- Trang Chủ
- Môi trường
- Kỹ thuật và quản lý hệ thống nguồn nước ( Đại học Quốc gia Hà Nội ) - Chương 13
Xem mẫu
- Ch¬ng
13
ho¹t ®éng cña hÖ thèng
níc mÆt ®èi víi kiÓm
so¸t lò lôt
Lò lôt ®· g©y ra c¸c tai häa thiªn nhiªn thêng gÆp vµ hao tiÒn tèn cña
nhÊt ë Hoa Kú vµ ë nhiÒu níc kh¸c. C¸c trËn lò g©y ra c¸c ¶nh hëng ®Õn
x· héi, g©y qu¸ nhiÒu tæn thÊt vµ rñi ro; bao gåm c¸c ¶nh hëng nh ph¸ vì
gia ®×nh vµ x· héi, chuyÓn chç, lµm bÞ th¬ng vµ g©y thÊt nghiÖp. NhiÒu
n¨m nay, tÝnh chÊt nghiªm träng cña lò lôt ®· ®îc thõa nhËn vµ nh÷ng
lîng lín tiÒn cña vµ cè g¾ng ®· ®îc sö dông nh»m lµm gi¶m nhÑ c¸c
nguy c¬ lò lôt. Ch¬ng nµy tr×nh bµy c¸c ph¬ng ph¸p dù b¸o vµ ho¹t ®éng
tèi u cña c¸c hÖ thèng kiÓm so¸t lò lôt.
Mét trong phÇn lín nh÷ng mÆt quan träng cña viÖc cùc tiÓu hãa c¸c
¶nh hëng cña c¸c trËn lò lµ ho¹t ®éng cña c¸c hÖ thèng kiÓm so¸t lò. §Ó
ho¹t ®éng c¸c hÖ thèng nµy, viÖc dù b¸o c¸c sù kiÖn lò rÊt quan träng. Dù
b¸o thñy v¨n lµ íc lîng tríc c¸c tr¹ng th¸i t¬ng lai cña c¸c hiÖn tîng
thñy v¨n trong thêi gian thùc (Nemac, 1986). Dù b¸o cã liªn quan tíi qu¸
tr×nh tÝnh to¸n c¸c sè liÖu ®Ó dù b¸o c¸c gi¸ trÞ thñy v¨n ch¼ng h¹n nh lu
lîng ®Ó thiÕt kÕ. Dù b¸o lò ®èi víi c¸c môc ®Ých ho¹t ®éng c¸c hÖ thèng
kiÓm so¸t lò lµ ®iÒu ®îc quan t©m trong ch¬ng nµy. ThuËt ng÷ “dù b¸o”
liªn quan ®Õn viÖc x¸c ®Þnh c¸c lu lîng vµ cao tr×nh mÆt níc t¹i c¸c
®iÓm kh¸c nhau trong mét hÖ thèng s«ng nh mét kÕt qu¶ cña c¸c biÓu ®å
qu¸ tr×nh lò ch¶y vµo quan tr¾c vµ dù b¸o ®îc. Cã mét cè g¾ng ®ang ph¸t
triÓn liªn tôc trong dù b¸o thñy v¨n thêi gian thùc ®èi víi c¶ c¸c níc ph¸t
triÓn vµ c¸c níc ®ang ph¸t triÓn trªn kh¾p thÕ giíi. C¸c níc ph¸t triÓn
quan t©m tíi viÖc më réng vµ ph¸t triÓn c¸c hÖ thèng dù b¸o lò hiÖn cã ®Ó
qu¶n lý ®ång b»ng ngËp lôt vµ c¸c níc ®ang ph¸t triÓn ®ang quan t©m ®Õn
viÖc thiÕt lËp c¸c m¹ng líi sè liÖu c¬ b¶n vµ c¸c n¨ng lùc dù b¸o ®Ó ng¨n
ngõa c¸c rñi ro vµ thiÖt h¹i do lò lôt.
504
- 1¶.1. 3 ù b¸Ô lò th7i gian thùc
13.1.1. C¸c kh¸i niÖm
Ba ®Æc trng ph©n lo¹i c¸c dù b¸o thñy v¨n lµ: (a) c¸c biÕn dù b¸o; (b)
môc ®Ých dù b¸o vµ (c) thêi h¹n dù b¸o (Nemac, 1986). Trong dù b¸o lò,
biÕn dù b¸o lµ mùc níc cña c¸c s«ng, c¸c hå vµ c¸c hå chøa. Môc ®Ých cña
dù b¸o lò lµ ®Ó x¸c ®Þnh c¸c mùc níc g©y bëi c¸c trËn lò x¶y ra trong mét
mïa riªng biÖt, c¸c trËn lò quÐt, c¸c sù cè vì ®Ëp vµ ma b·o d©ng trµn lªn
vïng cöa s«ng vµ c¸c diÖn tÝch ven biÓn g©y bëi sù kÕt hîp cña lò s«ng vµ
lò biÓn. Thêi h¹n dù b¸o cã thÓ xÕp lo¹i tõ thêi h¹n ng¾n ®Õn thêi h¹n dµi.
VÝ dô: thêi h¹n dù b¸o trong mét lu vùc ®« thÞ nhá cã thÓ ®îc chØ ®Þnh
chØ lµ mét vµi giê trong khi thêi h¹n dù b¸o trªn Mississipi thÊp h¬n cã thÓ
®îc chØ ®Þnh lµ mét vµi tuÇn.
Mét trong phÇn lín c¸c tiªu chuÈn quan träng trong dù b¸o lò lµ thêi
gian dù b¸o, nã lµ kho¶ng thêi gian gi÷a thêi ®iÓm ph¸t dù b¸o (hoÆc c¶nh
b¸o) vµ thêi ®iÓm xuÊt hiÖn kh¶ n¨ng cña sù kiÖn dù b¸o. Trong dù b¸o lò,
c¶ thêi gian vµ vÞ trÝ ®Òu rÊt quan träng. VÝ dô: mét thêi gian dù b¸o t¬ng
®èi ng¾n ®èi víi mét ®o¹n s«ng ng¾n cã thÓ trë thµnh mét thêi gian dù b¸o
dµi ®èi víi c¸c vÞ trÝ xa h¬n nhiÒu vÒ phÝa h¹ lu. §Ó minh häa ®iÒu nµy,
h×nh 13.1.1 thÓ hiÖn ba diÖn tÝch ®« thÞ: A, B vµ C; víi mét trËn ma lín ë
phÇn thîng lu cña lu vùc. SÏ cã mét thêi gian dù b¸o ng¾n ®èi víi diÖn
tÝch ®« thÞ A cïng víi mét thêi gian dù b¸o dµi h¬n ®èi víi diÖn tÝch ®« thÞ
B vµ mét thêi gian dù b¸o dµi nhÊt ®èi víi diÖn tÝch ®« thÞ C. Râ rµng lµ
thêi gian dù b¸o dµi h¬n do thêi gian di chuyÓn cña lò (sãng lò) truyÒn xu«i
theo dßng s«ng. C¸c biÓu ®å qu¸ tr×nh lò t¬ng øng t¹i A, B vµ C ®îc thÓ
hiÖn trong h×nh 13.1.2, Tõ vÝ dô ®¬n gi¶n nµy, thêi gian dù b¸o ®èi víi lu
vùc ®« thÞ A rÊt ng¾n trong khi ®ã, ®èi víi lu vùc ®« thÞ C l¹i kh¸ dµi.
Trong thùc tÕ, ®iÓm b¾t ®Çu cña biÓu ®å qu¸ tr×nh lò t¹i C xÊp xØ trïng thêi
gian víi ®iÓm kÕt thóc ma.
VÝ dô nµy lµm næi bËt thªm ®iÓm n÷a lµ ®Ó lËp c¸c dù b¸o ®èi víi diÖn tÝch ®« thÞ A, c¸c dù
b¸o lîng ma còng ®îc yªu cÇu trong khi ®ã, ®èi víi diÖn tÝch ®« thÞ C, lîng ma sÏ biÕt
®îc trong toµn bé thêi gian cña sù kiÖn ma khi nã cÇn thiÕt cho viÖc dù b¸o. Cã thÓ cã mét vµi
lÇn dù b¸o sÏ ®îc lµm trong thêi gian x¶y ra sù kiÖn lò. Nh ®· minh häa trong h×nh 13.1.2, cÇn
ph¶i cã 4 dù b¸o t¹i A trong khi c¸c dù b¸o thªm vµo sÏ ®îc yªu cÇu t¹i C, sau thêi gian cña 4
dù b¸o t¹i A.
ViÖc dù b¸o lò bao gåm c¸c bíc: (1) Thu nhËn c¸c sè liÖu lîng ma
vµ dßng ch¶y s«ng thêi gian thùc qua m¹ng th«ng tin sãng cùc ng¾n, ra®io
hoÆc vÖ tinh, (2) ®a c¸c sè liÖu vµo c¸c ch¬ng tr×nh diÔn to¸n ma - dßng
ch¶y vµ dßng ch¶y s«ng vµ (3) dù b¸o c¸c møc dßng ch¶y lò vµ c¸c mùc
níc cho c¸c thêi kú tõ mét vµi giê ®Õn mét vµi ngµy tríc tïy thuéc vµo
kÝch thíc cña lu vùc. C¸c dù b¸o lò ®îc sö dông ®Ó cung cÊp c¸c c¶nh
b¸o cho nh©n d©n s¬ t¸n ra khái c¸c diÖn tÝch ®îc c¶nh b¸o sÏ bÞ lò vµ trî
505
- gióp ho¹t ®éng c«ng chøc qu¶n lý níc cña c¸c c«ng tr×nh kiÓm so¸t lò lôt
ch¼ng h¹n nh c¸c ®êng trµn cã cöa van trªn c¸c hå chøa.
Bµi to¸n ho¹t ®éng hå chøa thêi gian thùc bao gåm ho¹t ®éng cña mét hÖ thèng hå chøa nhê
thùc hiÖn c¸c quyÕt ®Þnh vÒ x¶ níc tõ hå chøa khi th«ng tin trë thµnh cã s½n víi c¸c thêi ®o¹n
t¬ng ®èi ng¾n, cã thÓ thay ®æi trong kho¶ng tõ mét vµi phót ®Õn mét vµi giê. Ho¹t ®éng thêi
gian thùc cña c¸c hÖ thèng ®a hå chøa bao gåm c¸c nghiªn cøu thñy v¨n, thñy lùc, ho¹t ®éng, kü
thuËt vµ c¬ quan kh¸c nhau.
§Ó lµm c¸c quyÕt ®Þnh ho¹t ®éng ®èi víi c¸c hÖ thèng kiÓm so¸t lò
trong thêi gian thùc, c¸c ho¹t ®éng bao gåm c¸c quyÕt ®Þnh x¶ níc tõ c¸c
hå chøa ®Ó kiÓm so¸t níc lò. §Ó ho¹t ®éng cã hiÖu qu¶, cÇn ph¶i cã mét
hÖ thèng gi¸m s¸t quy ®Þnh ho¹t ®éng cña hå chøa theo c¸c dßng ch¶y vµ
c¸c mùc níc t¹i c¸c ®iÓm kh¸c nhau trong hÖ thèng s«ng bao gåm c¸c ®Çu
thîng lu, c¸c phô lu vµ c¸c nh¸nh s«ng chÝnh còng nh c¸c sè liÖu møc
hå chøa vµ lîng ma ®èi víi c¸c lu vùc mµ c¸c ®Çu ra cña chóng (dßng
ch¶y tõ ma) kh«ng ®îc ®o ®¹c. NhiÒu hÖ thèng hå chøa - s«ng ë Hoa Kú,
ch¼ng h¹n nh s«ng Colorado díi ë trung t©m Texas (h×nh 13.1.3) hiÖn
nay ®· cã c¸c hÖ thèng thu thËp vµ truyÒn d÷ liÖu thêi gian thùc.
H×nh 13.1.1
HiÖu øng thêi gian dù b¸o
506
- H×nh 13.1.2
BiÓu ®å qu¸ tr×nh lò t¹i vÞ trÝ phÝa h¹ lu trong mét lu vùc
Dù b¸o lò nãi chung vµ dù b¸o lò thêi gian thùc nãi riªng lu«n lu«n cã
mét bµi to¸n quan träng trong thñy v¨n ho¹t ®éng, ®Æc biÖt lµ khi bao gåm
ho¹t ®éng cña c¸c hå chøa kiÓm so¸t lò. Gièng nh trong phÇn lín c¸c bµi
to¸n thñy v¨n, bµi to¸n dù b¸o cã thÓ ®îc nh×n nhËn nh mét hÖ thèng víi
c¸c ®Çu vµo vµ ®Çu ra. Trong bµi to¸n qu¶n lý hå chøa, hÖ thèng lµ hÖ thèng
s«ng bao gåm mét s«ng chÝnh vµ c¸c s«ng nh¸nh cña nã, c¸c lu vùc, c¸c
cÊu tróc tù nhiªn vµ c¸c c«ng tr×nh x©y dùng trªn ®êng dÉn cña níc lò.
C¸c ®Çu vµo cña hÖ thèng lµ c¸c biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y vµo t¹i c¸c
®Çu phÝa thîng cña hÖ thèng s«ng vµ dßng ch¶y do ma (vµ do tuyÕt tan,
n¬i cã thÓ ¸p dông ®îc) ë c¸c diÖn tÝch gia nhËp khu gi÷a. C¸c ®Çu ra cña
hÖ thèng lµ c¸c tèc ®é dßng ch¶y vµ/hoÆc c¸c mùc níc t¹i c¸c ®iÓm kiÓm
so¸t cña hÖ thèng s«ng.
507
- H×nh 11.1.3
Lu vùc s«ng Colorado díi (Nguån: Unver, Mays vµ Lansey, 1987)
13.1.2. C¸c hÖ thèng thu thËp d÷ liÖu ®èi víi c¸c hÖ thèng hå - s«ng.
ViÖc thu thËp vµ truyÒn d÷ liÖu thêi gian thùc cã thÓ ®îc sö dông ®Ó dù
b¸o lò trªn c¸c hÖ thèng hå - s«ng réng lín bao phñ tõ hµng tr¨m ®Õn hµng
ngh×n dÆm vu«ng nh thÓ hiÖn trong h×nh 13.1.4 ®èi víi s«ng Colorado
thÊp ë trung t©m Texas.
HÖ thèng thu thËp d÷ liÖu ®îc gäi lµ hÖ thèng thu nhËn d÷ liÖu khÝ
tîng thñy v¨n (Trung t©m phôc vô ph©n tÝch Washington EG&G, Inc.,
1981) vµ ®îc sö dông ®Ó cung cÊp th«ng tin cho mét m« h×nh dù b¸o lò.
Th«ng tin nµy cã hai lo¹i: (a) c¸c cao tr×nh mÆt níc t¹i c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau
tõ ®Çu ®Õn cuèi hÖ thèng hå s«ng vµ (b) lîng ma tõ mét m¹ng líi ®o
ma ®èi víi c¸c diÖn tÝch tho¸t níc kh«ng cã ®o ®¹c xung quanh hå. HÖ
thèng thñy ®¹c bao gåm: (a) c¸c tr¹m thu nhËn c¸c sè liÖu khÝ tîng thñy
v¨n ®¬n vÞ thiÕt bÞ ®Çu cuèi tõ xa (RTU) t¹i c¸c vÞ trÝ ®o ®¹c trªn s«ng cña
Côc ®o ®¹c ®Þa h×nh ®Þa chÊt Hoa Kú; (b) ®¬n vÞ thiÕt bÞ ®Çu cuèi sãng cùc
ng¾n (MTU) ®èi víi c¸c ®¬n vÞ giao diÖn radio UHF ®Æt t¹i c¸c vÞ trÝ cña
thiÕt bÞ lÆp tÝn hiÖu sãng cùc ng¾n, biÕn ®æi c¸c tÝn hiÖu radio thµnh c¸c tÝn
hiÖu sãng cùc ng¾n vµ (c) mét tr¹m kiÓm so¸t trung t©m ®Æt t¹i c¸c trung
t©m kiÓm so¸t c¸c ho¹t ®éng t¹i Austin - Texas, thu nhËn c¸c th«ng tin cña
nã tõ c¸c vÞ trÝ lÆp tÝn hiÖu sãng cùc ng¾n. HÖ thèng ®îc thiÕt kÕ ®Ó thu tù
508
- ®éng c¸c mùc níc s«ng vµ c¸c sè liÖu khÝ tîng tõ mçi RTU; sau ®ã thiÕt
bÞ ®o xa c¸c sè liÖu nµy c¨n cø vµo yªu cÇu ®èi víi tr¹m trung t©m qua hÖ
thèng UHF/radio sãng cùc ng¾n x¸c ®Þnh tèc ®é dßng ch¶y t¹i mçi vÞ trÝ
b»ng c¸ch sö dông c¸c b¶ng lu gi÷ trong bé nhí cña hÖ thèng trung t©m;
t¹o vµ cung cÊp c¸c sè liÖu ®èi víi mçi vÞ trÝ vµ b¶o qu¶n mét file sè liÖu
cho mçi vÞ trÝ cã thÓ ®îc truy cËp bëi ngêi ®iÒu hµnh ®Þa ph¬ng, mét
m¸y tÝnh hoÆc mét thiÕt bÞ ®Çu cuèi cña ®êng ®iÖn tho¹i tù ®éng biÖt lËp.
HÖ thèng còng cã chøc n¨ng nh mét m¹ng líi b¸o ®éng lò tù b¸o c¸o.
H×nh 13.1.4
M¹ng líi truyÒn sè liÖu thêi gian thùc trªn s«ng Colorado díi, Texas. C¸c sè liÖu mùc níc vµ lîng
ma ®îc truyÒn tù ®éng tíi trung t©m kiÓm so¸t ë Austin 3 giê mét lÇn ®Ó híng dÉn x¶ níc tõ c¸c ®Ëp.
Trong thêi gian lò, c¸c sè liÖu ®îc cËp nhËt 15 phót mét lÇn. (Chow vµ céng sù, 1988).
13.1.3. HÖ thèng c¶nh b¸o sím lò cho c¸c khu vùc ®« thÞ
Do kh¶ n¨ng tiÒm Èn cña lò quÐt rÊt lín vµ hËu qu¶ tæn thÊt vÒ sinh
mÖnh rÊt khèc liÖt nªn ë nhiÒu diÖn tÝch ®« thÞ trªn kh¾p thÕ giíi, c¸c hÖ
thèng c¶nh b¸o sím lò ®· ®îc x©y dùng vµ thi hµnh. C¸c hÖ thèng c¶nh
b¸o sím lò (h×nh 13.1.5) lµ c¸c hÖ thèng b¸o c¸o sù kiÖn thêi gian thùc bao
gåm c¸c vÞ trÝ ®o tõ xa cïng víi c¸c vÞ trÝ trung gian chuyÓn tÝn hiÖu radio
509
- ®Ó truyÒn th«ng tin ®Õn mét tr¹m c¬ b¶n. Toµn bé hÖ thèng ®îc sö dông ®Ó
thu thËp, vËn chuyÓn, ph©n tÝch sè liÖu vµ lËp dù b¸o ®Ó cùc ®¹i hãa thêi
gian c¶nh b¸o tíi nh÷ng ngêi ngô c trong ®ång b»ng ngËp lôt.
H×nh 13.1.5
VÝ dô vÒ mét hÖ thèng c¶nh b¸o lò sím cho c¸c diÖn tÝch ®« thÞ (Chow vµ céng sù, 1988)
C¸c hÖ thèng nh vËy ®· ®îc ®Æt ë Austin Houston, Texas vµ nh÷ng n¬i
kh¸c (Sierra/Misco, Inc., 1986).
Mçi mét tr¹m tõ xa (h×nh 13.1.6) cã mét m¸y ®o ma b»ng thïng bÞt
®Çu, nã t¹o ra ®Çu vµo b»ng con sè tíi mét m¸y ph¸t mçi khi 1 mm níc
ma tho¸t qua bé phËn l¾p r¸p phÔu. Mét bé truyÒn ®Õn tr¹m c¬ b¶n ®îc
chÕ t¹o cho mçi ®Çu bÞt cña thïng. M¸y ®o ma ®éc lËp hoµn toµn, gåm
mét vá bäc èng dÉn ®øng h×nh trô ®Ó ®o ma, gi¸ antena, pin vµ c¸c thiÕt bÞ
®iÖn tö.
Mét sè tr¹m tõ xa cã c¶ m¸y ®o ma vµ m¸y ®o dßng ch¶y s«ng. C¸c
tr¹m tõ xa bao gåm mét giÕng chng cÊt hoÆc mét c¸i c¶m biÕn mùc níc
chuyÓn ®æi ¸p suÊt. C¸ch xö trÝ chuyÓn ®æi ¸p suÊt lµm thay ®æi mùc níc
bªn trªn miÖng cña c¸i c¶m biÕn ¸p suÊt. Bé chuyÓn ®æi ¸p suÊt vi ph©n
510
- ®iÖn tö tù ®éng bï cho c¸c thay ®æi nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt khÝ ¸p víi ®é chÝnh
x¸c 1% trªn kh¾p ph¹m vi ®o ®¹c. C¸c tr¹m nh¹i tÝn hiÖu tù ®éng ®Æt ë gi÷a
c¸c tr¹m tõ xa vµ tr¹m c¬ b¶n thu nhËn c¸c sè liÖu tõ tr¹m c¬ b¶n.C¸c tÝn
hiÖu radio ®Õn ®îc biÕn ®æi tõ d¹ng t¬ng tù radio thµnh d¹ng con sè vµ
®îc göi ®Õn m¸y tÝnh cña tr¹m c¬ b¶n qua mét c¶ng th«ng tin. Sau ®ã, c¸c
kiÓm tra chÊt lîng sè liÖu ®îc thùc hiÖn, c¸c sè liÖu ®îc h×nh thµnh vµ
lËp thµnh tÖp tin (file) trªn c¸c ph¬ng tiÖn ®Üa cøng hoÆc mÒm. Mét khi
viÖc lËp thµnh tÖp tin sè liÖu ®· hoµn thµnh, th«ng tin cã thÓ ®îc hiÓn thÞ
hoÆc b¶o lu l¹i ®Ó ph©n tÝch.
Tr¹m c¬ b¶n cã phÇn mÒm qu¶n lý d÷ liÖu cã thÓ ®iÒu khiÓn ®Õn 700 c¸i
c¶m biÕn víi ®ñ kho chøa trùc tuyÕn ®Ó tr÷ 3 n¨m sè liÖu lîng ma. Nã cã
thÓ phñ tíi 12 hÖ thèng s«ng kh¸c nhau víi 25 ®iÓm dù b¸o trong mçi hÖ
thèng s«ng; mçi ®iÓm dù b¸o cã thÓ nhËn ®îc dßng ch¶y vµo tõ 10 nguån
kh¸c nhau. C¸c kÞch b¶n ma trong t¬ng lai cã thÓ ®îc ®a vµo cho mçi
®iÓm dù b¸o riªng lÎ vµ c¸c ®Æc trng lùa chän cã thÓ ®îc thªm vµo ®Ó
kiÓm so¸t c¸c b¬m, c¸c cöa van, c¸c chu«ng b¸o ®éng tõ xa vµ c¸c c¶nh
b¸o giäng nãi nh©n t¹o (Sierra/Misco, Inc., 1986).
511
- H×nh 13.1.6
Tr¹m tõ xakÕt hîp m¸y ®o ma vµ ®o dßng ch¶y
13.1.4. C¸c m« h×nh dù b¸o lò
C¸c m« h×nh dù b¸o lò bao gåm nhiÒu lo¹i quy tr×nh diÔn to¸n lò s¾p
xÕp theo thø tù tõ c¸c m« h×nh dùa trªn c¬ së c¸c m« h×nh ma - dßng ch¶y
b»ng c¸ch sö dông diÔn to¸n thñy v¨n ch¼ng h¹n nh ch¬ng tr×nh tÝnh
HEC-1 cña Côc C«ng binh Hoa Kú tíi ch¬ng tr×nh tÝnh DWOPER cña
Côc Thêi tiÕt Quèc gia Hoa Kú lµ mét m« h×nh diÔn to¸n ph©n phèi hoÆc
thñy lùc (ch¬ng 10). Mét sè ch¬ng tr×nh nh HEC-5 (Côc C«ng binh Hoa
Kú, 1973, 1979) ch¼ng h¹n ®îc dùa trªn c¬ së diÔn to¸n thñy v¨n vµ bao
gåm kh¶ n¨ng ho¹t ®éng c¸c hå chøa. M« h×nh kh¸c n÷a xem xÐt viÖc m«
512
- pháng thñy v¨n liªn tôc song song víi c¸c m« h×nh diÔn to¸n thñy v¨n vµ
ch¬ng tr×nh DWOPER lµ hÖ thèng dù b¸o s«ng cña Côc Thêi tiÕt Quèc gia
Hoa Kú (U.S. National Weather Service River Forecast System - NWSRFS)
®îc m« t¶ chi tiÕt h¬n ë díi ®©y. §· cã mét vµi ph¸t triÓn vÒ mÆt lý
thuyÕt c¸c m« h×nh dù b¸o lò ®· b¸o c¸o trong tµi liÖu khoa häc. Nh÷ng tµi
liÖu nµy bao gåm Kitanidis vµ Bras (1980a, b), Georgakakos vµ Bras
(1982), Krzysztofowicz vµ Davis (1983a, b, c), Georgakakos, Melching vµ
céng sù (1987).
HÖ thèng dù b¸o ho¹t ®éng thuéc HÖ thèng dù b¸o S«ng cña Côc Thêi
tiÕt Quèc gia Hoa Kú (NWSRFS) t¹o ra c¸c dù b¸o dßng ch¶y s«ng nhê sö
dông c¸c sè liÖu lîng ma vµ nhiÖt ®é ®· ®îc quan tr¾c vµ dù b¸o trong
c¸c m« h×nh thñy v¨n vµ thñy lùc, m« pháng sù tÝch luü vµ tan ch¶y cña
tuyÕt. PhÇn mÒm NWSRFS bao gåm ba hÖ thèng riªng rÏ (h×nh 13.1.7): hÖ
thèng kiÓm ®Þnh, hÖ thèng dù b¸o ho¹t ®éng vµ hÖ thèng dù b¸o dßng ch¶y
s«ng më réng (ESP). HÖ thèng kiÓm ®Þnh ®îc sö dông ®Ó kiÓm ®Þnh c¸c
m« h×nh thñy v¨n/thñy lùc kh¸c nhau cho mét lu vùc. HÖ thèng dù b¸o
ho¹t ®éng thùc hiÖn tÊt c¶ c¸c nhiÖm vô ®Ó dù b¸o s«ng ho¹t ®éng. C¸c ho¹t
®éng kh¸c nhau ®îc liÖt kª trong b¶ng 13.1.1. HÖ thèng ESP ®îc sö dông
®Ó lµm c¸c dù b¸o cho c¸c thêi gian c¸c tuÇn hoÆc c¸c th¸ng trong t¬ng lai
(Day, 1985). C¸c m« h×nh thñy v¨n vµ thñy lùc quan niÖm ®îc sö dông víi
c¸c ®iÒu kiÖn lu vùc hiÖn hµnh, c¸c sè liÖu khÝ tîng lÞch sö vµ c¸c sè liÖu
khÝ tîng dù b¸o ®Ó lµm c¸c dù b¸o x¸c suÊt më réng cho mét sè biÕn dßng
ch¶y s«ng
H×nh 13.1.7
M« t¶ chung phÇn mÒm cña hÖ thèng dù b¸o s«ng cña Côc Thêi tiÕt Quèc gia (Day, 1985)
513
- 1¶.2. vËn hµnh hú thTng hå choa øsng ®Ó HiÓm øÔ¸t lò
13.2.1. C¸c m« h×nh vËn hµnh hå chøa
Sù vËn hµnh ®a hå chøa cã thÓ ®îc ®Æc trng bëi ho¹t ®éng tÝch hîp
cña nhiÒu ph¬ng tiÖn trªn c¸c hÖ thèng s«ng cho nhiÒu môc ®Ých. KiÓm
so¸t lò lµ mét trong c¸c môc ®Ých cña nhiÒu hå chøa ë Hoa Kú. Mét vµi
n¨m tríc ®©y, nhiÒu hå chøa ®· ®îc x©y dùng vµ c¸c chÝnh s¸ch ho¹t
®éng ®· ®îc thiÕt lËp. Tuy nhiªn, nhiÒu hå chøa trong sè c¸c hå chøa nµy
kh«ng thÓ ho¹t ®éng theo kiÓu mµ chóng ®· ®îc mong ®îi ban ®Çu. Mét
trong c¸c nguyªn nh©n chñ yÕu lµ sù ®« thÞ ho¸ kh«ng kiÓm so¸t ®îc trong
®ång b»ng ngËp lôt cña c¸c s«ng vµ c¸c hå chøa. C¸c nguyªn nh©n kh¸c lµ
do c¸c ®êng trµn ®Ó lò ®i qua kh«ng t¬ng xøng, c¸c rµng buéc ph¸p luËt
vµ c¸c n¨ng lùc vËn chuyÓn phÝa h¹ lu bÞ gi¶m thÊp.
NhiÒu hÖ thèng hå chøa ®îc ®Æc trng bëi c¸c ®iÒu kiÖn dÉn ®Õn c¸c
®iÒu kiÖn níc vËt ®¸ng kÓ do ho¹t ®éng cña cöa van, c¸c dßng ch¶y nh¸nh,
c¸c dßng ch¶y d©ng trµn do b·o, c¸c ®iÒu kiÖn thñy triÒu vµ c¸c chç co th¾t
dßng ch¶y trong c¸c s«ng. C¸c ®iÒu kiÖn nµy kh«ng thÓ ®îc m« t¶ nhê sö
dông c¸c ph¬ng ph¸p diÔn to¸n thñy v¨n mµ ph¶i ®îc m« t¶ bëi c¸c m«
h×nh diÔn to¸n thñy lùc chÝnh x¸c h¬n nh DWOPER ch¼ng h¹n. M« h×nh
nµy dùa trªn lêi gi¶i sai ph©n h÷u h¹n cña c¸c ph¬ng tr×nh Saint Venant
(xem c¸c môc 10.6 vµ 10.7). C¸c dßng ch¶y qua c¸c hå chøa cã chiÒu dµi
®¸ng kÓ còng kh«ng ®îc dù b¸o mét c¸ch ®óng ®¾n bëi c¸c ph¬ng ph¸p
thñy v¨n ®¬n gi¶n, ®Æc biÖt lµ khi biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y vµo lµ mét
trËn lò quÐt, nghÜa lµ cã mét c¬ së thêi gian ng¾n.
§· cã nhiÒu m« h×nh ho¹t ®éng hå chøa b¸o c¸o trong c¸c tµi liÖu khoa
häc nhng chØ mét vµi m« h×nh ®· ®îc ®iÒu khiÓn t¹i hå chøa ho¹t ®éng
díi c¸c ®iÒu kiÖn lò. Jamieson vµ Wilkinson (1972) ®· ph¸t triÓn mét m«
h×nh DP ®Ó kiÓm so¸t lò cïng víi c¸c dßng ch¶y vµo dù b¸o lµ c¸c ®Çu vµo
cho m« h×nh. Windsor (1973) ®· dïng mét quy tr×nh cña ch¬ng tr×nh
tuyÕn tÝnh tuÇn hoµn ®èi víi ho¹t ®éng cña c¸c hÖ thèng kiÓm so¸t lò lôt
b»ng c¸ch sö dông ph¬ng ph¸p Muskingum ®Ó diÔn to¸n lßng dÉn vµ
ph¬ng tr×nh c©n b»ng khèi lîng ®èi víi c¸c tÝnh to¸n hå chøa.
Côc C«ng binh Hoa Kú (1973, 1979) ®· ph¸t triÓn HEC-5 vµ HEC-5C
®èi víi ho¹t ®éng hå chøa ®Ó kiÓm so¸t lò, trong ®ã viÖc x¶ níc ®îc lùa
chän nhê øng dông mét bé cè ®Þnh c¸c quy t¾c kinh nghiÖm vµ c¸c u tiªn
®îc lÊy mÉu theo c¸c nghiªn cøu ho¹t ®éng ®iÓn h×nh (xem môc 7,4). C¸c
m« h×nh nµy ®îc dùa trªn c¬ së c¸c kü thuËt diÔn to¸n thñy v¨n vµ cung
cÊp chiÕn lîc kh«ng tèi u ®Ó ho¹t ®éng. Mét øng dông cña c¸c m« h×nh
nµy lµ cho lu vùc s«ng Kanawha (HiÖp héi Kü s Qu©n ®éi Hoa Kú,
1983), nã ®ãng gãp dßng ch¶y vµo s«ng Ohio t¹i Pt. Pleasant, West
Virginia. h×nh 13.2.1 minh häa c¸c biÓu ®å thñy v¨n quan tr¾c vµ dù b¸o t¹i
514
- Kanawha Falls ®èi víi sù kiÖn th¸ng ba n¨m 1967, §êng g¹ch ngang
th¼ng ®øng thÓ hiÖn thêi gian dù b¸o.
Nhµ chøc tr¸ch thung lòng Tennessee (1974) ®· ph¸t triÓn mét ch¬ng
tr×nh ®éng lùc gia t¨ng vµ kü thuËt xÊp xØ liªn tôc cho c¸c ho¹t ®éng thêi
gian thùc víi c¸c môc ®Ých kiÓm so¸t lò vµ ph¸t ®iÖn. Can vµ Houck (1984)
®· ph¸t triÓn mét m« h×nh ch¬ng tr×nh môc tiªu cho c¸c ho¹t ®éng h»ng
giê cña mét hÖ thèng ®a hå chøa vµ ¸p dông nã cho lu vùc s«ng Green ë
Indiana. Môc tiªu cña m« h×nh ®îc x¸c ®Þnh râ b»ng mét hÖ thèng cÊp bËc
cña c¸c môc tiªu víi chÝnh s¸ch tèt nhÊt lµ mét ®êng cong quy t¾c ®Þnh
tríc.
Wasimi vµ Kitanidis (1983) ®· ph¸t triÓn mét m« h×nh tèi u ho¸ cho
c¸c ho¹t ®éng hµng ngµy cña mét hÖ thèng ®a hå chøa trong thêi gian x¶y
ra c¸c trËn lò, kÕt hîp phÐp tèi u ho¸ gauss toµn ph¬ng tuyÕn tÝnh vµ mét
m« h×nh to¸n kh«ng gian - tr¹ng th¸i ®Ó dù b¸o dßng ch¶y. Yaicigil (1980)
®· ph¸t triÓn mét m« h×nh tèi u LP cho c¸c ho¹t ®éng thêi gian thùc hµng
ngµy cña lu vùc s«ng Green ë Indiana, mét hÖ thèng 4 hå chøa ®a môc
®Ých. C¸c ®Çu vµo cña m« h×nh ®· ®îc ®Þnh râ. Môc tiªu cña ho¹t ®éng lµ
tu©n theo mét tËp hîp c¸c tr¹ng th¸i ®Ých mµ c¸c ®é lÖch khái c¸c tr¹ng th¸i
nµy ®Òu bÞ nghiªm cÊm. ViÖc diÔn to¸n lßng dÉn ®îc thùc hiÖn nhê sö
dông mét quy tr×nh diÔn to¸n tuyÕn tÝnh, t¬ng nh ph¬ng ph¸p
Muskingum, gäi lµ diÔn to¸n tuyÕn tÝnh ®a ®Çu vµo. C¸c tÝnh to¸n hå chøa
dùa trªn c¬ së c¸c ph¬ng tr×nh c©n b»ng khèi lîng ®îc ®a vµo tÝnh ®Çu
vµo lîng ma.
13.2.2. HÖ thèng dù b¸o lò s«ng Lower Colorado
M« h×nh dù b¸o lò cho hÖ thèng c¸c hå cao nguyªn - s«ng Lower
Colorado ë Texas ph¸t triÓn bëi Unver vµ céng sù (1987) ®· ®îc ph¸t triÓn
cho mét khu«n khæ thêi gian thùc ®Ó lµm c¸c quyÕt ®Þnh vÒ c¸c ho¹t ®éng
cña hå chøa trong thêi gian lò. M« h×nh nµy lµ mét ch¬ng tr×nh tÝnh tÝch
hîp víi c¸c thµnh phÇn ®Ó diÔn to¸n lò, m« h×nh ho¸ ma - dßng ch¶y, giao
diÖn ®å häa vµ ®îc kiÓm so¸t bëi phÇn mÒm t¬ng t¸c. §Çu vµo ®èi víi
m« h×nh bao gåm c¸c sè liÖu lîng ma thêi gian thùc tù ®éng vµ dßng
ch¶y s«ng tõ c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau trong lu vùc.
CÊu tróc cña toµn bé m« h×nh ®îc thÓ hiÖn trong h×nh 13.2.2, C¸c sè liÖu
thêi gian thùc lµ ®Çu vµo ®èi víi m« h×nh tõ m¹ng líi thu thËp sè liÖu.
M«®un kiÓm so¸t lò thêi gian thùc bao gåm c¸c tiÓu m«®un sau ®©y: (1)
mét tiÓu m«®un DWOPER (Dynammic Wave Operational), nghÜa lµ m«
h×nh ho¹t ®éng sãng ®éng häc cña Côc Thêi tiÕt Quèc gia Hoa Kú ®Ó diÔn
to¸n dßng ch¶y kh«ng æn ®Þnh; (2) mét tiÓu m«®un GATES x¸c ®Þnh th«ng
tin ho¹t ®éng cña cöa van (c¸c ®iÒu kiÖn biªn néi) cho DWOPER, ch¼ng
h¹n nh lu lîng cña cöa ®Ëp b»ng mét hµm cña cét níc ¸p suÊt lªn cöa
515
- ®Ëp; (3) mét tiÓu m«®un lµ m« h×nh ma - dßng ch¶y dùa trªn ph¬ng ph¸p
®êng qu¸ tr×nh lu lîng ®¬n vÞ ®èi víi diÖn tÝch tho¸t níc kh«ng cã m¸y
®o bao quanh c¸c hå mµ ®èi víi nã, c¸c sè liÖu dßng ch¶y s«ng kh«ng s½n
cã ®Ó sö dông; (4) mét tiÓu m«®un DISPLAY bao gåm phÇn mÒm giao diÖn
®å häa vµ (5) mét tiÓu m«®un OPERATIONS lµ phÇn mÒm kiÓm so¸t cña
ngêi sö dông ®iÒu khiÓn t¬ng t¸c c¸c tiÓu m«®un kh¸c vµ c¸c file sè liÖu.
§Çu vµo ®èi víi m« h×nh dù b¸o lò nµy bao gåm c¶ c¸c sè liÖu thêi gian
thùc vµ m« t¶ vËt lý c¸c thµnh phÇn cña hÖ thèng g÷ nguyªn kh«ng thay ®æi
trong thêi gian cña mét trËn lò. C¸c sè liÖu vËt lý bao gåm: (1) c¸c sè liÖu
DWOPER m« t¶ th«ng tin mÆt c¾t ngang, c¸c quan hÖ ®é nh¸m... ; (2) c¸c
®Æc trng cña cÊu tróc ®êng trµn cña hå chøa ®èi víi GATES vµ (3) m« t¶
diÖn tÝch tho¸t níc vµ c¸c ®¸nh gi¸ tham sè thñy v¨n ®èi víi RAINFALL-
RUNOFF. C¸c sè liÖu thêi gian thùc bao gåm: (1) c¸c sè liÖu dßng ch¶y
s«ng tõ c¸c tr¹m tù ®éng vµ cét níc ¸p suÊt cïng c¸c cao tr×nh níc ë
®o¹n cuèi t¹i mçi ®Ëp; (2) c¸c sè liÖu ma tõ c¸c m¸y ®o tù ghi; (3) th«ng
tin mµ tiÓu hÖ thèng cña c¸c hå vµ hå chøa sÏ xem xÐt ®Õn nã trong diÔn
to¸n vµ (4) c¸c ho¹t ®éng cña hå chøa.
516
- B¶ng 13.1.1
C¸c ho¹t ®éng dù b¸o ®èi víi thµnh phÇn dù b¸o NWSRFS phiªn b¶n 5 (Day, 1985)
C¸c m« h×nh thñy v¨n/thñy lùc C¸c tÝnh to¸n sè häc CËp nhËt vµ hiÖu chØnh c¸c quy tr×nh Giao diÖn
(1) (2) (3) (4)
API/MKC- M« h×nh ma-dßng ch¶y chØ A§/SUB- Thªm hoÆc bít c¸c ADJUST-Q- §iÒu chØnh m« pháng ®èi víi INSQPLOT- C¸c ®å thÞ chuçi thêi gian lu
sè ma ®øng tríc ®èi víi lu vùc chuçi thêi gian lu lîng quan tr¾c vµ hçn hîp lîng tøc thêi
Missouri vµ b¾c trung t©m RFC CLEAR-TR- Lµm s¹ch chuçi pha trén WY-PLOT- VÔ ®å thÞ dßng ch¶y trung b×nh
SAC-SMA- M« h×nh tÝnh ®é Èm ®Êt thêi gian CHAT- Kü thuËt ®iÒu chØnh biÓu ®å thñy v¨n hµng ngµy n¨m níc
Sacramento WEIGH-TS- C©n nh¾c chuçi tÝnh to¸n SAC-PLOT- VÔ ®å thÞ dßng ch¶y trung b×nh
UNIT-HG-Thao t¸c biÓu ®å thñy v¨n thêi gian SACFILI- C«ng thøc lý thuyÕt ®¸nh gi¸ (läc hµng ngµy lo¹i Sacramento
®¬n vÞ CHANGE-T- Thay ®æi kho¶ng Kalman) cña SAC-SMA vµ PLOT-TS- TiÖn Ých vÏ ®å thÞ chuçi thêi gian
SNOW-17-HYDRO-17- M« h×nh tÝch lòy thêi gian mét chuâi UNIT-HG ®èi víi toµn bé c¸c lu th«ng dông
vµ tiªu mßn tuyÕt thêi gian vùc thîng lu kh«ng cã tuyÕt PLOT-TUL- Thñ tôc vÔ ®ß thÞ chuâi thêi gian
LAG/K- DiÔn to¸n Lag vµ K MEAN-Q- TÝnh lu lîng gi÷a STAT-OP- Gãi thèng kª ®Ó ®o hiÖu qu¶ thiÕt kÕ ®Æc biÖt cho dù b¸o ho¹t
LAY-COEF- DiÔn to¸n hÖ sè s¾p tõng cho kho¶ng thêi gian NWSRFS ®éng thêi gian thùc
líp x¸c ®Þnh STAT-QME- C¸c tÝnh to¸n gi¶n lîc thèng
MUSKROUT- DiÔn to¸n Muskingum kÕ lu lîng trung b×nh hµng
TATUM- DiÔn ro¸n Tatum ngµy
DWOPER-M« h×nh sãng ®éng lùc
CHANLOSS- thñ tôc mÊt /®îc lßng
dÉn kinh nghiÖm
CHANLEAK- DiÔn to¸n mÊt/®îc lßng
dÉn kh¸i niÖm
STAGE-Q- C¸c biÕn ®æi mùc níc s«ng
517
- thµnh lu lîng hoÆc ngîc l¹i
RES-SNGL- Thao t¸c kiÓm so¸t hå
chøa ®¬n
518
- H×nh 13.2.1
C¸c biÓu ®å thñy v¨n quan tr¾c vµ dù b¸o t¹i Kanawha Falls dÉn ®Õn dù b¸o sù kiÖn
lò th¸ng II n¨m 1967 (HiÖp héi Kü s Qu©n ®éi Hoa Kú, 1983)
1¶.¶. 5 ¸c ms h×nh tTi u hÔ¸ ®Ó ph¸t triÓn c¸c chÝnh ø¸ch vËn hµnh
C¸c m« h×nh tèi u hãa cã thÓ ®îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh c¸c ho¹t ®éng
kiÓm so¸t lò cña c¸c hÖ thèng hå chøa nh thÓ hiÖn trong h×nh 13.3.1, Môc
tiªu cña mét m« h×nh nh thÕ lµ ®Ó x¸c ®Þnh mét c¬ chÕ vËn hµnh (x¶ níc) ®Ó
cùc tiÓu hãa thiÖt h¹i do lò ®èi víi c¸c ®o¹n A vµ B. C¸c ®Çu vµo ®èi víi m«
h×nh bao gåm c¸c hµm thiÖt h¹i vµ c¸c dßng ch¶y lò lÞch sö trung b×nh kÐo dµi
hµng tuÇn nhê m« t¶ c¸c trËn lò lín nhÊt ®· ghi ®îc t¹i tr¹m ®o (xem h×nh
13.3.1). Lîng tr÷ cùc tiÓu trong hå chøa 1 lµ lîng tr÷ hå b¶o tån vµ lîng
tr÷ cùc ®¹i lµ lîng tr÷ hå lò ®Çy.
Mét m« h×nh DP ®îc ph¸t triÓn trong ®ã biÕn quyÕt ®Þnh lµ lîng x¶ QA
tõ hå chøa 1 vµ biÕn tr¹ng th¸i lµ lîng tr÷ ST trong hå chøa 1, Môc tiªu cña
tèi u hãa lµ ®Ó cùc tiÓu hãa tæng thiÖt h¹i do lò Z:
N
MinZ rn QAn (13.3.1)
n 1
trong ®ã: n 1,..., N lµ c¸c giai ®o¹n lµ c¸c kho¶ng thêi gian kÐo dµi hµng tuÇn
theo thø tù thêi gian vµ rn QA n lµ sù xuÊt hiÖn l¹i ®èi víi giai ®o¹n thø n do
quyÕt ®Þnh (lîng x¶) QA tõ hå chøa 1, C¸c thiÖt h¹i ®èi víi c¶ hai ®o¹n A vµ
519
- B lµ c¸c hµm cña QA. C¸c rµng buéc vÒ ho¹t déng bao gåm ph¬ng tr×nh liªn
tôc, nã lµ hµm biÕn ®æi:
(13.3.2)
STn1 STn I n QAn n 1,..., N
trong ®ã: STn vµ STn1 lµ lîng tr÷ t¹i ®Çu vµ cuèi cña tuÇn thø n trong hå chøa
1 vµ I n lµ dßng ch¶y vµo hå chøa 1 trong tuÇn thø n. C¸c giíi h¹n vÒ lîng tr÷
lµ:
STmin STn STmax , (13.3.3)
n 1,..., N
trong ®ã: STmin lµ lîng tr÷ cùc tiÓu trong hå chøa, nã lµ lîng tr÷ duy tr× hå vµ
STmax lµ lîng tr÷ cùc ®¹i, nghÜa lµ lîng tr÷ hå lò ®Çy. Rµng buéc lîng x¶
®èi víi hå chøa 1 lµ:
QAn QAmax , (13.3.4)
n 1,..., N
Dßng ch¶y trong ®o¹n B ®îc x¸c ®Þnh b»ng:
QBn QAn ITn , (13.3.5)
n 1,..., N
trong ®ã: ITn lµ dßng ch¶y vµo cña s«ng nh¸nh.
Ph¬ng tr×nh ®Ö quy DP ®èi víi mét thuËt to¸n tiªn tiÕn (bËc theo thø tù
thêi gian) sÏ lµ:
f n STn Minrn QAn f n 1 STn1 (13.3.6)
QAn
H×nh 13.2.2
C Êu tróc m« h×nh qu¶n lý lò thêi gian thùc. M« h×nh nµy ®îc sö dông bëi Nhµ chøc tr¸ch s«ng Colo rado thÊp
®Ó qu¶n lý hÖ thèng hå - s«ng thÓ hiÖn trong h×nh 13.1.3, HÖ thèng thu thËp sè liÖu thêi gian thùc ®îc thÓ
hiÖn trong h×nh 13.1.4, (Nguån: Unver, Mays vµ Lansey, 1987)
520
- H×nh 13.3.1
H Ö thèng hå chøa ®èi víi vÝ dô 13.3.1,
trong ®ã: f n STn lµ thèng kª lòy tÝch (c¸c thiÖt h¹i) theo hîp ®ång tèi u ®èi
víi hÖ thèng qua n giai ®o¹n ®Çu tiªn (c¸c kho¶ng thêi gian). Thèng kª giai
®o¹n b»ng tæng c¸c thiÖt h¹i cña c¶ hai ®o¹n A vµ B:
rn QAn D A QAn DB QBn QAn ITn (13.3.7)
trong ®ã: D A vµ DB lµ c¸c hµm thiÖt h¹i.
VÝ dô 13.3.1. Ph¸t triÓn mét m« h×nh tèi u hãa ®Ó x¸c ®Þnh ho¹t ®éng kiÓm
so¸t lò cña hÖ thèng hå chøa thÓ hiÖn trong h×nh 13.3.2, HÖ thèng nµy t¬ng tù
nh hÖ thèng ®îc thÓ hiÖn tromg h×nh 13.3.1 nhng còng bao gåm ®o¹n s«ng
thiÖt h¹i C lµ h¹ lu cña hå chøa 2.
Lêi gi¶i. Bµi to¸n nµy ph¶i xÐt hai biÕn tr¹ng th¸i, c¸c lîng x¶ tõ hå chøa 1
vµ 2: QA vµ QC t¬ng øng. M« h×nh DP cã thÓ ®îc biÓu diÔn b»ng:
N
MinZ rn QAn , QCn
n 1
Thèng kª giai ®o¹n (thiÖt h¹i ®èi víi thêi kho¶ng thêi gian n ) lµ:
rn QA, QC D A QAn D B QAn ITn DC QCn
trong ®ã: D A , DB vµ DC lµ c¸c hµm thiÖt h¹i. C¸c rµng buéc vÒ tÝnh
liªn tôc (hµm biÕn ®æi) lµ:
ST1n 1 ST 1n I n QAn
521
- ®èi víi hå chøa 1 trong ®ã ST 1 liªn quan ®Õn lîng tr÷ trong hå chøa 1, T¬ng
tù, b»ng c¸ch gi¶ thiÕt dßng ch¶y vµo theo ph¬ng ngang trong c¸c ®o¹n A vµ B
kh«ng ®¸ng kÓ nªn cã thÓ bá qua, ph¬ng tr×nh liªn tôc ®èi víi hå chøa 2 lµ:
ST 2 n 1 ST 2 n QBn QCn
hoÆc:
ST 2 n 1 ST 2 n QAn ITn QC n
trong ®ã: ST 2 lµ lîng tr÷ trong hå chøa 2, C¸c giíi h¹n vÒ lîng tr÷ ®èi víi
mçi hå chøa lµ:
ST1min ST 1n ST1max
vµ:
ST 2 min ST 2 n ST 2 max
C¸c lîng x¶ cùc ®¹i tõ hai hå chøa ®îc biÓu diÔn b»ng:
QAn QAmax
vµ:
QC n QC max
H×nh 13.3.2
HÖ thèng hå chøa ®èi víi vÝ dô 13.3.1,
522
- 1¶.«. 5 ¸c ms h×nh tTi u hG chÔ vËn hµnh th7i gian thùc cña c¸c hå choa
a
13.4.1. M« h×nh tèi u hãa nhê sö dông diÔn to¸n thñy v¨n
C¸c m« h×nh tèi u hãa c¸c ho¹t ®éng thêi gian thùc sÏ cã thÓ xem xÐt c¸c
tháa hiÖp gi÷a c¸c môc ®Ých ho¹t ®éng h¹n dµi vµ c¸c giíi h¹n h¹n ng¾n vÒ
ho¹t ®éng. C¸c giíi h¹n vÒ ho¹t ®éng lµ do c¸c rµng buéc vËt lý cña hÖ thèng
ch¼ng h¹n nh c¸c n¨ng lùc cöa tho¸t vµ n¨ng lùc tr÷. Th«ng tin kh«ng ch¾c
ch¾n vÒ dßng ch¶y vµo trong t¬ng lai, dßng ch¶y cña c¸c s«ng nh¸nh vµ
lîng ma còng ph¶i ®îc xem xÐt trong c¸c tháa hiÖp.
Mét m« h×nh to¸n dùa trªn th«ng tin dù b¸o cã thÓ ®îc x©y dùng, trong
®ã hµm môc tiªu lµ ®Ó cùc tiÓu hãa c¸c bÊt lîi vÒ ho¹t ®éng, ®ã lµ:
N
MinZ Z 1 STn Z 2 Qn (13.4.1)
n 1
trong ®ã: Z 1 STn lµ mét hµm bÊt lîi dùa trªn lîng tr÷ kh¶ n¨ng vµ Z 2 Qn lµ
mét hµm bÊt lîi dùa trªn dßng ch¶y h¹ lu kh¶ n¨ng t¹i tr¹m kiÓm so¸t.
Ph¬ng tr×nh liªn tôc cña hå chøa lµ:
(13.4.2)
STn 1 STn Rn I n n 1,..., N
trong ®ã: STn vµ STn 1 lµ c¸c lîng tr÷ ë ®Çu vµ cuèi thêi ®o¹n n vµ I n lµ dßng
ch¶y vµo hå chøa ®· dù b¸o trong thêi ®o¹n n . Lu lîng Qn t¹i tr¹m kiÓm
so¸t phÝa h¹ lu trong thêi ®o¹n n lµ:
Qn C R n 0 (13.4.3)
n 1,..., N
trong ®ã: C Rn lµ mét hµm m« t¶ ph¬ng tr×nh diÔn to¸n lò thñy v¨n gi÷a hå
chøa vµ tr¹m kiÓm so¸t phÝa h¹ lu. Mét vÝ dô cña mét ph¬ng tr×nh diÔn to¸n
lµ ph¬ng tr×nh Muskingum (xem môc 10.3) dÉn ®Õn ph¬ng tr×nh (13.4.3) lµ
tuyÕn tÝnh. C¸c rµng buéc vÒ lîng tr÷ cùc ®¹i STmax vµ lîng x¶ cùc ®¹i
Rmax lµ:
(13.4.4)
n 1,..., N
STn STmax
(13.4.5)
n 1,..., N
Rn Rmax
Mét vµi lêi gi¶i cña c¸c m« h×nh t¬ng tù nh ë trªn ®· ®îc têng tr×nh
trong tµi liÖu khoa häc. Sigvaldason (1976) vµ Yazicigil (1980) ®· gi¶i ch¬ng
tr×nh to¸n t¹i thêi ®iÓm ®Çu mçi ngµy cña ho¹t ®éng thêi gian thùc. Lêi gi¶i
cña m« h×nh cung cÊp c¸c lîng x¶ tèi u, c¸c lîng tr÷ hå chøa tèi u vµ c¸c
lu lîng t¹i ®iÓm kiÓm so¸t ®èi víi tÊt c¶ c¸c ngµy trong tÇng ho¹t ®éng. TÊt
nhiªn lµ c¸c kÕt qu¶ nµy ®èi víi mçi ngµy phô thuéc vµo c¸c dßng ch¶y vµo ®·
dù b¸o. ChØ cã c¸c lîng x¶ cña ngµy hiÖn hµnh ®îc sö dông trong c¸c quyÕt
®Þnh ho¹t ®éng. §èi víi ngµy tiÕp theo, m« h×nh ®îc x©y dùng l¹i b»ng c¸ch
sö dông lîng tr÷ thêi ®iÓm ®Çu thêi gian thùc, nã cã thÓ kh¸c víi c¸c kÕt qu¶
m« h×nh bëi v× dßng ch¶y vµo thùc kh«ng hoµn toµn gièng hÖt nh dßng ch¶y
vµo ®· dù b¸o.
523
nguon tai.lieu . vn
