Bài giảng Quy hoạch và quản lý tài nguyên nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC

BỘ MÔN THỦY VĂN VÀ TÀI NGUYÊN NƯỚC

QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ TNN
(Planning and Management of Water Resources)
PGS. TS. Hoàng Thanh Tùng
Email:
Mob: 0904160372


Giới thiệu mơn học


Tài liệu tham khảo:
• Sách và bài giảng của
giảng viên
• Sách có ở trong thư viện
của trường

2


Giới thiệu mơn học


Đánh giá học viên


Điểm q trình chiếm 30% (Điểm danh +

Bài tập)



Điểm thi: 70%

3


Giới thiệu môn học


Nhiệm vụ môn học:

Môn Quy hoạch và Quản lý Tài nguyên nước
trình bày những nguyên lý và phương pháp luận trong
việc lập quy hoạch sử dụng hợp lý tài ngun nước,
quản lý/kiểm sốt có hiệu quả tài nguyên nước của
một vùng lãnh thổ, một lưu vực sông.

4


Giới thiệu môn học


Nội dung môn học:
(1) Những nội dung cơ bản về Quy hoạch và quản
lý tài nguyên nguyên nước
(2) Mơ hình phơ phỏng và ứng dụng trong Quy

hoạch và Quản lý tài nguyên nước
(3) Tối ưu hóa trong Quy hoạch và quản lý tài
nguyên nước
(4) Lý thuyết quyết định và Hệ thống hỗ trợ ra
quyết định
5


Quy hoạch và Quản lý
Tài nguyên nước
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
Hoàng Thanh Tùng

Bộ môn Thuỷ văn & Tài nguyên nước

6


Nội dung


Định nghĩa một hệ thống



Đặc trưng của một hệ thống



Phân loại hệ thống



Tiếp cận hệ thống



Khái niệm về phân tích hệ thống



Các giai đoạn trong phân tích hệ thống



Khái niệm hệ thống TNN và đặc điểm của nó



Các hệ thống con của hệ thống TNN



Các dạng bài toán trong phân tích hệ thống TNN



Kỹ thuật phân tích hệ thống TNN



Thuận lợi và hạn chế của phân tích hệ thống
7


Hệ thống là gì?


Hệ thống là tập hợp các phần tử được sắp xếp theo một
trật tự nào đó, có mối tác động tương tác lẫn nhau tạo
thành một tập hợp đầy đủ.




Ví dụ: Một trường đại học với các khoa khác nhau. Một bộ máy
(chính phủ) trung ương với các bộ máy địa phương. Một lưu vực
sông với tất cả các nhánh của nó, v.v…

Một tập hợp của các đối tượng mà chúng có mối tác
động tương tác thường xuyên, phụ thuộc lẫn nhau.

8


Định nghĩa một hệ thống
Trong nghiên cứu TNN, Dooge (1973) đã định nghĩa hệ
thống như
Là: bất cứ cấu trúc, thiết bị, kế hoạch hoặc thủ tục,
Thực hay trừu tượng,

Có quan hệ với nhau trong một thời gian tham chiếu xác định,
 Bao gồm: Một đầu vào, nguyên nhân, hoặc tác nhân kích thích,
của vật chất, năng lượng hoặc thơng tin
Và
Một đầu ra, hậu quả, hoặc phản ứng
của thông tin, năng lượng, hoăc vật chất


- Dooge (1973)
9


Lược đồ hóa của một hệ thống
Thơng số, β
Đầu vào, I

Hệ thống

Đầu ra, Q

Chính sách, α

Hàm chuyển đổi
Q(t) = Ω[α(t), β(t)]*I(t)
Một hệ thống có thể được xác định bởi:
 Đầu vào
 Định luật vật lý thống trị
 Điều kiện biên và điều kiện ban đầu
 Đầu ra

10


Đặc trưng của một hệ thống
Một hệ thống được đặc trưng bởi


Tất cả các hệ thống đều có cấu trúc và tổ chức



Mối quan hệ hàm hóa và cấu trúc tổn tại giữa các thành
phần của hệ thống



Mối quan hệ đầu vào – đầu ra và tính chất của chúng là
những đặc tính quan trọng của hệ thống

Ví dụ: Một lưu vực sông…

11


Ví dụ – Một Lưu vực sơng

12


Phân loại hệ thống





Hệ thống đơn giản và hệ thống phức tạp


Hệ thống đơn giản: Có mối quan hệ trực tiếp giữa đầu
vào và đầu ra của hệ thống



Hệ thống phức tạp: Một sự kết hợp của của một vài
hệ thống con mà mỗi trong số chúng là môt hệ thống
đơn giản. Mỗi hệ thống con có một mối quan hệ riêng
biệt giữa đầu vào và đầu ra. Ví dụ: Một lưu vực sông
với nhiều nhánh sông…

Hệ thống thực và hệ thống trừu tượng


Một hồ chứa là một hệ thống thực



Chính sách phân bổ nước – hệ thống trừu tượng
13


Phân loại hệ thống





Hệ thống tự nhiên và hệ thống nhân tạo


Lưu vực – hệ thống tự nhiên



Hồ chứa – hệ thống nhân tạo

Hệ thống tĩnh và động hay hệ thống thay đổi theo
thời gian và bất biến theo thời gian


Hệ thống bất biến theo thời gian: mối quan hệ đầu
vào – đầu ra không phụ thuộc vào thời gian ứng
dụng đầu vào (đầu ra là giống nhau cho cùng đầu
vào tại tất cả thời gian)
14


Phân loại hệ thống


Hệ thống tuyến tính và hệ thống phi tuyến


Tuyến tính – đầu ra tỷ lệ hằng số với đầu vào:
y = mx

+ Một hệ thống do sự kết hợp của các đầu vào (phép
cộng có giá trị)


Nếu I1  Q1 và

I2  Q2



Khi đó I1 + I2 Q1 + Q2

+ Tính tỷ lệ có giá trị



Nếu I  Q, khi đó a * I  a * Q

Phi tuyến: y = mxa + nxb + c


Mối quan hệ đầu vào – đầu ra mà ở đó nguyên lý
cộng khơng có giá trị
15


Phân loại hệ thống



Hệ thống có thơng số (hoặc biến) tập trung và phân bố



Hệ thống tất định và ngẫu nhiên



Hệ thống liên tục, rời rạc và lượng tử hóa


Liên tục: những thay đổi trong hệ thống diễn ra một
cách liên tục



Rời rạc: trạng thái của hệ thống thay đổi tại những
khoảng thời gian rời rạc



Lượng tử hóa: thay đổi chỉ tại những khoảng thời gian
rời rạc nào đó và giữ một giá trị không đổi giữa những
khoảng thời gian, ví dụ bản ghi mưa.
16


Phân loại hệ thống

Hệ thống liên tục, rời rạc và lượng tử hóa

17


Tiếp cận hệ thống là gì?


Tiếp cận khoa học để nghiên cứu: Tháo gỡ và tìm ra
một vật được tạo nên từ các bộ phận gì (phân chia khoa
học chuyên ngành để nghiên cứu).


Một cái gì đó khơng làm bằng một vật chất cụ thể, nhưng lại
được tổng hợp từ các bộ phận khác mà thành.



Ví dụ: một ngơi nhà là từ tập hợp nhiều loại vật liệu xây dựng mà
thành.



Sự khác biệt chính là những thành phần này được sắp
xếp (tổ chức) cùng với nhau như thế nào.



Đó là một cách để nhìn vào một hệ thống như một tổng
thể, tập trung vào mối quan hệ giữa những phần tử

18


Tiếp cận hệ thống là gì?


Mối quan hệ đầu vào – đầu ra của một hệ thống được kiểm soát bởi
tính chất, những thơng số của hệ thống và định luật vật lý chi phối
hệ thống đó.



Trong nhiều hệ thống trong thực tế, tính chất và những định luật chủ
yếu là rất phức tạp và việc mơ hình hóa hệ thống trong những
trường hợp đó sử dụng những giả thiết đơn giản hóa và những hàm
chuyển đổi mà chuyển đổi đầu vào thành đầu ra tương ứng, lờ đi
các cơ chế của q trình vật lý có liên quan trong sự chuyển đổi.



Điều này yêu cầu khái niệm hóa của hệ thống và cấu hình của của
nó để có khả năng xây dựng một mơ hình tốn học trong đó mối
quan hệ đầu vào – đầu ra được thiết lập thông qua vận hành hệ
thống theo một cách xác định.

19


Phân tích hệ thống


Phân tích hệ thống có thể được định nghĩa như một
nghiên cứu phân tích để giúp người ra quyết định nhận
dạng và lựa chọn chuỗi những hành động được yêu
thích từ một vài phương án thay thế khả thi.



Phân tích hệ thống là kỹ thuật giải quyết vấn đề mà
trong đó những nỗ lực được thực hiện để xây dựng một
bản sao của hệ thống thực hoặc những tình huống thực,
với mục tiêu thực nghiệm với bản sao đó để đạt được
cái nhìn bên trong của thế giới thực.

20


Các giai đoạn của phân tích hệ thống


Hình thành vấn đề



Xây dựng mơ hình tốn học



Lời giải của mơ hình tốn học



Kiểm tra mơ hình



Thực thi dựa trên lời giải

21


Hệ thống Tài nguyên nước
" Hệ thống tài nguyên nước là một hệ thống phức tạp bao gồm nguồn nước, các
cơng trình khai thác tài ngun nước, các u cầu về nước cùng với mối quan hệ
tương tác giữa chúng cùng với sự tác động của mơi trường lên nó".

Theo định nghĩa trên đây, hệ thống tài nguyên nước bao gồm:
- Nguồn nước được đánh giá bởi các đặc trưng sau: Lượng và phân bố của nó theo
khơng gian và thời gian; Chất lượng nước; Động thái của nước và chất lượng nước.
- Hệ thống các cơng trình thủy lợi: bao gồm các cơng trình đầu mối các cơng trình
chuyển nước v.v…, được cấu trúc tuỳ thuộc vào mục đích khai thác tài nguyên nước.
- Các yêu cầu về nước: bao gồm các hộ dùng nước, các yêu cầu phòng chống lũ lụt, các
yêu cầu về bảo vệ hoặc cải tạo môi trường cùng các yêu cầu dùng nước khác.
Tác động của môi trường là những tác động về hoạt động dân sinh kinh tế, hoạt động
của con người (không kể các tác động về khai thác tài nguyên nước theo quy hoạch).
Những tác động đó bao gồm ảnh hưởng của các biện pháp canh tác làm thay đổi mặt22
đệm và lịng dẫn, sự tác động khơng có ý thức vào hệ thống các cơng trình thủy lợi v..v.


Những thành phần của hệ thống TNN

23


Những thành phần của hệ thống TNN


Hệ thống sông tự nhiên (Natural River System – NRS)
trong đó diễn ra quá trình vật lý, hóa học và sinh học



Hệ thống kinh tế xã hội (Socio-Economic Subsystem SES), bao gồm những hoạt động của con người liên
quan đến sử dụng hệ thống sơng tự nhiên



Hệ thống hành chính và thể chế (Administrative and
Institutional Subsystem - AIS) của quản lý hành chính,
luật pháp và sự điều tiết, ở đó sự quyết định và quá trình
quy hoạch và quản lý được thực thi

24


Thành phần của hệ thống TNN
Điều kiện tự nhiên: Khí hậu, thủy văn, địa lý
Điều kiện kinh tế - xã hội: Thể chế và chính sách, sự đầu tư

Lưu vực

Nhu cầu nước M&I
Yêu cầu sinh thái

Khai thác nước
Khu tưới

Phát triển
kinh tế - xã hội

An ninh
Lương thực

Năng suất
và lợi nhuận
Chất lượng
nước và đất

Phân bổ nước
Cánh đồng
Cân bằng nước
tại mặt ruộng và
quản lý tưới

Bền vững
hệ sinh thái

Sản lượng
cây trồng và
diện tích

Đầu vào
khác

Dịng hồi quy
và dịng thải ơ
nhiễm

25