Chuong 1 phan tich he thong tai nguyen nuocb

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHĐN

CHƯƠNG 1
PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TÀI NGUYÊN NƯỚC

Clic k to edit Master text styles
S eco nd level
Third level
Fo urth level
F ifth level

TS. Lê Hùng
Khoa Xây dựng Thủy lợi Thủy điện
Trường Đại học Bách Khoa

1


NỘI DUNG

1.1. Giới thiệu về phân tích hệ thống tài nguyên nước

1.2. Phương pháp mô hình hóa hệ thống tài nguyên nước

1.3. Kỹ thuật phân tích hệ thống

1.4. Phân tích độ nhạy thông số


1.1. Giới thiệu về phân tích hệ thống tài nguyên nước

1.1. Giới thiệu về phân tích hệ thống tài nguyên nước
Khái niệm cơ bản



Quy hoạch, quản lý và thiết kế: Các quá trình cơ bản của phát triển bền vững.



Quy hoạch và thiết kế: Phân tích các chi phí, các lợi ích đạt được và các ảnh hưởng đến môi trường. Thiếu
phân tích này: Sử dụng lãng phí tài nguyên (thiên nhiên cũng như nguồn lực xã hội), không đạt được sự cân
bằng giữa phát triển và duy trì môi trường, hệ sinh thái.


1.1. Giới thiệu về phân tích hệ thống tài nguyên nước
trợ

Khái niệm cơ bản

hỗ
đa

lẻ

án

án đơn

dự
Hiện

triển

nay

Chính trị

c
mụ

•

•

Trình độ phát

đíc

mục
Đơn

•

đổi

Dân số

h

đích

thay

•
•

Các

Các dự
têu
mục

Đa

•

têu

Đơn

c
mụ

trường

Kinh tế

Đa

Kỹ thuật

Môi

•

đây

Áp lực

•

•

Trước

Chính trị




1.1. Giới thiệu về phân tích hệ thống tài nguyên nước
Khái niệm cơ bản
Hệ thống: Một hệ thống là một tập hợp của
các thành phần và mối quan hệ của chúng
hình thành nên một thực thể (ví dụ, một lưu
vực sông) được tác động bởi các lực hay
ảnh hưởng ngoại vi (bên ngoài) hoặc đầu
vào (lượng mưa) và tạo ra một hiệu ứng
hoặc đầu ra (dòng chảy) cụ thể.

1.1. Giới thiệu về phân tích hệ thống tài nguyên nước
Khái niệm cơ bản

•

Có thể nói, một hệ thống là một tập
hợp các đối tượng có thể biến đổi
đầu vào thành đầu ra; đầu ra đúng
(chính xác) được hệ thống sản sinh
tùy thuộc vào tính chất hệ thống
hoặc các thông số nhất định (ví dụ,
loại đất, thảm thực vật, địa hình, địa
mạo…).


1.1. Giới thiệu về phân tích hệ thống tài nguyên nước
Khái niệm cơ bản
Phân tích hệ thống: Phân tích hệ thống được sử dụng trong việc
xác định những tình huống có thể xẩy ra đảm bảo được đầu tư là ít
nhất (về tài chính hay năng lượng) song lại tạo ra lợi ích tối đa
trong phân bổ nguồn lực, phát triển kinh tế và an sinh môi trường.
Nói chung, phân tích hệ thống là nghệ thuật và khoa học về phân
rã/phân chia/tách các hiện tượng phức tạp thành các hệ thống con
nhỏ hơn, tách rời (ờ mức độ nào đó) và dễ hiểu hơn, sau đó tiến
hành phân tích sự tương tác giữa các hệ thống con và giữa các hệ
thống con với môi trường lớn hơn (Churchman, 1968).


1.1. Giới thiệu về phân tích hệ thống tài nguyên nước

Khái niệm cơ bản





Phân tích hệ thống:

Các thành phần (hệ thống

Mối quan hệ giữa các thành

con)

phần

Sử dụng phân tích hệ thống chúng ta có thể tập trung vào các hoạt động của các thành phần theo các
điều kiện khác nhau của hệ thống.


1.1. Giới thiệu về phân tích hệ thống tài nguyên nước
Khái niệm cơ bản



Trong nhiều tình huống, bằng cách tập trung vào các mối quan hệ và tương tác giữa các các thành
phần của hệ thống phức tạp, phân tích các hệ thống có thể cung cấp một cách thức để phân loại thông
qua vô số các giải pháp có thể cho một vấn đề và thu hẹp việc tìm kiếm một số ít những giải pháp có
khả năng tối ưu cùng với việc xác định và mô tả/minh họa các tác động của các phương án cũng như
việc đánh đổi/lựa chọn giữa các mục tiêu mâu thuẫn nhau.



Phương pháp chung cơ bản được sử dụng trong phân tích hệ thống tài nguyên nước là mô tả/mô phỏng
các hệ thống vật lý và kinh tế xã hội bằng các mô hình toán học.


1.1. Giới thiệu về phân tích hệ thống tài nguyên nước
1.1.1. Hệ thống tài nguyên nước
Tài nguyên nước

Nước mặt
Nước ngầm
Nước trong đại dương
Nước trong khí quyển
" Hệ thống tài nguyên nước là một hệ thống phức tạp bao gồm nguồn nước, các công trình khai thác tài
nguyên nước, các yêu cầu về nước cùng với mối quan hệ tương tác giữa chúng cùng với sự tác động
của của môi trường lên nó".


1.1. Giới thiệu về phân tích hệ thống tài nguyên nước
1.1.2. Các hệ thống thành phần của hệ thống tài nguyên nước
1. Hệ thống tài nguyên nước mặt
Hệ thống tài nguyên nước mặt bao gồm nguồn nước ở trạng thái tự nhiên và nguồn nước đã được tái tạo (hồ chứa,
nước thải được xử lý) cùng với hệ thống công trình khai thác nước mặt (hồ chứa, đập dâng, cống điều tiết, đập ngăn
sông, các công trình tưới, tiêu v.v.
2. Hệ thống nước ngầm

Hệ thống nước ngầm bao gồm vùng trữ nước ngầm có thể khai thác được và hệ thống công trình khai thác nước
ngầm. Nước ngầm được khai thác chủ yếu phục vụ sinh hoạt cả ở thành phố và vùng nông thôn. Nước ngầm được

phân bố ở các tầng địa chất khác nhau trong đó nước ngầm tầng sâu có chất lượng nước tốt là đối tượng khai thác sử
dụng.


1.1. Giới thiệu về phân tích hệ thống tài nguyên nước
1.1. 3. Hệ thống khai thác tài nguyên nước
(1) Hệ thống xử lý nước thải đô thị
Hệ thống loại này bao gồm công trình trữ nước, hệ thống công trình phân phối nước, làm sạch nước, thu gom nước
và xử lý nước sau khi sử dụng cùng với hệ thống tiêu thoát nước đô thị.

Nước chưa
xử lý
Cấp nước

Nước dùng công nghiệp, chăn nuôi, du

Nước mưa

lịch ...

Xử lý nước

Trực tiếp chẩy vào sông

Xử lý nước thải công nghiệp
Phân phối

Sông

Hệ thống thu gom nước

Làm sạch

Cấp nước sinh hoạt

Kênh dẫn

Xử lý nước thải sinh hoạt

Trạm bơm


1.1. Giới thiệu về phân tích hệ thống tài nguyên nước
(2). Hệ thống kiểm soát lũ
baocao_Duanchongngap_TPHCM.ppt

•

Hệ thống đê

•

Hệ thống hồ chứa

•

Hệ thống công trình phân lũ

•

Hệ thống các khu chậm lũ

•

Các hành lang thoát lũ

(3). Hệ thống tưới tiêu

(4). Hệ thống hồ chứa


1.1. Giới thiệu về phân tích hệ thống tài nguyên nước
1.1.4. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TÀI NGUYÊN NƯỚC
1. Hệ thống chỉ tiêu đánh giá

Mục tiêu khai thác hệ thống được mô tả và lượng hoá bằng một hoặc hệ thống chỉ tiêu nào đó, mà nó
phản ảnh được mục tiêu nghiên cứu hoặc khai thác hệ thống, được gọi hệ thống chỉ tiêu đánh giá.

2.

Phân loại hệ thống chỉ tiêu đánh giá

+ Hệ thống chỉ tiêu đánh giá được mô tả bằng một hoặc một số hữu hạn các đẳng thức hoặc bất đẳng thức. Các
biểu thức đó được viết đối với hàm ra của hệ thống Y(t). Dạng tổng quát của loại hệ thống chỉ tiêu này được viết
như sau:
Fj(Y) ≤ bj

với

j = 1,2,..,m

(1-1)

Trong đó F: là hàm biểu diễn qua hàm ra của hệ thống Y(t). Biểu thức Trong đó m là số chỉ tiêu trong hệ thống
chỉ tiêu đánh giá. Các hàm Fj(Y) trong trường hợp này được coi là các dạng ràng buộc về mục tiêu.


1.1. Giới thiệu về phân tích hệ thống tài nguyên nước
2. Phân loại hệ thống chỉ tiêu đánh giá
+ Hệ thống chỉ tiêu đánh giá là một hoặc một số hữu hạn các hàm số mà nó cần được làm cực trị, có dạng:
Fj(Y) → max (min) với j = 1, hoặc với j =1,2…,m

(1-2)

Các hàm Fj(Y) trong trường hợp này được gọi là hàm mục tiêu.
+ Hệ thống chỉ tiêu đánh gía có dạng hỗn hợp, tức là một số chỉ tiêu đánh giá được mô tả bằng các hàm mục tiêu dạng
tối ưu, số còn lại được mô tả như một ràng buộc của hệ thống về mục tiêu.
F1(Y) → max (min)
Fj(Y) ≤ Sj với j =1,2,...m

(1-3)

Trong trường hợp số chỉ tiêu trong hệ thống chỉ tiêu đánh giá, được mô tả theo (1-2) hoặc (1-3) có j = 1, bài toán một
mục tiêu duy nhất. Khi j > 1, bài toán được gọi là đa mục tiêu.


1.1. Giới thiệu về phân tích hệ thống tài nguyên nước
3. Phương pháp phân tích hệ thống
Lý thuyết phân tích hệ thống là một môn khoa học được phát triển trên cơ sở vận trù học và lý thuyết
điều khiển bằng cách đưa vào hệ thống các quan điểm và phương pháp phân tích hiện đại, nhằm

hoàn thiện khả năng lựa chọn lời giải tối ưu đối với các hệ thống phức tạp.
Sự phát triển của lý thuyết phân tích hệ thống là ở chỗ nó bổ sung thêm hệ thống phương pháp luận và
phương pháp phân tích, bao gồm:
1. Hệ thống các quan điểm
2. Hệ thống các phương pháp phân tích
3. Hoàn thiện các phương pháp tối ưu hoá
4. Nguyên lý về tiếp cận hệ thống.


1.1. Gii thiu v phõn tớch h thng ti nguyờn nc
Khối phá t t r iển

Lý t huyết
phân t íc h hệ t hống

Hệthống ph ơng
pháp luận

Hệ thống các
ph ơng pháp
phân tích

Vận trù học

Lý thuyết
điều khiển

Hệ thống các
quan điểm

Tiến bộ của ph ơng
pháp tính và công cụ
tính toán

Khối c ơ sở

S tng quỏt mụ t s hỡnh thnh lý thuyt phõn tớch h thng


1.1. Gii thiu v phõn tớch h thng ti nguyờn nc
H thng phng phỏp lun trong phõn tớch h thng

Phng phỏp ti u húa
Phng phỏp mụ phng
Nguyờn lý tip cn h thng
Các thông số
của hệthống
Khối Mô hì
nh mô phỏ ng

Mô hì
nh
tối u

Mô hì
nh dòng chảy
(Mô hì
nh thuỷ văn,
thuỷ lực hệthống)

Mô hì
nh
mô phỏng

Khối t ố i u hoá
Phân t íc h và
quyết định

S kt hp phng phỏp mụ phng v phng phỏp ti u hoỏ


1.1. Gii thiu v phõn tớch h thng ti nguyờn nc
Thu thập các thông tin
liên quan đến hệ thống

Xác định mục tiêu
khai thác hệ thống

Xác định hệ thống chỉ
tiêu đánh giá

Thiết lập mô hì
nh mô
phỏng hệ thống theo mục
tiêu khai thác và hệthống
chỉtiêu đánh giá

Đ ánh giá
Bổsung việc
thu thập thông

tin và điều
chỉ
nh mục
tiêu khai thác
hệ thống

không đạ t

Đ ạ t mục tiêu
khai thác
Đ ạt

Quyết định ph ơng á n
khai t há c hệ t hố ng

S tng quỏt quỏ trỡnh tip cn h thng bng mụ hỡnh mụ phng


1.2. Phương pháp mô hình hóa hệ thống TNN

ái niệm mô hình hóa
- Mô hình hóa hệ thống thông qua việc xây dựng các mô hình hoạt động của nó.
- Mô hình hóa được sử dụng khi có thể biết rõ các yếu tố đầu vào, đầu ra và các phép biến đổi trong hệ
thống
- Để mô tả thế giới thực phức tạp, người ta phải trừ tượng hóa các phần tử và các quan hệ trong hệ thống
- Mô hình của hệ thống có thể là một số công thức toán học, hoặc một vài sơ đồ mô tả thành phần và các
hoạt động diễn ra trong hệ thống


1.2. Phương pháp mô hình hóa hệ thống TNN

ười ta thường biểu diễn 2 loại mô hình
1/ Mô hình vật lý: Mô hình mô tả hệ thống phải cho biết hệ thống là gì, có nhưng nhiệm vụ gì, các nhiệm vụ
này được thực hiện như thế nào, ở đâu vào thời gian nào và những ai là người thực hiện
2/ Mô hình toán: mô tả bản chất của hệ thống và mục tiêu của hệ thống, mô hình toán sẽ trả lời câu hỏi, hệ
thống là gì, làm những gì, mỗi chức năng cần những thông tin gì để hoạt động và cho những thông tin gì


1.2. Phương pháp mô hình hóa hệ thống TNN
Các bước chính thực hiện theo các giai đoạn sau
+ Nghiên cứu sơ bộ hệ thống: Giai đoạn này tập trung vào việc thu thập các thông tin, tài liệu liên quan tới cấu
trúc của hệ thống và các hoạt động của hệ thống
+ Phân tích hệ thống: Giai đoạn này tập trung phân tích chi tiết bản chất của hệ thống
+ Thiết kế hệ thống: Lựa chọn các giải pháp cài đăt nhằm thực hiện các kết quả phân tích
Tóm lại: Một phương pháp mô hình hóa thường có ba thành phân là: một tập hợp các khái niệm và mô hình, một
quy trình thực hiện và các công cụ trợ giúp


1.2. Phương pháp mô hình hóa hệ thống TNN
Ví dụ: Mô hình vật lý đập tràn thủy điện ĐăkMi 4:


1.2. Phương pháp mô hình hóa hệ thống TNN
Ví dụ Mô hình vật lý đập tràn thủy điện ĐăkMi 4:


1.2. Phương pháp mô hình hóa hệ thống TNN
Các bước chính thực hiện theo các giai đoạn sau
Mô hình toán: đưa ra mô hình tối ưu hồ
chứa đa mục đích, mô hình thủy văn

( NAM)