BÀI THI KẾT THÚC MÔN HỌC MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG TÀI NGUYÊN NƯỚC

Câu 1 : Khái niệm về mô hình mô phỏng, sự lựa chọn mô hình và các bước thiết lập mô hình Trả lời: - Mô hình mô phỏng là quá trình xây dựng mô hình toán học của hệ thống thực và sau đó t

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÀI THI KẾT THÚC MÔN HỌC

MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG

TÀI NGUYÊN NƯỚC

Giảng viên hướng dẫn : TS Lê Hùng Học viên thực hiện : Nguyễn Viết Quang Tuấn Khoa : Xây dựng Công trình thủy Lớp : K41.CTT

Đà Nẵng, 2021

Câu 1 : Khái niệm về mô hình mô phỏng, sự lựa chọn mô hình và các bước thiết lập

mô hình

Trả lời:

- Mô hình mô phỏng là quá trình xây dựng mô hình toán học của hệ thống thực

và sau đó tiến hành tính toán thực nghiệm trên mô hình để mô tả, giải thích vầ dự đoán hành vi của hệ thống thực

- Sự lựa chọn mô hình mô phỏng xuất phát từ yêu cầu của bài toán cần đạt được

và các số liệu có sẵn Có 3 điểm cơ bản mà mô hình mô phỏng phải đạt được: Thứ nhất là phải có mô hình toán học tốt tức là mô hình có tính đồng nhất cao với hệ thực đồng thời mô hình được mô tả rõ ràng thuận tiện cho người sử dụng; Thứ hai là mô hình cần phải có khả năng làm thực nghiệm trên mô hình thức là có khả năng thực hiện các chương trình máy tính để xác định các thông tin về hệ thực; Cuối cùng là khả năng

dự đoán hành vi của hệ thực tức là có thể mô tả sự phát triển của hệ thực theo thời gian

- Các bước thiết lập mô hình mô phỏng:

1 Mục tiêu mô phỏng

2 Thu thập dữ liệu;

Xác định MH nguyên lý

3 Hợp thức MH nguyên lý 0

1

4 Mô phỏng mô hình

5 Chạy thử

6 Kiểm chứng MH mô phỏng 0

1

7 Lập kế hoạch thử nghiệm

8 Thử nghiệm mô phỏng

9 Xử lý kết quả mô phỏng

10 Sử dụng và lưu trữ kết quả mô phỏng

Khi tiến hành nghiên cứu mô phỏng thông thường phải thực hiện qua 10 bước như sau:

Bước 1: Xây dựng mục tiêu mô phỏng và kế hoạch nghiên cứu: Mục tiêu mô phỏng

được thể hiện bằng các chỉ tiêu đánh giá, bằng hệ thống các câu hỏi cần được trả lời

Bước 2: Thu thập dữ liệu và xác định mô hình nguyên lý: Tùy theo mục tiêu mô

phỏng để thu thập các thông tin, dữ liệu tương ứng; trên cơ sở đó xây dựng mô hình nguyên lý phản ánh bản chất của hệ thống

Bước 3: Hợp thức hóa mô hình nguyên lý: là kiểm tra tính đúng đắn, hợp lý của

mô hình Mô hình nguyên lý phải phản ánh đúng bản chất của hệ thống và môi trường nhưng đồng thời cũng phải tiện dụng, không quá phức tạp cồng kềnh Nếu mô hình nguyên lý không đạt phải thu thập thêm thông tin, dữ liệu để tiến hành xây dựng lại

mô hình

Bước 4: Xây dựng mô hình mô phỏng trên máy tính: Mô hình mô phỏng là những

chương trình chạy trên máy tính Các chương trình này được viết bằng các ngôn ngữ thông dụng như FORTRAN, PASCAL, C++, hoặc các ngôn ngữ chuyên dụng để mô phỏng như GPSS, SIMSCRIPT,…

Bước 5: Chạy thử: Sau khi cài đặt chương trình, người ta tiến hành chạy thử xem

mô hình mô phỏng có phản ánh đúng các đặc tính của hệ thống không Ở giai đoạn này cũng tiến hành sửa chữa các lỗi về lập trình

Bước 6: Kiểm chứng mô hình: Sau khi chạy thử người ta có thể kiểm chứng và

đánh giá mô hình mô phỏng có đạt yêu cầu hay không, nếu không phải quay lại từ bước 2

Bước 7: Lập kế hoạch thử nghiệm: Ở bước này phải xác định số lần thử nghiệm,

thời gian mô phỏng của từng bộ phận hoặc toàn bộ mô hình Căn cứ vào kết quả mô phỏng ở bước 9 người ta tiến hành hiệu chỉnh kế hoạch thử nghiệm để đạt được kết quả với độ chính xác theo yêu cầu

Bước 8: Thử nghiệm mô phỏng: Cho chương trình chạy thử nghiệm theo kế

hoạch đã được lập ở bước 7 Đây là bước thực hiện việc mô phỏng, các kết quả lấy ra

từ bước này

Bước 9: Xử lý kết quả: Thử nghiệm mô phỏng thường cho nhiều dữ liệu có tính

thống kê xác suất Vì vậy, để có kết quả cuối cùng với độ chính xác theo yêu cầu, cần phải thực hiện việc xử lý các kết quả trung gian Bước xử lý kết quả đóng vai trò quan trọng trong quá trình mô phỏng

Bước 10: Sử dụng và lưu trữ kết quả: Sử dụng và lưu trữ kết quả mô phỏng vào

mục đích đã định và lưu giữ dưới dạng các tài liệu để có thể sử dụng nhiều lần

Câu 2 : Để mô phỏng một hệ thống sông bằng mô hình MIKE 11 thì cần những số

liệu gì? Mô hình tính toán được yếu tố gì? Dùng thông số gì để hiệu chỉnh mô hình? Quy trình mô phỏng mô hình như thế nào?

Trả lời:

- Để mô phỏng một hệ thống sông bằng mô hình MIKE 11 cần các số liệu sau:

* Với mô đun thủy lực (HD) cần:

+ Số liệu địa hình: số liệu khảo sát địa hình mặt cắt ngang sông; số liệu mô phỏng các công trình trên sông (cầu, cống,…)

+ Số liệu thủy văn: Quá trình lưu lượng (Q~t) tại biên trên của mô hình; Quá trình mực nước (Z~t) tại biên dưới mô hình; Quá trình nhập lưu khu giữa (Q~t) nếu có, thường được tính từ MIKE NAM Quá trình Q~t hoặc Z~t để hiệu chỉnh, kiểm định

mô hình

+ Số liệu độ nhám của sông (nhám bãi, nhám lòng sông)

* Với mô đun chất lượng nước (AD): ngoài các số liệu nêu trên cần có thêm số liệu quan trắc chất lượng nước theo thời gian tại các vị trí trên sông

- Mô hình MIKE 11 có thể được sử dụng để tính toán được lưu lượng, mực nước tại các vị trí trên sông; hoặc mô phỏng chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở cửa sông, sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và các hệ thống dẫn nước khác

- Thông số được sử dụng để hiệu chỉnh mô hình là thông số độ nhám

- Quy trình mô phỏng mô hình bao gồm các bước sau:

+ Xử lý tài liệu để thiết lập mạng sông tính toán;

+ Thiết lập sơ đồ thủy lực mạng sông;

+ Thiết lập tài liệu địa hình tính toán cập nhật số liệu mặt cắt ngang;

+ Thiết lập các điều kiện biên (phân tích lựa chọn các điều kiện biên theo chuỗi thời gian);

+ Thiết lập điều kiện ban đầu;

+ Thiết lập các thông số thủy lực cơ bản;

+ Thiết lập và mô phỏng các công trình;

+ Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình để xác định bộ thông số của mô hình;

+ Tính toán mô phỏng theo các yêu cầu của bài toán (mực nước, lưu lượng, chất lượng nước,…)

Câu 3: Lựa chọn 1 công trình đập dâng trên địa bàn công tác, anh/ chị phân tích rõ ưu

nhược điểm của việc xây dựng đập dâng, trình bày đầy đủ mặt tích cực và tiêu cực cụ thể của đập dâng đó (ví dụ ở Huế chọn đập Thảo Long, Đà Nẵng thì giả định làm đập Hòa Xuân, Quảng Ngãi thì phân tích đập Trà Khúc, Bình Định thì đập dâng trên sông Lại Giang)

Hình 1 Vị trí đập Thảo Long

Công trình Thảo Long ra đời đáp ứng được nguyện vọng của nhân dân trong vùng, bởi vì trước đây về mùa khô mặn xâm nhập sâu, vượt quá TP Huế về thượng nguồn 15 km, làm cho cả vùng sông đồng bằng sông Hương thiếu nước ngọt trầm trọng Vì vậy, việc ngăn mặn giữ ngọt ở sông Hương không những có ý nghĩa về kinh tế - xã hội mà còn là nét văn hóa độc đáo của tỉnh Thừa Thiên - Huế.

Nên nhiệm vụ của đập Thảo Long là ngăn mặn, giữ ngọt cho nguồn nước lưu vực sông Hương vào mùa khô, phối hợp với hồ Tả Trạch, Bình Điền và Hương Điền ở thượng nguồn cung cấp đủ nước cho các nhu cầu nông nghiệp, công nghiệp, môi trường sinh thái và dân sinh.

+ Nhược điểm:

Ngoài những ưu điểm nổi bật của đập Thảo Long thì nó cũng có một nhược điểm như sau:

Mặc dù đạt được mục tiêu ngăn mặn, giữ ngọt cho sông Hương, chống được lũ tiểu mãn cho vùng nông nghiệp dưới hạ du, đập Thao Long vào mùa kiệt luôn đóng cửa, chỉ xả về hạ du một lưu lượng bằng lưu lượng tối thiểu trung bình của các tháng muà kiệt tức là xả về vùng đầm phá phía hạ du lưu lượng 31m3/s, điều này làm cho thượng lưu sông Hương trở thành ao tù, làm mất khả năng tự làm sạch Thành phố Huế hiện có khoảng50 điểm xả nước thải trực tiếp

ra sông mà không qua bất kỳ một công đoạn xử lý nào và còn hơn 1000 hộ dân vạn đò bao lâu nay lấy sông làm bải rác( nay đã tái định cư được 890 hộ) Điều này làm cho các con sông ở Thừa Thiên Huế ô nhiễm nặng Ngoài ra việc đập Thảo Long đi vào vận hành đã làm thay đổi hệ sinh thái của sông Hương phần thượng lưu đập Thảo Long, gần 100ha diện tích nuôi tôm cá, cua khu vực Thuận Hòa B, xã Hương Phong, huyện Hương Trà ( vùng sau đập Thảo Long), I chết hoặc chậm phát triển do tình trạng ngọt hóa vùng trước và sau công trình đập Thảo Long

Vào mùa mưa, đập Thảo Long làm giảm khả nâng thoát lũ, tang ngập lụt cho thượng lưu

Làm thay đỏi chế độ dòng chảy trên sông, gây ảnh hưởng đến việc bồi xói long sông

Câu 4: Lựa chọn 1 lưu vực sông trên địa bàn công tác có hồ chứa chịu ảnh hưởng các

trận lũ 2020, thu thập số liệu phân tích thêm việc điều tiết vận hành của các hồ chứa trên lưu vực đó (ví dụ ở Đà Nẵng và Quảng Nam thì chọn lưu vực VGTB, Huế thì sông Hương, Quảng Trị - Quảng Bình thì chọn thủy điện Quảng Trị, Quảng Ngãi thì Trà Khúc, Bình Định thì chọn sông Kone), để có thể vận hành chống lũ tốt cho các năm sau thì theo anh chị cần phải làm như thế nào

Trả lời:

Phân tích vận hành hồ thủy điện Hương Điền giai đoạn từ ngày 06/10/2020 đến 17/10/2020

Qua các biểu đồ đường lưu lượng lũ đến và lưu lượng xả lũ đi ta thấy thủy điện

đã cắt được trận lũ đầu tiên từ 1h ngày 7/10 đến 1h ngày 9/10

Nhưng qua trận lũ thứ 2 từ 13h ngày 9/10 đến 19h ngày 10/10, hồ đã không cắt được lũ, lưu lượng đến gần bằng lưu lượng đi do mực nước trong hồ đã gần bằng MNDBT, làm mực nước tại trạm Phú Ốc lên trên báo động 3

Tại trận lũ thứ 3 từ 7h ngày 11/10 đến 7h ngày 13/10, tuy hồ đã cắt được đỉnh

lũ nhưng mực nước tại trạm Phú Ốc vẫn duy trì trên báo động 3, làm cho lưu vực thoát

lũ chậm, gây thiệt hại về nhiều mặt

Đề xuất giải pháp:

+Nâng cao năng lực đội ngũ cán bộ quản lý, vận hành và điều tiết hồ chứa , nhằm điều tiết cắt lũ hiệu quả

+ Cơ cấu lại nhu cầu sử dụng nước cho từng vùng

phương án điều tiết sao cho cắt lũ hiệu quả

lưu lượng xả về hạ du tương ứng với các tần suất, để làm cơ sở di dời dân

những khu vực trũng thấp

Câu 5: Phân tích ưu, nhược điểm về phân bổ nguồn nước theo các kịch bản như trong

Slide, theo anh/chị lựa chọn phương án nào cho nguồn nước Đà Nẵng trong giai đoạn hiện nay và trong tương lai

Trả lời:

Ưu, nhược điểm của các kịch bản phân bổ nước:

* Kịch bản 1: Không xây dựng hồ sông Bắc, phân bổ nguồn nước theo lượng

nước có thể phân bổ tại từng lưu vực, chuyển nước từ HTTL An Trạch sang phân bổ cho lưu vực sông Vĩnh Điện và bổ sung lượng nước thiếu cho lưu vực sông Cu Đê:

+ Nhược điểm:

- Không xây dựng hồ sông Bắc: sẽ không tăng khả năng trữ nước để cấp nước

từ nguồn nước sông Bắc

Phương án phân bổ nguồn nước theo lượng nước có thể phân bổ tại từng lưu vực: không đảm bảo khả năng cấp nước khi nhu cầu tăng cao Bên cạnh đó việc phân bổ nguồn nước dựa trên lượng nước có thể phân bổ gây hạn chế trong việc đề xuất các phương án tăng lượng nước có thể khai thác tại các lưu vực, ảnh hưởng đến việc phát triển kinh tế xã hội do bị hạn chế về nguồn nước có sẵn

Chuyển nước từ HTTL An Trạch sang phân bổ cho lưu vực sông Vĩnh Điện

và bổ sung lượng nước thiếu cho lưu vực sông Cu Đê: Tăng chỉ phí khi phải xây dựng hệ thống đường ống, hoặc kênh dẫn,… để chuyển nước

- Giảm lượng nước có thể sử dụng cho việc đẩy mặn cho NMN Cầu Đỏ trong mùa kiệt

* Kịch bản 2: Phân bổ nguồn nước theo Quy hoạch cấp nước thành phố Đà Nẵng

đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 Xây dựng đập ngăn mặn tại Cầu Đỏ để đảm bảo nguồn nước khai thác trong quá trình nâng công suất nhà máy nước Cầu Đỏ:

+ Ưu điểm:

Xây dựng đập ngăn mặn tại Cầu Đỏ: giúp hạn chế xâm nhập mặn ảnh hưởng đến việc cấp nước của NMN Cầu Đỏ

- Giảm chi phí xử lý nước nhiễm mặn và chi phí vận hành trạm bơm phòng mặn

An Trạch

+ Nhược điểm:

Nguồn nước tại sông Túy Loan không được đưa vào khai thác, tăng lượng nước phải khai thác từ HTTL An Trạch, có thể gây ra việc thiếu hụt mực nước tại hệ thống thủy lợi An Trạch, ảnh hưởng đến việc vận hành của các trạm bơm trên hệ thống

* Kịch bản 3: Xây dựng hồ Sông Bắc với quy mô thích hợp để phát triển nguồn

nước đến năm 2050 và cắt giảm lũ cho hạ lưu sông Cu Đê, khai thác các nguồn nước trong lưu vực sông nội tỉnh để giảm sự phụ thuộc quá mức và nguồn nước của HTTL

An Trạch:

+ Ưu điểm:

- Lượng nước có sẵn tại các lưu vực được khai thác triệt để, giảm sự phụ thuộc vào việc khai thác nước từ HTTL An Trạch

- Làm tăng tổng lượng nước có thể phân bổ cho các nhu cầu của thành phố; góp phần cắt giảm lũ, đảm bảo an toàn cho vùng hạ du sông Cu Đê

+ Nhược điểm:

- Tốn chi phí do phải xây dựng hồ chứa sông Bắc

Nếu được lựa chọn phương án cấp nước cho thành phố Đà Nẵng hiện tại và tương lai, học viên sẽ lựa chọn phương án cấp nước theo kịch bản 3B:

Xây dựng hồ Sông Bắc để phát triển nguồn nước đến năm 2050 và cắt giảm lũ cho

hạ lưu sông Cu Đê, khai thác các nguồn nước trong lưu vực sông nội tỉnh để giảm sự phụ thuộc quá mức và nguồn nước của HTTL An Trạch

+ Phương án này làm tăng mức an toàn cho HTTL An Trạch do giảm lượng nước yêu cầu khai thác

+ Tăng trữ lượng nước có sẵn cho thành phố để đảm bảo cấp nước an toàn, chủ

Với KB3A, hồ chứa có dung tích 50 triệu m3: quy mô đầu tư nhỏ nhất, nên nước bổ sung sẽ ít hơn và tỷ lệ đáp ứng nước thấp hơn (1,23 lần)

Với KB3C, hồ chứa có dung tích hiệu quả 120 triệu m3: Lượng nước bổ sung

từ hồ chứa cao hơn, tỷ lệ đáp ứng nguồn nước bằng KB3A (1,23 lần); tuy nhiên quy mô đầu tư lớn, yêu cầu tính toán thiết kế, xây dựng cao hơn;

Với KB3B, hồ chứa có dung tích hiệu quả 90 triệu m3: Quy mô đâu tư trung bình; tổng lượng nước bổ sung từ hồ chứa cao hơn so với KB3A, thấp hơn so với KB3C nhưng tỷ lệ đáp ứng nguồn nước lại cao hơn 2 kịch bản kia (1,27 lần)