tài nguyên n c bao g m h

th ng n c m t, h th ng n c ng m, h th ng phân ph i n c, h th ng ki m soát l v.v Cách ti p c n này là nh m nghiên c u sâu h n các thu c tính khi l p các quy

ho ch và qu n lý tài nguyên n c Các h th ng thành ph n ph i đ c nghiên c u trong m i t ng tác gi a chúng và tác d ng c a môi tr ng lên chúng D i đây s trình bày tóm t t m t s h th ng thành ph n chính c u thành h th ng tài nguyên

n c

• S d ng n c: Thu đi n, giao thông

th y, du l ch

• Tiêu hao n c: T i, c p n c sinh

ho t, n c cho công nghi p

Hình 1-14: H th ng tài nguyên n c và thi t l p h th ng cân b ng h p lý trong quy ho ch và qu n lý tài nguyên n c

cân b ng h p lý

Phân tích h th ng ngu n n c (t ng h p, t i u hoá, ph ng pháp mô ph ng)

tr l i sông thiên nhiên

- H ch a t nhiên: là nh ng h có l ng n c tích l i n đ nh trong nhi u n m,

n c c a h t nhiên đ c cung c p b i ngu n n c m t và n c ng m

- Các m ch n c ng m: là do n c ng m b sung t các m ch n c ng m t nhiên ho c do con ng i khai thác mà có

t ng đ i n đ nh do s v n hành có m c đích các h ch a n c nhân t o Do v y, các

h ch a t o ra m t tr ng thái cân b ng m i thay th cho cân b ng t nhiên v n có c a ngu n n c

H th ng n c m t đ c bi t quan tr ng đ i v i s sinh t n c a loài ng i và h

th ng sinh thái trên l c đ a c a hành tinh Quy ho ch và qu n lý h th ng n c m t là xác đ nh các ph ng th c s d ng h p lý tài nguyên n c m t và các ph ng th c

1.2.1.3 H th ng c p thoát n c và x lý n c th i đô th

H th ng lo i này bao g m công trình tr n c, h th ng công trình phân ph i

n c, làm s ch n c, thu gom n c và x lý n c sau khi s d ng cùng v i h th ng tiêu thoát n c đô th Trong m t s tài li u h th ng này đ c phân chia thành các h

Tuy nhiên, cách phân chia nh th này có v không th a đáng và ch phù h p cho

vi c thi t k các h th ng riêng r Th c ra, khi quy ho ch h th ng c p thoát n c cho

đô th thì t t c các h th ng trên ch là thành ph n c a h th ng h n h p đ c thi t k chung nh trình bày trên hình (1-15), đ c g i là h th ng c p thoát n c và x lý

n c th i đô th

Hình 1-15: S đ h th ng c p n c, x lý n c và tiêu thoát n c đô th

1.2.3.4 H th ng ki m soát l

H th ng ki m soát l bao g m h th ng các công trình phòng l , h th ng thu

th p thông tin và h th ng thông tin liên l c

X lý n c th i công nghi p

Phân ph i

X lý n c

N c dùng công nghi p, ch n nuôi, du l ch

X lý n c th i sinh ho t

C p n c

sinh ho t

Kênh d n

Tr c ti p ch y vào sông

Tr m b m

N u đi u ki n đ a hình cho phép xây d ng h ch a thì bi n pháp xây d ng các h

ch a phòng l là bi n pháp hi u qu nh t v m t phòng l H ch a xây d ng trên

th ng ngu n có kh n ng gi m m c n c vùng h du trên m t vùng r ng l n nên kinh phí đ p đê và chi phí hàng n m cho vi c ch ng l vùng h du s gi m đáng k

H th ng công trình phân l

Phân l là bi n pháp chuy n n c l sang m t l u v c khác nh m gi m nh thi t

h i cho vùng phòng l Các công trình phân l đ m b o an toàn cho vùng phòng l

nh ng có th gây thi t h i cho m t vùng khác có yêu c u phòng l th p h n Trên h

th ng sông H ng, sông áy g m công trình phân l Vân C c và b n thân sông áy là

h th ng công trình phân l đ m b o an toàn cho Hà N i khi x y ra l l n v t thi t

k

Các khu ch m l

Ch m l là bi n pháp đ a m t ph n l ng n c l vào các khu ch a n c t m

th i (khu ch m l ) đ gi m m c n c l vùng h du, khi l xu ng n c t các khu

ch m l l i ch y ra sông Các khu ch m l có tác d ng đi u ti t làm gi m m c n c vùng phòng l C ng t ng t nh bi n pháp phân l , bi n pháp này có th gây thi t

h i cho m t s vùng có yêu c u phòng l th p h n

Các hành lang thoát l

Lòng sông đ c n o vét và m r ng ho c làm m i nh m t ng kh n ng thoát l nhanh Bi n pháp này trong m t s tr ng h p có hi u qu th p do hi n t ng b i l ng phát tri n nhanh ho c có th lòng sông b di n bi n ph c t p gây h u qu x u h n Các bi n pháp công trình h n h p có th cùng đ c áp d ng khi l p quy ho ch phòng l

H th ng thu th p thông tin là h th ng các tr m đo m a, đo l u l ng ho c m c

n c trên h th ng sông ph c v cho công tác d báo, c nh báo và đi u hành h th ng công trình phòng l

H th ng thông tin đ c thi t l p nh m trao đ i thông tin c a h th ng, liên k t

gi a h th ng đo đ c, trung tâm đi u hành và h th ng c nh báo d báo l

1.2.3.5 H th ng t i tiêu

H th ng t i và h th ng tiêu là hai lo i h th ng đ c tr ng n c ta H th ng

t i bao g m công trình đ u m i, công trình d n n c (các kênh d n) và khu t i Công trình đ u m i có th là h ch a, đ p dâng n c, tr m b m ho c c ng l y n c t

ch y t sông t nhiên d n n c vào đ ng Tùy theo đ c đi m c a h th ng mà xác