Giáo trình quy hoạch và phân tích hệ thống tài nguyên nước (dự án tăng cường năng lực đào tạo cho trường đại học thuỷ lợi của chính phủ đan mạch DANIDA)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.99 MB, 437 trang )
1
M CL C
U............................................................................. 10
L I NÓI
CH
NG 1: H TH NG TÀI NGUYÊN N
C.................. 12
1.1. N i dung và các nguyên lý v h th ng ................................................... 12
1.1.1. H th ng và các đ c tr ng c a h th ng ........................................... 12
a.
.................................................................................................................................................. 12
nh ngh a
b. Các đ c tr ng c a h th ng
........................................................................................................................ 12
1.1.2. Phân lo i h th ng................................................................................ 15
1.1.2.1. H
1.1.2.2. H
1.1.2.3. H
1.1.2.4. H
1.1.2.5. H
1.1.2.6. H
th ng v i mơ hình vào - ra ........................................................................................................... 15
th ng có mơ t c u trúc bên trong - H p tr ng............................................................................. 15
t nh và h đ ng............................................................................................................................. 16
có đi u khi n và h khơng có đi u khi n .................................................................................... 16
t t đ nh và h ng u nhiên ............................................................................................................. 18
th ng trong đó bao g m các h th ng con.................................................................................... 18
1.1.3. Các bài toán c b n v h th ng và h th ng ch tiêu đánh giá .......... 18
1.1.3.1. Các bài toán c b n v h th ng ........................................................................................................ 18
1.1.3.2. H th ng ch tiêu đánh giá ................................................................................................................ 19
1.1.4. Ph
ng pháp phân tích h th ng ......................................................... 20
1.1.4.1. V n trù h c là gì?............................................................................................................................... 22
1.1.4.2. Khái ni m v lý thuy t đi u khi n ..................................................................................................... 24
1.1.4.3. Nh ng h n ch c a v n trù h c và lý thuy t đi u khi n - S ra đ i c a lý thuy t phân tích h th ng26
1.1.5. H th ng ph
ng pháp lu n trong phân tích h th ng ........................ 28
1.1.5.1. Ph ng pháp t i u hố..................................................................................................................... 28
1.1.5.2. Ph ng pháp mơ ph ng trong phân tích h th ng ............................................................................. 28
1.1.5.3. H th ng các quan đi m và nguyên lý ti p c n h th ng ................................................................... 29
1.2. H th ng tài nguyên n c......................................................................... 31
1.2.1. Tài nguyên n c ................................................................................... 31
1.2.2. Khái ni m v h th ng tài nguyên n c ............................................... 35
1.2.3. Các h th ng thành ph n c a h th ng tài nguyên n c..................... 36
1.2.3.1. H
1.2.3.2. H
1.2.1.3. H
1.2.3.4. H
1.2.3.5. H
th
th
th
th
th
ng tài nguyên n c m t........................................................................................................... 38
ng n c ng m.......................................................................................................................... 38
ng c p thoát n c và x lý n c th i đơ th ............................................................................ 39
ng ki m sốt l ........................................................................................................................ 39
ng t i tiêu .............................................................................................................................. 40
1.3. S ti p c n h th ng và các giai đo n phân tích h th ng tài nguyên
n c .......................................................................................................................... 41
1.3.1. Hình thành bài tốn quy ho ch và xác đ nh m c tiêu khai thác h th ng
............................................................................................................................... 41
1.3.2. Thu th p tài li u.................................................................................... 41
1.3.3. Xây d ng h th ng ch tiêu đánh giá quy ho ch .................................. 43
1.3.4. Thi t l p h th ng ph ng án .............................................................. 44
1.3.5. ánh giá ph ng án............................................................................. 44
1.3.6. Ch n ph ng án t t nh t...................................................................... 44
1.3.7. Th c hi n d án quy ho ch .................................................................. 45
1.4. Thi t l p hàm m c tiêu ............................................................................. 45
1.4.1. T ng h p các m c tiêu khai thác h th ng........................................... 45
2
1.4.2. Phân c p trong phân tích h th ng ...................................................... 46
1.5. S thu n l i và nh ng h n ch v ti p c n h th ng ............................. 48
1.6. T ng quan v h th ng tài nguyên n c Vi t Nam ............................ 48
1.6.1. c đi m chung v tài nguyên n c c a Vi t nam .............................. 48
1.6.1.1. Tài nguyên n
1.6.1.2. Tài nguyên n
c m t ......................................................................................................................... 50
c ng m ...................................................................................................................... 52
1.6.2. Nh ng nét chính v phát tri n tài nguyên n
c trong t
ng lai.......... 53
1.6.2.1. Nhu c u c p n c .............................................................................................................................. 53
1.6.2.2. Phát tri n n ng l ng......................................................................................................................... 54
1.6.2.3. Phòng ch ng l l t............................................................................................................................. 54
1.6.3. Nh ng thách th c trong l nh v c qu n lý tài nguyên n c.................. 55
CÂU H I CH
NG I..................................................................................... 56
CH
NG II: QUY HO CH TÀI NGUYÊN N
C ............. 57
2.1. Quy ho ch t ng h p tài nguyên n c ..................................................... 57
2.1.1. Nguyên lý chung ................................................................................... 57
2.1.2. Các v n đ đ t ra trong quy ho ch t ng h p tài nguyên n c............ 57
2.1.2.1. Nhu c u n c dùng và nhu c u n c sinh thái .................................................................................. 57
2.1.2.2. Yêu c u phát tri n b n v ng tài nguyên n c.................................................................................... 59
2.1.2.3. Nh ng n i dung c b n c a quy ho ch và qu n lý tài nguyên n c.................................................. 61
2.1.3. c đi m c a h th ng tài nguyên n c .............................................. 63
2.2. Nguyên t c và các th th c....................................................................... 65
2.2.1. Ch ng trình qu c gia v phát tri n tài nguyên n c ......................... 65
2.2.2. Quy ho ch l u v c sông ....................................................................... 66
2.3.3. Quy ho ch c p đ a ph ng .................................................................. 67
2.3.4. Quy ho ch vùng.................................................................................... 67
2.3.5. Quy ho ch chuyên dùng ....................................................................... 67
2.3.6. C p qu c t ........................................................................................... 68
2.3. Phân giai đo n trong quy ho ch tài nguyên n c.................................. 68
2.3.1. Thu th p và x lý d li u ...................................................................... 72
2.3.2. ánh giá tài nguyên n c và các yêu c u v n c.............................. 73
2.3.2.1. ánh giá tài nguyên n c .................................................................................................................. 73
2.3.2.2. Xác đ nh các yêu c u v n c ........................................................................................................... 73
2.3.3. Thi t l p hàm m c tiêu và ràng bu c ................................................... 74
2.3.4. D th o d án và l p quy ho ch s b ................................................ 76
2.3.5. Thi t l p và sàng l c các ph ng án.................................................... 77
2.3.6. B sung và nghiên c u chi ti t các ph ng án ch n............................ 77
2.3.7. ánh giá và hoàn thi n ph ng án quy ho ch .................................... 78
2.3.8. L p k ho ch ho t đ ng c a d án ....................................................... 78
2.3.9. Liên k t th c hi n ................................................................................. 79
2.4. C c u t ch c ........................................................................................... 79
2.4.1. Các chuyên gia ..................................................................................... 79
2.4.2. Các c p ra quy t đ nh........................................................................... 80
2.4.3. S ph i h p gi a các t ch c ............................................................... 81
2.4.4. Nâng cao n ng l c................................................................................ 81
3
2.5. S tham gia c a c ng đ ng trong quá trình quy ho ch ........................ 82
2.5.1. S c n thi t v s tham gia c a c ng đ ng .......................................... 82
2.5.2. Nh ng l i ích do s tham gia c a c ng đ ng mang l i ....................... 83
2.5.3. Nh ng y u t đóng góp c a các bên .................................................... 84
2.5.4. Các ho t đ ng trong quá trình tham gia c a c ng đ ng ..................... 85
2.6. Các y u t b t đ nh trong quy ho ch tài nguyên n c.......................... 85
CÂU H I CH
NG II ................................................................................... 86
CH
NG III: PHÂN TÍCH KINH T VÀ TÀI CHÍNH ...... 88
3.1. Kinh t k thu t và phân tích kinh t ...................................................... 88
3.1.1. Nguyên lý chung v kinh t k thu t ..................................................... 88
3.1.1.1. Khái ni m v phân tích tài chính và phân tích kinh t ....................................................................... 88
3.1.1.2. Khái ni m v chi phí và l i ích .......................................................................................................... 89
3.1.1.3. Giá tr và giá c .................................................................................................................................. 91
3.1.2. H s tri t kh u .................................................................................... 92
3.1.2.1. Giá tr th i gian c a đ ng ti n ........................................................................................................... 92
3.1.2.2. H s tri t kh u.................................................................................................................................. 94
3.1.3. Ph ng pháp tính tri t kh u................................................................. 94
3.1.4. Phân tích kinh t đa ph ng án ........................................................... 96
3.1.5. Tính hi u qu và h p lý trong phân tích kinh t .................................. 96
3.1.5.1. Giá tr thu nh p dòng t i th i đi m hi n t i NPV (Net Presnt Value)................................................ 96
3.1.5.2. Ch tiêu t s l i ích và chi phí B/C................................................................................................... 97
3.1.5.3. Ch s n i hoàn IRR (Internal Rate of Return) .................................................................................. 97
3.1.5.4. Th i gian hoàn v n tuy t đ i:............................................................................................................ 98
3.2. Phân tích L i ích-chi phí .......................................................................... 99
3.2.1. Phân tích chi phí đ i v i các d án quy ho ch ngu n n c................ 99
3.2.2. Phân tích l i ích đ i v i các d án quy ho ch ngu n n c................. 99
3.3. Ví d đi n hình ........................................................................................ 100
3.3.1. Gi i thi u d án.................................................................................. 101
3.3.2. ánh giá hi u qu kinh t ................................................................... 102
3.4. nh giá n c và chi phí n c và nh ng khó kh n ............................. 109
CÂU H I CH
NG III ............................................................................... 110
CH
NG IV S LI U, MƠ HÌNH MƠ PH NG H TH NG
.......................................................................................................... 111
4.1. S li u và phân tích s li u ..................................................................... 111
4.1.1 S li u tài nguyên n c ....................................................................... 111
4.1.2 Ph ng pháp quan tr c s li u ........................................................... 112
4.1.2.1 Các thi t b đo đ c ............................................................................................................................ 112
4.1.2.2 Vi n thám ......................................................................................................................................... 112
4.1.2.3 Phóng x ........................................................................................................................................... 112
4.1.3. Ngu n s li u...................................................................................... 113
4.1.4 Ch nh lý s li u (data validation)........................................................ 113
4.1.5 Thu th p và x lý s li u...................................................................... 114
4.1.5.1 Thu th p và x lý s li u m a .......................................................................................................... 114
4.1.5.2 Thu th p và x lý s li u m c n c.................................................................................................. 116
4.1.5.3. o l u l ng n c trong sông......................................................................................................... 122
4
4.1.5.4. Ph ng pháp đo và tính l u l ng bùn cát ...................................................................................... 130
4.1.5.5 Ph ng pháp đo và tính đ m n c a n c sơng vùng ven bi n ........................................................ 132
4.1.6. H th ng thông tin tài nguyên n c ................................................... 134
4.1.7 Các k thu t m i trong vi c thu th p và mô hình hố h th ng......... 135
4.1.7.1. K thu t vi n thám .......................................................................................................................... 135
4.1.7.2 H th ng thông tin đ a lý .................................................................................................................. 138
4.2. Mơ hình dịng ch y sơng ngịi................................................................. 141
4.2.1. Các d ng mơ hình dịng ch y sơng ngịi ............................................ 141
4.2.2. Khái ni m v mơ hình mô ph ng, s l a ch n và s d ng mơ hình... 142
4.2.2.1. Khái ni m ........................................................................................................................................ 142
4.2.2.2. Phân lo i mơ hình ............................................................................................................................ 143
4.2.2.3. Chu n b s li u và ch y mơ hình.................................................................................................... 146
4.2.2.4. Thơng s hố mơ hình và ki m đ nh................................................................................................ 146
4.2.2.5. Khai thác mơ hình............................................................................................................................ 149
4.2.3. Các mơ hình h th ng n
c m t......................................................... 150
4.2.3.1. Mơ hình m a dịng ch y .................................................................................................................. 150
4.2.3.2. Mơ hình di n tốn dịng ch y .......................................................................................................... 169
4.2.3.3. i u ti t h ch a và mơ hình mơ ph ng dịng ch y qua h ch a .................................................... 173
4.2.3.4. Mơ hình ch t l ng n c................................................................................................................. 180
4.3. Mơ hình l u v c sơng (Mơ hình h th ng) ........................................... 181
4.3.1. Khái ni m............................................................................................ 181
4.3.2. Gi i thi u m t s mơ hình l u v c ..................................................... 183
4.3.2.1 Mơ hình MIKE BASIN .................................................................................................................... 183
4.3.2.2 Mơ hình HEC-HMS......................................................................................................................... 186
4.3.2.3 Mơ hình HEC-Ressim...................................................................................................................... 187
4.3.2.4 Mơ hình MIKE 11 ............................................................................................................................ 190
....................................................................................................................... 203
4.3.2.5. Mơ hình MIKE SHE
CÂU H I CH
NG IV................................................................................ 204
CH
NG V: PH
NG PHÁP T I U HĨA NG D NG
TRONG PHÂN TÍCH H TH NG TÀI NGUYÊN N
C...... 205
5.1. Phân lo i t ng qt các mơ hình t i u................................................. 205
5.2. Quy ho ch tuy n tính (QHTT)............................................................... 206
5.2.1. Khái ni m............................................................................................ 206
5.2.2. Hai d ng c b n c a quy ho ch tuy n tính........................................ 208
5.2.2.1. D ng ràng bu c đ ng th c (d ng chính t c)
.................................................................................... 208
.............................................................................. 209
5.2.2.2. D ng ràng bu c b t đ ng th c (d ng chu n t c)
5.2.2.3.
a bài tốn quy ho ch tuy n tính v d ng chính t c...................................................................... 209
5.2.3.
nh lý c b n và các đ nh ngh a v quy ho ch tuy n tính................ 209
5.2.3.1. nh lý c b n c a quy ho ch tuy n tính......................................................................................... 209
5.2.3.2. Ph ng án c s và khái ni m v nghi m ....................................................................................... 210
5.2.3.3. i ng u .......................................................................................................................................... 211
5.2.4. Gi i bài toán quy ho ch tuy n tính b ng ph ng pháp đ th ........... 212
5.2.5. Ph ng pháp đ n hình ....................................................................... 215
5.2.5.1. Ph
5.2.5.2. Ph
ng pháp tính th d n................................................................................................................ 215
ng pháp l p b ng đ n hình ...................................................................................................... 227
5.3. Quy ho ch phi tuy n ............................................................................... 233
5.3.1. Nhân t Lagrange và nguyên lý Kuhn - Tucke................................... 233
5.3.2. Nhân t Lagrang và nguyên lý Kuhn - Tucke.................................... 234
5
5.3.3. Phân lo i bài toán quy ho ch phi tuy n.............................................. 235
5.3.4. Quy ho ch phi tuy n không ràng bu c............................................... 236
5.3.5. Gi i bài toán t i u phi tuy n không ràng bu c b ng ph ng pháp s
d ng đ o hàm ...................................................................................................... 238
5.3.5.1. Ph
5.3.5.2. Ph
5.3.5.3. Ph
ng pháp Gradient ..................................................................................................................... 238
ng pháp h ng d c nh t .......................................................................................................... 239
ng pháp Newton ...................................................................................................................... 240
5.3.6. Gi i bài toán t i u phi tuy n không ràng bu c b ng ph ng pháp
không dùng đ o hàm ........................................................................................... 243
5.3.6.1. Ph
5.3.6.2. Ph
ng pháp dị tìm theo h ng c a Hooke-Jeeves ........................................................................ 243
ng pháp dò tìm theo m u ......................................................................................................... 247
5.3.7. Bài tốn t i u có ràng bu c.............................................................. 255
5.3.7.1. Bài tốn ràng bu c đ ng th c .......................................................................................................... 255
5.3.7.2. Bài toán ràng bu c b t đ ng th c .................................................................................................... 256
5.3.7.3. Bài tốn có ràng bu c đ ng th c và b t đ ng th c .......................................................................... 258
5.4. Quy ho ch đ ng....................................................................................... 258
5.4.1. Khái ni m và nguyên lý ...................................................................... 258
5.4.2. Ph ng pháp quy ho ch đ ng v i bài toán phân b tài nguyên........ 259
5.4.2.1. Bài toán............................................................................................................................................ 259
5.4.2.2. Chi n l c nghi m........................................................................................................................... 260
L U ........................................................................................... 264
5.4.3. Ph
ng pháp quy ho ch đ ng tìm qu đ o ho c tr ng thái t i u.... 269
5.4.3.1. Phát bi u bài toán ............................................................................................................................ 269
5.4.3.2. Ph ng pháp gi i ............................................................................................................................. 271
5.5. T i u đa m c tiêu .................................................................................. 275
5.5.1. Khái ni m............................................................................................ 275
5.5.2. Ph ng pháp gi i bài toán t i u đa m c tiêu................................... 276
5.5.2.1.Ph ng pháp tr ng s ....................................................................................................................... 276
5.5.2.2. Ph ng pháp ràng bu c ................................................................................................................... 278
5.5.2.3. Ph ng pháp th a hi p theo th t u tiên SWT............................................................................. 279
CÂU H I CH
NG V ................................................................................. 284
CH
NG VI: TÍNH TỐN I U TI T DỊNG CH Y H
TH NG H CH A L I D NG T NG H P ........................... 285
6.1. Vai trò c a h th ng h ch a trong cân b ng n c h th ng và nhi m
v tính tốn đi u ti t h ch a............................................................................... 285
6.2. H th ng h ch a và phân lo i ............................................................ 288
6.2.1. Phân lo i theo c u trúc h th ng ....................................................... 288
6.2.2. Phân lo i theo ch c n ng, nhi m v thi t k h ch a ....................... 289
6.2.3. Phân lo i theo chu k đi u ti t ........................................................... 289
6.3. c đi m c a bài toán đi u ti t dòng ch y h th ng h ch a............. 290
6.3.1. T n t i m i quan h v m t th y v n, thu l c và thu l i ................ 290
6.3.2. S không đ ng nh t v hình th c đi u ti t ..................................... 291
6.3.3. S không đ ng nh t v t n su t b o đ m c p n c và ch ng l .. 291
6.3.4. a m c tiêu trong khai thác ngu n n c ....................................... 291
6.4. T n su t đ m b o c p n c ................................................................... 292
6
6.5. Ph ng pháp tính tốn dịng ch y......................................................... 294
6.6. Ngun lý tính tốn đi u ti t dịng ch y................................................ 294
6.7. Tính tốn đi u ti t dịng ch y cho h th ng h ch a c p n c .......... 297
6.7.1. c đi m c a h th ng h ch a c p n c....................................... 297
6.7.2. Tính tốn đi u ti t c p n c đ i v i h ch a đ c l p........................ 297
6.7.2.1.Tính tốn đi u ti t đ i v i h ch a đi u ti t n m ............................................................................. 297
6.7.2.2. Tính tốn đi u ti t đ i v i h ch a đi u ti t nhi u n m................................................................... 304
6.7.2.3. Tính tốn đi u ti t theo ph ng pháp đi u ti t toàn li t................................................................... 304
6.7.3. Tính tốn đi u ti t c p n c cho h th ng h khơng có quan h v m t
thu l i................................................................................................................. 308
6.7.3.1.Tr
6.7.3.2.Tr
ng h p h th ng h ch a song song.......................................................................................... 308
ng h p h th ng h ch a b c thang .......................................................................................... 308
6.7.4. Tính tốn đi u ti t c p n c đ i v i h th ng h ch a có quan h thu
l i......................................................................................................................... 310
6.7.4.1.Tính tốn đi u ti t b sung đ i v i h th ng h ch a có quan h thu l i........................................ 312
6.7.4.2. Ph ng pháp tính tốn t ng qt ..................................................................................................... 317
6.8. Tính tốn đi u ti t cho h th ng h ch a b c thang phát đi n...... 319
6.8.1.Tính ch t và ph m vi c a bài tốn ...................................................... 319
6.8.2.Ngun lý chung................................................................................. 319
6.8.3. Tính tốn đi u ti t cho h th ng h ch a b c thang phát đi n v i
công su t c đ nh cho tr c .............................................................................. 320
6.8.3.1. i v i h ch a đ c l p................................................................................................................... 320
6.8.3.2. Tính tốn cho tr ng h p h th ng h ch a b c thang.................................................................... 323
6.8.4. Xác đ nh công su t đ m b o c a h th ng h ch a b c thang v i
m c n c dâng bình th ng và đ sâu cơng tác cho tr c............................. 326
6.8.4.1.
6.8.4.2.
i v i h th ng h ch a đi u ti t n m ........................................................................................... 327
i v i h th ng h ch a đi u ti t n m ho c hình th c h n h p..................................................... 328
6.9. Tính tốn đi u ti t l cho h th ng h ch a...................................... 330
6.9.1. M t s khái ni m c b n ................................................................. 330
6.9.2. Tính tốn đi u ti t l đ i v i h ch a khơng có nhi m v phịng l cho
h du cơng trình ................................................................................................... 331
................................................................................................................... 331
6.9.2.1.
i v i h ch a đ c l p
6.9.2.2.
i v i h th ng h ch a
................................................................................................................. 333
6.9.3. Tính tốn đi u ti t l đ i v i h ch a có nhi m v phịng l h du... 334
6.9.3.1.
6.9.3.2.
i v i h ch a đ c l p................................................................................................................... 334
i v i h th ng h ch a................................................................................................................. 335
CÂU H I CH
NG VI................................................................................ 335
CH
NG VII: ÁP D NG K THU T PHÂN TÍCH H
TH NG TRONG QUY HO CH VÀ PHÂN TÍCH H TH NG
TÀI NGUN N
C ................................................................... 336
7.1. Phân tích m c tiêu................................................................................... 336
7.2. Q trình phân tích h th ng và l a ch n ph ng án quy ho ch...... 337
7.3. ng d ng ph ng pháp mô ph ng phân tích h th ng tài nguyên n c
................................................................................................................................. 337
7
7.3.1. S d ng mơ hình mơ ph ng xác l p m c tiêu, ph ng th c khai thác
............................................................................................................................. 337
7.3.2. S d ng mơ hình mơ hình mơ ph ng tìm l i gi i h p lý ................... 340
7.3.2.1. Nguyên lý chung.............................................................................................................................. 340
7.3.2.2. M t s ví d ..................................................................................................................................... 342
7.4. T i u hóa h th ng tài nguyên n c.................................................... 346
7.4.1. Bài toán quy ho ch t i u t ng quát .................................................. 346
7.4.2. Bài toán quy ho ch t i u .................................................................. 347
7.4.3. Bài toán phân ph i n c t i u.......................................................... 347
7.4.4. T i u hoá trong qu n lý v n hành h th ng ..................................... 349
7.4.5. T i u hoá đ i v i bài toán phát tri n h th ng................................. 351
7.4.5.1. Bài toán v đ u t xây d ng cơng trình ........................................................................................... 352
7.4.5.2. Bài tốn quy h ach t i u h th ng tài nguyên n c....................................................................... 355
7.4.6. Xung đ t v l i ích trong h th ng sơng ............................................ 359
7.4.7. Mơ hình t i u trong phân ph i n c................................................. 360
CÂU H I CH
NG VII .............................................................................. 365
CH
NG VIII: CÁC V N
QUAN TÂM V MÔI
NG, T CH C VÀ XÃ H I ............................................. 366
TR
Môi tr ng và s quan tâm c a xã h i v môi tr ng ............................... 366
8.1.1. T ng quan v đánh giá môi tr ng .................................................... 366
8.1.1.1. Phát tri n và tác đ ng môi tr ng.................................................................................................... 366
8.1.1.2. S ra đ i và phát tri n c a khoa h c TM ...................................................................................... 369
8.1.1.3. Nh ng khái ni m c b n v tác đ ng môi tr ng và đánh giá tác đ ng môi tr ng ....................... 370
8.1.2 Các khó kh n/thách th c trong đánh giá mơi tr ng ......................... 373
8.1.3 Các ph ng pháp lu n v đánh giá môi tr ng ................................. 373
8.1.3.1 Ph ng pháp lu n đánh giá môI tr ng............................................................................................ 373
8.1.3.2. Các ph ng pháp k thu t trong đánh giá tác đ ng mơi tr ng ...................................................... 381
8.1.3.3 Trình t đánh giá tác đ ng môi tr ng chung cho m t d án ........................................................... 381
8.1.4 ánh giá tác đ ng xã h i .................................................................... 384
8.1.4.1. M t s khái ni m ............................................................................................................................. 384
8.1.4.2. Các n i dung c a đánh giá tác đ ng môi tr ng xã h i ................................................................... 385
8.1.4.3. Các tác đ ng môi tr ng xã h i ch y u c n xem xét và đánh giá .................................................. 385
8.1.4.4. Ph ng pháp đánh giá d báo các tác đ ng xã h i c a d án PT .................................................... 386
8.1.4.5. Các bi n pháp gi m thi u tác đ ng môi tr ng xã h i..................................................................... 386
8.1.5. ánh giá môi tr
ng chi n l
c ........................................................ 386
8.1.5.1. Các khái ni m .................................................................................................................................. 386
8.1.5.2. Các ph ng pháp đánh giá môi tr ng chi n l c .......................................................................... 389
8.1.5.3. K thu t đánh môi tr ng chi n l c .............................................................................................. 390
8.1.5.4. L p, th m đ nh báo cáo đánh giá môi tr ng chi n l c................................................................. 391
8.1.6 Tích h p các v n đ môi tr ng trong quy ho ch tài nguyên n c ... 395
8.1.7. Lu t môi tr ng và các quy đ nh Vi t Nam .................................... 397
8.1.8. Gi i thi u tóm t t RIAM- M t cơng c đánh giá tác đ ng môi tr ng
............................................................................................................................. 397
CÂU H I CH
NG 8 .................................................................................. 401
CH
NG IX: LÝ THUY T QUY T
NH ........................ 402
9.1. Khái ni m ................................................................................................. 402
8
9.2. T i u hoá đa m c tiêu ........................................................................... 402
9.2.1 Các gi i pháp không u tiên hay Pareto............................................. 403
9.2.2. Phân lo i các ph ng pháp t i u hoá đa m c tiêu .......................... 404
9.2.3.1 Ph
9.2.3.2 Ph
ng pháp ràng bu c ................................................................................................................... 406
....................................................................................................................... 406
ng pháp tr ng s
9.2.4. Ph ng pháp quy ho ch m c tiêu (Goal programming ) .................. 408
9.2.5. Ph ng pháp th a hi p theo th t u tiên (SWT) ............................ 409
9.2.6. Các thu t tốn ti n hóa (heuristics) Thu t toán Gen........................ 410
9.3. Ra quy t đ nh theo phân tích đ tin c y ............................................... 421
9.3.1. Ph ng pháp mơ ph ng ng u nhiên................................................ 421
9.3.1.1. Thu t tốn m ng n ron th n kinh (ANN) ................................................................................... 421
9.3.1.2. Mơ hình mơ ph ng ng u nhiên ........................................................................................................ 424
9.3.2. H chuyên gia ..................................................................................... 427
9.4. H th ng h tr ra quy t đ nh ............................................................... 429
9.4.1. Khái ni m v h th ng h tr ra quy t đ nh (DSS) ........................ 429
9.4.2. Các thành ph n c a h th ng h tr ra quy t đ nh ....................... 431
9.4.3. H th ng h tr ra quy t đ nh trong quy ho ch và qu n lý ngu n
n c..................................................................................................................... 432
CÂU H I CH
NG IX................................................................................ 434
TÀI LI U THAM KH O........................................................ 435
9
L I NĨI
U
Mơn h c Quy ho ch và qu n lý tài nguyên n c đ c gi ng l n đ u tiên n c ta
vào n m 1993 – 1994 cho l p cao h c khoá I c a tr ng i h c Thu l i. ây là m t
mơn h c m i, có liên quan đ n nhi u l nh v c khác nhau c a k thu t tài nguyên n c.
nâng cao ch t l ng gi ng d y môn h c, đ c s tài tr c a Danida, giáo trình
đ c biên so n l n đ u tiên Vi t nam ph c v cho gi ng d y sau đ i h c.
Giáo trình “Quy ho ch và phân tích h th ng tài nguyên n c” đ c biên so n
theo khuôn kh Ch ng trình H tr ngành n c c a Danida, ti u h p ph n H tr
nâng cao n ng l c tr ng i h c Thu l i do Chính ph an m ch tài tr . Giáo trình
này ph c v gi ng d y mơn h c Quy ho ch tài nguyên n c ch ng trình cao h c và
có th s d ng làm tài li u tham kh o cho các nghiên c u sinh thu c l nh v c th y
v n, k thu t tài nguyên n c và phát tri n tài nguyên n c.
M c tiêu c a Giáo trình là gi i thi u nh ng khái ni m c b n v quy ho ch và
qu n lý và áp d ng các ph ng pháp phân tích kinh t k thu t, ph ng pháp phân tích
h th ng trong quy ho ch và qu n lý tài nguyên n c. N i dung c a giáo trình đ c
trình bày theo h ng ti p c n nh ng ph ng pháp nghiên c u hi n đ i trên th gi i v
quy ho ch và qu n lý tài nguyên n c. Ngoài nh ng nguyên lý chung v ph ng pháp
nghiên c u lý thuy t, giáo trình s trình bày các bài toán v quy ho ch h th ng h
ch a l i d ng t ng h p, quy ho ch phịng l , các bài tốn v qu n lý khai thác h
th ng tài nguyên n c, qu n lý ch t l ng n c. Giáo trình g m 9 ch ng:
n
Ch
Ch
ng 1: H th ng tài nguyên n c.
ng 2: Quy ho ch tài nguyên n c
Ch
ng 3: Phân tích kinh t và tài chính
Ch
ng 4: S li u và mơ hình mơ ph ng h th ng
Ch
c
Ch
ng 5: Ph
ng pháp t i u hóa ng d ng trong phân tích h th ng tài ngun
ng 6: Tính tốn đi u ti t dịng ch y cho h th ng hơc ch a l i d ng t ng h p
Ch ng 7: Áp d ng k thu t phân tích h th ng trong quy ho ch và phân tích h
th ng tài nguyên n c
Ch
Ch
ng 8: Các v n đ quan tâm v môi tr
ng 9: Lý thuy t quy t đ nh
ng, t ch c xã h i
Giáo trình do GS.TS Hà V n Kh i ch biên và biên so n các ch ng t 1÷7 và
tham gia vi t ch ng 9, PGS.TS Lê ình Thành biên so n ch ng 8, TS Ngô Lê Long
biên so n ch ng 9 và tham gia vi t ch ng 4.
T p th tác gi xin chân thành c m n Tr ng i h c thu l i, d án DANIDA
đã h tr và t o đi u ki n cho chúng tơi hồn thành tài li u này. C ng xin chân thành
c m n các đ ng nghi p đã đóng góp ý ki n và nh ng nh n xét b n th o c a chúng tơi.
Giáo trình “Quy ho ch và phân tích h th ng tài nguyên n c” l n đ u tiên đ c
biên so n Vi t nam ch c ch n s có nh ng h n ch nh t đ nh. R t mong ng i đ c
10
đóng góp nhi u ý ki n đ giáo trình có ch t l
theo.
ng h n cho nh ng l n xu t b n ti p
GS.TS Hà V n Kh i
11
CH
NG 1: H TH NG TÀI NGUYÊN N
C
1.1. N i dung và các nguyên lý v h th ng
1.1.1. H th ng và các đ c tr ng c a h th ng
a. nh ngh a
H th ng là m t t p h p các ph n t đ c s p x p theo m t tr t t nào đó, có m i
tác đ ng t ng tác l n nhau t o thành m t t p h p đ y đ .
Khái ni m v t p h p đ y đ đ
c hi u theo hai ngh a sau đây:
- M t là, khi nghiên c u m t h th ng, các ph n t c a nó đ c xem xét trong m i
quan h t ng tác v i các ph n t khác trong h th ng và quan h c a nó v i mơi
tr ng mà nó ho t đ ng.
- Hai là, các tính ch t c a t ng th khơng trùng v i các tính ch t c a cá th .
đó có ngh a là không th suy t t ng th ra các tính ch t c a cá th và ng c l i.
i u
Ngay trong đ nh ngh a v h th ng đã bao hàm m t quan đi m hi n đ i - ó là
quan đi m t ng th hay còn g i là "quan đi m h th ng". C n nh n m nh r ng, không
nên quan ni m m t h th ng l n là phép c ng đ n gi n c a các h th ng con v i nhau.
Vì r ng, các h th ng con khi k t h p v i nhau t o thành m t h th ng l n s phát sinh
nh ng tính ch t m i mà t ng h th ng con khơng có. Xem xét nh ng k t h p đó s
phát hi n nh ng tính "tr i" có l i ho c có h i trong khai thác h th ng đó. Do đó phát
hi n tính tr i c a h th ng là r t c n thi t đ quy t đ nh nh ng tác đ ng hi u qu nh t
trong thi t k và đi u khi n h th ng.
L y ví d đ n gi n, khi thi t k h th ng tiêu úng t ch y, kh n ng tiêu t ch y
c a h th ng ph thu c vào kh n ng g p g c a vô s các t h p gi ã m a và m c
n c ngồi sơng. N u ta ch n m t mơ hình tr ng thái mà m a trong đ ng và m c
n c ngồi sơng có cùng t n su t thi t k , thì khi đó t n su t thi t k đ m b o tiêu s
nh h n nhi u so v i tiêu chu n thi t k . Thông s công tác c a tr m b m tiêu có th
s thiên l n, trong qu n lý sau này s x y ra tình tr ng là th i gian s d ng công su t
c a tr m b m r t nh , gây lãng phí. N u có xem xét m i quan h t ng tác gi a m a
đ ng và m c n c sơng, thì các thơng s công tác c a tr m b m s khác h n và h p lý
h n.
Nói tóm l i, c n ph i có quan đi m h th ng trong phân tích và nghiên c u các h
th ng ph c t p, là s phân tích h th ng trong m i quan h t ng tác gi a các thành
ph n c u thành h th ng.
b. Các đ c tr ng c a h th ng
1. C u trúc h th ng
C u trúc c a h th ng là s s p x p các ph n t trong h th ng theo m t tr t t
nào đó cùng v i các tác đ ng t ng tác gi ã chúng. C u trúc c a h th ng đ c mô t
tu thu c vào m c đích nghiên c u c a h th ng. M t h th ng th c, nh ng m c đích
12
nghiên c u khác nhau s có s mơ t c u trúc khác nhau. M i thành ph n tham gia vào
c u trúc c a h th ng đ c đ c tr ng b i tham s nào đó g i là tham s c u trúc. Nh
v y, nói đ n c u trúc có ngh a là đã k đ n nh ng tham s đ c tr ng cho c u trúc và
m i quan h qua l i gi a các thành ph n c a c u trúc y.
2. Thông tin vào, ra c a h th ng
Có th đ nh ngh a nh sau:
đ
- Thông tin vào c a h th ng là t p h p t t c các" tác đ ng" vào h th ng đ nh n
c các thông tin ra c a h th ng.
Thông tin ra c a h th ng là t p h p t t c nh ng đ c tr ng mà ng
quan tâm khi có tác đ ng t ng ng đ u vào.
i nghiên c u
Nh v y l a ch n thông tin vào, ra c ng ph thu c vào m c tiêu nghiên c u. Nói
tóm l i cái gì c n quan tâm ta coi đó là thơng tin ra, cịn cái gì làm thay đ i thông tin ra
đ c coi là thông tin vào c a h th ng.
Các thông tin vào và ra đ c đ c tr ng b i m t đ i l ng nào đó có th coi là các
bi n và và g i là bi n vào, bi n ra. N u các đ i l ng này là các đ i l ng ph thu c
vào th i gian g i là các quá trình vào, ra ho c là các hàm vào, ra c a h th ng.
Các bi n vào c a h th ng bao g m c các bi n đi u khi n đ c và các bi n
không đi u khi n đ c. Ví d khi v n hành m t tr m b m tiêu, quá trình m a, b c h i
là các bi n vào không đi u khi n đ c, l u l ng b m qua tr m b m tiêu là bi n vào
đi u khi n đ c. Bi n ra c a h th ng có th là quá trình n ng l ng tiêu hao cho tr m
b m tiêu là hàm c a các bi n vào, c ng có th là s bi n đ i m c n c trong khu tiêu.
3. Tr ng thái c a h th ng và bi n c a tr ng thái
Tr ng thái c a h th ng là m t đ c tr ng quan tr ng c a bài toán đi u khi n h
th ng. V i tác đ ng t bên ngoài h th ng s "chuy n đ ng" theo m t qu đ o bi n
đ i theo th i gian. Qu đ o chuy n đ ng c a h th ng t i th i đi m b t k ph thu c
vào tr ng thái c a nó th i đi m tr c đó và nh ng tác đ ng t bên ngồi chính th i
đi m đó. H th ng mà tr ng thái c a nó m t th i đi m nào đó khơng nh ng ph
thu c vào tác đ ng t ngồi chính th i đi m đó, mà cịn ph thu c vào tr ng thái c a
nó nh ng th i đi m tr c đó g i là h th ng có nh .
i v i h th ng có nh ng i
ta đ a vào m t lo i bi n đ c tr ng cho tr ng thái c a nó, g i là bi n tr ng thái. Bi n
tr ng thái là m t hàm c a th i gian.
Trong tr ng h p mà tr ng thái c a h th ng ch ph thu c vào tác đ ng bên
ngồi chính th i đi m đó g i là h th ng khơng có nh thì vi c mơ t thêm bi n
tr ng thái là không b t bu c.
S mô t h th ng trình bày trên đây c n đ c hi u theo ý ngh a toán h c c a nó,
t c là s mơ t bi n vào, bi n ra c a h th ng có th không trùng v i " cái vào", " cái
ra" c a h th ng th c. Nh v y cùng m t h th ng th c nh ng m c đích nghiên c u
13
khác nhau thì s mơ t h th ng, bao g m các bi n ra và bi n tr ng thái c ng khác
nhau. Ta có th minh ho đi u đó b ng ví d sau đây :
Gi s ta xem xét đi u khi n m t kho n
theo hai cách đ t v n đ nh sau :
c phát đi n trong th i đo n t to đ n T
1) C n tìm quá trình x q(t) sao cho t ng công su t trong th i gian v n hành là l n
nh t.
2) Cho tr c ph t i N(t) c n phân ph i ph t i cho các t máy (có đ c tr ng công
tác khác nhau) sao cho t ng l u l ng trong th i gian v n hành là nh nh t.
G i Q(t) là quá trình n c đ n h ch a, H(t) là m c n c trong h ( bi n tr ng
thái); G là t p h p các ràng bu c c a đi u khi n. Theo cách đ t v n đ th nh t, ta
quan tâm đ n cơng su t đ u ra nên nó đ c ch n là bi n ra. Các bi n vào s tác đ ng
đ n quá trình N(t) là q(t) và Q(t), G là bi n vào và H(t) là bi n tr ng thái. Theo cách
đ t v n đ th hai thì bi n ra l i là q(t) còn các bi n vào là Q(t), N(t), G. Trên hình (11) và hình (1-2) là hai cách mô t trên đây.
Rõ ràng là hai h th ng đ u đ c mô t b ng 5 bi n nh nhau, nh ng m c đích
nghiên c u khác nhau thì tính ch t và tr t t các bi n s trong h th ng hoàn toàn khác
nhau.
Khi mô t h th ng, đi u quan tr ng nh t c a ng i làm h th ng là ph i xác đ nh
đ c đâu là bi n vào, bi n ra và đ c tr ng nào là bi n tr ng thái. Ngoài ra, c ng ph i
mơ ph ng đ c q trính trao đ i thông tin gi a các thành ph n trong h th ng, quan
h gi a bi n vào, bi n ra và bi n tr ng thái.
Q(t)
H TH NG
N(t)
Q(t)
H(T)
H(T)
G
G
q(t)
H TH NG
N (t)
q(t)
Hình 1- 1
Hình 1- 2
Ch ng h n, trên hình (1-1) c n thi t l p quan h :
N(t) = f ( Q(t), q(t), H(t), G, t).
Mu n làm đ c đi u đó, c n ph i xác đ nh đ
nó (biên) và mơi tr ng mà nó ho t đ ng.
14
(1-1)
c c u trúc h th ng, gi i h n c a
1
1
: M i quan h gi a các
4
X(t)
: Các ph n t c a h th ng
Y(t)
2
: ph n t
c a h th ng
X(t) : Hàm vào
3
Y(t) : Hàm ra
G iíi h¹n cđa hƯ thèng
Hình 1- 3: Mơ t t ng quát v h th ng
1.1.2. Phân lo i h th ng
Ph thu c vào đ c đi m c a h th ng, m c đích nghiên c u mà có cách phân lo i
khác nhau. D i đây là m t s lo i h th ng đ c tr ng :
1.1.2.1. H th ng v i mô hình vào - ra
X (t)
hƯ thè ng
(h é p ® e n )
Y (t )
Hình 1- 4: H th ng lo i h p đen
t
Lo i này không cho bi t c u trúc bên trong c a h th ng mà ch cho bi t quan h
ng tác gi ã bi n vào và bi n ra. H th ng lo i này có tên là " h p đen".
i v i h th ng (1-4) bi n vào và bi n ra có th là hàm c a th i gian. Cách mô t
này thu c lo i h th ng khơng có nh , t c là k t qu đ u ra t i m t th i đi m ch ph
thu c vào tác đ ng t i đ u vào chính th i đi m đó.
1.1.2.2. H th ng có mơ t c u trúc bên trong - H p tr ng
Khác v i lo i h p đen các h th ng lo i h p tr ng có thêm các bi n tr ng thái.
Vi c đ a vào không gian bi n tr ng thái giúp ta phân tích đ c "qu đ o chuy n
đ ng" c a h th ng ho c đoán bi t đ c xu h ng phát tri n c a h th ng trong t ng
lai. Do đó ng i nghiên c u đ nh h ng đ c các tác đ ng vào h th ng đ đ t đ c
m c tiêu mong mu n.
C u trúc bên trong c a h th ng cịn ph i đ c mơ t b ng các bi n g i là thông
s c u trúc, vì r ng các thơng s này s quy t đ nh s truy n thông tin t đ u vào đ n
s thay đ i tr ng thái và các ph n ng đ u ra. Các lo i h th ng mơ t trên hình (11), (1-2) thu c lo i h p tr ng.
15
M t h th ng mà m i quan h gi ã bi n vào, bi n ra và bi n tr ng thái đ c mô t
m t cách ch t ch b ng các bi u th c tốn h c g i là h có "c u trúc ch t", ng c l i
là h th ng "phi c u trúc", lo i h th ng có đ c tính trung gian g i là h th ng có "c u
trúc y u".
1.1.2.3. H t nh và h đ ng
H t nh là h mà các không gian bi n c a h th ng không ph i là hàm c a th i
gian. H đ ng là h có ch a bi n tr ng thái và các bi n vào, bi n ra đ u là hàm c a
th i gian. H t nh là tr ng h p riêng c a h đ ng khi các hàm th i gian đ c l y bình
quân trong m t kho ng th i gian nào đó.
1.1.2.4. H có đi u khi n và h khơng có đi u khi n
H th ng khơng có đi u khi n là h mà các thông tin vào không ch a các bi n
đi u khi n, ng c l i là h có đi u khi n. Nói chung, bi n đi u khi n và bi n tr ng thái
là các bi n đ c l p nhau, nh ng trong m t s tr ng h p, bi n tr ng thái c ng chính là
bi n đi u khi n. Ch ng h n khi đi u khi n h th ng kho n c, n u ch n m c n c
trong kho là bi n đi u khi n, khi đó l u l ng ra kh i h ch a là bi n ra, công su t
phát đi n c a nhà máy th y đi n c ng là bi n ra.
Các bi n ra trong tr ng h p này ph thu c vào m c n c h
cu i th i đo n
tr c và quy t đ nh m c n c h
cu i th i đo n đang đi u khi n. Trong tr ng h p
này mơ t h th ng có th trình bày trên hình (1-5). Các bi n ra trong tr ng h p này
ph thu c vào m c n c h
cu i th i đo n tr c và quy t đ nh m c n c h
cu i
th i đo n đang đi u khi n. Trong tr ng h p này mơ t h th ng có th trỡnh by trờn
hỡnh (1- 5).
Yyc(t)
X(t)
U(t)
Hệ thống
Z(t)
Y(t)
So sánh
Điều khiển
Hỡnh 1- 5: H th ng có đi u khi n
i v i các h th ng đi u khi n có m i liên h ng
c, có th chia ra làm 2 lo i:
+ H th ng đi u khi n bán t đ ng (hình 1-6) là h th ng mà khi x lý thông tin
và đi u khi n đ c th c hi n tr c ti p b i ng i đi u khi n. Ng i đi u khi n tr c
ti p quan sát ph n ng c a h th ng (có th có s tham gia c a máy tính đi n t ). Sau
khi phân tích, so sánh ng i đi u khi n tr c ti p ra quy t đ nh và đi u hành h th ng
đi u khi n.
16
X(t)
Biến điều khiển
U(t)
Thiết bị
điều khiển
Điều khiển bằng tay
Nhiễu
Quá trình
(Mô phỏng)
Biến ra Y(t)
Quan sát
so sánh và
tính toán, ra
quyết định
điều khiển
Mục tiêu ®iỊu
khiĨn Yc(t)
1.:Hình 1- 6: Q trình đi u khi n bỏn t ng
X(t)
Biến điều khiển
U(t)
Thiết bị điều
khiển tự động
Truyền thông tin điều khiển
Nhiễu
Quá trình
(Mô phỏng)
Biến ra Y(t)
Phần mềm
tính toán tự
động lựa chọn
quyết định
điều khiển
Bộ điều khiển
tự động
Mục tiêu điều
khiển Yc(t)
Hình 1- 7: Quá trình đi u khi n t đ ng [29]
+ M t h th ng mà quá trình đi u khi n hồn tồn đ c t đ ng hoá đ c g i là
đi u khi n t đ ng. Trong tr ng h p này ng i đi u khi n ch can thi p vào qúa trình
đi u khi n khâu l p ch ng trình đi u khi n. Quá trình đi u khi n đ c th c hi n t
đ ng khơng có s can thi p c a con ng i. Trình t th c hi n quá trình đi u khi n
đ c mơ t trên hình (1-7). Theo s đ này, các thông tin v tr ng thái c a h th ng,
qu đ o chuy n đ ng. .v.v.. đ c chuy n v b đi u khi n. T i đó b đi u khi n t
đ ng x lý thông tin, ra quy t đ nh đi u khi n và truy n thông tin đi u khi n v thi t
b đi u khi n. Nh n đ c tín hi u t b đi u khi n, thi t b đi u khi n t đ ng làm
vi c và đi u khi n đ i t ng v m c tiêu.
17
1.1.2.5. H t t đ nh và h ng u nhiên
H t t đ nh là h mà các bi n vào, bi n ra, các ràng bu c và m i quan h gi a các
ph n t trong h th ng là nh ng hàm t t đ nh. M t trong nh ng bi n trên là hàm ng u
nhiên ta g i là h ng u nhiên.
Các bi n vào h th ng (các bi n không đi u khi n đ
“nhi u”. Các h th ng ngu n n c đ u là h ng u nhiên.
c) là ng u nhiên ta g i là
C n phân bi t khái ni m t t đ nh và ng u nhiên trong mô t h th ng v i khái
ni m mơ t tốn h c nh mơ hình t t đ nh, mơ hình ng u nhiên. M t h th ng ng u
nhiên có th mơ t b ng mơ hình t t đ nh ho c mơ hình ng u nhiên.
1.1.2.6. H th ng trong đó bao g m các h th ng con
M t h th ng có th phân thành các h th ng con. S phân chia h th ng l n
thành các h con tu thu c vào kích c , đ c thù c a h th ng và các ph ng pháp phân
tích đ c áp d ng đ i v i h th ng đó.
hƯ thèng chÝnh
x1
HT1
y1 x 2
HT2
y2
..........
xi
yi
HTi
xn-1
yn-1
..........
HTn-1
xn
yn
HTn
Hình 1- 8: H th ng phân chia theo c u trúc đ c l p
H th ng l n đ c phân chia thành các h th ng con đ c l p v i nhau.
iv i
lo i c u trúc này, gi ã các h th ng con khơng có s trao đ i thơng tin. Các thông tin
trong h th ng ch trao đ i theo ph ng đ ng, t c là các h th ng con c p d i ch
trao đ i thông tin v i h th ng c p trên nó (xem hình 1-8). Trên hình (1-8) các ký hi u
đ c gi i thích nh sau: x1, x2, ..., xi, ... xn-1, xn là các ch tiêu ho t đ ng đ i v i các h
th ng con HT1, HT2, ...., HTn; y1, y2, ...., yn là các ph n ng c a các h th ng con
t ng ng v i các ch tiêu ho t đ ng x1, x2, ..., xi, ... xn-1, xn.
1.1.3. Các bài toán c b n v h th ng và h th ng ch tiêu đánh giá
1.1.3.1. Các bài toán c b n v h th ng
Trong th c t , khi nghiên c u h th ng, th
ng ph i gi i quy t ba bài toán c b n
sau:
- Thi t k h th ng theo h th ng ch tiêu nào đó: ch tiêu k thu t, kinh t v.v
- i u khi n h th ng đ đ t đ
c yêu c u khai thác đã xác đ nh.
- Phát tri n h th ng là chi n l
c phát tri n c a h th ng trong t
ng lai.
Trong bài toán thi t k h th ng th ng đã xem xét các ph ng án đi u khi n khi
h th ng đã đ c thi t l p. Trong m t s tr ng h p (trong đó có h th ng tài nguyên
18
n c), đi u khi n h th ng giai đo n thi t k th ng m i đ c nghiên c u s b trên
c s xem xét m t s ph ng án đi u khi n. Bài toán phát tri n h th ng là bài toán
b t bu c ph i gi i quy t khi vi c hình thành h th ng trong t ng lai kéo dài trong
nhi u n m.
1.1.3.2. H th ng ch tiêu đánh giá
Khi phân tích h th ng trong đi u khi n, đi u khi n ho c phát tri n h th ng, c n
ph i xác đ nh m c tiêu c a nó. M c tiêu đ i v i h th ng ch a đ c xác đ nh thì
khơng th nói là "bài toán" đ c. M c tiêu khai thác h th ng đ c mơ t và l ng
hố b ng m t ho c h th ng ch tiêu nào đó, mà nó ph n nh đ c m c tiêu nghiên
c u ho c khai thác h th ng. H th ng ch tiêu đó g i là h th ng ch tiêu đánh giá. H
th ng ch tiêu đánh giá đ c l ng hoá theo nh ng d ng r t khác nhau, có th khái
quát m t s d ng c b n nh sau:
+ H th ng ch tiêu đánh giá đ c mô t b ng m t ho c m t s h u h n các đ ng
th c ho c b t đ ng th c. Các bi u th c đó đ c vi t đ i v i hàm ra c a h th ng Y(t).
D ng t ng quát c a lo i h th ng ch tiêu này đ c vi t nh sau:
Fj(Y) ≤ bj v i
j = 1,m
(1-2)
Trong đó F là hàm bi u di n qua hàm ra c a h th ng Y(t). Bi u th c (1-2) đ c
vi t m t cách t ng quát, t ng ng v i d u "≤" có th đ c thay b ng d u " = " ho c
b ng d u "≥".
tr
Trong đó m là s ch tiêu trong h th ng ch tiêu đánh giá. Các hàm Fj(Y) trong
ng h p này đ c coi là các d ng ràng bu c v m c tiêu.
đ
+ H th ng ch tiêu đánh giá là m t ho c m t s h u h n các hàm s mà nó c n
c làm c c tr , có d ng:
Fj(Y) → max (min) v i j = 1, ho c v i j = 1, m
Các hàm Fj(Y) trong tr
ng h p này đ
(1- 2)
c g i là hàm m c tiêu.
+ H th ng ch tiêu đánh gía có d ng h n h p, t c là m t s ch tiêu đánh giá
đ c mô t b ng các hàm m c tiêu d ng (1-2), s cịn l i đ c mơ t nh m t ràng
bu c c a h th ng v m c tiêu, có d ng (1-3).
F1(Y) → max (min)
Fj(Y) ≤ Sj v i j = 1, m
(1-3)
Trong tr ng h p s ch tiêu trong h th ng ch tiêu đánh giá, đ c mô t theo (12) ho c (1-3) có j = 1, bài tốn m t m c tiêu duy nh t. Khi j > 1, bài toán đ c g i là
đa m c tiêu.
Ví d : H ch a Hịa Bình đ c thi t k v i ba m c tiêu chính là phát đi n, phòng
l , c p n c h du v i m c n c dâng bình th ng đã n đ nh là 115 m. M c tiêu c a
bài toán đ t ra nh sau: c n xác đ nh đ sâu cơng tác có l i nh t c a h ch a v i đi u
19
ki n h ch a, đ m b o nhi m v phòng l cho h du t n su t 0,8% v i m c n c
kh ng ch t i Hà N i là 13,40 m; đ đ m b o c p n c cho h du c n x xu ng h du
l u l ng t i thi u b ng 600 m3/s khi dòng ch y đ n h t ng ng v i n m có t n su t
n c đ n 95%. Ta mô t các ch tiêu đánh giá v i ba m c tiêu nh sau:
M c tiêu phát đi n:
Nđb(hct) → max
(1-4a)
M c tiêu phòng l theo t n su t ch ng l h du P =0,8%:
ZHN ≤ 13,40 m
M c tiêu c p n
(1-4b)
c:
Qmin(t)≥ 600 m3/s
V i ràng bu c:
Hc≤ Z ≤ 115 m
(1-4c)
(1-4d)
Trong đó: Nđb(hct) là công su t đ m b o c n đ c t i u theo đ sâu công tác hct;
ZHN là m c n c Hà N i; Qmin(t) là l u l ng t i thi u c n x xu ng h du đ đ m b o
yêu c u c p n c; Zlà m c n c h ; Hc là m c n c ch t. Các bi u th c (1-4a) đ n
(1-4c) là hàm m c tiêu, (1-4d) là ràng bu c k thu t.
H th ng ch tiêu đánh giá có d ng các hàm (1-2), và (1-3), là tiêu chu n đánh giá
ch t l ng c a h th ng v i các m c tiêu đã đ t ra, b i v y đ c g i là các hàm ch t
l ng, đã đ c trình bày trong nhi u tài li u.
1.1.4. Ph
ng pháp phân tích h th ng
Sau chi n tranh th gi i l n th hai, do yêu c u c a th c t s n xu t, các nhà khoa
h c ph i xem xét các ph ng pháp toán h c nh m tìm ki m l i gi i t i u khi thi t k
và đi u khi n các h th ng ph c t p. Hai môn h c m i ra đ i (vào nh ng n m 50) ó là V n trù h c và Lý thuy t đi u khi n. Hai mơn h c này có m t m c tiêu chung là
nghiên c u các chi n l c t i u khi đi u khi n và thi t k các h th ng ph c t p. Tuy
nhiên, v n trù h c h ng nhi u h n vào các bài toán t nh, t c là các bài tốn khơng
ch a các bi n ph thu c vào th i gian, ho c có thì c ng đ a v bài toán t nh b ng cách
đ a v các s đ nhi u giai đo n. Trong khi đó lý thuy t đi u khi n l i b t đ u t các
bài toán đi u khi n trong đó có ch a các bi n ph thu c th i gian. Các ph ng pháp
t i u hố c ng vì đó mà phát tri n r t m nh đ c bi t là các ph ng pháp s trong tính
tốn t i u.
Trong quá trình phát tri n, hai lo i lý thuy t này đã hoà h p v i nhau. Nhi u bài
tốn v n trù h c có th trình bày và mơ t theo ngơn ng c a lý thuy t đi u khi n, và
ng c l i các bài tốn đi u khi n có th trình bày theo d ng m t bài tốn v n trù h c.
Do đó m t s nhà nghiên c u quan ni m v n trù h c là m t b ph n c a lý thuy t đi u
khi n, s khác thì có quan đi m ng c l i.
Lý thuy t đi u khi n và v n trù h c đã là công c r t hi u qu cho các nhà nghiên
c u khi gi i quy t các bài toán thi t k và đi u khi n các h th ng k thu t. Tuy nhiên,
20
hai môn h c này c ng ch d ng l i bài tốn có quy mơ khơng l n. Trong th c t
th ng g p nh ng h th ng l n và c u trúc ph c t p, đ c bi t là nh ng h th ng có
ch a nhi u y u t b t đ nh. M t s h th ng có c u trúc y u, không cho phép mô t
b ng ngơn ng tốn h c m t cách ch t ch . Trong nh ng tr ng h p nh v y, v n trù
h c và lý thuy t đi u khi n không cho l i gi i mong mu n. Nh ng lo i h th ng nh
v y đòi h i m t ph ng pháp phân tích khoa h c, c n cân nh c nhi u m t và k t h p
ph ng pháp hình th c và phi hình th c. i u đó địi h i m t s phát tri n m i c a
toán h c và do đó ra đ i m t mơn khoa h c m i - Lý thuy t phân tích h th ng. Lý
thuy t phân tích h th ng th c ra ch là giai đo n phát tri n c a v n trù h c và lý
thuy t đi u khi n [14].
Quy ho ch và qu n lý h th ng tài nguyên n c hi n nay đ c coi nh m t ngành
khoa h c quan tr ng, thu hút s quan tâm l n c a các nhà khoa h c th y l i, tốn h c
và mơi tr ng. Trong nh ng n m g n đây, s các cơng trình khoa h c liên quan đ n
l nh v c này trên th gi i t ng lên m t cách đáng k . Các nghiên c u thu c l nh v c
quy ho ch và qu n lý h th ng tài nguyên n c n c ta ch a đ c nghiên c u nhi u.
B i v y, nó đ c coi tr ng hàng đ u trong nghiên c u ng d ng hi n nay.
V n đ quy ho ch và qu n lý tài nguyên n c là m t v n đ ph c t p. Khi mà
m c đ khai thác c a con ng i đ i v i h th ng tài ngun n c cịn m c th p, thì
vi c ra quy t đ nh trong các ph ng án quy ho ch, đi u hành h th ng có th ch c n
đ n nh ng ph ng pháp truy n th ng. Ng i ra quy t đ nh ch c n d a trên m t s
h u h n nh ng nghiên c u c th ho c th c hi n m t s ph ng án tính tốn khơng
ph c t p đ ra quy t đ nh. Nh ng đ n khi s khai thác và can thi p c a con ng i vào
h th ng tài nguyên n c t ng lên, thì các bài tốn h th ng tr nên r t ph c t p.
Ng i làm quy t đ nh ph i gi i quy t m t bài tốn có dung l ng l n các thông tin.
Trong h th ng t n t i nhi u m i quan h c n ph i gi i quy t, nhi u m c tiêu khai thác
c n ph i đ c p đ n.
Trong tr ng h p nh v y, nh ng ph ng pháp truy n th ng t ra khơng cịn có
hi u qu n a. i u đó địi h i ph i có nh ng ph ng pháp phân tích hi n đ i, v i s
x lý thông tin nhanh giúp ng i làm quy t đ nh có nhi u c h i l a ch n các quy t
đ nh h p lý. Mơ hình tốn h c cùng v i s pháp tri n c a công c tính tốn nhanh đã
giúp ích cho làm thay đ i v ch t trong các nghiên c u v h th ng tài nguyên n c.
ó là ph ng pháp phân tích h th ng.
Trong nh ng n m g n đây, lý thuy t phân tích h th ng đã đ c áp d ng trong các
bài toán quy ho ch, thi t k và đi u khi n h th ng tài nguyên n c. M c dù s áp
d ng lý thuy t phân tích h th ng đ i v i các h th ng tài nguyên n c m i ch b t
đ u vào nh ng n m 70, nh ng đã t o ra s thay đ i v ch t trong nghiên c u, qui
ho ch, qu n lý h th ng thu l i và ti n m t b c khá xa so v i nh ng ph ng pháp
truy n th ng đ c áp d ng tr c đây. Hi n nay, thuy t phân tích h th ng đã đ c
ng d ng r ng rãi trong qui ho ch tài nguyên n c nhi u qu c gia. Tuy nhiên,
n c ta công vi c này m i ch b t đ u trong nh ng n m g n đây. Trong th c t hi n
nay, nhi u bài toán qui ho ch, đi u khi n ch a có đ c nh ng gi i pháp h p lý. Có
21
nhi u nguyên nhân, nh ng nguyên nhân ch y u là ch a có quan đi m h th ng khi
xem xét các v n đ trên đây. M t khác, thuy t phân tích h th ng ch a đ c áp d ng
nh m t ph ng pháp c n thi t trong phân tích các chi n l c qui ho ch và đi u khi n
h th ng tài nguyên n c.
Hi n nay, các tài li u khoa h c trên th gi i liên quan đ n l nh v c quy ho ch và
khai thác tài nguyên n c th ng đ c trình bày theo quan đi m h th ng v i s ng
d ng thuy t phân tích h th ng. B i v y, ti p c n thuy t phân tích h th ng khơng ch
cịn là v n đ nh n th c mà là m t yêu c u c p thi t đ i v i ng i làm công tác qui
ho ch và đi u khi n h th ng thu l i.
ng d ng lý thuy t phân tích h th ng trong quy ho ch và qu n lý tài nguyên
n c có nh ng khó kh n nh t đ nh, đòi h i nh ng ng i nghiên c u h th ng có ki n
thích liên ngành và có kinh nghi m. Có th nói lý thuy t h th ng ch là cơng c tốn
h c c n thi t đ phân tích h th ng khi l p các k ho ch khai thác, đi u khi n và qu n
lý tài nguyên n c.
Các ph ng pháp ti p c n v i bài toán quy ho ch và qu n lý ngu n n c v i s
ng d ng lý thuy t phân tích h th ng r t đa d ng, trong đó mơ hình mơ ph ng đ c
coi là cơng c chính trong q trình phân tích và ti p c n h th ng. ây là b c đi đ u
tiên trong phân tích và thi t k h th ng ngu n n c. Các mơ hình t i u hoá đ c
ng d ng r ng rãi và đ c coi là m t công c phân tích h th ng. Nguyên lý ti p c n
t ng b c đ c coi là m t nguyên t c trong q trình phân tích h th ng đ i v i các
h th ng b t đ nh, trong đó có h th ng ngu n n c.
Khi phân tích h th ng ngu n n
c c n làm rõ nh ng v n đ chính sau đây:
-
Hi u qu kinh t c a ph
ng án quy ho ch;
-
Hi u qu phát tri n kinh t xã h i c a quy ho ch;
-
Tác đ ng đ n môi tr
-
S đ m b o v nhu c u n
-
S đ m b o v phát tri n b n v ng.
ng ;
c sinh thái;
1.1.4.1. V n trù h c là gì?
Có th phát bi u m t cách t ng quát nh là m t đ nh ngh a v v n trù h c nh sau:
V n trù h c là m t môn khoa h c mà nhi m v c b n c a nó là tìm ki m l i gi i
t i u khi thi t k m t h th ng ph c t p. Các thông s c u trúc c a h th ng tìm đ c
trong quá trình t i u hố g i là các thơng s t i u thi t k c a h th ng.
Gi s c n xác đ nh các thông s c u trúc c a h th ng v i s đòi h i t i u theo
m t tiêu chu n nào đ y, túc là làm c c tr m t hàm m c tiêu nào đó, có d ng:
F(x1, x2, ..., xi,..., xn) → min (max)
v i các ràng bu c:
22
)
2(1-5)
g1 (x1, x2,..., xn) ≤ b1
g2 (x1, x2,..., xn) ≤ b2
.................................
gj (x1, x2,..., xn) ≤ bj
.
(1-6)
.
gm (x1, x2,..., xn) ≤ bm
Trong đó b1, b2, ., bj,....,bm là nh ng giá tr đã bi t.
Gi s X là véc t hàng n chi u c a các bi n thông s c u trúc.
X = ( x1, x2,..., xn)
khi đó h (1-5), (1-6) có th vi t l i d
(1-7)
i d ng g n h n :
F(X) → min (max)
v i gj(X) ≤ bj
(1-8)
_____
j = 1,m
(1-9)
Nghi m t i u c a bài toán s là:
X* = x1*, x*2 ,...., xi*,...x*n )
(
(1-10)
N u h (1-5), (1-6) ho c (1-8), (1-9) tho mãn, ta có nghi m t i u c a bài toán .
Các bi u th c toán h c (1-5), (1-6) ho c (1-8), (1-9) g i là mô hình t i u. Các
ph ng pháp tốn h c đ i v i bài toán t i u (1-8), (1-9) ho c (1-5), (1-6) g i là các
ph ng pháp t i u. Trong th c t , các ph ng pháp t i u hố có tên g i là "quy
ho ch toán h c". Ch ng h n quy ho ch tuy n tính đ c áp d ng đ i v i các mơ hình
t i u d ng tuy n tính, quy ho ch phi tuy n đ c áp d ng đ i v i các bài toán phi
tuy n.
C n phân bi t rõ các khái ni m "bài toán t i u" và " ph ng pháp t i u". Khi
xác đ nh chi n l c t i u m t h th ng b ng cách xác l p các mơ hình t i u d ng
t ng qt (1-8) và (1-9) g i là bài toán t i u, các ph ng pháp gi i các bài toán d ng
trên g i là các ph ng pháp t i u.
V n trù h c có nhi m v c b n là tìm ki m gi i pháp t i u khi thi t k ho c xác
l p m t chi n l c khai thác h th ng trên c s thi t l p các mô hình t i u và
ph ng pháp gi i các bài toán t i u hoá.
Nh v y bài toán v n trù h c bao g m nh ng n i dung sau:
(1) Xác đ nh m c tiêu khai thác h th ng, thi t l p c u trúc c a h th ng và l a
ch n h th ng ch tiêu đánh giá.
23
(2) Xây d ng mơ hình tốn h th ng theo các ch tiêu đánh gía c a m c tiêu khai
thác h th ng.
(3) Gi i bài toán t i u đã thi t l p.
(4) Quy t đ nh nghi m c a bài toán.
Trên đây là s mơ t m t cách t ng qt bài tốn v n trù h c. Trong th c t các
m u bài tốn có th khác nhau, nh ng nói chung có th đ a v d ng t ng quát trên
đây.
1.1.4.2. Khái ni m v lý thuy t đi u khi n
Lý thuy t đi u khi n đ c nghiên c u b t đ u t các đ i t ng mà chuy n đ ng
c a nó đ c mơ t b ng ph ng trình vi phân th ng. B i v y, đ có khái ni m v bài
toán đi u khi n hãy b t đ u t ví d đ i v i l p bài thu c lo i này.
Gi s m t đ i t
(1-11) có d ng:
dS
ng chuy n đ ng theo quy lu t đ
c mô t b ng ph
= f(x,s,u,t)
ng trình
(1-11)
dt
Trong đó x=x(t) là tác đ ng t bên ngồi (nhi u) khơng đi u khi n đ c, s = s(t)
là bi n tr ng thái c a h th ng; u = u(t) là bi n đi u khi n đ c vi t d i d ng đ y đ :
u = u(x(t), s(t), t )
( 1-12)
C ng có th bi n đi u khi n u(t) ch ph thu c vào m t ho c hai bi n s c a (112), ch ng h n:
u = u(x(t), t); u = u(s(t), t) ho c u = u(t); u = u (s(t)); u = u(x(t)).
Ph ng trình (1-11) mơ t s thay đ i tr ng thái c a đ i t
g i là Ph ng trình tr ng thái.
(1-13)
ng đi u khi n nên cịn
Nhi m v c a bài tốn đi u khi n là xác đ nh chi n l c đi u khi n, t c là tìm
ki m đi u khi n u(t) đ đ i t ng đi u khi n đ t m c tiêu mong mu n c a ng i đi u
khi n. M c tiêu đi u khi n đ c l ng hố b ng m t hàm s có ch a bi n đi u khi n
u(t), bi n tr ng thái s(t) và nhi u x(t), đ c g i là hàm m c tiêu. Nh v y, đ đ t đ c
m c tiêu mong mu n, c n ph i làm c c tr hàm m c tiêu.
Gi s c n đi u khi n đ i t ng nào đó, mà quy lu t chuy n đ ng c a nó đ c mơ
t theo (1-11), t tr ng thái ban đ u So = S(to) đ n tr ng thái St = S(T) sao cho đ t c c
tr m t phi m hàm nào đ y có d ng:
T
J = ∫ F(x, u, s, t)dt → max (min)
o
V i bi u th c ràng bu c là G(x,u,s,t) ≤ b ; b là h ng s cho tr
24
(1-14)
c.
Trong đó J g i là hàm m c tiêu ho c còn g i là hàm ch t l
nhau tu thu c vào l p bài toán đ c nghiên c u.
ng, có ý ngh a khác
Nghi m c a bài toán đi u khi n t i u là véc t đi u khi n t i u:
U ∗ = U ∗ (t )
T
(1-15)
ng ng v i đi u khi n t i u U* là qu đ o t i u S* :
S* = S ∗ (t )
(1-16)
Nh v y, nhi m v c a bài toán đi u khi n là tìm đi u khi n U* và qu đ o đi u
khi n S* đ đ a đ i t ng đ t đ c m c tiêu đi u khi n đã đ t ra.
Ta y m t ví d minh ho v i m t h ch a làm nhi m v phát đi n. Bài toán đ c
đ t ra nh sau: Gi s dung tích ban đ u c a h ch a t i th i đi m t0 là V0 t ng ng
v i m c n c ban đ u là H0. Tìm quá trình l u l ng qua tuyêc bin qtb(t) sao cho t ng
công su t c a tr m thu đi n trong kho ng th i gian T t t0 đ n tn (T = tn-t0) là l n
nh t.
Ph ng trình tr ng thái bi u th s thay đ i dung tích h ch a chính là ph
trình cân b ng n c:
dV
dt
)
(
= Q(t ) − q (t ) dt
r
V i:
ng
(1-17)
qra(t) = qtb(t)+qx (t)+qtt(t)
Hàm m c tiêu có d ng:
tn
tn
J = ∫ N(t)dt = ∫ 8.5q (t)H(t) dt
tb
to
to
→ max
(1-18)
V i ràng bu c: qmin ≤qtb(t)≤qmax
Trong đó:
- Q(t), qtt(t) là l u l
(nhi u ng u nhiên).
ng đ n h và l u l
ng t n th t là các đ i l
ng ng u nhiên
- qtb(t) là bi n đi u khi n - i u khi n c a h th ng t i th i đi m t
- H(t) là chênh l ch c t n c th ng h l u; qx (t) là l u l
đi m t; N(t) là công su t c a tr m thu đi n t i th i đi m t.
ng x th a t i th i
- V = V(t) là dung tích h t i th i đi m t đóng vai trị bi n tr ng thái.
- qmin là l u l
cho h du.
- qmax là l u l
ng nh nh t c n x xu ng h du đ đ m b o yêu c u c p n
c
ng l n nh t x qua nhà máy th y đi n.
25
