Xem mẫu

  1. phÇn 1 C¸c nguyªn lý 14
  2. CH¦¥NG 1 Giíi thiÖu chung giíi thiÖu 1.1. ThuËt ng÷ hÖ thèng nguån n­íc ®­îc V. T. Chow ®­a ra ®Çu tiªn ®Ó diÔn t¶ chung c¸c lÜnh vùc kü thuËt cña thñy v¨n, thñy lùc vµ tµi nguyªn n­íc. HÖ thèng nguån n­íc còng lµ mét thuËt ng÷ ®­îc sö dông ®Ó chØ c¸c lo¹i dù ¸n vÒ n­íc, bao gåm c¸c hÖ thèng tr÷ n­íc mÆt, c¸c hÖ thèng n­íc ngÇm, c¸c hÖ thèng cÊp tho¸t n­íc, c¸c hÖ thèng kiÓm so¸t lò vµ c¸c hÖ thèng tho¸t n­íc ®« thÞ,... Trong cuèn s¸ch nµy, thuËt ng÷ hÖ thèng nguån n­íc ¸p dông cho c¶ hai kh¸i niÖm trªn. Cuèn s¸ch ®­îc viÕt dùa trªn gi¶ thiÕt lµ kü thuËt vµ qu¶n lý hÖ thèng nguån n­íc cã thÓ ®­îc chia thµnh: (1) kü thuËt vµ qu¶n lý cÊp n­íc; (2) kü thuËt vµ qu¶n lý n­íc d­. C¸c dù ¸n n­íc ®a môc tiªu hiÖn ®¹i ®­îc thiÕt kÕ cho qu¶n lý cÊp n­íc vµ/hoÆc qu¶n lý n­íc d­. N­íc lµ mét tµi nguyªn cã thÓ t¸i t¹o mµ khi kh«ng cã t¸c ®éng cña con ng­êi sÏ tu©n theo chu tr×nh thñy v¨n ®­îc miªu t¶ trªn h×nh 1.1.1. VÒ c¬ b¶n, chu tr×nh thñy v¨n lµ mét qu¸ tr×nh liªn tôc kh«ng cã ®iÓm b¾t ®Çu vµ kh«ng cã ®iÓm kÕt thóc, cã thÓ xem nh­ lµ mét hÖ thèng. HÖ thèng lµ mét tËp hîp c¸c phÇn tö nèi kÕt víi nhau, t¹o thµnh mét tæng thÓ. C¸c thµnh phÇn trong hÖ thèng thñy v¨n lµ gi¸ng thñy, bèc h¬i, dßng ch¶y mÆt vµ c¸c pha kh¸c. Chu tr×nh thñy v¨n toµn cÇu lµ mét hÖ thèng cã thÓ ®­îc chia thµnh ba hÖ thèng con c¬ b¶n: hÖ thèng n­íc khÝ quyÓn g åm c¸c qu¸ tr×nh gi¸ng thñy, bèc h¬i, ng¨n gi÷ n­íc do thùc vËt vµ tho¸t h¬i n­íc thùc vËt; hÖ thèng n­íc mÆt gåm dßng ch¶y trµn, dßng ch¶y mÆt, dßng ch¶y xuÊt lé n­íc ngÇm vµ s¸t mÆt; hÖ thèng n­íc d­íi mÆt gåm c¸c qu¸ tr×nh thÊm s©u, bæ sung n­íc ngÇm, dßng s¸t mÆt vµ dßng ch¶y ngÇm. Sù ph©n chia c¸c hÖ thèng con trong hÖ thèng thñy v¨n toµn cÇu ®­îc thÓ hiÖn trong h×nh 1.1.2. 17
  3. 1.2. m« t¶ hÖ thèng nguån n­íc C¸c hÖ thèng nguån n­íc gåm cã c¸c hÖ thèng cÊp n­íc mÆt, c¸c hÖ thèng cÊp n­íc ngÇm, c¸c hÖ thèng ph©n phèi n­íc, c¸c hÖ thèng tho¸t n­íc ®« thÞ, c¸c hÖ thèng qu¶n lý b·i ngËp lò vµ c¸c hÖ thèng kh¸c. Môc nµy sÏ tr×nh bµy mét sè vÝ dô vÒ c¸c lo¹i hÖ thèng nguån n­íc kh¸c nhau. H×nh 1.1.1 Chu tr×nh tuÇn hoµn thuû v¨n vµ c©n b»ng n­íc trung b×nh n¨m, dïng ®¬n vÞ t­¬ng ®èi khi so s¸nh víi gi¸ trÞ cña l­îng gi¸ng thuû trªn lôc ®Þa lµ 100 ®¬n vÞ (Chow, Maidment, and Mays, 1988) C¸c hÖ thèng cÊp n­íc mÆt. Mét vÝ dô vÒ hÖ thèng cÊp n­íc mÆt kh¸ toµn diÖn lµ dù ¸n n­íc bang California (SWP-State Water Project), gåm mét chuçi c¸c c¸c hå chøa nèi víi nhau bëi c¸c con s«ng, c¸c tr¹m b¬m, c¸c kªnh dÉn, c¸c ®­êng èng vµ c¸c nhµ m¸y n­íc nh­ trªn h×nh 1.2.1. ë miÒn b¾c California, s«ng Feather ch¶y vµo hå Oroville, hå chøa chÝnh cña dù ¸n. N­íc tho¸t ra tõ hå Oroville ch¶y qua c¸c s«ng Feather vµ Sacremento tíi Delta. ë phÇn miÒn nam cña Delta, tr¹m b¬m Harvey Banks lÊy n­íc vµo hå Bethany lµ n¬i mµ n­íc ®­îc ph©n bæ cho cèng dÉn n­íc vÞnh phÝa nam (South Bay Aqueduct) cña SWP vµ cho Governor Edmund B. Brown California Aqueduct, chøc n¨ng vËn chuyÓn n­íc chÝnh cña SWP. Cèng dÉn n­íc California ®­îc ®Æt däc theo phÝa t©y cña thung lòng San Joaquin vµ ch¶y vµo hå San Luis kho¶ng 100 dÆm vÒ phÝa h¹ l­u. Cèng dÉn n­íc nµy tiÕp tôc ®i vÒ phÝa nam vµ ®Çu n­íc ®­îc n©ng lªn 969 fÝt (1 fÝt = 0,3m...) bëi bèn tr¹m b¬m (Dos Amigos, Buena Vista, Wheeler Ridge vµ 18
  4. Wind Gap) tr­íc khi tíi rÆng nói Tehachapi. Tr¹m b¬m Edmonston n©ng cét n­íc lªn 1956 fit tíi mét chuçi c¸c ®­êng èng vµ xi-ph«ng. Sau khi qua Tehachapi, n­íc ®i vµo nh¸nh phÝa ®«ng (East Branch) hoÆc nh¸nh phÝa t©y (West Branch). Nh¸nh phÝa ®«ng dÉn n­íc tíi hå Silverwood lµ n¬i mµ nã ®i vµo èng San Bernardino vµ h¹ xuèng 1418 fit qua nhµ m¸y n­íc Devil Canyon. Sau ®ã mét ®­êng èng dÉn n­íc tíi hå Perris ë tËn cïng phÝa nam cña SWP c¸ch Delta 444 dÆm. Nh¸nh phÝa t©y vËn chuyÓn n­íc qua nhµ m¸y n­íc Warne vµo trong hå Pyramid vµ qua nhµ m¸y n­íc/tr¹m b¬m Castaic vµo trong hå Castaic, t¹i n¬i kÕt thóc cña nh¸nh phÝa t©y. C¶ kü thuËt m« pháng vµ tèi ­u hãa ®· ®­îc Ban tµi nguyªn n­íc California sö dông ®Ó vËn hµnh c¶ n¨m hå chøa chÝnh cña dù ¸n theo chÕ ®é ®iÒu tiÕt th¸ng (Coe vµ Rankin, 1989). H×nh 1.1.2 S¬ ®å khèi biÓu thÞ hÖ thèng thñy v¨n toµn cÇu. (Chow, Maidment vµ Mays, 1988) 19
  5. HÖ thèng n­íc ®« thÞ ë mét quy m« nhá h¬n nhiÒu, hÖ thèng n­íc ®« thÞ lµ mét vÝ dô kh¸c vÒ hÖ thèng nguån n­íc. Nh­ ë trªn h×nh 1.2.2, c¸c hÖ thèng n­íc ®« thÞ bao gåm nhiÒu mÆt quan hÖ víi chu tr×nh thñy v¨n th«ng qua cung cÊp n­íc, x¶ n­íc th¶i, tho¸t n­íc m­a ra c¸c s«ng suèi, vµ vËn chuyÓn n­íc m­a - b·o qua c¸c vïng ®« thÞ. HÖ thèng n­íc ®« thÞ cã thÓ ®­îc chia ra thµnh c¸c hÖ thèng c¬ b¶n nh­ hÖ thèng cÊp n­íc, hÖ thèng n­íc th¶i, hÖ thèng tiªu n­íc ®« thÞ, vµ hÖ thèng qu¶n lý b·i ngËp lò. HÖ thèng cÊp n­íc cã thÓ l¹i ®­îc chia ra lµm hÖ thèng b¬m n­íc kh«ng qua xö lÝ, hÖ thèng vËn chuyÓn n­íc ch­a xö lÝ, tr÷ n­íc ch­a qua xö lÝ, hÖ thèng xö lÝ, hÖ thèng b¬m n­íc ®· xö lÝ vµ hÖ thèng ph©n phèi n­íc. NhiÒu hÖ thèng thu gom n­íc th¶i ®« thÞ gåm c¶ thµnh phÇn dßng ch¶y n­íc ®« thÞ thªm vµo dßng ch¶y trµn kÕt hîp víi cèng nh­ trong h×nh 1.2.3. Mét hÖ thèng nh­ vËy gåm n­íc ch¶y trµn, n­íc vËn chuyÓn, n­íc l­u tr÷, vµ n­íc tiÕp nhËn. 20
  6. H×nh 1.2.1 D ù ¸n n­íc bang California (Sabet vµ Coe 1986a, 1986b) HÖ thèng n­íc ngÇm N­íc ngÇm ®· ®­îc ®Ò cËp ë phÇn chu tr×nh thñy v¨n. C¸c hÖ thèng n­íc ngÇm (h×nh 1.2.4) lµ c¸c cÊu tróc ®Þa chÊt, ®­îc gäi lµ c¸c tÇng ngËm n­íc. C¸c tÇng ngËm n­íc nµy cã kh¶ n¨ng tr÷ n­íc vµ vËn chuyÓn n­íc d­íi ®Êt. Chóng cã c¸c kh¶ n¨ng dÉn n­íc, tr÷ n­íc vµ c¸c ®Æc tÝnh chÊt l­îng n­íc kh¸c nhau, cã ¶nh h­ëng tíi viÖc b¬m vµ bæ cËp n­íc. C¸c hÖ thèng n­íc ngÇm cã thÓ khai th¸c cung cÊp n­íc cho sinh ho¹t, c«ng nghiÖp vµ n«ng nghiÖp. Nh÷ng hÖ thèng nµy còng cã thÓ ®ãng vai trß nh­ mét bÓ chøa n­íc, xö lÝ n­íc ng¾n h¹n vµ dµi h¹n. Mét vÝ dô vÒ hÖ thèng n­íc ngÇm lµ tÇng ngËm n­íc Edwards (®íi ®øt g·y Balcones) ®­îc m« t¶ nh­ trªn H×nh 1.2.5, tr¶i dµi däc theo vµnh ®ai hÑp tõ Austin, Texas qua San Antonio tíi Brackettville, Texas. N­íc ngÇm ë ®©y ®­îc sö dông réng r·i cho cÊp n­íc sinh ho¹t, c«ng nghiÖp vµ n«ng nghiÖp. §ång thêi tÇng ngËm n­íc còng lµ nguån cung cÊp n­íc cho thµnh phè San Antonio, Texas. Ngoµi ra, tÇng ngËm n­íc t¹o nªn mét sè c¸c con suèi b¾t nguån tõ c¸c m¹ch n­íc ngÇm phun lªn tõ lßng ®Êt, t¹o thµnh c¸c c¶nh quan du lÞch vµ ®ång thêi t¹o thµnh dßng ch¶y c¬ b¶n cho c¸c s«ng suèi ë phÝa h¹ l­u. C¸c suèi n­íc l¹i cung cÊp dßng ch¶y cho vÞnh San Antonio mµ ë ®ã hÖ sinh th¸i phô thuéc vµo l­îng n­íc ngät ®­îc cung cÊp. Mét vÊn ®Ò n¶y sinh ®èi víi tÇng ngËm n­íc nµy lµ vÊn ®Ò khai th¸c qu¸ møc cã thÓ phôc håi. HÖ thèng nµy gåm c¶ tÇng ngËm n­íc cã ¸p vµ kh«ng ¸p. PhÇn cã ¸p n»m däc phÝa nam vµ cã tr÷ l­îng lín nhÊt. Cßn phÇn kh«ng ¸p lµ ®íi håi quy, cã l­îng n­íc ngÇm võa ph¶i. §é dµy tÇng ngËm n­íc thay ®æi trong kho¶ng ®é s©u tõ 400 tíi 1000 fÝt. Do tÇng ngËm n­íc cã tÝnh thÊm cao nªn nh÷ng thÓ tÝch n­íc lín cã thÓ chuyÓn ®éng nhanh trªn nh÷ng vïng réng lín vµ ph¶n øng cña mùc n­íc ®èi víi mçi l­u l­îng b¬m lín, riªng rÏ cã xu h­íng bÞ ph©n t¸n h¬n lµ bÞ côc bé hãa. 21
  7. H×nh 1.2.2 C ¸c thµnh phÇn cña hÖ thèng n­íc ®« thÞ (Grigg, 1986) 1.3. Kh¸i niÖm hÖ thèng Nãi chung, mét hÖ thèng gåm mét tËp hîp c¸c phÇn tö cã t­¬ng t¸c víi nhau, ho¹t ®éng kh«ng lÖ thuéc nhau. Mét hÖ thèng ®­îc ®Æc tr­ng bëi: (1) mét biªn hÖ thèng lµ mét quy t¾c x¸c ®Þnh liÖu mét phÇn tö cã ®­îc xem lµ mét phÇn cña hÖ thèng hay lµ cña m«i tr­êng; (2) thÓ hiÖn c¸c t­¬ng t¸c ®Çu vµo vµ ®Çu ra víi m«i tr­êng; vµ (3) c¸c thÓ hiÖn vÒ c¸c mèi quan hÖ t­¬ng quan gi÷a c¸c phÇn tö hÖ thèng, c¸c ®Çu vµo vµ ®Çu ra, gäi lµ håi tiÕp (feedback). 22
  8. H×nh 1.2.4 HÖ thèng n­íc ngÇm (McWhorter vµ Sunada, 1977) Tïy thuéc vµo møc ®é chi tiÕt dïng ®Ó m« h×nh hãa c¸c thµnh phÇn hÖ thèng, c¸c ph­¬ng tr×nh thñy v¨n vµ thñy lùc thÝch hîp sÏ ®­îc sö dông ®Ó diÔn t¶ c¸c mèi quan hÖ dßng ch¶y gi÷a c¸c thµnh phÇn hÖ thèng. VÝ dô, mét ph­¬ng tr×nh liªn tôc lu«n ®­îc sö dông ®Ó diÔn t¶ c©n b»ng dßng ch¶y trong mét hÖ thèng nguån n­íc. Quan hÖ cña chÊt l­îng n­íc cho mét thµnh phÇn hÖ thèng sÏ phô thuéc vµo b¶n chÊt cña thµnh phÇn ®ã vµ t¸c ®éng cña nã ®èi víi chÊt l­îng n­íc cña dßng ch¶y ®Õn. Mét trong nh÷ng nhiÖm vô chÝnh cña kü thuËt tµi nguyªn n­íc lµ lµm biÕn ®æi c¸c ®Çu vµo cña mét hÖ thèng nguån n­íc nh»m tèi ®a ho¸ c¸c ®Çu ra cã lîi vµ tèi thiÓu ho¸ c¸c ®Çu ra cã h¹i. N­íc tù nhiªn cã thÓ ®­îc diÔn t¶ d­íi d¹ng l­îng b»ng mét hµm cña thêi gian vµ kh«ng gian; hay d­íi d¹ng chÊt l­îng n­íc còng b»ng mét hµm cña thêi gian vµ kh«ng gian. Thêi gian t vµ vÞ trÝ x lµ c¸c biÕn ®éc lËp diÔn t¶ n­íc tù nhiªn. C¸c biÕn phô thuéc diÔn t¶ n­íc tù nhiªn lµ l­îng V vµ chÊt l­îng Q. S ®­îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i cña hÖ thèng, cã thÓ ®­îc biÓu diÔn b»ng: S = [V(x,t), Q(x,t)] (1.3.1) 23
  9. Ph¸t triÓn nguån n­íc gi¶i quyÕt bµi to¸n chuyÓn ®æi tr¹ng th¸i cña hÖ thèng n­íc tù nhiªn tíi mét tr¹ng th¸i mong muèn S*, lµ mét hµm cña l­îng mong muèn V* vµ chÊt l­îng mong muèn Q*, mµ c¶ hai ®Òu lµ hµm cña thêi gian mong muèn t* vµ vÞ trÝ mong muèn x*. TÇng ngËm n­íc Edwards (®íi ®øt g·y Balcones), khu vùc San Antonio. (Theo Guyton vµ ssociates, 1979) H×nh 1.2.5 24
  10. Do ®ã tr¹ng th¸i mong muèn cã thÓ ®­îc biÓu thÞ b»ng S* = [V*(x*,t*), Q*(x*,t*)] (1.3.2) ViÖc ­íc l­îng cña S vµ S* lµ lÜnh vùc cña kü thuËt hÖ thèng nguån n­íc. §iÒu nµy ®ßi hái sù kÕt hîp vÒ kiÕn thøc vµ ¸p dông cña thñy v¨n vµ thñy lùc. Kü thuËt hÖ thèng nguån n­íc liªn quan ®Õn sù chuyÓn ®æi S sang S* S* = WS + E (1.3.3) §©y lµ ph­¬ng tr×nh chuyÓn ®æi cña hÖ thèng. Ký hiÖu W lµ mét hµm chuyÓn ®æi gi÷a ®Çu vµo S vµ ®Çu ra S*, E biÓu thÞ mét sù l·ng phÝ hay s¶n phÈm phô kh«ng mong ®îi. Hµm chuyÓn ®æi còng cã thÓ ®­îc chia thµnh c¸c thµnh phÇn vËt lý hay t¹m gäi lµ phÇn cøng, W1, vµ c¸c khÝa c¹nh ®iÒu hµnh hay gäi lµ phÇn mÒm, W2, tøc lµ W = (W1, W2) (1.3.4) Buras (1972) ®· tr×nh bµy mét ph©n tÝch t­¬ng tù ®Ó diÔn t¶ c¸c bµi to¸n ph¸t triÓn trong kü thuËt tµi nguyªn n­íc. C¸c kü thuËt cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó diÔn t¶ sù chuyÓn ®æi lµ c¸c kü thuËt m« pháng, kü thuËt tèi ­u vµ c¶ sù kÕt hîp hai kü thuËt nµy. 1.4. C¸c bµi to¸n trong kü thuËt hÖ thèng nguån n­íc Chóng ta th­êng gÆp c¸c d¹ng bµi to¸n sau trong kü thuËt hÖ thèng nguån n­íc: 1. X¸c ®Þnh quy m« ph¸t triÓn cña dù ¸n 2. X¸c ®Þnh kÝch th­íc tèi ­u cña c¸c thµnh phÇn hÖ thèng 3. X¸c ®Þnh quy tr×nh vËn hµnh tèi ­u cña hÖ thèng NÕu gäi c¸c nghiÖm cña ba bµi to¸n trªn lµ X1, X2, X 3, lîi Ých cña chóng lµ: B = f(X1, X2, X3) (1.4.1) Môc tiªu cña rÊt nhiÒu c¸c dù ¸n hÖ thèng nguån n­íc lµ tèi ®a ho¸ lîi Ých, ®o ®ã bµi to¸n ph¸t triÓn nguån n­íc cã thÓ ®­îc viÕt lµ: Max B = f(X1, X2, X3) (1.4.2) Ph­¬ng tr×nh trªn cã c¸c rµng buéc nh­ rµng buéc vÒ c«ng nghÖ, kinh tÕ hay vèn, rµng buéc vÒ thiÕt kÕ, vËn hµnh, nhu cÇu vµ c¸c rµng buéc kh¸c. 25
  11. 1.4.1. Ph©n tÝch hay thiÕt kÕ C¸c bµi to¸n hÖ thèng nguån n­íc gi¶i quyÕt c¶ hai vÊn ®Ò lµ thiÕt kÕ vµ ph©n tÝch. Ph©n tÝch liªn quan tíi qu¸ tr×nh tr¹ng th¸i (hµnh vi) cña mét hÖ thèng s½n cã hoÆc mét hÖ thèng thö nghiÖm ®ang ®­îc thiÕt kÕ. Trong rÊt nhiÒu tr­êng hîp, x¸c ®Þnh qu¸ tr×nh tr¹ng th¸i cña hÖ thèng chÝnh lµ x¸c ®Þnh qu¸ tr×nh vËn hµnh cña mét hÖ thèng hoÆc ph¶n øng cña mét hÖ thèng víi c¸c biÕn ®Çu vµo cho tr­íc. VÊn ®Ò thiÕt kÕ lµ x¸c ®Þnh kÝch th­íc cña c¸c thµnh phÇn cña hÖ thèng. Mét vÝ dô lµ viÖc thiÕt kÕ mét hÖ thèng hå chøa chÝnh lµ x¸c ®Þnh kÝch cì vµ vÞ trÝ cña c¸c hå chøa cã trong hÖ thèng. Ph©n tÝch mét hÖ thèng hå chøa lµ qu¸ tr×nh x¸c ®Þnh c¸c chÝnh s¸ch vËn hµnh cho hÖ thèng hå chøa. VËn hµnh hå chøa cÇn cã ®Ó kiÓm tra thiÕt kÕ. Hay nãi c¸ch kh¸c, mét thiÕt kÕ ®­îc ­íc l­îng vµ sau ®ã ®­îc ph©n tÝch ®Ó xem nã cã ho¹t ®éng ®óng víi c¸c yªu cÇu kh«ng. NÕu nã tháa m·n c¸c yªu cÇu ®Æt ra th× thiÕt kÕ ®­îc chÊp nhËn. C¸c thiÕt kÕ míi cã thÓ ®­îc thiÕt lËp vµ sau ®ã ®­îc ph©n tÝch. 1.4.2. C¸c ph­¬ng thøc truyÒn thèng hay tèi ­u hãa C¸c ph­¬ng thøc truyÒn thèng dïng cho ph©n tÝch vµ thiÕt kÕ vÒ c¬ b¶n lµ c¸c thñ tôc lÆp thö sai. TÝnh h÷u hiÖu cña c¸c ph­¬ng thøc truyÒn thèng phô thuéc vµo trùc gi¸c, kinh nghiÖm, kü n¨ng, vµ kiÕn thøc cña ng­êi kü s­ vÒ hÖ thèng thñy v¨n. Do ®ã c¸c ph­¬ng thøc truyÒn thèng cã liªn quan chÆt chÏ víi nh©n tè con ng­êi, mét nh©n tè mµ cã thÓ dÉn tíi nh÷ng kÕt qu¶ kh«ng cã hiÖu qu¶ cho ph©n tÝch vµ thiÕt kÕ c¸c hÖ thèng phøc t¹p. C¸c ph­¬ng thøc truyÒn thèng vÒ c¬ b¶n dùa trªn viÖc sö dông c¸c m« h×nh m« pháng trong mét qu¸ tr×nh thö sai. Quy tr×nh cã thÓ lµ sö dông lÆp l¹i mét m« h×nh m« pháng ®Ó cè ®¹t tíi nghiÖm tèi ­u. h×nh 4.1.1 m« t¶ c¸c b­íc ph©n tÝch vµ thiÕt kÕ truyÒn thèng. VÝ dô, ®Ó x¸c ®Þnh mét kÕ ho¹ch b¬m n­íc cã chi phÝ nhá nhÊt cho mét bµi to¸n khai th¸c tÇng ngËm n­íc sÏ ®ßi hái lùa chän c¸c quy m« vµ vÞ trÝ c¸c giÕng b¬m trong ph¹m vi tÇng ngËm n­íc nµy. Sö dông mét tËp hîp c¸c quy m« vµ vÞ trÝ b¬m thö nghiÖm, ta tiÕn hµnh ch¹y mét m« h×nh m« pháng n­íc ngÇm ®Ó x¸c ®Þnh liÖu mùc n­íc bÞ h¹ thÊp xuèng d­íi mùc chuÈn nµo ®ã hay kh«ng. NÕu kÕ ho¹ch b¬m (quy m« vµ vÞ trÝ b¬m) kh«ng tháa m·n ®iÒu kiÖn trªn th× mét kÕ ho¹ch b¬m míi ®­îc lùa chän vµ m« pháng. Qu¸ tr×nh lÆp nµy ®­îc tiÕp tôc, vµ trong mçi lÇn chi phÝ cña kÕ ho¹ch b¬m ®­îc tÝnh to¸n. Tèi ­u hãa lo¹i bá qu¸ tr×nh thö sai, hay nãi c¸ch kh¸c lµ lo¹i bá viÖc thay ®æi mét thiÕt kÕ vµ m« pháng l¹i víi mçi thay ®æi thiÕt kÕ míi. Thay vµo ®ã, m« h×nh tèi ­u sÏ tù ®éng thay ®æi c¸c tham sè thiÕt kÕ. Mét quy tr×nh tèi ­u bao gåm nh÷ng biÓu diÔn to¸n häc m« t¶ hÖ thèng vµ ph¶n øng cña hÖ thèng nµy ®èi víi c¸c ®Çu vµo vµ c¸c tham sè thiÕt kÕ kh¸c nhau. 26
  12. Nh÷ng biÓu diÔn to¸n häc nµy lµ c¸c rµng buéc trong m« h×nh tèi ­u. H¬n n÷a, c¸c rµng buéc ®­îc sö dông ®Ó ®Þnh nghÜa c¸c giíi h¹n cña c¸c biÕn thiÕt kÕ vµ viÖc thùc hiÖn ®­îc ®¸nh gi¸ th«ng qua mét hµm môc tiªu. Hµm môc tiªu nµy cã thÓ lµ cùc tiÓu hãa chi phÝ. Mét ­u ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p truyÒn thèng lµ kinh nghiÖm vµ trùc quan cña ng­êi kü s­ ®­îc sö dông trong viÖc t¹o ra c¸c thay ®æi nhËn thøc cña hÖ thèng hoÆc ®Ó thay ®æi hay t¹o ra c¸c ®Æc tr­ng bæ sung. Tuy nhiªn, ph­¬ng ph¸p truyÒn thèng cã thÓ dÉn tíi nh÷ng thiÕt kÕ vµ chÝnh s¸ch vËn hµnh ch­a tèi ­u hay ch­a kinh tÕ. Ph­¬ng ph¸p truyÒn thèng còng cã thÓ tiªu tèn rÊt nhiÒu thêi gian. Mét qui tr×nh tèi ­u ®ßi hái ng­êi kü s­ ph¶i x¸c ®Þnh râ c¸c biÕn thiÕt kÕ, hµm môc tiªu hay ®¸nh gi¸ vÒ sù thùc hiÖn ®Ó ®­îc tèi ­u, vµ c¸c rµng buéc hÖ thèng. Tr¸i víi qu¸ tr×nh ra quyÕt ®Þnh trong ph­¬ng thøc truyÒn thèng, qui tr×nh tèi ­u hãa ®­îc tæ chøc chÆt chÏ h¬n víi viÖc sö dông h­íng tiÕp cËn to¸n häc ®Ó lùa chän c¸c quyÕt ®Þnh. 1.4.3. Tèi ­u hãa Mét bµi to¸n tèi ­u nguån n­íc cã thÓ ®­îc thiÕt lËp trong mét khung c«ng viÖc tæng qu¸t dùa trªn c¸c biÕn quyÕt ®Þnh (x) víi mét hµm môc tiªu ®Ó Tèi ­u hãa hµm f(x) (1.4.3) víi c¸c rµng buéc g(x) = 0 (1.4.4) vµ c¸c ®iÒu kiÖn rµng buéc liªn quan ®Õn biªn cña c¸c biÕn quyÕt ®Þnh: (1.4.5) x
  13. H×nh 1.4.1 Qu¸ tr×nh ph©n tÝch vµ thiÕt kÕ th«ng dông. Tïy thuéc vµo ®Æc ®iÓm cña hµm môc tiªu vµ c¸c rµng buéc, mét bµi to¸n tèi ­u cã thÓ ®­îc ph©n lo¹i thµnh: (a) tuyÕn tÝnh – phi tuyÕn; (b) tÊt ®Þnh – ngÉu nhiªn; (c) tÜnh - ®éng; (d) liªn tôc – rêi r¹c; (e) th«ng sè tËp trung – th«ng sè ph©n phèi. Bµi to¸n quy ho¹ch tuyÕn tÝnh (Linear Programming - LP) lµ bµi to¸n cã hµm môc tiªu vµ tÊt c¶ c¸c rµng buéc lµ tuyÕn tÝnh. C¸c bµi to¸n quy ho¹ch phi tuyÕn ®­îc m« t¶ bëi c¸c ph­¬ng tr×nh phi tuyÕn, cã nghÜa lµ mét phÇn hoÆc tÊt c¶ c¸c rµng buéc vµ/hoÆc hµm môc tiªu lµ phi tuyÕn. C¸c bµi to¸n tÊt ®Þnh bao gåm c¸c hÖ sè vµ th«ng sè cã c¸c gi¸ trÞ kh«ng ®æi. Ng­îc l¹i, bµi to¸n ngÉu nhiªn (hay x¸c suÊt) chøa c¸c th«ng sè bÊt ®Þnh ®­îc xem nh­ c¸c biÕn ngÉu nhiªn. C¸c bµi to¸n tÜnh kh«ng xem xÐt mét c¸ch t­êng minh vÒ mÆt thêi gian thay ®æi trong khi c¸c bµi to¸n ®éng cã xem xÐt ®Õn mÆt nµy. C¸c bµi to¸n tÜnh ®­îc gäi lµ c¸c bµi to¸n quy ho¹ch to¸n häc (mathematical programming) vµ c¸c bµi to¸n ®éng ®­îc gäi lµ c¸c bµi to¸n ®iÒu khiÓn tèi ­u (optimal control problem). C¸c bµi to¸n ®iÒu khiÓn tèi ­u nµy cã liªn quan ®Õn c¸c ph­¬ng tr×nh vi ph©n. C¸c bµi to¸n liªn tôc cã c¸c biÕn lµ liªn tôc trong khi c¸c bµi 28
  14. to¸n rêi r¹c cã c¸c biÕn lµ biÕn rêi r¹c. D¹ng tiªu biÓu cña bµi to¸n rêi r¹c lµ c¸c bµi to¸n quy ho¹ch sè nguyªn trong ®ã c¸c biÕn ph¶i cã c¸c gi¸ trÞ nguyªn. Mét bµi to¸n tËp trung nh×n nhËn c¸c th«ng sè vµ c¸c biÕn lµ ®ång nhÊt trªn hÖ thèng trong khi bµi to¸n ph©n bè ph¶i xem xÐt c¸c biÕn ®æi chi tiÕt c¸c qu¸ tr×nh tr¹ng th¸i (hµnh vi) cña hÖ thèng tõ vÞ trÝ nµy tíi vÞ trÝ kh¸c. C¸c ph­¬ng ph¸p tèi ­u hãa ®­îc lùa chän sö dông dùa trªn: (1) lo¹i hµm môc tiªu; (2) lo¹i rµng buéc; (3) sè l­îng c¸c biÕn quyÕt ®Þnh. B¶ng 1.4.1 liÖt kª mét sè b­íc tæng qu¸t ®Ó gi¶i c¸c bµi to¸n tèi ­u. Mét sè c¸c bµi to¸n cã thÓ kh«ng yªu cÇu ng­êi kü s­ ph¶i tiÕn hµnh c¸c b­íc theo ®óng thø tù ®ã, tuy nhiªn tÊt c¶ c¸c b­íc ®Òu cÇn ®­îc xem xÐt trong qu¸ tr×nh gi¶i. Môc tiªu tæng qu¸t cña tèi ­u hãa lµ x¸c ®Þnh mét tËp hîp c¸c gi¸ trÞ cña c¸c biÕn quyÕt ®Þnh tháa m·n c¸c rµng buéc vµ cho mét ph¶n øng tèi ­u tíi hµm môc tiªu. B ¶ng 1.4.1 S¸u b­íc sö dông ®Ó gi¶i c¸c bµi to¸n tèi ­u (Edgar vµ Himmelblau, 1988) 1. Ph©n tÝch qu¸ tr×nh ®Ó ®Þnh nghÜa c¸c biÕn vµ c¸c ®Æc tr­ng cô thÓ cña qu¸ tr×nh mµ ta quan t©m, cã nghÜa lµ liÖt kª tÊt c¶ c¸c biÕn. 2. X¸c ®Þnh chØ tiªu ®¸nh gi¸ cho tèi ­u hãa vµ thiÕt lËp hµm môc tiªu dùa theo c¸c biÕn nªu trªn vµ c¸c hÖ sè. B­íc nµy cung cÊp cho chóng ta m« h×nh ho¹t ®éng (®«i khi ®­îc gäi lµ m« h×nh kinh tÕ ). Th«ng qua c¸c diÔn gi¶i to¸n häc, ph¸t triÓn mét qui tr×nh hay mét m« 3. h×nh c«ng cô chuÈn liªn hÖ gi÷a c¸c biÕn vµo-ra cña qu¸ tr×nh vµ c¸c hÖ sè liªn quan. §­a vµo sö dông c¸c rµng buéc ë d¹ng ph­¬ng tr×nh vµ bÊt ph­¬ng tr×nh. Sö dông c¸c nguyªn lý vËt lý næi tiÕng (c©n b»ng khèi l­îng, n¨ng l­îng), c¸c quan hÖ thùc nghiÖm, c¸c kh¸i niÖm Èn, vµ c¸c h¹n chÕ do yÕu tè bªn ngoµi hÖ thèng. X¸c ®Þnh c¸c biÕn ®éc lËp vµ biÕn phô thuéc ®Ó cã ®­îc sè c¸c møc ®é tù do. NÕu viÖc thiÕt lËp vÊn ®Ò cã ph¹m vi qu¸ réng: 4. a. Chia ra thµnh c¸c phÇn nhá cã thÓ gi¶i quyÕt, hoÆc: b. §¬n gi¶n hãa hµm môc tiªu vµ m« h×nh 5. ¸p dông kü thuËt gi¶i tèi ­u phï hîp víi c¸c ph¸t biÓu to¸n häc cña bµi to¸n. 6. KiÓm tra kÕt qu¶, x¸c ®Þnh ®é nh¹y cña c¸c kÕt qu¶ ®èi víi sù thay ®æi gi¸ trÞ c¸c hÖ sè vµ gi¶ thiÕt. 1.4.4. Tèi ­u ®¬n môc tiªu hay ®a môc tiªu 29
  15. Ngµy cµng cã nhiÒu c¸c bµi to¸n phøc t¹p liªn quan ®Õn nguån n­íc mµ c¸c nhµ chuyªn m«n cÇn t×m lêi gi¶i. Trong hÇu hÕt c¸c bµi to¸n nguån n­íc nµy, qu¸ tr×nh ra quyÕt ®Þnh th­êng liªn quan ®Õn yªu cÇu ®¹t ®­îc ®ång thêi nhiÒu môc tiªu. NhiÒu trong sè c¸c môc tiªu nµy kh«ng t­¬ng xøng hoÆc m©u thuÉn víi nhau. Trong c¸c tr­êng hîp nµy sù c¶i thiÖn mét vµi môc tiªu kh«ng thÓ ®¹t ®­îc nÕu kh«ng hy sinh c¸c môc tiªu kh¸c. Do vËy kh¸i niÖm "tèi ­u" trong bèi c¶nh ®¬n môc tiªu kh«ng cßn phï hîp. Thay vµo ®ã, môc tiªu cña "tèi ­u" trong khung c«ng viÖc ®¬n môc tiªu ®­îc thay thÕ bëi kh¸i niÖm "kh«ng gi¶m" trong ph©n tÝch ®a môc tiªu. Cohon (1978) ®Þnh nghÜa sù kh«ng gi¶m nh­ sau: Mét nghiÖm kh¶ thi cña mét bµi to¸n quy ho¹ch ®a môc tiªu lµ kh«ng gi¶m nÕu kh«ng tån t¹i c¸c nghiÖm kh¶ thi kh¸c mµ chóng cã thÓ c¶i thiÖn mét môc tiªu mµ kh«ng t¹o ra mét sù suy gi¶m cña Ýt nhÊt mét môc tiªu kh¸c. Kh¸i niÖm "kh«ng gi¶m" ®­îc thiÕt lËp ®Ó tèi ®a hãa hai môc tiªu m©u thuÉn víi nhau (z1 vµ z2) ®­îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.4.2. Theo ®Þnh nghÜa cña Cohon, hiÓn nhiªn lµ tÊt c¶ c¸c ®iÓm trong miÒn nghiÖm, kh«ng thuéc biªn ABCD, ph¶i lµ c¸c nghiÖm suy gi¶m cña c¸c bµi to¸n ®a môc tiªu bëi v× ®èi víi c¸c nghiÖm suy gi¶m nµy tån t¹i Ýt nhÊt mét nghiÖm kh¶ thi kh¸c mµ víi nã c¸c hµm môc tiªu cã thÓ ®­îc c¶i thiÖn ®ång thêi. MÆt kh¸c, ®èi víi c¸c ®iÓm nghiÖm n»m trªn ®­êng cong ABCD, nh­ ®iÓm B, nã kh«ng thÓ dÞch chuyÓn ®Õn bÊt kú ®iÓm nµo trong miÒn nghiÖm mµ kh«ng lµm suy gi¶m Ýt nhÊt mét trong sè c¸c môc tiªu. Mét tËp hîp c¸c ®iÓm kh«ng gi¶m nµy ®Þnh ra mét tËp nghiÖm kh«ng gi¶m, vµ ®é dèc cña ®­êng cong ®Þnh nghÜa tû lÖ thay thÕ biªn (marginal rate of substitution), thÓ hiÖn sù ®¸nh ®æi (trade-off) gi÷a c¸c môc tiªu m©u thuÉn. NghiÖm cña bµi to¸n tèi ­u ®a môc tiªu kh«ng thÓ t×m ®­îc nÕu nh­ nhµ ra quyÕt ®Þnh kh«ng cung cÊp mét ®Æc tr­ng hãa sù ­u tiªn cña anh ta gi÷a c¸c môc tiªu liªn quan. Th«ng tin liªn quan ®Õn sù ­u tiªn cña nhµ ra quyÕt ®Þnh th­êng ®­îc thÓ hiÖn b»ng ®å thÞ d­íi d¹ng mét ®­êng cong ­u tiªn (xem h×nh 1.4.2). Lîi Ých cña nhµ ra quyÕt ®Þnh lµ nh­ nhau ®èi víi c¸c tËp nghiÖm n»m trªn ®­êng cong ­u tiªn. NghiÖm tháa hiÖp tèt nhÊt (the best compromised solution) cho mét bµi to¸n ®a môc tiªu lµ mét tËp hîp duy nhÊt c¸c ph­¬ng ¸n mang l¹i lîi Ých tæng hîp tèi ®a. C¸c ph­¬ng ¸n nµy lµ c¸c phÇn tö thuéc c¶ tËp nghiÖm kh«ng suy gi¶m vµ ®­êng cong ­u tiªn. Mét ph­¬ng ¸n nh­ vËy chØ tån t¹i t¹i mét giao ®iÓm cña ®­êng cong ­u tiªn vµ tËp nghiÖm kh«ng suy gi¶m. VÒ mÆt to¸n häc, bµi to¸n quy ho¹ch ®a môc tiªu cã thÓ diÔn ®¹t b»ng tèi ­u hãa vÐc t¬: Tèi ­u hãa f(x) = {f1(x), f2(x)... fK(x)} (1.4.6) trong ®ã, f(x) lµ vÐc t¬ K chiÒu c¸c hµm môc tiªu vµ c¸c ký hiÖu cßn l¹i ®· ®­îc ®Þnh nghÜa ë c¸c ph­¬ng tr×nh (1.4.4) vµ (1.4.5). Cã rÊt nhiÒu ph­¬ng 30
  16. ph¸p ®­îc ®­a ra ®Ó t×m lêi gi¶i cho mét bµi to¸n ®a môc tiªu. VÒ c¬ b¶n, chóng cã thÓ ®­îc ph©n ra lµm hai nhãm (Cohon, 1978): c¸c kü thuËt t¹o nghiÖm vµ c¸c kü thuËt tæng hîp c¸c kiÕn thøc cho tr­íc cña sù ­u tiªn. C¸c kü thuËt gi¶i c¸c bµi to¸n ®a môc tiªu còng cã thÓ t×m thÊy ë c¸c tµi liÖu kh¸c (Cohon, 1978; Chankhong vµ Haimes, 1985). Mét kü thuËt tèi ­u ®Ó gi¶i bµi to¸n ®¬n môc tiªu lµ lu«n cÇn thiÕt ®Ó gi¶i mét bµi to¸n ®a môc tiªu víi bÊt kú mét ph­¬ng ph¸p gi¶i nµo. 1.4.5. BÊt ®Þnh trong ph©n tÝch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng nguån n­íc Ph©n tÝch rñi ro vµ ®é tin cËy trong thiÕt kÕ hÖ thèng nguån n­íc yªu cÇu viÖc x¸c ®Þnh tÝnh bÊt ®Þnh vµ c¸c ®Þnh nghÜa vÒ rñi ro còng nh­ ®é tin cËy. TÝnh bÊt ®Þnh cã thÓ ®Þnh nghÜa mét c¸ch ®¬n gi¶n lµ sù x¶y ra cña c¸c sù kiÖn n»m ngoµi sù kiÓm so¸t cña chóng ta. TÝnh bÊt ®Þnh cña mét hÖ thèng nguån n­íc lµ mét ®Æc tÝnh kh«ng tÊt ®Þnh vµ n»m ngoµi c¸c sù kiÓm so¸t cña chóng ta. Trong thiÕt kÕ c¸c hÖ thèng nguån n­íc, c¸c quyÕt ®Þnh ®­îc lùa chän víi sù song song tån t¹i cña nhiÒu lo¹i bÊt ®Þnh kh¸c nhau. Nh×n chung, c¸c bÊt ®Þnh trong dù ¸n kü thuËt tµi nguyªn n­íc cã thÓ chia ra lµm mét sè nhãm c¬ b¶n sau: thñy v¨n, thñy lùc, c«ng tr×nh vµ kinh tÕ. BÊt ®Þnh thñy v¨n cho mét bµi to¸n thiÕt kÕ hÖ thèng nguån n­íc cã thÓ tiÕp tôc ®­îc ph©n ra lµm ba lo¹i: bÊt ®Þnh cè h÷u, bÊt ®Þnh th«ng sè vµ bÊt ®Þnh m« h×nh. Nh×n chung, sù x¶y ra cña rÊt nhiÒu biÕn cè thñy v¨n nh­ dßng ch¶y, m­a cã thÓ ®­îc xem lµ c¸c qu¸ tr×nh ngÉu nhiªn do tÝnh ngÉu nhiªn cè h÷u hay tù nhiªn quan s¸t ®­îc. Do thiÕu c¸c th«ng tin thñy v¨n hoµn h¶o vÒ c¸c qu¸ tr×nh hay biÕn cè nµy, vÝ dô nh­ mét chuçi sè liÖu ®o ®¹c lÞch sö dµi v« tËn, mµ tån t¹i c¸c lo¹i bÊt ®Þnh th«ng tin vÒ c¸c qu¸ tr×nh nµy. C¸c lo¹i bÊt ®Þnh nµy ®­îc gäi lµ bÊt ®Þnh th«ng sè vµ bÊt ®Þnh m« h×nh. RÊt hiÕm cã tr­êng hîp cã ®Çy ®ñ th«ng tin ®Ó ®¸nh gi¸ chÝnh x¸c c¸c th«ng sè vµ c¸c ®Æc tr­ng thèng kª cña mét m« h×nh x¸c suÊt. 31
  17. H×nh 1.4.2 Minh häa sù ®¸nh ®æi (tradeoff) gi÷a c¸c môc tiªu trong mét bµi to¸n tèi ­u hai chiÒu BÊt ®Þnh thñy lùc ® ­îc dïng ®Ó chØ tÝnh bÊt ®Þnh cã trong thiÕt kÕ c¸c c«ng tr×nh thñy lùc vµ trong ph©n tÝch ho¹t ®éng cña c¸c c«ng tr×nh nµy. Lo¹i bÊt ®Þnh nµy chñ yÕu h×nh thµnh tõ ba lo¹i c¬ b¶n: m« h×nh, viÖc x©y dùng vµ nguyªn liÖu x©y dùng, vµ c¸c ®iÒu kiÖn dßng ch¶y khi vËn hµnh. TÝnh bÊt ®Þnh m« h×nh h×nh thµnh tõ viÖc sö dông c¸c m« h×nh thñy lùc ®· ®­îc gi¶n hãa hoÆc lý t­ëng hãa ®Ó m« t¶ c¸c ®iÒu kiÖn dßng ch¶y. Nã ®ãng gãp vµo tÝnh bÊt ®Þnh trong viÖc x¸c ®Þnh c«ng suÊt thiÕt kÕ cña c¸c c«ng tr×nh thñy lùc. VÝ dô, dßng ch¶y qua hay trªn c¸c c«ng tr×nh thñy lùc lµ kh«ng æn ®Þnh vµ kh«ng ®Òu vµ cã thÓ ®­îc m« t¶ b»ng hÖ ph­¬ng tr×nh St. Venant viÕt d­íi d¹ng mét chiÒu. Tuy nhiªn, mét sè ph­¬ng tr×nh, nh­ Manning, tuy kh«ng ®¸p øng ®Ó cho viÖc m« t¶ dßng kh«ng æn ®Þnh vµ kh«ng ®Òu nh­ng vÉn th­êng xuyªn ®­îc sö dông trong thùc hµnh. §iÒu thùc tÕ nµy t¹o ra mét tÝnh bÊt ®Þnh n÷a cã thÓ gäi lµ sai sè m« h×nh. BÊt ®Þnh x©y dùng vµ nguyªn vËt liÖu h×nh thµnh mét phÇn tõ kÝch th­íc c«ng tr×nh, vÝ dô nh­ ®­êng kÝnh èng dÉn n­íc th¶i hay chiÒu réng vµ chiÒu s©u cöa cèng. Biªn ®é sai sè cña nhµ s¶n xuÊt hay biªn ®é sai sè x©y dùng cã thÓ biÕn ®æi lín vµ t¹o ra c¸c lo¹i bÊt ®Þnh nµy. Mét yÕu tè kh¸c lµ sù l¾p ®Æt sai cña mét c«ng tr×nh thñy lùc còng nh­ ®Þnh vÞ t¹o nªn c¸c sai sè, vÝ dô nh­ ®é dèc. Sù biÕn ®æi vËt liÖu còng cã thÓ g©y ra c¸c thay ®æi vÒ kÝch 32
  18. cì vµ ph©n bè cña hÖ sè nh¸m bÒ mÆt vµ t¹o ra sai sè cña c¸c yÕu tè vÒ ®é nh¸m. C¸c thay ®æi cña c¸c hÖ sè ma s¸t vµ sù suy gi¶m kÝch th­íc c«ng tr×nh cho båi l¾ng cã thÓ ®­îc xem lµ lo¹i bÊt ®Þnh trong c¸c ®iÒu kiÖn vËn hµnh. §ång thêi, c¸c yÕu tè kh¸c nh­ kh«ng vÖ sinh c«ng tr×nh ®Ó chèng t¾c còng cã thÓ g©y ra mét lo¹i bÊt ®Þnh. BÊt ®Þnh c«ng tr×nh chØ sù cè tõ sù yÕu kÐm cña c«ng tr×nh. C¸c sù cè (h­ háng) vËt lý cña c¸c c«ng tr×nh thñy lùc trong c¸c hÖ thèng nguån n­íc cã thÓ do nhiÒu vÊn ®Ò nh­ sù b·o hßa n­íc vµ mÊt ®é æn ®Þnh cña ®Êt, xãi mßn vµ h­ háng kÕt cÊu thñy lùc ®Êt, ho¹t ®éng cña sãng, qu¸ t¶i thñy lùc, sËp ®æ c«ng tr×nh, vµ nhiÒu thø kh¸c. Mét vÝ dô tiªu biÓu lµ h­ háng cña mét hÖ thèng ®ª x¶y ra ngay t¹i ®ª hay t¹i vïng l©n cËn. Sù cè c«ng tr×nh cña hÖ thèng ®ª cã thÓ do b·o hßa n­íc vµ lµm mÊt tÝnh æn ®Þnh cña ®Êt. Sãng lò còng cã thÓ lµm t¨ng ®é b·o hoµ cña ®Êt g©y ra do truît lë bê. §ª còng cã thÓ bÞ h­ háng do c¸c sù cè vÒ thñy lùc ®Êt vµ ho¹t ®éng cña sãng. C¸c ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch rÊt hiÕm khi bao gåm ph©n tÝch x¸c suÊt x¶y ra sù cè cña c¸c c«ng tr×nh mét c¸ch t­êng minh. KÕt qu¶ do ®ã cã thÓ ®¸nh gi¸ qu¸ cao søc b¶o vÖ cña c«ng tr×nh thñy lùc vµ ®¸nh gi¸ thÊp c¸c thiÖt h¹i cã thÓ x¶y ra. BÊt ®Þnh kinh tÕ cã thÓ ph¸t sinh tõ c¸c lo¹i bÊt ®Þnh trong c¸c gi¸ thµnh x©y dùng, c¸c gi¸ trÞ thiÖt h¹i, l·i rßng dù kiÕn, chi phÝ cho vËn hµnh vµ b¶o qu¶n c«ng tr×nh, tr­ît gi¸, tuæi thä c«ng tr×nh vµ c¸c lo¹i chi phÝ lîi nhuËn v« h×nh kh¸c. Chi phÝ x©y dùng, thiÖt h¹i, vËn hµnh vµ b¶o qu¶n ®Òu g¾n liÒn víi c¸c lo¹i bÊt ®Þnh do sù biÕn ®éng cña tèc ®é t¨ng gi¸ x©y dùng, nh©n c«ng, vËn chuyÓn, thiÖt h¹i kinh tÕ, sù kh¸c biÖt gi÷a c¸c vïng vµ rÊt nhiÒu yÕu tè kh¸c. VÊn ®Ò vÒ c¸c xu thÕ l¹m ph¸t còng t¹o ra c¸c lo¹i bÊt ®Þnh nªn ®­îc xÐt tíi khi ®¸nh gi¸ lîi Ých kinh tÕ cña c¸c dù ¸n cña nguån n­íc. Còng cã rÊt nhiÒu c¸c lo¹i bÊt ®Þnh kinh tÕ vµ x· héi cã liªn quan ®Õn c¸c chi phÝ phi thuËn lîi. Mét vÝ dô cña lo¹i nµy lµ sù cè cña mét nót giao th«ng xa lé do lò t¹o nªn c¸c thiÖt h¹i vÒ giao th«ng. 1.4.6. Nh÷ng øng dông cña tèi ­u hãa vµo c¸c hÖ thèng nguån n­íc Tèi ­u hãa cã thÓ ®­îc ¸p dông vµo rÊt nhiÒu c¸c lo¹i øng dông cho c¸c dù ¸n vµ bµi to¸n kü thuËt hÖ thèng nguån n­íc, bao gåm: 1. ThiÕt lËp c¸c chÝnh s¸ch vËn hµnh c¸c hå chøa 2. ThiÕt kÕ c¸c dung tÝch hå chøa vµ ®Þa ®iÓm x©y dùng 3. VËn hµnh c¸c nhµ m¸y thñy ®iÖn 4. VËn hµnh c¸c hÖ thèng t­íi 5. VËn hµnh c¸c tÇng ngËm n­íc vïng ®Ó x¸c ®Þnh l­u l­îng b¬m vµ håi quy 6. ThiÕt kÕ c¸c hÖ thèng chuyÓn n­íc (dewatering) tÇng ngËm n­íc 33
  19. 7. ThiÕt kÕ c¸c hÖ thèng c¶i t¹o tÇng ngËm n­íc 8. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cho c¸c tÇng ngËm n­íc 9. ThiÕt kÕ vµ vËn hµnh c¸c hÖ thèng ph©n phèi n­íc víi chi phÝ nhá nhÊt 10. Thay thÕ vµ phôc håi c¸c thµnh phÇn cña hÖ thèng ph©n phèi n­íc 11. X¸c ®Þnh tuyÕn ®­êng èng dÉn n­íc 12. ThiÕt kÕ c¸c hÖ thèng tiªu tho¸t n­íc do b·o víi gi¸ thµnh nhá nhÊt 13. ThiÕt kÕ c¸c l­u vùc chËm lò 14. X¸c ®Þnh c¸c hÖ thèng kiÓm so¸t lò. 15. X¸c ®Þnh c¸c dßng n­íc ngät ch¶y vµo c¸c vÞnh vµ c¸c vïng cöa s«ng 16. X¸c ®Þnh n¨ng l­îng vµ s¶n l­îng bÒn v÷ng 1.4.7. X©y dùng m« h×nh tèi ­u ViÖc x©y dùng m« h×nh tèi ­u cã thÓ ®­îc chia ra lµm 5 giai ®o¹n chÝnh sau: 1. Thu thËp sè liÖu vµ m« t¶ hÖ thèng 2. §Þnh nghÜa vµ thiÕt lËp bµi to¸n 3. X©y dùng m« h×nh 4. KiÓm ®Þnh vµ ®¸nh gi¸ chÊt l­îng m« h×nh 5. ¸p dông m« h×nh vµ diÔn gi¶i kÕt qu¶ C¸c giai ®o¹n chÝnh trªn ®­îc m« t¶ trªn h×nh 1.4.3. ViÖc thu thËp sè liÖu cã thÓ rÊt tèn thêi gian nh­ng l¹i lµ mét b­íc cùc kú quan träng cña qu¸ tr×nh x©y dùng m« h×nh. Sè l­îng vµ ®é chÝnh x¸c cña sè liÖu cã ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn quy m« vµ néi dung cña m« h×nh ®­îc thiÕt lËp vµ kh¶ n¨ng ®¸nh gi¸ vµ kiÓm ®Þnh m« h×nh. ViÖc ®Þnh nghÜa vµ thiÕt lËp bµi to¸n bao gåm c¸c b­íc sau: x¸c ®Þnh c¸c biÕn quyÕt ®Þnh; thiÕt lËp c¸c môc tiªu m« h×nh; vµ thiÕt lËp c¸c rµng buéc cña m« h×nh. §Ó tiÕn hµnh c¸c b­íc nµy ta ph¶i: 1. X¸c ®Þnh c¸c phÇn tö quan träng ®èi víi bµi to¸n. 2. X¸c ®Þnh ®é chÝnh x¸c yªu cÇu cña m« h×nh 3. X¸c ®Þnh c¸c môc ®Ých sö dông tiÒm n¨ng cña m« h×nh 4. §¸nh gi¸ cÊu tróc vµ ®é phøc t¹p cña m« h×nh 5. X¸c ®Þnh sè c¸c biÕn ®éc lËp, sè c¸c ph­¬ng tr×nh cÇn thiÕt ®Ó m« t¶ hÖ thèng, vµ sè c¸c th«ng sè ch­a biÕt. Giai ®o¹n x©y dùng m« h×nh bao gåm: m« t¶ to¸n häc, ­íc l­îng th«ng sè, x©y dùng ®Çu vµo cña m« h×nh vµ x©y dùng phÇn mÒm. Giai ®o¹n x©y dùng m« h×nh lµ mét qu¸ tr×nh lÆp. Trong nhiÒu tr­êng hîp, nã yªu cÇu quay trë l¹i giai ®o¹n ®Þnh nghÜa vµ thiÕt lËp bµi to¸n. 34
  20. Giai ®o¹n ®¸nh gi¸ vµ kiÓm ®Þnh lµ qu¸ tr×nh kiÓm tra m« h×nh nh­ mét tæng thÓ. §Çu tiªn ph¶i kiÓm tra tÊt c¶ c¸c phÇn tö cña m« h×nh, vµ nªn ®­îc tiÕn hµnh sím ë qu¸ tr×nh x©y dùng m« h×nh. Trong rÊt nhiÒu tr­êng hîp ng­êi lµm m« h×nh ph¶i x¸c ®Þnh xem c¸c quan hÖ to¸n häc cã m« t¶ hÖ thèng thùc tÕ mét c¸ch phï hîp kh«ng. Mét ph©n tÝch ®é nhËy nªn ®­îc tiÕn hµnh ®Ó kiÓm tra ®Çu vµo vµ tham sè cña m« h×nh. Qu¸ tr×nh ®¸nh gi¸ vµ kiÓm ®Þnh m« h×nh lµ mét qu¸ tr×nh lÆp vµ cã thÓ yªu cÇu quay l¹i giai ®o¹n ®Þnh nghÜa vµ thiÕt lËp bµi to¸n, råi ®Õn giai ®o¹n x©y dùng m« h×nh nh­ ®­îc thÓ hiÖn trªn h×nh 1.4.3. KiÓm ®Þnh chÊt l­îng m« h×nh bao gåm kiÓm ®Þnh tÝnh logic, c¸c gi¶ thiÕt cña m« h×nh vµ c¸c qu¸ tr×nh tr¹ng th¸i (hµnh vi) cña m« h×nh. Mét khÝa c¹nh quan träng cña qu¸ tr×nh nµy lµ trong hÇu hÕt c¸c tr­êng hîp sè liÖu ®­îc sö dông trong qu¸ tr×nh thiÕt lËp bµi to¸n kh«ng nªn ®­îc sö dông ë b­íc kiÓm ®Þnh nµy. Mét ®iÒu kh¸c cÇn ghi nhí lµ kh«ng cã mét quy tr×nh kiÓm ®Þnh ®¬n lÎ nµo lµ phï hîp cho tÊt c¶ c¸c m« h×nh. H×nh 1.4.3 X©y dùng m« h×nh tèi ­u Tµi liÖu tham kh¶o 35
nguon tai.lieu . vn