(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội

(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng Hà Nội

LỜICAMĐOAN

Học viên xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân học viên.Cáckết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từbấtkỳm ộ t ng uồ n n à o v à d ư ớ i b ấ t kỳ h ì n h t h ứ c n à o V i ệ c t h a m khảoc ác n gu ồn t à i

l i ệ u (nếucó)đãđượcthựchiệntríchdẫnvàghinguồntàiliệuthamkhảo đúngquyđịnh

Tácgiảluậnvăn

Chữký

TrịnhThịHương

Trướchết,tácgiảxinbàytỏlòngbiếtơnsâusắcđếnPGS.TS.NguyễnTuấnAnhđãhướngdẫntậntìnhtácgiảthựchiệnnghiêncứucủa mình.

Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy cô giáo, ngườiđãđem lại cho tác giả những kiến trúc bổ trợ vô cùng có ích trong những năm họcvừaqua

Trongquátrìnhthựchiệnluậnvăn,tácgiảđãcốgắngvànỗlựcđểhoànthànhluậnv ă n

m ộ t c á c h t ố t n h ấ t n h ư n g d o n h ữ n g h ạ n c h ế v ề k i ế n t h ứ c , t h ờ i g i a n , k i n h nghiệmvàtàiliệuthamkhảonênluậnvăncònnhiềuthiếusót.Tácgỉarấtmongnhậnđượcsựgópý,chỉbảocủacácthầycôvàđồngnghiệp

Xintrântrọngcảmơn!

HàNội,ngày tháng04năm2017

Tácgiảluậnvăn

TrịnhThịHương

MỞĐẦU 1

1 Tínhcấpthiếtcủađềtài 1

2 Mụcđíchcủađề tài 2

3 Đốitượngvàphạmvinghiêncứu 2

4 Phươngphápnghiêncứu 2

5 Bốcụcluậnvăn 2

CHƯƠNG1:TỔNGQUAN 3

1.1 Giới thiệu về phương pháp xác định cao trình đáy cống xả và mực nước bểtháonhỏnhất 3

1.1.1 Nhiệmvụcủacốngxả 3

1.1.2 Phânloạicốngxả 3

1.1.3 Cácđiềukiệnkỹthuậtkhithiếtkếcốngxả 4

1.1.4 Phươngphápxácđịnh caotrìnhđáycống xả 4

1.1.5 Xácđịnhcác thôngsốthiếtkếcủabểtháo 5

1.1.6 Xácđịnh mựcnướcbểtháonhỏnhất 8

1.2 Tổng quan việc ứng dụng lý thuyết tối ưu hóa vào bài toán thiết kế các côngtrìnhthủylợi 10

CHƯƠNG2.XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CAO TRÌNH ĐÁYCỐNG XẢHỢPLÝ 12

2.1 Lý thuyết phân tích hệ thống ứng dụng trong nghiên cứu hệ thống tưới tiêubằngđộnglực 12

2.1.1 Mởđầu 12

2.1.2 Hệthốngvàcácđặctrưngcủahệthống 13

a Địnhnghĩa 13

b Cácđặctrưngcủahệthống 13

c Phânloạihệthống 14

d Cácbàitoáncơbảnvềhệthốngvàhệthốngchỉtiêuđánhgiá 16

e Hệthốngphươngphápluậntrongphântíchhệthống 17

2.2 Lý thuyết tối ưu hoá ứng dụng trong nghiên cứu hệ thống tưới tiêu bằng độnglực 20

2.2.1 Phânloạitổngquátcácmôhìnhtốiưu 20

a Bàitoánquyhoạchtuyến tính 20

b Bàitoánquyhoạchphituyến 21

c Bàitoáncựctrịphiếmhàm 21

2.2.2 Thiếtlậpmôhìnhtínhtoántrongphântíchhệthốngcôngtrìnhthuỷlợi 21

a Môhìnhhoáhệthống 21

b Hàmsốmụctiêu 22

c Điềukiệnràngbuộc 22

2.3 Xâydựng mô hìnhtính toán 23

2.4 Phươngphápgiảibài toán 23

2.5 Hàmmụctiờuvàđiềukiệnràngbuộc 24

2.5.1 Cỏcchỉtiờutốiưu 24

a Chỉtiờutối ưuvềgiỏtrịthunhậpdũngquyvềthờiđiểmhiệntạiNPVmax 24

b Chỉtiờutốiưuvềhệsốnội hoànkinhtế: IRRmax 24

c Chỉtiờutối ưuvềtổngchi phớvàvốnđầutưquyvề nămđầuCmin 25

2.5.2 Lựachọnchỉtiờutốiưu-hàmmụctiờu 25

2.5.3 Điềukiệnràngbuộc 26

2.6 Xỏcđịnhcỏcthànhphầntronghàmmụctiờu 26

2.6.1 XỏcđịnhchiphớxõydựngCXD 26

2.6.2 Xỏcđịnhchiphớquảnlýhàngnămbỡnhquõn 26

a Xỏcđịnhchiphớ điệntrong1năm 27

b Xỏcđịnhchiphớ lương 28

c Xácđịnhchiphísửachữathờngxuyên:C SC 28

d Xỏcđịnhchiphớ khỏcCkhỏc 29

CHƯƠNG3.ỨNGDỤNGMễHèNHTÍNHTOÁNXÁCĐỊNHCAOTRèNH ĐÁYCỐNGXẢQUAĐấCHOTRẠMBƠMPHÙĐỔNG–GIALÂM–HÀNỘI 3 0 3.1 Mụtảhệthốngtiờuvàtrạmbơmtiờu 30

3.1.1 Điềukiệntựnhiờncủahệthống 30

a Vịtrớ địalý,diệntớch 30

b Đặcđiểmđịahỡnh 30

c Đấtđaithổnhưỡng 30

d. Điềukiệnkhớtượng 30

e. Điềukiệnthủyvăn,sụngngũi 31

f Địachất,địachấtthủyvăn 32

g. Nguồnnănglượng 35

h. Nguồnvậtliệuxõydựng 35

i. Tỡnhhỡnhgiaothụng 36

3.1.2 Tỡnhhỡnhdõnsinh,kinhtế 36

a XóPhựĐổng 36

b XóTrungMầu 37

c XóNinhHiệp 38

3.1.3 Hiệntrạngthủylợicủakhuvực 38

a Nhàquảnlý 39

b Cỏchạtầngkhỏc 40

c Cốngxảquađờ 40

d Hệthốngkờnhvàcụngtrỡnhtrờnkờnh 40

Biệnphỏpthủylợi 41

3.2 Xỏcđịnhcỏcthụng sốthiếtkếcơbảncủatrạmbơmPhựĐổng 42

3.2.1 Xỏcđịnhmựcnướcbểthỏothiếtkếvàkiểmtra 42

3.2.2 XỏcđịnhcỏcmựcnướcđặctrưngtạibểhỳtZTK,Zmax,Zmin 46

bh bh bh 3.2.3 Xỏcđịnhcỏccộtnướccủatrạmbơm 47

3.2.4 Chọnmáybơm 47

3.2.5 Kíchthướccơbảncủatrạmbơm 48

3.3 Thiếtkếbểtháovàcốngxảquađê 49

3.3.1 Xácđịnhkíchthướcbểtháo 49

3.3.2 Thiếtkếcốngxả 49

a Xácđịnhcáckíchthướccơbảncủacống 49

b Tínhtoánthủylựccống 50

c Xácđịnhcácphươngánvềcaotrìnhđáycống 51

3.4 Xácđịnhchiphíxâydựngcôngtrình 53

3.4.1 Chiphíxâydựngnhàtrạm,kênhdẫn,kênhtháo 53

3.4.2 Chiphíxâydựngbểtháovàcốngxả 53

3.5 Xácđịnhchiphíquảnlýhàngnămbìnhquân 55

3.5.1 Xácđịnhchiphíđiệnnăngcủatrạmbơm 55

a Xácđịnhnhucầutiêunước 55

b Xácđịnhchiphí điệnnăng 57

3.5.2 Xácđịnhchiphílương 67

3.5.3 Xácđịnhchiphísửachữathườngxuyên,chiphíkhác 67

3.5.4 Chiphíquảnlýbìnhquânhàngnăm 67

3.6.Kếtquảtínhcủacácphươngán 67

TÀILIỆUTHAMKHẢO 73

DANHMỤCCÁCHÌNHVẼ

Hình1 1 - S ơ đồcốngxảquađêxâyliềnbểtháo 3

Hình1 2 -S ơ đồcốngxảquađêcáchxabểtháo 4

Hình1.4 Sơđồ caotrìnhđáycốngxảquađêcao 9

Hình1.5 Sơđồ caotrìnhđáycốngxảquađê thấp 10

Hình2.1.Sơđồnguyênlýtiếpcậnhệthống 19

Hình2.2.Sơđồtrạmbơmtiêu 23

Hình2.3.Sơđồlựachọnphươngpháptốiưu 24

Hình3.1.ĐườngtầnsuấtmựcnướcsôngĐuống5ngàymaxtrạmThượngCát 44

Hình3.2.ĐườngtầnsuấtmựcnướcsôngĐuống1ngàymaxtrạmThượngCát 45

Hình3.3.ĐườngđặctínhcủamáybơmAFLX120350 Hz 48

Hình3.4:Kíchthướccơbảncủabểtháo 49

Hình3.5.Sơđồchọnphươngán min bt tốiưu 68

Hình3.6.Biểuđồquanhệchiphíquảnlý vàcaotrìnhđáycống 69

Hình3.7.Biểuđồquanhệchiphíxâydựngvàcaotrìnhđáycống 69

Hình3.8.Biểuđồquanhệt ổ n g chiphívàcaotrìnhđáycống 69

Z

Z ,

DANHMỤCCÁCBẢNGBIỂU

Bảng1.1.Xácđịnhchiềucaodựtrữa 7

Bảng1.2.XácđịnhhệsốK 7

Bảng3.1.SốliệumựcnướcsôngĐuống,trạmThượngCát

Bảng3.2.Giátrịtrungbìnhcácchỉtiêucơlý củalớp2 32

Bảng3.3.Giátrịtrungbìnhcácchỉtiêucơlý củalớp3 33

Bảng3.4.Giátrịtrungbìnhcácchỉtiêucơlý củalớp4 34

Bảng3.5.Giátrịtrungbìnhcácchỉtiêucơlý củalớp5 35

Bảng3.6 Bảngthống kê mựcnướcZ1ngàymax,Zbq5 ngàymax, Z1ngàymin 42

Bảng3.7.Tínhmựcnướcbểhútthiếtkế 46

Bảng3.8.Kíchthướccốngxả 51

Bảng3.9:Tínhtoánthủylựccốngxả 51

Bảng3.10.Cácphươngánvề Zđcvà minbt Z btđáy 52

Bảng3.11:Chiphíxâydựngcốngxảvàbểxả 54

Bảng3.12.Kếtquảtínhtoánchiphíxâydựng 54

Bảng3.13.Diệntíchcácvùngđặctrưngdotrạmbơmquảnlý 55

Bảng3.14a:ĐiệnnăngtiêuthụPA1÷PA5 59

Bảng3.14b:ĐiệnnăngtiêuthụPA6÷PA10 60

Bảng3.14c:ĐiệnnăngtiêuthụPA11÷PA15 61

Bảng3.14d:ĐiệnnăngtiêuthụPA16÷PA20 62

Bảng3.15a.ChiphíđiệnnăngPA1÷PA5 63

Bảng3.15b.Chi phíđiệnnăngPA6÷PA10 64

Bảng3.15c.ChiphíđiệnnăngPA11÷PA15 65

Bảng3.15d.Chi phíđiệnnăngPA16÷PA20 66

Bảng3.16.Bảngtổnghợpkếtquảchiphítổngcủa20phươngán 67

Phụlục1.ChiphíxâydựngcốngxảvàbểxảcủatừngPA 75Phụlục2:Chiphíquảnlýbìnhquâncủa từngphươngán 116

Trướcđây,trạmbơmPhùĐổngvàcáctrạmbơmtiêutiêunướcrasôngmàbốtríb ể t h á

o li ề n vớ i c ố ngx ả qu a đêth ì v i ệ c x á c địnhZđcc ò n th e o ý k i ế n ch ủ q ua n c ủ a ngườithiếtkế.Vìđếnnàychưacóquychuẩn,tiêuchuẩn,hayhướngdẫncụthểnàonóivềvấnđề.Nếuchọncaotrìnhđáycốngxảquađêcaothìkhibơmnướclênbểtháocao,quacốngxảvàchảyxuốngqua

dốctiêunăngđểnốitiếpvớidòngchảytrongkênhtháongoàiđê(khimựcnướcngoàisôngthấp),điềunàychothấylãngphínănglượngbơm.Nếuchọncaotrình đáycốngxảthấpthìdẫnđếncaotrình đáybểtháothấptứcchiềucaobểtháolớn,cốngxảphải

đặtsâu,dođósẽlàmtăngchiphíxâydựng.Vìvậy,vấnđềđượcđặtralàcầnxácđịnhcaotrìnhhợplýcủađáy cốngxảquađêđểđảmbảohiệuquảkinhtế

Vìvậycầnthiếtcómộtnghiêncứuđểxácđịnhcaotrìnhhợplýcủađáycốngxảquađêcủacáctrạm bơmtiêu nướcrasôngĐuống–phạmvi HàNội

Đãcómộtsốcácnghiêncứuvềxácđịnhmựcnướcbểtháovàcaotrìnhđáycốngxảquađênhư:

- ĐềtàinghiêncứucủaTSBùiVănHức“Xácđịnhmựcnướcsôngthiếtkếhợplý

đểxâydựngtrạmbơmtướitiêunước”–vùngsôngHồng

- LuậnvănthạcsĩĐỗMinhThu“Nghiêncứuxácđịnhcaotrìnhđáycốngxảcủatrạmbơmtiêu”–ápdụngchotrạmbơmĐôngMỹ(vùngsôngHồng)

- Đềtài“Đánhbướcđầuvềphươngphápxácđịnhmựcnướcthiếtkếbểxảcủacáctrạmbơmtiêu”Tạpchísố43–(12/2013)Tácgiả:NguyễnTuấnAnh,LãĐứcDũng

phía sông phía đồng

CHƯƠNG1:TỔNGQUAN 1.1 Giới thiệu về phương phỏp xỏc định cao trỡnh đỏy cống xả và mựcnướcbểthỏonhỏ nhất

1.1.1 Nhiệm vụcủacốngxả

Cống xả qua đờ là cụng trỡnh quan trọng của trạm bơm Ở trạm bơm tiờu,bểthỏo nối tiếp với cống xả đưa nước tiờu tới chỗ chứa nước tiờu (sụng) hoặc cụngtrỡnhchuyểnnướcnhưdốcnước,bậcnước…dẫnđếnchỗchứanướctiờu

Cốngxảcúnhữngnhiệmvụsau:

- Bảođảmdũngchảytớichỗnhậnnướctiờuthuậndũng,tổnthấtớt;

- Khốngchếmựcnước,bảođảmyờucầutiờuthoỏtnước;

- Muốnthựchiệncỏcnhiệmvụtrờnkhithiếtkếcốngxảcầnphảiđảmbảocỏcyờucầu:

- Kếtcấucốngxảphảibềnvữngvàổnđịnh

- Kớchthướcvàhỡnhdạngcốngxảphảiđảmbảochodũngchảythuậnlợivềmặtthủylựcvàhợplývềmặtkinhtế

- Tạođiềukiệnthuậnlợichoquảnlý,thicụngvàsửachữa

1.1.2 Phõnloạicốngxả

Dựa vào kinh nghiệm xõy dựng, nghiờn cứu cũng như quản lý cỏc trạm bơmcúkết nối với cống xả qua đờ, người ta thấy rằng bể thỏo của trạm bơm được thiết kếphụthuộcrấtlớnvàocốngxảquađờ.Cốngxảđượcchialàm2loại:

+Cốngxảliềnvớibểthỏo

Hỡnh1 1 - S ơ đồcốngxảquađờxõyliềnbểthỏo

1.1.4 Phươngphápxácđịnhcaotrìnhđáycốngxả

Caotrìnhđáycống xảhợplýràngbuộcbởiđiềukiện:

min đc

m.b 2g.H3/2 tínhđượcHcmin=HoZ1ngàymin90%:Mựcnướcbìnhquân1ngàymin ứngvớitầnsuấtthiếtkế90%

Đểxácđịnhđượccaotrìnhđáycốngxảhợplý,chiaZđ cthànhnhiềuphươngáncóZ= [ Zmax,Zmin].Tùythuộcvàocácphươngántatính đượcchiphítổng=chiphí

Z

- Xácđịnhcáckíchthướcbểtháohợplý.

Hình1.3.B ể tháo thẳngdòngcóthiếtbị nắpốngđẩyTínhđườngkínhmiệngraốngđẩyđểgiảmtốcđộnướckhirakhỏiốngđẩy,đườngkínhmiệngraốngđẩylấytheokinhnghiệmởcôngthức(1.4)

Độsâulớnnhấtcủagiếngtiêunăngtínhtheocôngthức(1.9):

bt

bt

phía sông phía đồng

bt cũntheoýchủ quancủangườithiếtkếvỡđến nayvẫnchưacúmộtquyđịnhhayhướngdẫncụ thểnàovềvấnđềnày

Ngoàira,khixỏc địnhcaotrỡnhđỏy

cốngvàmựcnướcbểxảnhỏnhấtcầnchỳýđếncaotrỡnhmiệng

ốngđẩy.Nếucaotrỡnhmựcnướcbểxảthấphơnmiệngốngđẩy,sẽtiờutốnn ă n g lượnghơn.Caotrỡnhtõmmiệngốngđẩy

Zmiệngốngđẩy= Zđỏybểthỏo+ P+DoNếuchọn(Zđc

)caotrỡnh đỏycốngx ả qua đờcao hay ( Zmin)ca oxe m h ỡ n h(1.4) thỡ nhiều khi nước bơm lờn bể thỏo cao, qua cống xả và chảy tự do qua bậcnướchay dốc tiờu năng để nối tiếp với dũng chảy trong kờnh thỏo ngoài đờ (khi mựcnướcngoàisụngthấp),điềunàychothấyviệclóngphớnănglượngbơm

Ngượclại,nếuchọn(Zđc )caotrỡnhđỏycốngxảquađờhay(

Zmin)thấpxemhỡnh(1.5)thỡdẫnđếncaotrỡnhđỏybểthỏothấptứcchiềucaobểthỏolớnvàcốngxảphảiđặtsõu,dođúsẽlàmtăngchi phớxõydựngbểxảvàcốngxả

Hỡnh1.4.SơđồcaotrỡnhđỏycốngxảquađờcaoZ

đc

phÝa s«ng

Hình1.5.Sơđồ caotrìnhđáycốngxảquađêthấpVấnđềđặtralàcầnxácđịnhmộtgiátrị (Z

dựngvàquảnlýlànhỏ nhất

) hợplýhayZmin để chotổngchiphíxây

1.2 Tổngquanviệcứngdụnglýthuyếttốiưuhóavàobàitoánthiếtkếcá ccôngtrìnhthủylợi

Hiệnnay,khithiếtkếcáctrạmbơmtiêunước

rasôngmàbốtríbểtháoliềnvớicốngxảquađêthìviệcxácđịnhcaotrìnhđáycốngxảquađêcũngnhưviệcxácđịnh

mựcnướcbểtháonhỏnhất min

bt còntheoýchủquancủangườithiếtkếvìđếnnayvẫnchưacómộtquyđịnh,tiêuchuẩnhayhướngdẫn cụthểnàovềvấnđề

này.Vìvậy,đáycốngxảquađêcóthểđượcthiếtkếđặtởcaotrìnhchưahợplý,dẫnđếnchiphíxâydựngvàchiphíquảnlýcao,gây

lãngphíngânsáchnhànước.Vìthế,trongnhữngnămgầnđây,lýthuyếtphântíchhệthốngvàlýthuyếttốiưuhoáđãđượcápdụngnhiềutrongcácbàitoánvềquyhoạch,thiếtkế,quảnlý,vậnhànhtốiưucáchệthốngnóichungvàhệthốngthuỷlợinóiriêng.Trongđó,bàitoánthiếtkếtốiưucáccôngtrìnht r o n g h ệ t h ố n g t ư ớ i , t i ê u , c ấ p , t h o á t n ư ớ c đãđượcm

ộ t s ố t á c g i ả t r o n g n ư ớ c nghiêncứu,điểnhìnhnhư:

Đề tài“ Hệ số tiêu thiết kế tối ưu của trạm bơm cho các vùng trồng lúa

đồngbằng Bắc Bộ - Việt Nam”(1997) của TS Dương Thanh Lượng Tác giả đã áp

dụngphương pháp mô hình mô phỏng và phương pháp tối ưu hoá cho bài toán thiết

kế hệthống tiêu bằng trạm bơm vùng trồng lúa với chỉ tiêu tối ưu là chỉ số NPV (Giátrị thunhập ròng quy về thời điểm hiện tại) Gía trị hệ số tiêu thiết kế nào tương ứngvới giátrịNPV maxthìđólàgiátrịhệsốtiêuthiếtkếtốiưucủatrạmbơm

Z

đc

Đề tài“Xác định mức nước sông thiết kế hợp lý để xây dựng trạm bơm

tướitiêu nước”(1993) của TS Bùi Văn Hức Tác giả thiết lập quan hệ hàm số giữa

nănglượng bơm nước với mức nước sông thiết kế thông qua đặc tính của các máybơm vàhìnhthứccông trìnhcủatừngtrạmbơmtướivàtiêunước

Đề tài“Đánh dấu bước đầu về phương pháp xác định mực nước thiết kế

bểxả của các trạm bơm tiêu”Tạp chí số 43 – (12/2013) Tác giả: Nguyễn Tuấn Anh,

LaĐứcDũng

Đề tài“Phân vùng tưới tối ưu hệ thống thuỷ nông Văn Giang”(2001) củaTh.S

Phạm Thị Hoài Bằng phương pháp mô hình, mô phỏng và tối ưu hoá, tác giả đãđưa

ra nhiều phương án khác nhau về biên giới bơm tưới giữa trạm bơm Văn Giangđãđược xây dựng và trạm bơm mới cần được xây dựng, ứng với từng phương án tínhđược: chi phí xây dựng ban đầu,chi phí quảnlý hàngnăm và hiệuí c h đ e m l ạ i c ủ a công trình, từ đó tính đượcgiá trị NPV, phương án về biên giới bơm tưới nào chogiátrịNPVmaxthìđólàphươngántốiưunhất

Luận văn thạc sĩ Đỗ Minh Thu“Nghiên cứu xác định cao trình đáy cống

xảcủa trạm bơm tiêu”– áp dụng cho trạm bơm Đông Mỹ (vùng sông Hồng).

Bằngphương pháp tối ưu hóa, tác giả đã xác định mực nước bể tháo nhỏ nhất củatrạm bơmnốitiếpvớicốngxảquađê

Đềt à i “Nghiênc ứ u x ác địnhq u y m ô đườngốngt ố i ưuc h o h ệ t h ố n g t ư ớ i Trungt

âmn g h i ê n cứ u vàs ản xuấtg iố ng n g ô S ô n g B ô i –

Ho àB ì n h ” (2002)c ủ a Th.SĐỗH ồ n g Q u â n B ằ n g p h ư ơ n g phápt ố i ưuh o á , t á c g i ả

đãt ì m r a p h ư ơ n g ánđườngkínhốngtốiưu chohệthốngtươngứngvớichỉtiêutốiưu: IRRmax

Đề tài“Nghiên cứu xác định phương án bố trí và quy mô hợp lý của

trạmbơm tưới vùng cao” (2003) của Th.S Nguyễn Tuấn Anh Sử dụng phương pháp

môhình, mô phỏng và tối ưu hoá, tác giả đã thiết lập được bài toán tìm phương ánthiết kếtối ưu trạm bơm tưới vùng cao qua chỉ tiêu tối ưu là tổng chi phí quy về năm đầu nhỏnhất

Trongluậnvănnày,phươngpháptốiưuhoásẽđượcápdụngđểxâydựngbài

toán xác định cao trình đáy cống xả hợp lý và mực nước bể tháo nhỏ nhất cho các

trạmbơmtiêunướcrasôngĐuống

CHƯƠNG2 XÂYDỰNGMÔHÌNHTÍNHTOÁNCAOTRÌNHĐÁYCỐNGXẢHỢPLÝ 2.1 Lý thuyết phân tích hệ thống ứng dụng trong nghiên cứu hệ thốngtướitiêubằngđộnglực

Công trình trạm bơm là công trình thủy lợi rất phổ biến Tuy nhiên nó làcôngtrình sử dụng nhiều năng lượng Vì vậy, việc tối ưu hóa các thông số thiết kế vàđiềukiểnvậnhànhsẽcó mộtýnghĩađángkểnhằmgiảmnhỏnănglượngtiêuhao

Việc giảm nhỏ năng lượng tiêu hao trên không phải chỉ thực hiện ở khâu vậnhànhquản lý, mà nó còn được tạo tiền đề có tính chất quyết định ngay từ bước quyhoạchthiếtkế

Vì vậy, để vận hành và quản lý trạm bơm có hiệu ích tốt nhất thì ta phảivậndụnglýthuyếtvềphântíchhệthống

Phương pháp phân tích hệ thống được áp dụng vào công trình thủy lợi từnăm1950, đầu tiên là vấn đề quản lý và phân phối nguồn nước Đặc biệt từ thập kỷ 70khicó sự phát triển rộng rãi của máy vi tính, phương pháp phân tích hệ thống đượcsửdụng rộng rãi trong qui hoạch thiết kế và tự động hóa trong quản lý các hệ thốngtướitiêu

Nhằm mục đích tưới tiêu và cung cấp nước cho sinh hoạt và công nghiệp,đếnnaychúngtađãxâydựngnhiềutrạmbơmlớn,nhỏ

Tất cả các trạm bơm trên đều do cán bộ kỹ thuật nước ta thiết kế, xây dựngvàquản lý vận hành và đã phát huy hiệu quả tưới tiêu đảm bảo an toàn sản xuấtnôngnghiệpnângcaonăngsuấtvàsảnlượngcâytrồng

Nhiều công trình trạm bơm được xây dựng và trong những năm tới nhiều dựánvề tiêu nước cho đô thị, tiêu nước cho nông nghiệp sẽ được thực thi Việc áp

3dụngphươngp h á p h ệ t h ố n g c h o p h é p t ố i ưut r o n g v i ệ c q u y h o ạ c h s ử d ụ n g n g u ồ

n n ư ớ c

2.1.2 Hệthốngvàcácđặctrưngcủahệthống

a Địnhnghĩa

Hệthốnglàmộttậphợpcácphầntửđượcsắpxếptheomộttrìnhtựnàođó,cómốitácđộngtươngtáclẫnnhautạothành mộttậphợpđầyđủ

Hệthốngcôngtrìnhtrạmbơmtướilàmộttậphợpcácphầntử:nguồnnướccôngtrìnhlấynướccôngtrìnhdẫnnướcnhàmáybơmcôngtrìnhtháonước

khu tưới; có mối tác động tương hỗ lẫn nhau thành một tập hợp đầy đủ làmnhiệmvụtưới.Tươngtựtacóhệthốngcôngtrìnhtrạmbơmtiêu

Lấyvídụđơngiản,khithiếtkếhệthốngtiêuúngtựchảy,khảnăngtiêutựchảycủa hệ thống phụthuộc vào khả năng gặp gỡ của vô số các tổ hợp giữa mưa và mựcnước ngoài sông Nếu ta chọn mô hình trạngthái mà mưa trong đồng và mực nướcngoài sông có cùng tần suất thiết kế, khi đó tầnsuất thiết kế đảm bảo tiêu sẽ nhỏ hơnnhiều so với tiêu chuẩn thiết kế Thông số côngtác của trạm bơm tiêu có thể thiên lớn,trong quản lý sau này xảy ra tình trạng là thời gian sử dụng công suất của trạmbơm rấtnhỏ, gây lãng phí Vì vậy nếu xem xét mối quan hệ tương tác giữa mưa đồng vàmựcnướcsông,thìcácthôngsốcôngtáccủatrạm bơmsẽkháchẳnvàhợplýhơn

Nói tóm lại, cần phải có quan điểm hệ thống trong phân tích và nghiên cứucáchệ thống phức tạp Sự phân tích hệ thống trong mối quan hệ tương tác giữa cácthànhphầncấuthànhhệthống

Các thông tin vào và ra được đặc trưngb ở i m ộ t đ ạ i l ư ợ n g à o đ ó

c ó t h ể c o i l à các biến gọi là biến vào, biến ra Nếu các đại lượng này là các đạilượng phụ thuộc vàothờigiangọilàcácquátrìnhvào,rahoặclàcáchàmvào,racủahệthống

Các biến vào của hệ thống bao gồm cả các biến điều kiển được và cácbiếnkhông điều kiển được Ví dụ, khi vận hành một trạm bơm tiêu, quá trình mưa,bốc hơilàcácbiếnvàokhôngđiềukiểnđược,lưulượngbơmquatrạmbơmtiêulàbiếnlàbiếnvàođiều kiển được Biến ra của hệ thống có thể là quá trình năng lượng tiêu hao chotrạm bơm tiêu là hàm của các biếnvào, cũng có thể là sự biến đổi mực nước trong khutiêu

Biếntrạngtháilà mộ th à m củathờigian Biến trạngthái làhệ thốngcó nhớngườitađưavàomộtloạibiếnđặctrưngchotrạngtháicủanó.Hệthốngcónhớlàhệthốngmàtrạngtháicủanóởmộtthờiđiểmnàođókhôngnhữngphụthuộcvàotácđộngtừbênngoà

i ở chínhthờiđiểmđó,màcònphụthuộcvàotrạngtháicủanó

ởnhữngthờiđiểmtrướcđó

Điều quan trọng nhất của người làm hệ thống là phải xác định được đâu làbiếnvào, biến ra và đặc trưng nào là biến trạng thái Ngoài ra, cũng phải mô phỏngđượcquá trình trao đổi thông tin giữa các thành phần trong hệ thống, quan hệ giữabiến vào,biếnravàbiếntrạngthái

Hệ thống có mô tả cấu trúc bên trong ( hộp trắng): Khác với hộp đen, cáchệthống loại hộp trắng có thêm các biến trạng thái Việc đưa vào không gian biếntrạngtháigiúptaphântích đượcquỹđạochuyểnđộngcủahệthốnghoặcđoánbiếtđụcxu

hướngpháttriểncủahệthốngtrongtươnglai Dođóngườinghiêncứuđịnhhướngđượccáctácđộngvàohệthốngđểđạtđượcmụctiêumong muốn.

Hệ thống không có điều kiển là hệ mà các thông tin vào không chứa cácbiếnđiều kiển được, ngược lại là hệ có điều kiển Nói chung biến điều kiển và biếntrạngthái là các biến độc lập với nhau, nhưng trong một số trường hợp, biến trạng tháicũnglàbiếnđiềukiển

Hệ thống điều kiển bán tự động là hệ thống mà khi xử lý thông tin và điềukiểnđược thực hiện bởi người điều kiển Sauk hi phân tích, so sánh người điều kiểntrựctiếpđưaraquyếtđịnhvàđiềuhànhhệthốngđiềukiển

Hệ thống trong đó bao gồm các hệ thống con: một hệ thống có thể phânchiathành các hệ thống con Sự phân chia các hệ thống lớn thành các hệ thống contùythuộc vào kích cỡ, đặc thù của hệ thống và các phương pháp phân tích được ápdụngvớihệthốngđó

- Hệ thống chỉ tiêu đánh giá được mô tả và lượng hoá theo dạng khác nhau,cóthểkháiquátmộtsốdạngcơbảnnhưsau:

+Hệthốngchỉtiêuđánhgiáđượcmôtảbằngmộthoặcmộtsốhữuhạncácđẳngthứchoặcb ấ t

đ ẳ n g t h ứ c C á c b i ể u t h ứ c đóđượcv i ế t đốiv ớ i h à m r a c ủ a h ệ t h ố n g Y ( t ) Dạngtổngquátcủaloạihệthốngchỉtiêu:

TrongđóFlàhàmbiểudiễnquahàmracủahệthốngvớimlàsốchỉtiêutronghệthốngchỉtiêuđánhgiá

+Hệthốngchỉtiêuđánhgiálàmộthoặcmộtsốhữuhạncáchàmsốmànócầnđượcđưavềcựctrị,códạng(2.2):

Fj(Y)max(min)vớij=1,hoặc vớij=1,m

(2.2)CáchàmFj(Y)trongtrườnghợpnàyđượcgọilàhàmmụctiêu

Hệ thống chỉ tiêu đánh giá có dạng hỗn hợp, tức là một số chỉ tiêu đánhgiáđược mô tả bằng hàm mục tiêu trên, số còn lại đươc mô tả như một ràng buộc củahệthốngvềmụctiêu, códạngsau:

cóthểvàphântíchtấtcảcácphảnứngcủahệthốngmàtaquantâmtươngứngvớicáctìnhhuốngđặtra.Theosựphântíchđóngườinghiênc ứu lựachọnnghiệmcủabàitoántrongsốcáctìnhhuốngđãđượcđặtra.Nhưvậy,phươngphápmôphỏngchỉtìmnghiệmtr on g t ậ p h ợ p h ữ

u h ạ n c á c t ì n h h u ố n g , b ở i v ậ y nghiệm củ a b à i t o á n c ó t h ể khôngtrùngvớinghiệmtốiưu

Phương pháp tối ưu hoá: phương pháp này kết hợp với phương pháp môphỏngđược sử dụng song song trong quá trình tìm lời giải tối ưu khi thiết kế và điềukhiển hệthống Phương pháp tối ưu là phương pháp cho lời giải tối ưu, còn phương pháp môphỏng cholời giảigầntối

ưu Phươngpháptối ưu hoá là phươngp h á p x á c đ ị n h l ờ i giải của hệ thống theo mục tiêukhai thác hệ thống bằng cách lượng hoá chúng thànhcáchàmmụctiêu

Do hạn chế của phương pháp tối ưu như chỉ tìm được nghiệm tối ưu cục bộdohạn chế của phương pháp toán học v.v nên có thể bỏ sót các phương án tốt hơn vìvậyngườitasửdụngphươngphápmôphỏngphântíchlựachọnbàitoán

Hệthốngcácquanđiểmvànguyênlýtiếpcậnhệthống baogồm:

+Hệthốngcácquanđiểm:Khinghiêncứumộthệthốngcầnxemxétcácquiluậtcủahệthốngtrongmốiquanhệtươngtácgiữacácthànhphầncấuthànhhệthốngvàquanhệcủahệthốngvớimôitrườngtácđộnglênnó.Quanđiểmđóphảiđượclượnghóabằngcácmôhìnhtoánhọcmôtảcácquátrìnhcủahệthống.Độngtháivàxuthếpháttriểncủahệ thốngđượcxácđịnh

nhờcácmôphỏng, vàquađócóthể pháthiện cáctác

động hợp lý lên hệ thống Sự phân tích hệ thống trong mối quan hệ tương tác giữacácquá trình trong hệ thống sẽ phát hiện tính “trồi”, mà nó không nhận biết được nếuchỉphântíchcácquátrìnhriêngrẽcủahệthống.

+ Lý thuyết phân tích hệ thống thừa nhận tính bất định của hệ thống, bao gồm bất địnhvềmụctiêu,bấtđịnhvềsựtraođổithôngtintronghệthống,sựhiểubiếtkhông đầyđủcủa người nghiên cứu về hệ thống và bất động do sự tác động ngẫu nhiên từ bên

ngoài.Vớicáchệthốnglớn,tồntạinhiềumốiquanhệphứctạpliênquanđếnnhiềulĩnhvựckhácnhau.Bởivậy,LTPTHTtôntrọngvàthừanhậntínhliênngành.Khinghiêncứucáchệthốngphứctạpnhưvậy,cầnthiếtcósựthamgiacủanhiềungànhkhoa học.Trongquátrìnhnhậnnghiệmphảixemxét

đếnquyềnlợicủanhữngđốitượngkhácnhauvàquanhệqualạigiữachúngtronghệthống.Nếucácquyếtđịnhchỉvìquyềnlợicụcbộthìtrongquátrìnhpháttriểncủahệthống,cácquyluậtđượcthiếtlậpđốivớihệthốngsẽbịphávỡ

Thừanhậntínhbấtđịnh,LTPTHTchútrọngsựkếthợpgiữaphươngpháphìnhthứcvàphương pháp phi hình thức, kết hợp giữa phân tích toán học và kinh nghiệm vàtôntrọngvaitròcủatậpthểtrongnghiêncứu

+Nguyên lý tiếp cận hệ thống: Đối với những hệ thống phức tạp do có sự tồn tạicácyếu tố bất định trong hệ thống, người nghiên cứu không thể ngay một lúc pháthiệnnhững tính chất của hệ thống, cũng không thể dự báo ngay được xu thế phát triểncủahệthống.Dođó,cácmụctiêukhaitháchệthốngcũngchỉhìnhthànhrõnétsaukhithửphảnứngcủahệthốngbằngcáckỹthuậtphântíchhợplýđượcmôtảhình (2.1):

Xác định mục tiêu khai thác hệ thống

Bổ sung việc thu thập thông tin

và điều chỉnh mục tiêu khai thác hệ thống

Thu thập các thông tin liên quan đến hệ thống

Hỡnh2.1.SơđồnguyờnlýtiếpcậnhệthốngQuỏ trỡnh tiếp cận hệ thống theo sơ đồ này là quỏ trỡnh tỡm lời giải của hệ

thốngtrờn cơ sở liờn tiếp là rừ mục tiờu của khai thỏc hệ thống, và xem xột sự cần thiết bổsungthụngtinvềhệthống

Nguyờnlýtiếpcậntừngbướctrongphõntớchhệthốngphứctạpđượccoinhưlà

mộtnguyờntắcđốivớingườinghiờncứuhệthống

2.2 Lý thuyết tối ưu hoá ứng dụng trong nghiên cứu hệ thống tưới

tiêubằng độnglực.

2.2.1 Phânloạitổngquátcácmôhìnhtốiưu

Hiện nay tồn tại khá nhiều phương pháp tối ưu hoá có phạm vi ứng dụngkhácnhau Trong bài toán kỹ thuật người ta cố gắng đưa các bài toán tối ưu về dạngchuẩntắcđãcóvàcóthểgiảiđược

………

2.7)gj(x1, x2, ,xi, ,xn))≤bj

gm(x1,x2,…,xi, ,x n))≤bmVớicácbiếncủahàmsốvéctơcódạng:

bjv ớ ij= 1,2,…,m;

hệ thống dễ dàng hơn và kinh tế hơn.Mô hình toán học bao gồm một số biến đặctrưngđịnh lượng cho các yếu tố chính tham gia vào các quá trình được xét và một hay nhiềuphương trình ràng buộc các biến đó với nhau,nhằm mô tả những mối lien hệ và tươngtácgiữacácyếutốnói trên.Môhìnhtoán cóthểbiểuđạt dướidạngchung:

Hàmsốmụctiêucóthểmax(min)F=f(X,Y)

Điềukiệnràngbuộcg(X,Y)=0

x0≤x≤xmTrongđó: X=(x 1,…….,xn),x0,xmlàgiớihạntrên,dướicủaX

Khi qui hoạch và thiết kế hệ thống công trình tưới tiêu nói chung, việc tìmraphương án tối ưu dựa vào mô hình toán mà hàm số mục tiêu là hiệu quả thu đượclớnnhất: maxZ(x)=B(x)-K(x)-C(x).

Ởđây:

X=(x1,

…….,xn)biếnlượngbiểuthịcácphươngán(dungtíchhồchứa,quimôtrạmbơm,quimôcống…)

Điều kiện ràng buộc thường biểu thị dưới dạng hàm số, phương trình phảnánhqui luật hoạt động của hệ thống, là sự quan hệ tương hỗ giữa các yếu tố tính năngcủacôngtrình.

,Z ,Z

,Z ,Zbh

phía sông phía đồng

Đốivớicỏccụngtrỡnhthuỷlợinúichungvàcỏctrạmbơmnúiriờngđiềukiệnràngbuộclàcỏcphươngtrỡnhbiểuthị:

+ Trạng thỏi hoặc tớnh năng của hệ thống như: cỏc phương trỡnh cõn bằng của hệ

thốngtrạmbơmhaycỏcquanhệbiểuthịtớnhnăngthuỷlựccủacụngtrỡnhnhưtớnhnăngkờnh,tớnhnăngcống,tớnhnăngtrạmbơm

+ Cỏc giỏ trị giới hạn của cỏc yếu tố như lưu lượng giới hạn lớn nhất, nhỏ nhất, ỏp lực,mựcnước,cụngsuất…

Z

Z

So sánh các phương án qua sử dụng hàm mục tiêu để tìm phương án tối ưu

Tính toán xác định các chỉ tiêu kinh tế (hàm mục tiêu) cho từng phương án

bt

đáy cống xả hoặc Zmin

Đề xuất các phương án về cao trình

- Với lưu lượng cho trước, đưa ra nhiều phương án khác về cao trình đáy cống xảquađê và cao trình mực nước bể tháo nhỏ nhất (cao trình đáy bể tháo phụ thuộc vàocaotrình mựcnướcbểtháonhỏnhất)

- Với mỗi phương án thiết kế, xác định được các chỉ tiêu kinh tế (hàm mục tiêu).Sosánh kinh tế giữa các phương án bằng hàm mục tiêu sẽ lựa chọn ra được mộtphươngántốiưuvềkinhtế.Cácbướctínhtoánthểhiệntrongsơđồhình(2.3)

NPV1NPV1  NPV2

Trongl u ậ n v ă n n à y , x é t b à i t o á n x á c địnhp h ư ơ n g á n t ố i ưuk h i h i ệ u í c h d o

côngtrìnhđemlạilàkhôngthayđổitheocácphươngánkhácnhauvìcácphươngán

caotrình

đáycốngk h á c nhauđềuphảiđảmbảodẫnlưulượngQvàtổnglượngWnhư nhau, nghĩa là:Bj=const, cho nên phương án có NPVmaxcũng chính là phương

áncóCmin.Vìvậyđểchoviệctínhtoánnhanhhơn,ởđâychọnchỉtiêutốiưulàchiphínhỏnhấtCmin

2.6.2 Xácđịnhchiphíquảnlýhàngnămbìnhquân

Đốivớitừng phươngán,chiphíquảnlýhàng nămbìnhquânđượcxácđịnhnhưsau: