- Trang Chủ
- Môi trường
- Kỹ thuật và quản lý hệ thống nguồn nước ( Đại học Quốc gia Hà Nội ) - Chương 1
Xem mẫu
- phÇn
1
C¸c nguyªn lý
14
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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