ĐỀ CƯƠNG PHÂN TÍCH HỆ THỐNG NGUỒN NƯỚC

1

1

ĐỀ CƯƠNG PHÂN TÍCH HỆ THỐNG NGUỒN NƯỚC
CHƯƠNG I:
1.Các khó khăn, yêu cầu về việc sử dụng phân tích hệ thống.
- Thiếu kiên thức, số liệu: Số liệu liên quan đến vấn đề cần giải
quyết có rất ít hoặc các số liệu thu thập được có cấp độ chính xác
thấp.
- Tính đa ngành của vấn đề: Phần lớn các vấn đề hệ thống yêu
cầu kiến thức từ rất nhiều ngành khác nhau nên cần phải có 1
nhóm chuyên gia thuộc các lĩnh vực khác nhau để giải quyết
chúng.
- Không có phương pháp tiếp cận phù hợp: Trong 1 ngành, lĩnh
vực mới không có phương pháp áp dụng luôn mà phải mượn
phương pháp từ các ngành khác nhau.
- Mục đích không rõ ràng và mục tiêu có thể thay đổi: Mặc dù
các nhà hoạch định thường có sẵn các ý tưởng trong đầu nhưng
thường rất mập mờ và họ có thể thay đổi mục tiêu trong quá trình
PTHT nhờ các nhà PTHT.
- Chịu trách nhiệm của nhiều thành phần: Tong 1 bài toán
PTHT, nhiều người, nhiều cơ quan có trách nhiệm và quyền lực
liên quan đến vấn đề cần được giải quyết; bởi vì chỉ có các vấn đề
phức tạp mới cần đến PTHT.
- Sức cản lại sự thay đổi trong hệ thống xã hội: Truyền thống là
1 yếu tố quan trọng và khó thay đổi trong khi các nhà PTHT lại
khuyến khích thay đổi nhằm giải quyết vấn đề đặt ra.
- Tính phức tạp: 1 vấn đề phức tạp đòi hỏi phải áp dụng PTHT để
giải quyết vấn đề đó.
2.Đặc trưng của PTHT.

- Bối cảnh (context): một phạm vi các yếu tố xã hội, kinh tê, môi
trường, thể chế
và công nghệ có ảnh hưởng dến việc giới hạn đặc trưng hóa vấn
đề.
1

1


2

2

- Phương pháp (method): một tổ hợp của các hiểu biết, sáng kiến,
phân tích, thiết
kế, trực giác (intuition), phán quyết (judgment), và một phương
pháp tiếp cận khoa
học.
- Mục đích (aim): để hỗ trợ trong công việc tìm kiếm các phản
ứng tốt hơn của hệ
thống với vấn đề cần giải quyết. Nó được thực hiện thông qua việc
thiết kế và dánh giá
các chương trình, các quyết định và các hành động.
- Khách hàng (clients): những nguời có trách nhiệm hoặc quan
tâm đến các phản
ứng tích cực hơn của hệ thống.
- Quan hệ (relation): một sự tương tác liên tục giữa nhóm phân
tích và các khách
hàng trong suốt quá trình làm việc.
3.Các bước PTHT (9 bước)

Phân tích hệ thống hoàn chỉnh thuờng bao gồm 9 buớc chính. Các
bước này có
ranh giới không rõ ràng nên đôi khi chúng có thể tiến hành song
song, hoặc không theo
trình tự sau đây, và vài buớc có thể được lập lại trong quá trình.
1. Sắp xếp, tổ chức các chứng cứ, các kinh nghiệm cũng như kiến
thức khoa học
liên quan đến vấn đề cần giải quyết (khi mà nhà phân tích thu thập
thêm các
chứng cứ mới và phát triển kiến thức mới).

2

2


3

3

2. Xem xét các mục đích xã hội liên quan đến vấn đề và trợ giúp
các cá nhân, tổ
chức nhìn nhận lại các mục đích.
3. Tìm kiếm các phương án để đạt được các mục tiêu, và thông
thuờng là bao gồm
thiết kế và sáng tạo ra các cách mới.
4. Nhìn nhận lại vấn đề - trình bày lại - dựa trên những kiến thức
tích luỹ trong quá
trình phân tích.
5. Uớc lượng những tác động của nhiều tổ hợp hành động (phương

án hành động),
có cân nhắc đến tương lai bất định (uncrtainty future) và các cấu
trúc tổ chức bất định.Những bất định này luôn gắn liền với các
tootr hợp hành động có trong tương lai.
6. So sánh các phương án lựa chọn (alternatives) bằng cách áp
dụng nhiều tiêu chí
khác nhau trong việc đánh giá kết quả.
7. Trình bày các kết quả của nghiên cứu theo một khung phù hợp
cho việc lựa
chọn các phương án.
8. Trợ giúp trong các buớc tiếp theo của các hành động đã được
lựa chọn.
9. Ðánh giá, kiểm định (evaluate) kết quả của việc triển khai
(implementing) tổ
hợp của các hành động.
CHƯƠNG II:
1.Khái niệm cơ bản về PTHT.
3

3


4

4

- Hệ thống thủy văn là một cấu trúc hay thể tích trong một
khoảng thời gian bao quanh bởi biên hệ thống, nhận nước và các
biến vào khác, tự vận hành chúng và tạo ra nước cùng các biến ở
đầu ra. Hệ thống thủy văn có thể chia làm 3 hệ thống con:

+ Hệ thống nước trong khí quyển, bao gồm: giáng thủy, bốc hơi,
tích đọng trên lá, các quá trình thoát hơi qua lá.
+ Hệ thống nước mặt, bao gồm: chảy tràn suờn dốc, chảy mặt,
dòng sát mặt và dòng
chảy ngầm chảy ra các sông suối và đại dương.
+ Hệ thống nuớc sát mặt, bao gồm các quá trình thấm, hồi quy
nuớc ngầm, dòng chảy
sát mặt, và dòng ngầm.
- Hệ thống nguồn nước là một hệ thống tích hợp bao gồm hệ
thống tài nguyên
nước, hệ thống khai thác và quản lý, hệ thống sử dụng nước và
mối quan hệ tưong tác
trong mỗi hệ thống và giữa 3 hệ thống con đó với nhau
+ Hệ thống tài nguyên nước: bao gồm các dạng tồn tại của nước
có trong khí quyển,
thủy quyển và sinh quyển, được đặc trưng bởi trữ lượng, chất
lượng và sự phân bổ
theo không gian và thời gian.
+ Hệ thống khai thác và quản lý: bao gồm hệ thống các công trình
khai thác, vận
hành bảo tồn và các luật, nghị định, chính sách,quy định, quy trình
vận hành liên
quan đến tài nguyên nước.
+ Hệ thống sử dụng nước: bao gồm các nhu cầu của các hộ sử
dụng nước, phong tục,
tập quán dùng nước, v.
- Định nghĩa PTHT nguồn nước là nghệ thuật sáng tạo - thiết kế
(hay kỹ thuật) của việc ứng dụng các kiến thức và phương pháp
khoa học để giải quyết các vấn đề phức tạp liên quan đến tài
4

4


5

5

nguyên nước phát sinh từ các tổchức tư nhân hay nhà nuớc, có
liên quan đến xã hội và môi truờng xung quanh.
2. Tính bất ổn định trong thiết kế và PTHT nguồn nước.
- Sự bất định có thể định nghĩa một cách đơn giản là sự xảy ra các
sự kiện nằm ngoài sự kiểm soát của chúng ta. Tính bất định của
một hệ thống nguồn nước là một đặc tính không tất định và nằm
ngoài các sự kiểm soát của chúng ta.
- Các bất định trong dự án kỹ thuật tài nguyên nước có thể chia ra
làm một số nhóm cơ bản sau: thủy văn, thủy lực, công trình và
kinh tế.
* Bất định thủy văn được phân ra làm ba loại: bất định bản sinh,
thông số và mô hình.
+ Sự xảy ra của rất nhiều biến cố thủy văn như dòng chảy, mưa
nhìn chung có thể được xem là các quả trình ngẫu nhiên do tính
ngẫu nhiên bản sinh hay tự nhiên quan sát được.
+ Các loại bất định được gọi là bất định thông số và bất định mô
hình là do thiếu các thông tin thủy văn hoàn hảo về các quá trình
hay biến cố
* Bất định thủy lực được dùng để chỉ tính bất định có trong thiết
kế các công trình thủy lực và trong phân tích hoạt động của các
công trình này. Loại bất định này chủ yếu hình thành từ ba loại cơ
bản: mô hình, việc xây dựng và nguyên liệu, và các điều kiện

dòng chảy khi vận hành. Bất định công trình chỉ là sự cố từ sự yếu
kém của công trình. Các sự cố (hư hỏng) vật lý của các công trình
thủy lực trong các hệ thống nguồn nước có thể do nhiều vấn đề
như sự bão hòa nước và mật độ ổn định của đất, xói mòn và các
hư hỏng kết cấu thủy lực đất, hoạt động của sông, quá tải thủy lực,
sập đổ công trình, và nhiều thứ khác.
* Bất định kinh tế có thể phát sinh từ các loại bất định trong các
giá thành xây dựng, các giá trị thiệt hại, lãi ròng dự kiến, chi phí
cho vận hành và bảo quản công trình, trượt giá, tuổi thọ công trình
và các loại chi phí lợi nhuận vô hình khác.
5

5


6

6

Vấn đề về các xu thế lạm phát cũng tạo ra các loại bất định nên
được xét tới khi đánh giá lợi ích kinh tế của các dự án của nguồn
nuớc; cũng có rất nhiều các loại bất định kinh tế và xã hội có liên
quan đến các chi phí phi thuận lợi.
CHƯƠNG 3:
1. Bài toán tối ưu tổng quát
a. Các định nghĩa
Mỗi bài toán tối ưu bao gồm hai phần chính: hàm mục tiêu và một
tập hợp các ràng buộc
- Hàm mục tiêu mô tả chỉ tiêu đánh giá hoạt động của một hệ
thống.

- Các ràng buộc mô tả một hệ thống hay một quá trình đang được
thiết kế hoặc phân tích
- Một nghiệm khả thi các bài toán tối ưu hóa là tập hợp các giá
trị của các biến quyết định thỏa mãn đồng thời tất cả các điều
kiện ràng buộc. Miền nghiệm là miền chứa các nghiệm khả thi
được định nghĩa bởi các ràng buộc
- Một nghiệm tối ưu là một tập hợp các giá trị của các biến quyết
định thỏa mãn các ràng buộc và cho giá trị tối ưu của hàm mục
tiêu
b. Phân loại
- Quy hoạch tuyến tính và phi tuyến tính
+ Bài toán quy hoạch tuyến tính là bài toán có cả hàm mục
tiêu và tất cả các ràng buộc là tuyến tính.
+ Bài toán quy hoạch phi tuyến có nghĩa là một phần hoặc tất cả
các ràng buộc hoặc hàm mục tiêu là phi tuyến tính
- Tất định và bất định
+ Bài toán tất định bao gồm các hệ số và thông số là các giá trị
không đổi
+Bài toán bất định chứa các thông số tất định được xem như các
biến ngẫu nhiên
6

6


7

7

-. Tĩnh và động: Các bài toán tĩnh không xem xét một cách tường

minh về mặt thời gian thay đổi trong khi các bài toán động có
xem xét đến đến mặt này
- Liên tục và rời rạc : Các bài toán liên tục có các biến là liên tục
trong khi các bài toán rời rạc có các biến là rời rạc
- Tập trung và phân bố: Một bài toán tập trung nhìn nhận các
thông số và các biến đồng nhất trên hệ thống trong khi các bài
toán phân bố phải xem xét các biến đổi chi tiết các quá trình
trạng thái
c. Các bước giải
1. Phân tích quá trình để định nghĩa được các biến và các đặc
trưng cụ thể của quá trình mà ta quan tâm, có nghĩa là liêt tất cả
các biến.
2. Xác định chỉ tiêu đánh giá cho tối ưu hóa và thiết lập hàm mục
tiêu dựa theo các biến trên cùng với các hệ số. Bước này cung cấp
cho chúng ta mô hình hoạt động (đôi khi được gọi là mô hình
kinh tế nếu phù hợp)
3. Thông qua các diễn giải toán học, phát triển một quá trình hay
một mô hình công cụ chuẩn xác liên hệ giữa các biến vào-ra của
quá trình và các hệ số liên quan. Đưa vào sư dụng cả các ràng
buộc ở dạng phương trình và bất phương trình. Xác định các
biến độc lập và biến phụ thuộc để có được số các mức độ tư do.
4. Nếu việc thiết lập vấn đề có phạm vi quá rộng:
a. Chia nhỏ ra thành các phần nhỏ có thể giải quyết, hoặc:
b. Đơn giản hóa hàm mục tiêu và mô hình.
5. Áp dụng một kỹ thuật giải tối ưu phù hợp đối với các phát biểu
toán học của bài toán.
6. Kiểm tra kết quả, xác định độ nhạy của các kết quả đối với sự
thay đổi giá trị
các hệ số và các giả thiết.

7

7


8

8

d. Tối ưu đơn mục tiêu và đa mục tiêu
Một nghiệm khả thi của một bài toán quy hoạch đa mục tiêu là
không giảm nếu không tồn tại các nghiệm khả thi khác mà chúng
ta có thể cải thiện một mục tiêu mà không tạo ra một sự suy giảm
của ít nhất một mục tiêu khác
Tối ưu hóa f(x) = {f1(x), f2(x)…fk(x)}
e. Ứng dụng của tối ưu hóa vào hệ thống nguồn nước
1. Thiết lập các chính sách vận hành các hồ chứa
2. Thiết kế các dung tích hồ chứa và địa điểm xây dựng
3. Vận hành các nhà máy thủy điện
4. Vận hành các hệ thống tưới
5. Vận hành các tầng ngậm nước vùng để xác định lưu lượng
bơm và hồi quy
6. Thiết kế các hệ thống chuyển nước (dewatering) tầng ngậm
nước
7. Thiết kế các hệ thống cải tạo tầng ngậm nước
8. Xá định các thông số cho các tầng ngậm nước
9. Thiết kế và vận hành các hệ thống phân phối nước với chi phí
nhỏ nhất
10. Thay thế và phục hồi các thàng phần của hệ thống phân
phối nước

11. Xác định tuyến đường ống dẫn nước
12. Thiết kế các hệ thống tiêu thoát nước do bão với giá thàng
nhỏ nhất
13. Thiết kế các lưu vực chậm lũ
14. Xác định các dòng nước ngọt chảy vào các vịnh và các vùng
cửa sông
15. Xác định năng lượng và sản lượng của công ty.
2. Xây dựng mô hình tối ưu
Việc xây dựng mô hình tối ưu có thể được chia ra làm 5 giai đoạn
chính sau
1. Thu thập số liệu và mô tả hệ thống
2. Định nghĩa và thiết lập bài toán
8

8


9

9

3. Xây dựng mô hình
4. Kiểm định và đánh giá chất lượng mô hình
5. Áp dụng mô hình và diễn giải kết quả
* Các giả thiết của mô hình QHTT
1. Giả thiết về tính tỷ lệ: Giả thiết này có nghĩa là sự đóng
góp của biến quyết định thứ vào giá trị hiệu quả, cjxj, và
việc nó sử dụng các tài nguyên khác nhau, ajxj, là tỷ lệ trực
tiếp của biến quyết định tương ứng.
2. Giả thiết về tính cộng hợp: Giả thiết này có nghĩa là, tại

một cấp độ hoạt động cho trước (x1, x2,…,xn), tổng lượng
sử dụng các tài nguyên và sự đón góp vào giá trị hiệu quả
tổng hợp bằng tổng các giá trị tương ứng được tạo ra bởi các
hoạt động tiến hành riêng biệt.
3. Giả thiết về tính khả chia: Các đơn vị của các hoạt động
có thể được chia ra là nhiều cấp độ phân chia, do đó giá trị
không nguyên của các biến là chấp nhận được.
4. Giả thiết về tính tất định: tất cả thông số của mô hình
được giả thiết là không đổi và không có tính bất định. Ảnh
hưởng của tính bất định của các thông số tới kết quả có thể
được điều tra bằng việc tiến hành phân tích độ nhậy.
*** MÔ PHỎNG
Các bước xây dựng một mô hình mô phỏng có thể tóm
tắt như sau :
1. Thiết lập và định nghĩa vẫn đề: định nghĩa rõ rang mục tiêu
nghiên cứu để từ đó ra đi xác định các mục đích cụ thể, có
nghĩa là tại sao chúng ta hải nghiên cứu và chúng ta hi vọng
tìm cái gì? Bước thu nhậ số liệu dung để định nghĩa vấn đề
cũng cần thực hiện trong bước này.
2. Định nghĩa hệ thống: xác định các biên và các ràng buộc
của các hệ thống và điều tra hệ thống làm việc ra sao.
3. Thiết lập mô hình nhận thức : xậy dựng mô hình sơ bộ bằng
hình vẽ ( sơ đồ khối,v.v), định ra các thành phần, các biến
9

9


10

10

mô tả, sự tương tác( logic) của hệ thống. Kết quả của bước
này là một mô hình nhận thức.
4. Thiết lập mô hình toán: từ mô hình nhận thức ta lựa chọn
các phương trình toán học, logic để mô tả các thành phần và
quan hệ tương tác của chúng.
5. Xây dựng mô hình số: từ mô hình toán ta đi thiết lậ mô
hình số bằng các phương há trung bình, xấp sỉ..V.v.
6. Kiểm tra lỗi cú pháp và các lỗi lập trình khác
7. Xác định cá thông số của mô hình
8. Kiểm định chất lượng mô hình có thể dung phân tích độ
nhạy và phân tích bất định như các phương pháp đánh giá
chất lượng và kiểm định mô hình.
9. Thiết kế và tiến hành thí nghiệm số
10. Phân tích, diễn giải kết quả và biên tập báo cáo

10

10