Hệ thống hỗ trợ ra quyết định quản lý tổng hợp tài nguyên nước xây dựng môđun chương trình phân tích hỗ trợ ra quyết định đa tiêu chí topsis và áp dụng phân tích cho một bài toán thực tế

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN THÀNH TRUNG

HỆ THỐNG HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH QUẢN LÝ
TỔNG HỢP TÀI NGUYÊN NƯỚC:
XÂY DỰNG MÔ ĐUN CHƯƠNG TRÌNH PHÂN TÍCH
HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH ĐA TIÊU CHÍ TOPSIS VÀ
ÁP DỤNG PHÂN TÍCH CHO MỘT BÀI TOÁN THỰC TẾ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2011


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN THÀNH TRUNG

HỆ THỐNG HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH QUẢN LÝ
TỔNG HỢP TÀI NGUYÊN NƯỚC:
XÂY DỰNG MÔ ĐUN CHƯƠNG TRÌNH PHÂN TÍCH
HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH ĐA TIÊU CHÍ TOPSIS VÀ
ÁP DỤNG PHÂN TÍCH CHO MỘT BÀI TOÁN THỰC TẾ

Ngành: Cơ học kỹ thuật
Chuyên ngành: Cơ học kỹ thuật
Mã số: 60 52 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Tiến sỹ Đặng Thế Ba

Hà Nội – 2011


3

MỤC LỤC
BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................... 6
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................................. 7
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................. 9
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ............................................................................................... 10
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH
TRONG QUẢN LÝ TỔNG HỢP TÀI NGUYÊN NƯỚC .............................................. 13
2.1. Một số khái niệm về hệ thống hỗ trợ ra quyết định quản lý tổng hợp tài
nguyên nước .................................................................................................... 13
2.2. Một số hệ thống HTRQĐ QL TNN đã phát triển và sử dụng .......................... 15
2.2.1. Các hệ thống trợ giúp ra quyết định kiểm soát lũ lụt .............................. 15
2.2.2. Các hệ thống trợ giúp ra quyết định ứng phó sự cố tràn hóa chất .......... 16
2.2.3. Các hệ thống hỗ trợ ra quyết định phân phối nước ................................. 16
2.2.4. Các hệ thống trợ giúp ra quyết định quản lý chất lượng nước ............... 18
2.3. Hệ thống HTRQĐ quản lý tổng hợp tài nguyên nước – mDSS ....................... 18
2.4. Phát triển và sử dụng hệ thống HTRQĐ quản lý TNN ở Việt Nam ................. 20
CHƯƠNG 3: MỘT SỐ PHÂN TÍCH VỀ THIẾT KẾ, XÂY DỰNG VÀ PHÁT
TRIỂN HTHTRQĐ QLTH TÀI NGUYÊN NƯỚC ........................................................ 22
3.1. Những vấn đề cần quan tâm trong QLTH tài nguyên nước ............................. 22
3.1.1. Quản lý các hiểm hoạ nguồn nước .......................................................... 22
3.1.2. Vấn đề điều tiết, cung cấp và chất lượng nước ....................................... 23
3.2. Những công nghệ hỗ trợ việc phân tích và tạo lập quyết định trong quản lý

nước ................................................................................................................. 25
3.2.1. Các mô hình mô phỏng và tối ưu ............................................................ 25
3.2.2. Hệ thống thông tin địa lý ......................................................................... 25
3.2.3. Hệ thống chuyên gia ................................................................................ 25
3.2.4. Các công cụ phân tích đa tiêu chí ............................................................ 26
3.3. Thiết kế, xây dựng và phát triển HTHTRQĐ QLTH TNN .............................. 26


4

3.4. Xây dựng mô đun chương trình phân tích ĐTC hỗ trợ ra quyết định
QLTH TNN ..................................................................................................... 28
3.4.1. Phân tích ĐTC hỗ trợ ra quyết định QLTH TNN .................................. 28
3.4.2. Cơ sở lý thuyết phân tích đa tiêu chí cho chương trình phân tích hỗ
trợ ra quyết định QLTH TNN ........................................................................... 30
CHƯƠNG 4: PHÁT TRIỂN VÀ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐA
TIÊU CHÍ TOPSIS PHÂN TÍCH CHO HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH ........................... 36
4.1. Giới thiệu .......................................................................................................... 36
4.2. Lý thuyết về phương pháp điểm lý tưởng TOPSIS .......................................... 37
4.3. Những điểm cần lưu ý khi sử dụng TOPSIS và áp dụng cho Phân tích
quản lý tổng hợp tài nguyên nước ................................................................... 41
4.4. Xây dựng môđun chương trình và thử nghiệm với một số ví dụ cụ thể ........... 42
4.4.1. Xây dựng môđun chương trình ............................................................... 42
4.4.2. Áp dụng cho một số ví dụ ....................................................................... 43
CHƯƠNG 5: ÁP DỤNG CHO MỘT BÀI TOÁN CỤ THỂ Ở VIỆT NAM – PHÂN
TÍCH QUẢN LÝ XÂY DỰNG ĐẬP THỦY ĐIỆN ĐAK MI-4 ..................................... 49
5.1. Giới thiệu về đập thủy điện Đak Mi-4 .............................................................. 49
5.1.1. Vị trí địa lý, thiết kế và mục tiêu phát triển ............................................ 49
5.1.2. Vấn đề trong việc quản lý đập thủy điện Đak Mi-4 ............................... 54
5.2. Xây dựng các phương án và tiêu chí đánh giá .................................................. 56

5.2.1. Xây dựng bài toán phân tích hỗ trợ ra quyết định ................................... 56
5.2.1.1. Xác định bài toán ......................................................................... 56
5.2.1.2. Xác định nhân tố tham gia quá trình hỗ trợ ra quyết định ........... 56
5.2.2. Xây dựng và phân tích kịch bản cùng các phương án tính toán ............. 56
5.2.3. Xác định các tiêu chí đánh giá hỗ trợ ra quyết định ................................ 57
5.3. Mô hình tính dòng chảy 1 chiều trên sông Vu Gia – Hàn theo các phương
án bằng phần mềm thủy lực MIKE11 ............................................................. 58
5.4. Phân tích các phương án .................................................................................. 64
5.4.1. Ma trận phân tích .................................................................................... 64


5

5.4.2. Sử dụng các hàm chuyển đổi giá trị để đưa ma trận phân tích về ma
trận đánh giá ...................................................................................................... 64
5.4.3. Kết hợp với trọng số để tạo ma trận tổng hợp ........................................ 65
5.4.4. Sử dụng phương pháp TOPSIS tính Điểm đánh giá ............................... 66
5.4.5. So sánh kết quả với chương trình tính toán sử dụng phương pháp
SAW ................................................................................................................. 68
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN .................. 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 71
PHỤ LỤC ......................................................................................................................... 73


6

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BASINS:
CALSIM :

CWMS :
DBAM :
ĐTC:
EPIC:
GIS:
HHTRQĐ:
HTRQĐ:
OASIS :
QLTH:
QLTNN :
SMS :

Khoa học đánh giá tốt hơn có sự tích hợp các nguồn điểm và
nguồn phân tán (Better Assessment Science Integrating Point
and Nonpoint Sources)
Mô hình mô phỏng tài nguyên nước Caliphornia
Hệ thống quản lý nước các tập đoàn doanh nghiệp (Corps Water
Management System)
Mô hình cảnh báo lưu vực sông Danube
Đa tiêu chí
Các chính sách và tổ chức môi trường cho khu vực Trung Á
(Environmental Policies and Institutions for Central Asia)
Hệ thống thông tin địa lý
Hệ thống hỗ trợ ra quyết định
Hỗ trợ ra quyết định
Phân tích và mô phỏng hoạt động của các hệ thống tích hợp
Quản lý tổng hợp
Quản lý tài nguyên nước
Hệ thống mô hình nước mặt

7

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1: Sơ đồ tổng quát của HTHTRQĐ quản lý tài nguyên nước
Hình 2. Sơ đồ các bước phân tích đa tiêu chí hỗ trợ ra quyết định quản lý tài nguyên nước
Hình 3: Sơ đồ mô hình phân tích nhận thức DPSIR
Hình 4: Các bước đầy đủ trong phân tích đa tiêu chí hỗ trợ ra quyết định
Hình5. Một số dạng hàm giá trị
Hình 6: Sơ đồ khối mô tả quá trình ra quyết định trong QLTH TNN sử dụng phương pháp
TOPSIS
Hình 7: Ví dụ tính toán sử dụng phương pháp SAW trong mDSS
Hình 8: Biểu đồ so sánh tỉ lệ phần trăm giữa các lựa chọn theo Điểm đánh giá của phương
pháp TOPSIS
Hình 9: Quy hoạch hệ thống thủy điện trên Vu Gia – Thu Bồn
Hình 10: Đập thủy điện Đak Mi-4
Hình 11: Sơ đồ phân tích giải pháp đáp ứng XDQL hệ thống đập thủy điện
Hình 12: Thiết lập mô hình MIKE11
Hình 13: Thiết lập các thông số đầu vào cho mô hình MIKE11
Hình 14: Thiết lập mạng sông trong mô hình MIKE11
Hình 15: Thiết lập sơ đồ các mặt cắt sông trong mô hình MIKE11
Hình 16: Thiết lập các điều kiện biên trong mô hình MIKE11
Hình 17: Thiết lập dữ liệu triều trong mô hình MIKE11
Hình 18: Thiết lập lưu lượng thực đo trạm Thành Mỹ trong MIKE11
Hình 19: Thiết lập lưu lượng thực đo trạm Sông Bung trong MIKE11
Hình 20: Thiết lập lưu lượng thực đo trạm Sông Kôn trong MIKE11
Hình 21: Biểu đồ độ mặn tại Vu Gia 1 theo 4 lựa chọn biểu diễn theo thời gian
Hình 22: Biểu đồ lưu lượng dòng chảy tại VG1 theo 4 lựa chọn biểu diễn theo thời gian
Hình 23: Biểu đồ so sánh tỉ lệ phần trăm giữa các lựa chọn theo Điểm đánh giá của

phương pháp TOPSIS áp dụng cho bài toán thực tế


8

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 24: Sử dụng phương pháp SAW trong mDSS tính cho bài toán thực tế
Hình 25: Biểu đồ bền vững phân tích các phương án của bài toán thực tế


9

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1: Ví dụ so sánh từng cặp: (I) tỷ lệ so sánh từng cặp; (II) ma trận so sánh từng cặp
giữa 4 tiêu chí (C1 – C4)
Bảng 2: Sự quy tập sử dụng phương pháp quyết định TOPSIS
Bảng 3: Ví dụ minh họa giải quyết tính toán phức tạp sử dụng TOPSIS
Bảng 4: Ví dụ tính toán sử dụng phương pháp TOPSIS tự xây dựng
Bảng 5: Các dự án thủy điện lớn đề xuất trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn [42]
Bảng 6: Ma trận phân tích cho bài toàn thực tế
Bảng 7: Ma trận giá trị cho bài toàn thực tế
Bảng 8: Ma trận tổng hợp cho bài toán thực tế
Bảng 9: Kết quả tính Điểm đánh giá theo phương pháp TOPSIS cho bài toàn thực tế


10

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU

Phát triển bền vững là một khái niệm mới nhằm định nghĩa một sự phát triển về
mọi mặt trong hiện tại mà vẫn phải bảo đảm sự tiếp tục phát triển trong tương lai xa. Khái
niệm này hiện đang là mục tiêu hướng tới của nhiều quốc gia trên thế giới, mỗi quốc gia
sẽ dựa theo đặc thù kinh tế, xã hội, chính trị, địa lý, văn hóa... riêng để hoạch định chiến
lược phù hợp nhất với quốc gia đó.
Thuật ngữ "phát triển bền vững" xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1980 trong ấn
phẩm Chiến lược bảo tồn Thế giới (công bố bởi Hiệp hội Bảo tồn Thiên nhiên và Tài
nguyên Thiên nhiên Quốc tế - IUCN) với nội dung rất đơn giản: "Sự phát triển của nhân
loại không thể chỉ chú trọng tới phát triển kinh tế mà còn phải tôn trọng những nhu cầu tất
yếu của xã hội và sự tác động đến môi trường sinh thái học".
Khái niệm này được phổ biến rộng rãi vào năm 1987 nhờ Báo cáo Brundtland (còn
gọi là Báo cáo Our Common Future) của Ủy ban Môi trường và Phát triển Thế giới WCED (nay là Ủy ban Brundtland). Báo cáo này ghi rõ: Phát triển bền vững là "sự phát
triển có thể đáp ứng được những nhu cầu hiện tại mà không ảnh hưởng, tổn hại đến
những khả năng đáp ứng nhu cầu của các thế hệ tương lai...". Nói cách khác, phát triển
bền vững phải bảo đảm có sự phát triển kinh tế hiệu quả, xã hội công bằng và môi trường
được bảo vệ, gìn giữ. Để đạt được điều này, tất cả các thành phần kinh tế - xã hội, nhà
cầm quyền, các tổ chức xã hội... phải bắt tay nhau thực hiện nhằm mục đích dung hòa 3
lĩnh vực chính: kinh tế - xã hội - môi trường.
Hai khái niệm gắn liền với quan điểm trên:
• Khái niệm "nhu cầu"...
• Khái niệm của sự giới hạn mà tình trạng hiện tại của khoa học kỹ thuật và
sự tổ chức xã hội áp đặt lên khả năng đáp ứng của môi trường nhằm thỏa
mãn nhu cầu hiện tại và tương lai.
Sau đó, năm 1992, tại Rio de Janeiro, các đại biểu tham gia Hội nghị về Môi
trường và Phát triển của Liên hiệp quốc đã xác nhận lại khái niệm này, và đã gửi đi một
thông điệp rõ ràng tới tất cả các cấp của các chính phủ về sự cấp bách trong việc đẩy
mạnh sự hòa hợp kinh tế, phát triển xã hội cùng với bảo vệ môi trường.
Năm 2002, Hội nghị thượng đỉnh Thế giới về Phát triển bền vững (còn gọi là Hội
nghị Rio +10 hay Hội nghị thượng đỉnh Johannesburg) nhóm họp tại Johannesburg, Cộng
hòa Nam Phi với sự tham gia của các nhà lãnh đạo cũng như các chuyên gia về kinh tế, xã

hội và môi trường của gần 200 quốc gia đã tổng kết lại kế hoạch hành động về phát triển
bền vững 10 năm qua và đưa ra các quyết sách liên quan tới các vấn đề về nước, năng


11

lượng, sức khỏe, nông nghiệp và sự đa dạng sinh thái. Trong đó vấn đề về nước là một
vấn đề hết sức cấp thiết và gây nhiều tranh cãi cũng như sự quan tâm của hầu hết các quốc
gia trên thế giới.
Theo một báo cáo ngày 03 tháng 05 năm 2011, hiện nay có 1 tỷ người không có
nước ngọt, mỗi năm 1,6 triệu người dân trên thế giới chết do thiếu nước sạch. Nhịp độ đô
thị hóa sẽ còn tiếp tục tăng nhanh, kèm theo đó là vấn đề cung cấp nước sạch, đảm bảo
chất lượng nước cho mọi người sẽ trở thành mối lo của toàn cầu.
Trong thế kỷ 20, dân số trên trái đất đã tăng gấp ba lần. Cùng thời kỳ, nhu cầu về
nước ngọt của nhân loại tăng lên gấp sáu lần so với thế kỷ 19. Trung bình mỗi ngày, một
người dân ở Bắc Mỹ, chủ yếu là Canada và Hoa Kỳ dùng đến 600 tới 800 lít nước. Để so
sánh, nhu cầu này tại các quốc gia đang phát triển dao động từ 60 tới 150 lít/ ngày. Dân số
trên trái đất ước tính lên tới 9 tỷ người vào khoảng năm 2050. Nhu cầu về lương thực qua
đó tăng theo. Để nuôi sống 9 tỷ người, ngành nông nghiệp trên thế giới phải sản xuất
thêm, kéo theo nhu cầu về nước đi lên. Để sản xuất ra một lít sữa, nông dân phải cần tới
hơn 1.000 lít nước, và để có được một cân thịt bò thì người ta cần tới 12.000 đến 15.000
lít nước. Cùng lúc, để gia tăng năng suất, ngành nông nghiệp cũng sẽ phải sử dụng ngày
càng nhiều phân bón hóa học. Mức độ ô nhiễm nước sẽ gia tăng. Vấn đề lọc nước bẩn, sát
trùng các nguồn nước bị ô nhiễm và quản lý các nguồn nước sạch trở thành mối quan tâm
hàng đầu.
Tại Châu Á và Châu Phi, dân số thành thị tăng gấp đôi trong ba thập niên từ năm
2000 đến 2030. 141 triệu dân cư ở các thành phố lớn không được bảo đảm về nước ngọt
và nước sạch. Nước bẩn sẽ là mầm mống gây ra cái chết cho 1/5 trẻ em trong độ tuổi dưới
5 tuổi vì những căn bệnh như: tiêu chảy, dịch tả, sốt rét … Tại các nước đang phát triển,
như Trung Quốc hay Ấn Độ, trung bình một tháng, các thành phố lớn phải đón nhận thêm

khoảng 5 triệu người đến định cư. Trong thập niên sắp tới, 95% những người từ nông
thôn lên thành thị sinh sống thuộc các nền kinh tế đang trỗi dậy. Làn sóng di dân này đã,
đang và còn tiếp tục đặt ra nhiều thách thức cho chính quyền, đặc biệt là vấn đề cung cấp
nước cho tất cả mọi người, đồng thời cần mở rộng hệ thống xử lý nước thải trước hiện
tượng dân số ngày càng gia tăng. Một trong những mối lo ngại đau đầu nhất đối với
những quốc gia đang phát triển – đặc biệt là Brazil và Ấn Độ - là làm thế nào để đem
nước đến cho hơn 820 triệu người sống tại các khu nhà ổ chuột, lắp đặt hệ thống cung cấp
nước sạch, thải nước bẩn tại những khu vực này.
Theo cơ quan đặc trách về vấn đề nước trực thuộc Liên hợp quốc, cộng đồng quốc
tế cần khoản tiền 20 tỉ đô la hàng năm để giải quyết vấn đề nước cho các thành phố lớn
đang phải liên tục mở rộng vành đai để đón nhận thêm dân cư. Các thành phố Châu Á
chiếm đến 6 trong số 10 thành phố lớn nhất trên thế giới, mà hầu hết đều vấp phải vấn đề


12

nghiêm trọng vừa nêu. Dự báo đến năm 2050, sẽ có đến 60% dân số tại Châu Á sống ở
thành phố. Với hơn 1,5 tỉ dân, Trung Quốc chỉ làm chủ khoảng 9% khoản nước ngọt của
thế giới. Trong lúc đó, 41% các con sông lớn của Trung Quốc bị ô nhiễm tới mức báo
động. Bộ Tài nguyên và Môi trường Trung Quốc nhìn nhận là Trung Quốc chưa sử dụng
nước một cách tối ưu. Ngoài ra, chính sách phát triển đô thị và công nghiệp hóa của
Trung Quốc đang đặt ra những thách thức lớn cho chính quyền cả ở cấp địa phương lẫn
Trung ương. Bên cạnh đó hệ thống lọc nước của Trung Quốc bị coi là đã lỗi thời, có khi
đã được xây dựng cả trăm năm nay, không còn khả năng cung cấp một khối lượng nước
ngày càng lớn cho các thành phố. Mỗi tháng đều xảy ra các vụ ô nhiễm nước, khi các nhà
máy thường xuyên đổ chất hóa học độc hại ra sông. Nước sạch và nước ngọt không còn là
tài nguyên thiên nhiên để phục vụ con người, mà đã từng bước trở thành một món hàng
mà người ta phải bỏ tiền ra mua. Bước kế tiếp là nước sẽ trở thành một trong những yếu
tố gây căng thẳng trong xã hội và có thể dẫn tới xung đột chiến tranh.
Trước vấn đề cấp thiết đó, cộng với tính đa mục đích trong sử dụng tài nguyên

nước, thì vấn đề lựa chọn đưa ra một quyết định hợp lý nhất trong việc bảo tồn và phát
triển nguồn tài nguyên quý giá này là một yêu cầu không hề đơn giản đối với bất cứ một
nhà ra quyết định nào. Bởi vậy việc xây dựng một hệ thống hỗ trợ ra quyết định trong
Quản lý và Tổng hợp tài nguyên nước là một yêu cầu tất yếu đáp ứng nhu cầu đặt ra hiện
nay.
Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu một cách tổng quát về hệ thống hỗ trợ ra
quyết định trong quản lý tổng hợp tài nguyên nước. Qua đó có cơ sở lý thuyết để áp dụng
cụ thể vào thực tế thông qua việc kết hợp với một thuật toán được lựa chọn để xây dựng
một sơ đồ khối tính toán cho các bài toán hỗ trợ ra quyết định trong tổng hợp tài nguyên
nước. Nội dung của luận văn được chia làm 6 chương trong đó chương 1,2,3,4 tập trung
vào việc giới thiệu chung về mặt lý thuyết của hệ thống hỗ trợ ra quyết định nói chung và
trong quản lý tổng hợp tài nguyên nước nói riêng. Chương 4, chương 5 trình bày cụ thể về
phương pháp điểm lý tưởng được lựa chọn để kết hợp tính toán đánh ra trong vấn đề ra
quyết định tổng hợp tài nguyên nước. Đồng thời trong hai chương này, từ cơ sở lý thuyết
và những dữ liệu được cung cấp đã tiến hành áp dụng tính toán cho một số ví dụ cụ thể và
thu được một số kết quả nhất định.
Mặc dù về cơ bản khả năng xây dựng một chương trình hỗ trợ ra quyết định tổng
hợp tài nguyên nước đúng nghĩa còn chưa được hoàn thành nhưng những kết quả thu
được sẽ là tiền đề quan trọng cho những nghiên cứu tiếp theo trong tương lai.


13

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH TRONG
QUẢN LÝ TỔNG HỢP TÀI NGUYÊN NƯỚC
2.1. Một số khái niệm về hệ thống hỗ trợ ra quyết định quản lý tổng hợp tài
nguyên nước
Hệ thống hỗ trợ ra quyết định (HTHTRQĐ) đối với các vấn đề về tài nguyên nước
đã bắt đầu xuất hiện giữa những năm 1970. Sau đó phát triển mạnh như được trình bày
trong các tài liệu từ giữa những năm 1980 (Loucks et al., 1985a, 1985b; Labadie and

Sullivan, 1986; Loucks and da Costa 1991; Fedra, 1992; Georgakakos, and Martin, 1996;
Watkins and McKinney, 1995; Loucks, 1995; McKinney et al., 2000). Trải qua nhiều năm
tiếp theo của thập niên 90 của thế kỷ trước, cùng với sự tiến bộ về năng lực tính toán, sự
phát triển của các phần mềm, các hệ điều hành thân thiện với người sử dụng, sự nâng cao
hiểu biết cơ bản của người ra quyết định về sử dụng máy tính điện tử, đã giúp cho việc
xây dựng và khai thác phần mềm hỗ trợ ra quyết định trong quản lý nguồn nước trở nên
phổ biến hơn. Tuy nhiên, sự phát triển và ứng dụng của HTHTRQĐ đối với việc quản lý
tài nguyên nước chưa thực sự đáp ứng được nhu cầu.
Khái niệm HTHTRQĐ được Sprague và Carlson (1982) đưa ra là hệ thống hỗ trợ
các nhà ra quyết định sử dụng các dữ liệu và mô hình để giải quyết những vấn đề khác
nhau, dựa trên mối tương tác với máy tính điện tử. Một số thuật ngữ liên quan như: mối
tương tác, các dữ liệu và các mô hình luôn là chủ đề được tranh luận giữa những người
xây dựng, phát triển các hệ thống hỗ trợ ra quyết định quản lý nguồn nước. Adelman
(1992) đã định nghĩa hệ thống hỗ trợ ra quyết định như là chương trình tương tác người máy tính, sử dụng các phương pháp phân tích, các thuật toán tối ưu, các thủ tục lập
chương trình… giúp cho các nhà ra quyết định xem xét, phân tích các khả năng và lựa
chọn phương án hợp lý giải quyết các vấn đề thực tế. Poch et al (2003) đã định nghĩa
HTHTRQĐ như là hệ thống thông tin thông minh để làm giảm thời gian ra quyết định, cải
thiện độ tin cậy và chất lượng của các quyết định này. Rõ ràng theo các quan điểm này,
HTHTRQĐ tích hợp các công nghệ khác nhau và trợ giúp chọn lựa các phương án giải
quyết các vấn đề có quan hệ phức tạp, mang tính công trình và phi công trình. Có thể định
nghĩa HTHTRQĐ quản lý nguồn nước như sau:
Hệ thống hỗ trợ ra quyết định (HTHTRQĐ) quản lý tài nguyên nước là một hệ tích
hợp, tương tác với máy tính; gồm các công cụ phân tích, có khả năng quản lý thông tin,
được thiết kế để hỗ trợ những người ra quyết định trong việc giải quyết các vấn đề liên
quan đến quản lý nguồn nước mang tính tổng hợp.
Người ra quyết định là các nhà hoạch định chính sách, các nhà quản lý hệ thống tài
nguyên nước, những người có trách nhiệm giải quyết nhu cầu và các vấn đề liên quan đến


14

nguồn nước. Trên thực tế, mục đích việc đưa ra quyết định ở đây là đưa ra sự đảm bảo
nguồn nước cho nhu cầu sử dụng, sản xuất điện năng, phòng tránh lũ lụt, và bảo vệ môi
trường sinh thái.
Có ba hệ thống phụ cơ bản được tích hợp trong HTHTRQĐ (Orlob, 1992; Close et
al., 2003):
• Giao diện: giao tiếp giữa hệ thống và người dùng.
• Hệ thống quản lý dữ liệu và các mô hình
• Hệ thống quản lý và phân tích thông tin
Các thành phần cơ bản và quy trình thực hiện của một hệ thống hỗ trợ ra quyết
định quản lý tổng hợp tài nguyên nước thể hiện trên Hình 1.

Phát triển hạ tầng
Ra chính sách
Cảnh báo
Báo động

Thu thập
khảo sát
số liệu

Ra
quyết
định

Mưa,
Nhiệt độ
Độ ẩm
Dòng chảy
Bốc hõi…

HT
HỖ
TRỢ
RA QĐ
Tạo lập
quyết
định
Tạo lập các QĐ đa TC
Quy tắc tác nghiệp
Hệ thống chuyên gia
Tối ưu hoá
Quản lý rủi ro

Xử lý
số liệu

Phân
tích
số liệu
Mưa, Thuỷ văn, Lũ,
Thuỷ lực, Hồ chứa, Ô nhiễm…

Cõ sở dữ liệu
Mô hình
Hiển thị

(Dự đoán trạng thái)

Hình 1: Sơ đồ tổng quát của HTHTRQĐ quản lý tài nguyên nước

• Thu thập, khảo sát số liệu – Thu thập, quản lý dữ liệu liên quan đến tài nguyên
nước.
• Xử lý dữ liệu – Kiểm tra, xử lý dữ liệu, đưa vào cơ sở dữ liệu, mô hình.


15

• Phân tích dữ liệu – Tại đây, các mô hình được sử dụng để tính toán trạng thái của
hệ thống; Các phương án trong quản lý, phát triển có thể được tính toán, làm sáng
tỏ tác động của chúng đến trạng thái tài nguyên nước
• Tạo lập quyết định – Tập hợp, liên kết và phân tích các phương án ra quyết định
dựa trên các dữ liệu và các kết quả tính toán các kịch bản cũng như sự hiểu biết
của các chuyên gia. Sự tương tác giữa con người và máy tính thực hiện nhờ các
giao diện đồ hoạ. Kết quả phân tích sẽ đưa ra đánh giá mang tính tổng hợp của các
phương án dựa trên các lý thuyết phân tích đa tiêu chí, phân tích tối ưu hoặc phân
tích rủi ro...
• Ra quyết định – Người ra quyết định chọn phương án trên cơ sở các kết quả phân
tích để giải quyết các vấn đề thực tiễn.
Có thể thấy, quy trình phân tích hỗ trợ ra quyết định được bắt đầu bằng việc thu
thập, xử lý số liệu, tiếp theo là sử dụng các dữ liệu đó để phân tích các vấn đề khác nhau
liên quan đến nguồn tài nguyên nước. Sau đó, kết quả phân tích sẽ được kết hợp với kinh
nghiệm, hiểu biết của các chuyên gia, cũng như mong muốn và ý tưởng của người ra
quyết định. Những dữ liệu này là đầu vào cho hệ phân tích các phương án để đưa ra quyết
định. Trong thực tiễn, quá trình này không phải là một đường thẳng, xử lý từng bước, mà
là quá trình tuần hoàn cùng với dữ liệu đưa vào quá trình xử lý, các phân tích được thực
hiện và các quyết định được đưa ra theo chuỗi liên tục.

2.2. Một số hệ thống HTRQĐ QL TNN đã phát triển và sử dụng
Trên thế giới, đã có một số hệ thống được phát triển, có thể thoả mãn một phần

nhu cầu nhất định cho hỗ trợ ra quyết định quản lý tổng hợp tài nguyên nước. Dưới đây
đưa ra một số ví dụ về HHTRQĐ đã và đang được phát triển và sử dụng.
2.2.1. Các hệ thống trợ giúp ra quyết định kiểm soát lũ lụt
♦

CWMS (Fritz, J.A., et al., 2002 - Corps Water Management System)
sử dụng cơ sở dữ liệu quan hệ (ORACLE) và các mô hình HEC-HIVIS (thực hiện
tinh toán dòng chảy thủy văn), HEC-RAS (tính toán dòng chảy sông ngòi), HECResSim (tính toán hồ chứa) và HEC-FIA (phân tích tác động dòng chảy). Truy cập
vào các thành phần của CWMS được thực hiện thông qua một giao diện đồ họa.
Nó bao gồm các chức năng đánh giá chất lượng của dữ liệu đầu vào, hiển thị thông
tin theo cấu trúc không gian và thời gian, giúp cho việc dễ dàng thay đổi các tham
số mô hình, kiểm soát và chạy các mô hình mô phỏng, và so sánh các kết quả các
kịch bản khác nhau.


16

CWMS được quân chủng công binh Hoa Kỳ phát triển và phân phối cho các
cơ quan tham mưu của mình. Nó được chạy trên máy trạm Sun-UNIX.
SMS (EMRL, 2004) - The Surface Water Modeling System: Được
phát triển bởi phòng nghiên cứu mô hình về môi trường, Đại học Brigham Young
và Trạm quan trắc đường thủy, Binh chủng công binh Hoa Kỳ (WES). SMS có
giao diện để truy cập vào mô hình dòng chảy một, hai, và ba chiều. Các mô đun bổ
sung để tính toán sự phát tán của chất gây ô nhiễm, sự xâm nhập mặn, và vận
chuyển bùn cát (xói và bồi). Đây thực chất là một hệ thống các mô hình tính toán
mô phỏng nước mặt làm cơ sở cho tính toán mô phỏng các phương án trong phòng
chống lũ lụt, quản lý dòng chảy nước mặt.
♦

2.2.2. Các hệ thống trợ giúp ra quyết định ứng phó sự cố tràn hóa chất

♦

DBAM (Danube Basin Alarm Model) là mô hình mô phỏng thời
gian truyền và nồng độ các chất khi xảy ra các sự cố tràn hóa chất trong các hệ
thống sông. DBAM được thiết kế để đánh giá nhanh chóng các tác động của tràn
hóa chất trên cơ sở các dữ liệu sẵn có. DBAM được phát triển trong sự hợp tác
giữa Cục tài nguyên nước Hungari và Viện thủy lực Delft – Hà Lan.
2.2.3. Các hệ thống hỗ trợ ra quyết định phân phối nước
Aquarius (Diaz et al., 1997) - AQUARIUS được phát triển bởi Khoa
Kỹ thuật công trình, Đại học Colorado trong khuôn khổ hợp tác với U.S Forest
Service. AQUARIUS là mô hình phân phối nước theo không gian và thời gian hỗ
trợ việc quản lý nguồn nước.
♦

♦

Aquatool (Andreu, et al., 1991; Andreu, et al., 2003; Andreu, 2004)
bao gồm một chuỗi các mô đun được liên kết thành một hệ thống. Các mô đun bao
gồm: mô phỏng dòng chảy nước ngầm và nước mặt; tối ưu nguồn nước đơn và đa
tiêu chí; phân tích chuỗi thời gian thủy văn; phân tích các rủi ro quản lý hệ thống
tài nguyên nước. Mô hình không tính đến chất lượng nguồn nước.
♦

CALSIM (DWR, 2004) - The CALifornia Water Resources
SImulation Model: Được phát triển bởi Phòng tài nguyên nước bang California và
Cục cải tạo liên bang về quy hoạch và quản lý dự án nước bang California, dự án
lưu vực Trung Mỹ. Mô hình được sử dụng để mô phỏng sự phân phối nước đã có
và có thể có với các chính sách vận hành hồ chứa và các ràng buộc cân bằng sử
dụng nước vì các lợi ích khác nhau (Quinn et al., 2004). Các chính sách và quyền
ưu tiên được thực hiện thông qua việc sử dụng các trọng số do người dùng xác

định áp dụng cho dòng chảy trong hệ thống. CALSIM hiện vẫn đang được phát


17

triển bổ xung. CALSIM không có giao diện đồ họa một cách đầy đủ cho việc thiết
lập và chỉnh sửa cấu trúc liên kết hệ thống lưu vực.
♦

DELFT-TOOLS (Delft Hydraulics, 2004) là một cơ cấu trợ giúp ra
quyết định được phát triển bởi các nhà thủy lực tại viện thủy văn Delft – Hà Lan.
Các chức năng của hệ thống bao gồm quản lý các kịch bản, truy nhập dữ liệu, thiết
kết mạng lưới tương tác từ bản đồ số liệu, thiết lập cơ sở dữ liệu, biểu diễn, phân
tích và thể hiện kết quả lên bản đồ. DELFT-TOOLS tích hợp các mô hình thủy lực:
SOBEK, RIBASIM và HYMOS.
♦

EPIC (McKinney and Savitsky, 2001; Schleuter et al., 2004 Environmental Policies and Institutions for Central Asia): Chương trình xác định
sự phân phối nước tối ưu trong lưu vực sông nhờ việc tối ưu đa tiêu chí. Sự vận
chuyển các chất không biến đổi như muối, và việc quản lý thủy điện cũng có thể
được tối ưu nhờ áp dụng các mô hình. Các khả năng thay đổi phương án quản lý
nước có thể được tính toán trong khoảng thời gian 15 năm. EPIC đã được sử dụng
để xác lập quy trình phân phối nước hợp lý cho các nhu cầu sản xuất thủy điện ở
đầu nguồn và tưới tiêu ở hạ lưu (Antipova et al., 2002).
♦

Mike-Basin (DHI, 2004): Kết hợp ArcView GIS với mô hình thủy
văn để xác định tính sẵn có của nguồn nước, các nhu cầu sử dụng, sự vận hành hồ
chứa đa mục đích, các kế hoạch chuyển/đổi hướng dòng chảy và các ràng buộc về
môi trường cần thiết trong lưu vực sông. ArcView được sử dụng để hiển thị và

thay đổi các phần tử mạng lưới. MIKE-BASIN hiện đang được mở rộng theo
hướng tận dụng chức năng của ArcGIS-9. MIKE-BASIN đã được sử dụng để xây
dựng HTHTRQĐ cho việc mở rộng các kế hoạch quản lý nước phù hợp với hiệp
định khung về nước đã được ký kết bới các quốc gia Châu Âu.
♦

ModSim (Labadie et al., 2000; Shannon, et al., 2000 ; Dai and
Labadie, 2001; Labadie, 2004) là một HTHTRQĐ lưu vực sông và mô hình mạng
lưới dòng chảy tổng quát được phát triển tại Colorado State University, có khả
năng kết hợp chặt chẽ các yếu tố vật lý, thủy văn, và quản lý lưu vực sông.
ModSim có cấu trúc như HTHTRQĐ với giao diện đồ họa cho phép người sử dụng
tạo ra mạng lưới mô hình lưu vực sông mong muốn. Thông qua giao diện đồ họa,
người sử dụng thể hiện các thành phần của hệ thống tài nguyên nước như một
mạng các nút và các đường. ModSim có thể chạy chương trình dự báo hàng ngày,
hàng tuần, hàng tháng và hàng năm.
♦

OASIS (Hydrologics, 2001; Randall et al, 1997 - Operational
Analysis and Simulation of Integrated Systems) được phát triển bởi Hydrologics,


18

Inc. OASIS sử dụng giao diện đồ họa để thiết lập mô hình, giống như ModSim.
Một lưu vực sông được xem như một mạng các nút và các đường. Oasis sử dụng
Microsoft Access để lưu trữ dữ liệu tĩnh. OASIS đã được sử dụng ở một số nơi như
sông Delaware (bởi Delaware River Basin Commission), sông Roanoke (bởi U.S.
Bureau of Reclamation, The Nature Conservancy), sông Kansas (bởi Kansas Water
Office), sông Rio Grande (bởi University of Texas at Austin), South Fork of the
American River, California....

CRSS (Colorado River Simulation System, Schuster, 1987) được
xây dựng trong những năm 1980 để mô hình hóa lưu vực sông Colorado, dự báo và
lập kế hoạch vận hành hồ chứa.
♦

♦

WaterWare (Fedra, 2002; Jamison and Fedra, 1996) là hệ thống trợ
giúp ra quyết định dựa trên sự liên kết các mô hình mô phỏng sử dụng các dữ liệu
từ hệ thống thông tin địa lý GIS và hệ thống các chuyên gia. Hệ thống sử dụng
giao diện người dùng đa phương tiện bằng việc truy cập Internet và một hệ GIS
hỗn hợp với các lớp bản đồ, cơ sở dữ liệu, các phân tích theo chuỗi thời gian, các
chức năng đưa tin, và hệ chuyên gia cho việc ước lượng, phân loại và đánh giá các
tác động. Hệ thống này liên kết đầu vào và đầu ra của mô hình mưa và dòng chảy
tràn, mô hình ước lượng nhu cầu tưới tiêu, mô hình phân phối tài nguyên nước, mô
hình chất lượng nước, mô hình nước ngầm và ô nhiễm.
2.2.4. Các hệ thống trợ giúp ra quyết định quản lý chất lượng nước
♦

BASINS (USEPA, 2004 - Better Assessment Science Integrating
Point and Nonpoint Sources) là một hệ HTHTRQĐ đưa đồng thời một số lượng
lớn các dữ liệu môi trường và các khả năng mô hình hóa vào một gói chung, gắn
kết với GIS. BASINS có ba mục tiêu: thuận tiện kiểm tra thông tin môi trường; hỗ
trợ phân tích các hệ thống môi trường; và đưa ra cơ cấu kiểm tra các khả năng thay
đổi quản lý (US EPA, 1998). Hệ thống này chạy trên các máy tính cá nhân có nền
Windows và cho phép người sử dụng đánh giá chất lượng nước tại các vị trí lựa
chọn hoặc trên toàn bộ lưu vực. Các dữ liệu của BASINS và các công cụ tính toán
được tích hợp trong môi trường ArcView GIS.

2.3. Hệ thống HTRQĐ quản lý tổng hợp tài nguyên nước - mDSS

Trong các hệ thống vừa nêu trên, tất cả đều chỉ mới dừng lại ở công cụ trợ giúp
trong quản lý ở một khía cạnh nào đó của việc khai thác sử dụng tài nguyên nước, chưa
có hệ thống nào đề cập đến vấn đề quản lý tổng hợp và phát triển bền vững.


19

Trong những năm gần đây, do nhận thức được tính cấp bách trong quản lý tổng
hợp tài nguyên nước gắn với phát triển bền vững, nhiều nghiên cứu và chính sách về quản
lý tổng hợp tài nguyên nước đã được thực hiện ở các khu vực phát triển của Châu Âu.
Chính sách về nước ở Châu Âu đã thực sự phát triển vượt bậc với việc đạt được sự thống
nhất cho một hiệp định khung về nước trong khuôn khổ Cộng Đồng Chung Châu Âu.
Tuy nhiên nếu thiếu một cái nhìn đa ngành và các công cụ thích hợp để quản lý tài
nguyên nước một cách tổng hợp thì sẽ gia tăng các cuộc xung đột giữa các người dùng
nước và đe doạ một cách mạnh mẽ tới tính ổn định kinh tế xã hội.
Trước yêu cầu đó, dự án Mulino đã được hình thành để phát triển một công cụ
phần mềm hỗ trợ quyết định cho việc giải quyết nhiều vấn đề phức tạp trong quản lý tổng
hợp tài nguyên nước quy mô lưu vực sông ở châu Âu. Dự án đã được thực hiện thông qua
liên kết các trường đại học, trung tâm nghiên cứu và cơ quan quản lý (9 cơ quan) của 5
nước thành viên Liên minh Châu Âu.
Bằng việc kết hợp mô tả rõ ràng các vấn đề trong bối cảnh ra quyết định với mô
hình thủy văn, hệ thống thông tin địa lý, phân tích đa tiêu chí. Chương trình cung cấp một
công cụ có giá trị để trợ giúp cho việc tạo lập quyết định mà trong đó đã bao gồm: những
thỏa thuận của các bên liên quan, nhận thức của xã hội, và phối hợp giữa những người ra
quyết định. Dự án Mulino còn góp phần vào việc tạo ra một sự hiểu biết chung về quản lý
tài nguyên nước một cách bền vững, là điều kiện tiên quyết đối với những mục tiêu phản
ánh trong Hiệp Định Khung về Nước.
Như vậy kết quả của dự án là một phần mềm (có tên là mDSS) và một phương
pháp luận chung mà theo đó phần mềm được sử dụng theo một cách tiếp cận tổng hợp
cho bài toán phân tích hỗ trợ ra quyết định quản lý tài nguyên nước.

Chương trình mDSS là sự kết hợp của các thuật toán và mô hình như: Mô hình
nhận thức DPSIR, phân tích tích hợp các mô hình, và phân tích đa tiêu chí (MCA).
Chương trình được dùng tích hợp với các phần mềm khác như GIS, các mô hình thủy văn
và/hoặc thuỷ lực hay những mô hình tính toán mô tả trạng thái nguồn nước nào khác để
thu thập dữ liệu từ các mô hình này tuỳ thuộc vào kịch bản của các phương án ra quyết
định.
Phương pháp luận cho chương trình có thể được áp dụng cho nhiều quy mô và
cung cấp cho nhà quản lý tài nguyên nước một công cụ mạnh mẽ phù hợp với triển khai
các nội dung của Hiệp định Khung về nước. Vì vậy, việc áp dụng mDSS cần một cách
tiếp cận để đưa ra các lựa chọn ra quyết định theo cách thức hoàn toàn mới đối với nhiều
nhà quản lý. Những ứng dụng ban đầu cần một sự đầu tư thời gian và công sức để tìm


20

hiểu cách sử dụng phần mềm, cách tiếp cận, thu thập thông tin liên quan và tổ chức thành
một bài toán hỗ trợ ra quyết định phù hợp với mô hình sử dụng trong chương trình.
Phần mềm mDSS và phương pháp luận của nó đã được áp dụng thử nghiệm cho
một số bài toán hỗ trợ ra quyết định. Các kết quả cho thấy tính hiệu quả của việc đánh giá
chọn phương án khi sử dụng phương pháp luận và chương trình của HHTRQĐ mDSS.
Một số bài toán đã áp dụng thử nghiệm như:
• Phân tích lựa chọn giải pháp phát triển nông nghiệp để giảm thiểu xói mòn và
nồng độ Nitrate trong đất của lưu vực sông Bahlui, Rumania.
• Phân tích xác định mực nước thích hợp cho đập Caia , Thổ Nhĩ Kỳ đáp ứng nhu
cầu cấp nước.
• Xác định chi phí tối ưu cho thuỷ lợi để có lượng nước tưới tối đa trong các mùa
đông và mùa hè trong muốn giảm thiểu những tác động xấu đến sinh thái các
con sông đối với lưu vực sông Yare & Bure, Anh Quốc
• Phân tích lựa chọn giải pháp phòng chống lũ lụt cho thung lũng sông Nethan,
Bỉ bằng các giải pháp sử dụng các vùng phân lũ, chậm lũ và xác định quy mô,

vị trí cho các vùng phân và chậm lũ này
• Phân tích chọn giải pháp giảm thiểu nitrat do các sông đổ vào phá Venice.
• Phân tích xác định các giải pháp phòng chống rủi ro lũ do biến đổi khí hậu của
lưu vực sông Danube (lớn thứ 2 ở Châu Âu, bắt nguồn từ Đức, qua Áo,
Slovakia, Hungary, Croatia, Serbia, Bulgari, Moldova, Ucraine, Romania đổ ra
Biển Đen và sông Brahmaputra (bắt nguồn từ Tây Tạng qua Ấn Độ đến
Banglades và đỏ ra vịnh Bengal).

2.4. Phát triển và sử dụng hệ thống HTRQĐ quản lý TNN ở Việt Nam
Ở nước ta, do nhiều lý do như: Trước đây phát triển kinh tế chưa cao, được thiên
nhiên ưu đãi, nên các vấn đề liên quan đến tài nguyên nước chưa được đặt ra cấp bách.
Những quan tâm chủ yếu thường phải đặt ra là lũ lụt và thời tiết. Vì vậy vấn đề về phát
triển một phương pháp luận cũng như công cụ HTHTRQĐ quản lý tổng hợp tài nguyên
nước chưa được quan tâm nhiều. Những công cụ và phương pháp luận phát triển trong
thời gian này ở Việt Nam chủ yếu là các bộ chương trình tính toán dòng chảy một hay hai
chiều trong sông, tính toán truyền lũ hoặc truyền chất. Một số cơ sở hay trung tâm nghiên
cứu tiếp nhận các chương trình của nước ngoài, cũng chủ yếu là các chương trình tính
toán mô phỏng dòng chảy và truyền chất ô nhiễm. Các bộ chương trình này cũng đã góp


21

phần tính toán các kịch bản khác nhau trong quản lý liên quan đến tài nguyên nước cho
một số sông và vùng ven biển quan trọng.
Trong những năm gần đây, do tốc độ phát triển kinh tế xã hội cao ở nước ta cũng
như các quốc gia trong vùng, áp lực lên nguồn nước cho phát triển đã nảy sinh. Thêm vào
đó là sự biến của đổi của khí hậu toàn cầu làm gia tăng những tác động xấu đến tài
nguyên nước đe đoạ phát triển bền vững của nhiều quốc gia, trong đó Việt Nam được xếp
vào 10 quốc gia chịu ảnh hưởng mạnh nhất. Vi vậy, vấn đề về phát triển phương pháp
luận và công cụ HTRQĐ phục vụ quản lý tổng hợp tài nguyên đảm bảo phát triển bền

vững đang được đặt ra cấp bách.
Tuy nhiên cho đến nay ở nước ta vẫn chưa phát triển và sử dụng hệ thống HTRQĐ
quản lý tổng hợp tài nguyên nước. Mặc dù phương pháp luận về quản lý tổng hợp đã
được phát triển và thực hiện nhiều ở quy mô dự án Quốc Gia trong một số lĩnh vực như:
Các dự án quản lý tổng hợp đới bờ, Quản lý tổng hợp khai thác và phát triển tài nguyên
rừng …


22

CHƯƠNG 3: MỘT SỐ PHÂN TÍCH VỀ THIẾT KẾ, XÂY DỰNG VÀ PHÁT
TRIỂN HTHTRQĐ QLTH TÀI NGUYÊN NƯỚC
3.1. Những vấn đề cần quan tâm trong QLTH tài nguyên nước
Quản lý tổng hợp nguồn nước đòi hỏi sự quan tâm đến các lĩnh vực xã hội, kinh tế,
môi trường. Mặc dù, trong các quyết định nói đến ở đây, chúng ta chủ yếu tập trung vào
hai lĩnh vực quan trọng trong quản lý tài nguyên nước:
• Quản lý các hiểm hoạ nguồn nước: bao gồm lũ, lụt, sự cố tràn các chất hoá
học.
• Quản lý khai thác và kiểm soát nguồn nước: Bao gồm việc bảo vệ và cung
cấp nước cho các khu đô thị, cho nông nghiệp, công nghiệp, thuỷ điện, bảo
vệ môi trường.
Các cách thức ra quyết định với hai lĩnh vực này là khác nhau do có sự khác biệt
về phạm vi thời gian cho việc ra các quyết định (có thể là hàng giờ cho trường hợp đầu,
nhưng có thể là hàng ngày tới hàng năm cho trường hợp thứ hai)
3.1.1. Quản lý các hiểm hoạ nguồn nước
Hệ thống cảnh báo sớm:
Hệ thống cảnh báo sớm đối với lũ lụt hay các thảm hoạ tràn hoá chất là hệ thống
thông tin được thiết kế để gửi các dữ liệu thủy văn, tình trạng đập hay các thông tin liên
quan đến các thảm hoạ tới các nhà quản lý nước, để họ liên kết chúng với các dữ liệu khí
tượng và các mô hình về sông ngòi nhằm đưa ra các dự báo rủi ro và các hành động nhằm

giảm thiểu tác hại về kinh tế, xã hội và con người liên quan.
a) Lũ lụt:
Việc đối phó với các trường hợp lũ lụt cần có các mô hình tính toán có quy mô lớn
và có bước thời gian dự báo ngắn hơn so với hầu hết các mô hình quản lý nguồn nước
khác. Tính toán ngập lụt như là kết quả của sự lan truyền sóng lũ trong khu vực tràn, cần
đến các mô hình hai chiều hoặc mô hình một chiều.
Các biện pháp có tính kết cấu và phi kết cấu được sử dụng để phòng chống lũ lụt.
Các chuyên gia điều tiết các hồ chứa thượng nguồn cần chỉ ra khả năng giữ nước khi lũ
lụt và cảnh báo các hiểm nguy đối với khu vực hạ lưu; cần phải biết xả nước theo kế
hoạch để giảm nguy hiểm. Dòng và đỉnh lũ trong các lưu vực phụ thuộc vào khả năng trữ
lũ và các quyết sách xả lũ, mà có thể được xác định thông qua các tính toán mô phỏng.
Tác hại lũ lụt có thể được dự báo nếu biết được sự phân bố của các dòng chảy đỉnh lũ và
mối quan hệ giữa các cấp lũ với thiệt hại, và giữa cấp độ lũ với dòng chảy đỉnh lũ.


23

b) Thảm hoạ tràn hoá chất:
Thảm hoạ tràn hoá chất là mối quan tâm chính đối với các khu vực có hệ sinh thái
sông ngòi và các hệ thống cung cấp nước sinh hoạt cho thành phố, thị xã. Để ứng phó
thảm hoạ do sự cố tràn hoá chất, các nghiên cứu cần được thực hiện để xác định thời gian
hóa chất thâm nhập tới các nhánh sông. Một hệ thống hỗ trợ ứng phó với các thảm hoạ
tràn hoá chất cần có cơ sở dữ liệu vùng có khả năng tràn hoá chất và các điểm nguồn hoá
chất (hóa chất nông nghiệp, các bể chứa dầu, thuốc trừ sâu...). Nhờ sử dụng công cụ
HHTRQĐ, các nhà quản lý thảm hoạ tràn hoá chất có thể nhanh chóng đưa ra các chỉ dẫn
đối với các khu vực bị tràn hoá chất, các khu vực tiếp xúc với nguy hiểm, chi tiết về các
loại hóa chất và hành trình của chúng trong các sông ngòi bị ảnh hưởng dưới các điều
kiện khác nhau. Các nhà quản lý thảm họa tràn hóa chất cũng có thể sử dụng các mô hình
mô phỏng để xác định bao lâu nó sẽ đến được các vị trí ở hạ lưu. Đội ứng phó tình trạng
khẩn cấp sẽ sử dụng dữ liệu có được để ra các quyết định về việc triển khai thiết bị và

nhân lực cần thiết.
3.1.2. Vấn đề điều tiết, cung cấp và chất lượng nước
Quản lý sông ngòi:
Trong lĩnh vực quản lý sông ngòi nói chung, nhiều vấn đề quan trọng và phức tạp,
cần các nhà hoạch định chính sách phải có những phân tich cẩn thận đúng đắn để đi đến
quyết định về những vấn đề sau:
• Điều khiển hồ chứa cung cấp nước cho các mục đích khác nhau như: sử
dụng cho công nghiệp, sinh hoạt, thủy lợi, thủy điện ...
• Kiểm soát các tác động của việc sử dụng và quản lý đất đai đối với chất
lượng nguồn nước.
• Đánh giá và quản lý chất lượng các vùng nước mặt.
• Xây dựng các kế hoạch kiểm soát ô nhiễm đối với các lưu vực sông và các
cửa sông.
• Xây dựng và triển khai các kế hoạch xử lý nước thải, để có được chất lượng
nước mong muốn dưới các điều kiện dòng chảy khác nhau.
• Quản lý lưu vực sông, bao gồm đánh giá mối quan hệ giữa sản xuất kinh tế
và sự thay đổi môi trường trong lưu vực.


24

Quản lý hồ và hồ chứa:
Trong lĩnh vực quản lý hồ và hồ chứa, sự hỗ trợ là cần thiết để tạo ra các quyết
định trong việc kiểm soát ô nhiễm, sự vận hành hệ thống các hồ chứa, cung cấp nước cho
sinh hoạt, hoạt động thủy điện, giảm nhẹ sự ảnh hưởng của thay đổi khí hậu ...
Sự ô nhiễm bởi nguồn phân tán:
Hỗ trợ quyết định trong lĩnh vực này là cần thiết để lập các kế hoạch đối với việc
sử dụng hóa chất nông nghiệp, bảo vệ các nguồn nước, dòng nước và các tầng nước dễ bị
tổn thương. Việc tính toán mô hình và quản lý sự ô nhiễm bởi nguồn phân tán trong nông
nghiệp thường cần đến các tham số phân bố theo lưu vực sông. Khả năng quản lý và hiển

thị dữ liệu là cần thiết, cho phép người ra quyết định dễ dàng nhận biết và phân tích các
khu vực có sự cố.
Quản lý việc sử dụng nước ngầm:
Vì những người ra quyết định phải tính toán đến các yếu tố xã hội, luật pháp, kinh
tế và môi trường sinh thái, do vậy HTHTRQĐ có lợi thế rất lớn trong việc hoàn thiện
quản lý và quy hoạch các hệ thống sử dụng liên quan đến tài nguyên nước ngầm (trong đó
có đất và tầng nước mặt). Điều này có thể cần đến sự tích hợp một số mô hình mô phỏng
và giao diện đồ họa, nhằm đưa ra bức tranh đầy đủ về các phương án sử dụng nước ngầm
ở các lưu vực sông. Các mô hình đa tiêu chí có thể được tích hợp vào trong quá trình tạo
lập quyết định liên quan. Nó cho phép những người ra quyết định phân tích các tác động
kinh tế, xã hội và môi trường đến sự vận động của nguồn nước ngầm. Từ đó HTHTRQĐ
có khả năng xem xét đến các ảnh hưởng một cách đầy đủ, lồng ghép các thông tin kỹ
thuật vào quá trình ra quyết định một cách khoa học, nhanh chóng.
Các hệ thống xử lý và phân phối nước:
Việc thiết kế, vận hành hệ thống xử lý và phân phối nước là công việc phức tạp, có
nhiều khó khăn. Các mô hình mô phỏng và tối ưu mạng lưới có thể được sử dụng trong
việc lập kế hoạch và đưa ra biện pháp kiểm soát đối với hệ thống phân phối nước. Các
quyết định thay đổi hệ thống một cách hợp lý, giảm thiểu sự tổn thất nước, giảm giá thành
có thể được xây dựng đối với một hệ thống.


25

3.2. Những công nghệ hỗ trợ việc phân tích và tạo lập quyết định trong quản lý nước
3.2.1. Các mô hình mô phỏng và tối ưu
Với các lưu vực, hai loại mô hình thường được sử dụng để phân tích (McKinney et
al., 1999):
- Mô hình mô phỏng trạng thái và sự vận động của hệ thống nguồn nước. Các mô
hình này thường được sử dụng để tính toán mô phỏng các kịch bản tương ứng với các
phương án. Phương án tốt nhất đựơc đưa ra căn cứ vào những đánh giá kết quả các kịch

bản theo một quan điểm nào đó. Tuy nhiên với việc chỉ sử dụng các mô hình mô phỏng,
người phân tích ra quyết định sẽ gặo nhiều khó khi chọn phương án. Bởi vì các kết quả
mô phỏng thường rất lớn, có đặc trưng cả về không gian và thời gian, Dữ liệu thuộc nhiều
loại với nhiều quy mô khác nhau. Các kịch bản tính toán thì cũng chỉ là một số lượng nhỏ
trong các khả năng có thể xảy ra. Và nhiều khi các mô hình cung không đủ để tính toán
mô phỏng đầy đủ các mặt khác nhau bị ảnh hưởng bới các phương án.
- Mô hình tối ưu hóa và chọn lựa phương án điều hành, kiểm soát hệ thống nguồn
nước. Việc sử dụng thêm mô hình tối ưu có ưu điểm là có thể chọn được các phương án
tối ưu theo một số các thông số biểu thị cho một số rất lớn các phương án (biến liên tục
hoặc thay đổi theo dãy số có tính quy luật). Tuy nhiên trong nhiều trường hợp nhiều tuỳ
chọn đối với các phương án không thể biểu diễn bới một sự ràng buộc hay phụ thuộc dạng
toán học.
3.2.2. Hệ thống thông tin địa lý
Cơ sở dữ liệu tạo thuận lợi cho việc lưu trữ, khôi phục, hiển thị và chỉnh sửa dữ
liện cần thiết trong quá trình tạo lập và ra quyết định. Hai hệ thống công cụ lưu trữ và
phân tích dữ liệu thường dùng là: Cơ sở dữ liệu quan hệ - liên kết thông tin dưới dạng
bảng biểu và Cơ sở dữ liệu thông tin địa lý (GIS) - liên kết các thông tin không gian như
các điểm, đường và các vùng. GIS không chỉ có thể đưa các đặc trưng không gian vào cơ
sở dữ liệu tài nguyên nước, mà còn có khả năng tích hợp tốt các yếu tố xã hội, kinh tế, và
môi trường có liên quan đến việc hoạch định và quản lý tài nguyên nước, sử dụng trong
quá trình ra quyết định. Một mô hình dữ liệu liên kết GIS với các mô hình khác là cần
thiết trong quá trình tạo nên một HTHTRQĐ cho quản lý nước. Đây là một công cụ trực
quan giúp các nhà hoạch định chính sách, các nhà quản lý có thể có cải nhìn tổng thể hơn
về các phương án hay kịch bản cho các tuỳ chọn ra quyết định,
3.2.3. Hệ thống chuyên gia
Hệ thống chuyên gia bao gồm các quy tắc và dữ liệu được xây dựng dựa trên tri
thức của các chuyên gia, có khả năng đưa ra các sự kiện hay các dữ liệu mới từ các sự