Tác động của biến đổi khí hậu đến nguồn nước thô cung cấp và dự báo nhu cầu dùng nước trung hạn tại thành phố hồ chí minh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỎ MINH THƠNG TÁC ĐỘNG CỦA BIÉN ĐĨI KHÍ HẬU ĐÉN NGN NƯỚC THƠ CUNG CÁP VÀ Dự BÁO NHU CÀU DỪNG NƯỚC TRUNG HẠN TẠI THÀNH PHĨ HỊ CHÍ MINH LUẬN ÁN TIÉN SĨ TP HỊ CHÍ MINH - NĂM 2022 ĐẠI HỌC QUÓC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỊ MINH THƠNG TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN NGƯỊN NƯỚC THƠ CƯNG CẤP VÀ DỤ BÁO NHƯ CÀƯ DÙNG NƯỚC TRƯNG HẠN TẠI THÀNH PHĨ HỊ CHÍ MINH Chun ngành: Kỷ thuật Tài Nguyên Nước Mã số chuyên ngành: 62580212 Phan biện độc lập 1: PGS TS VÕ KHẮC TRÍ Phàn biện độc lập 2: PGS TS NGUYỀN THẾ BIÊN Phan biện 1: GS TS HUỲNH CỊNG HỒI Phan biện 2: PGS TS VÕ ANH TUÁN Phân biện 3: TS BẢO THẠNH NGƯỜI HƯỚNG DẢN: PGS TS NGUYÊN THỐNG PGS TS CHÂU NGUYỀN XUÂN QUANG ii LỜI CAM DOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu ban thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham kháo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận án Hồ Minh Thông iii TĨM TẮT LUẬN ÁN Thành phố Hồ Chí Minh thành phố lớn Việt Nam dân số, quy mơ kinh tế, cịn trung tâm trị, văn hóa giáo dục Việt Nam Theo đó, vấn đề cung cấp nước đáp ứng nhu cầu sứ dụng phục vụ phát triển cùa thành phố vấn đề quan tâm Với việc nguồn nước thô cung cấp nước cho Thành phố phụ thuộc vào hệ thống sông Sài Gòn - Đồng Nai, dự báo tương lai việc cấp nước cho thành phố bị tác động tiềm ân từ kịch biến dối khí hậu nước biển dâng, xáy kịch ban tạm ngưng cung cấp nước ảnh hưởng đến nhu cầu sử dụng nước gia tăng theo phát triển kinh tế xã hội thành phố Nhằm đánh giá tống quan ành hưởng đến việc cung cấp nước cho thành phố, nghiên cứu thực việc dự báo nhu cầu sử dụng nước tương lai trung hạn thành phố Hồ Chí Minh việc đánh giá ánh hưởng biến đổi khí hậu nước biển dâng đến vị trí cung cấp nước thơ theo nồng độ mặn cho phép < 250mg/l, từ kết hợp đánh giá tổng hợp tính tốn định lượng thiểu hụt lượng nước thô theo kịch bán dự báo cung - cầu, dưa trường hợp cảnh báo lưu lượng, mức độ thời gian nhiễm mặn kéo dài liên tục; sở đề xuất khuyến nghị việc đảm bảo an tồn nguồn nước thơ cung cấp Nhu cầu sử dụng nước nghiên cứu dự báo bàng mơ hình ANN tống cơng suất nước thơ cần thiết cho Tp.HCM theo kịch không chắn khác đến năm 2050, dựa sở liệu cung cấp nước số liệu kinh tế - xã hội khứ dự báo xu hướng tương lai Việc nghiên cứu đánh giá ảnh hường cua biến đối khí hậu nước biển dâng đen vị trí cung cấp nước thô dựa sờ kết hợp mô hình thủy văn SWAT mơ hình thủy lực mã nguồn mở TELEMAC-2D để tính tốn định lượng kịch bàn biến đồi dòng chây ảnh hưởng xâm nhập mặn đến vị trí trạm lấy nước thơ Tp.HCM, với điều kiện biên dựa thay đối theo kịch ban BĐKH & NBD cơng bố Từ khóa: biến đổi khí hậu, nước biến dâng, dự báo nhu cầu dùng nước, xâm nhập mặn, SWAT, Telemac iv ABSTRACT Ho Chi Minh City is the largest city in Vietnam in terms of population, economic scale, and also is a center of the political, cultural and educational in Vietnam Accordingly, the water supply issue to meet the demand using and development of the city is a matter of concern today With the raw water supply to the city currently dependent on the Saigon - Dong Nai river system, it is forecasted that in the future the water supply for the city will be affected by potential impacts from the following climate change scenarios and sea level rise, then may occur the scenarios of water supply inteiruption and impact on water demand, which is also increasing with the socio-economic development of the city In order to assess the overall impact on the city's water supply, this study will execute the medium-term future forecast of water demand in Ho Chi Minh City as well as assess the impacts of climate change and sea level rise on raw water supply locations according to the allowable salinity of < 250mg/l From there, combining synthetic assessment and quantitative calculation of the shortage of raw water according to the supply-demand forecast scenarios, giving warning cases about the discharge, extent and duration of salinization, continuous, on that basis, will propose recommendations in ensuring the safety of the raw water supply The researched water demand is forecasted by the ANN model and the total raw water capacity required for HCMC under different uncertain scenarios up to the year 2050, based on the supply data, country and past socio-economic data and forecast future trends The study and assessment of the effects of climate change and sea level rise on raw water supply locations are based on the combination of the SWAT hydrological model and TELEMAC-2D open source hydraulic model to calculate Quantitative calculation of runoff variation scenarios and saline intrusion effects on raw water intake stations in HCMC, with boundary conditions based on changes under published climate change & sea level rise scenarios Keywords: climate change, sea level rise, predict water demand, salinity intrusion, SWAT, Telemac V LỊI CẢM ƠN Luận án hồn thành Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM, hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Thống PGS.TS Châu Nguyễn Xuân Quang, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sac đến Thầy giúp đỡ hướng dẫn tận tình suốt thời gian qua Bên cạnh tác giả xin cảm ơn tập thể giảng viên thuộc Bộ môn Kỹ thuật Quản lý Tài nguyên nước - Khoa Kỹ thuật Xây dựng - Trường Đại học Bách Khoa, PGS.TS Đào Nguyên Khôi thuộc Khoa Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp.HCM, cán Phòng Đào tạo sau đại học Trường Dại học Bách Khoa dã có góp ý hỗ trợ q trình học lập nghiên cứu hoàn thiện luận án Tác giả xin cảm ơn tập đồng nghiệp cơng tác Tống cơng ty Cấp nước Sài Gịn, hồ trợ, giúp đỡ, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả khoảng thời gian dài kết hợp vừa đảm bão hoàn thành cơng tác chun mơn hồn thành việc học tập nghiên cứu Cuối cùng, tác giá xin bày tò lịng biết ơn đến người thân gia đình, ln sát cánh, khích lệ, tạo điều kiện suổt q trình học tập đê lác giả hồn thành luận án Trân trọng./ vi Mục lục Mục lục vii Danh mục Bảng xiii Danh mục Hình xvi Chừ viết tẳt XX PHÀN MỞ ĐÀU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu nghiên cứu Nội dung phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn cúa đề tài Ý nghĩa khoa học Ý nghĩa thực tiễn 10 Những đóng góp luận án 10 Bố cục luận án 10 Chương TỒNG QUAN CÁC NGHIÊN cứu VỀ Dự BÁO NHU CẦU DÙNG NƯỚC VÀ TÁC ĐỘNG CỦA BIÉN ĐỎI KHÍ HẬU ĐÉN NGUỒN NƯỚC THƠ CUNG CÁP TẠI TP.HCM 12 1.1 Tổng quan vấn đề cần nghiên cứu 12 1.1.1 Tổng quan BĐKH Kịch bán BĐKH & NBD cho Việt Nam 12 1.1.2 Tổng quan dự báo nhu cầu dùng nước đô thị 14 1.1.3 Tổng quan hệ thống cung cấp nước Tp.HCM 16 1.2 Các nghiên cứu ảnh hưởng biến đối khí hậu với việc cung cấp nước thị, an tồn cấp nước giải pháp thích ứng 19 vii 1.3 Các nghiên cứu dự báo nhu cầu dùng nước .25 i 3.1 Các phương pháp dự báo nhu cầu dùng nước 25 1.3.2 Các nghiên cứu dự báo nhu cầu dùng nước Tp.HCM 32 1.3.3 Các yểu tố ánh hướng đến dự báo nhu cầu sử dụng nước 32 1.4 Các nghiên cứu đánh giá thay đồi dòng chảy thượng nguồn xâm nhập mặn tác động biển đổi khí hậu 36 1.5 Dánh giá tống quan nghiên cứu 42 Chương THIÉT LẬP MƠ HÌNH VÀ Dự BÁO NHU CẦU DÙNG NƯỚC TRUNG HẠN TẠI TP Hồ CHÍ MINH 44 2.1 Phân tích lựa chọn biến số ãnh hưởng đến nhu cầu dùng nước Tp.HCM 44 2.1.1 Các biến sổ ảnh hưởng đến nhu cầu sử dụng nước Tp.HCM 44 2.1.2 Phân tích tương quan lựa chọn biến số ảnh hưởng đến nhu cầu dùng nước tạiTp.HCM 46 2.2 Thiết lập mơ hình mơ nhu cầu sử dụng nước Tp.HCM 48 2.2.1 Tiêu chuẩn kiểm định mơ hình 49 2.2.2 Mơ hình hồi quy tuyến tính bội nhu cầu sừ dụng nước Tp.HCM 49 2.2.3 Mơ hình ANN nhu cầu sử dụng nước Tp.HCM 51 2.2.4 Nhận • xét lựa • chọn • mơ hình 53 2.3 Dự báo xu hướng cua biến số ảnh hường đến nhu cầu dùng nước Tp.HCM 53 2.3.1 Dự báo phát triển số lượng đồng hồ nước .54 2.3.2 Dự báo giá nước 54 2.3.3 Dự báo tăng trướng GRDP 55 2.3.4 Dự báo tăng trưởng dân số 56 2.4 Dự báo nhu cầu sử dụng nước tạiTp.HCM điều kiên không chắn 59 2.4.1 Giả thiết phân phổi xác suất biến đau vào 59 viii 2.4.2 Kct dự báo nhu cầu sử dụng vào thời điểm tương lai 59 2.5 Kết quà dự báo tổng công suất cung cấp nước từ Tổng công ty cấp nước Sài Gòn tương lai 63 2.5.1 Dự báo tồng công suất cung cấp nước theo tỷ lệ nước không doanh thu hữu 63 2.5.2 Dự báo tông công suất cung cấp nước theo kịch tỷ lệ nước không doanh thu 64 2.6 Đánh giá kết 68 Chương THIẾT LẬP MƠ HÌNH TỐN VÀ DÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BĐKH & NBD ĐÉN SƠNG SÀI GỊN ĐĨNG NAI TẠI CÁC VỊ TRÍ CUNG CÁP NƯỚC THƠ CHO TP.HCM 70 3.1 Cơ sớ lý thuyết mô hình tốn 70 3.1.1 Cơ sở lý thuyết cúa mơ hình SWAT 70 3.1.2 Cơ sở lý thuyết cùa mô hình Telemac 75 3.2 Tong quan quy trình thực xâydựng mơ hình tốn mưa - dịng chảy mơ hình thủy lực sơng ngịi nham đánh giá tác động BĐKH & NBD đổn vị trí cung cấp nước thơ Tp.HCM 80 3.3 Thiết lập mô hình mưa - dịng chảy lưu vực sơng Đồng Nai 81 3.3.1 Phương pháp thực nghiên cứu 81 3.3.2 Thiết lập mơ hình 82 3.3.2.1 Dữ liệu sử dụng việc thiết lập mơ hình 83 3.3.2.2 Mơ hình SWAT 84 3.3.2.3 Dừ liệu hiệu chình & kiểm định mơ hình 85 3.3.3 Kết quà hiệu chỉnh kiểm định 86 3.4 Thiết lập mơ hình thủy lực sơng ngịi lưu vực 88 3.4.1 Phương pháp thực nghiên cứu .88 3.4.2 Thiết lập mơ hình 89 3.4.2.1 Dừ liệu sứ dụng việc thiết lập mơ hình 89 3.4.2.2 Mô hình lưới 89 3.4.2.3 Điều kiện biên liệu mơ hình 89 3.4.3 Kết hiệu kiểm định mơ hình 91 3.4.3.1 Hiệu chinh mơ hình 91 3.4.3.2 Kiểm định mơ hình 94 3.5 Các kịch biến đổi khí hậu nước biến dâng đổi với lưu vực sông Đồng Nai 96 3.5.1 Các kịch thay đổi lượng mưa 96 3.5.2 Các kịch thay đổi nhiệt độ 98 3.5.3 Các kịch ban nước biển dâng 100 3.6 Đánh giá ảnh hường biến đối khí hậu lên ngưỡng thay đồi dịng chày sừ dụng mơ hình mưa - dịng chảy 100 3.6.1 Tại đoạn sông Đồng Nai 100 3.6.2 Tại đoạn sơng Sài Gịn 103 3.7 Đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến xâm nhập mặn sơng Đồng Nai vị trí cung cap nước thô cho Tp.HCM 105 3.7.1 Các kịch ban tính tốn kết hợp biến đồi khí hậu nước biền dâng lưu vực sông Đồng Nai 105 3.7.1.1 Các kịch thay đoi lưu lượng biên .105 3.7.1.2 Triều trung bình thời kỳ sở 105 3.7.1.3 Tổ hợp kịch biến đổi khí hậu nước biển dâng 106 3.7.2 Đánh giá xàm nhập mặn 106 3.8 Đánh giá kết 115 Chương ĐẢNH GIÁ ÀNH HƯỚNG ĐÉN VIỆC AN TỒN CÁP NƯỚC TP HỒ CHÍ MINH VÀ ĐÈ XUẨT CÁC GIẢI PHÁP 118 4.1 Tong hợp kết đánh giá việc ảnh hướng đen khả cung cấp nước 118 X c /1 OI LJ o KO bo bO LÝ Ò0 N> Ok bJ 5 LM b? Ni N oo 7^ N> v4 oo KO Ch b0 O' LA »00 —4 L/l KO bO LA b—* oc 00 Ln 00 00 Ch Ln r-o ►—‘ N N *4 *4 ►—* J b—4 *4 f bl Ol 00 x4 /■ ‘ IO KJ La x4 f bO bO *4 V4 Kéo liên tục lớn La) LJ K \4 \4 KJ N4 VCh LP i'j Ln *4 ( Ã.Ù «4 f /1 L-/1 f k3> J bO —Ề b—4 b—4 kJ sjJ c- LA •^J ^4 _ ^—4 Ch *4 ( ãJ Ln Ln *4 K K J K ■J KO Độ mặn lớn (mg/1) \O so kJA (mg/1) đoạn f 1) k f OK OK - >—A r Ji ưl J *4 KJ KO K) o J 4—À k—1 *4 s4 fJ\ M Độ mặn lớn Số thời 721 bo *4 IxJ oo s 721 bO bo KO 00 N «4 LA rr^ s>2 721 LJ *4 LA 212 100 O KC LJ \4 4 LA rz- LA '4 KÙ Rich • Số thời Ln đoạn • 187 kZJ x4 r^Tj Li Kéo liên tục lớn / nhât •4 L> Rạch Tra |L f \4 \4 t 00 237 bO Ln Os Hòa Phú Ch LA ro 00 KJ 00 LJ LA »4— \e> b? ? aJ y) K 1^Ù 00 o Độ mặn lớn nhât (mg/1) đoạn Hóa An Số thời Kéo liên tục • lớn p K ỉ bo **T\ 00 *• bJ LA bo LA Lj ^-4 Ln '^A >4 _ s LP ^c *4 nr> \4 bO M 00 \4 ^O ^4 >4 •4 \4 La) lS LP LA Độ mặn F líVn nhát ỈV1Ỉ Illicit (mg/l) đoạn o c~j (~3 C^J3 ' ' /^■s o o o Kéo liên tục lớn Bình An Số thời *—-s K * ^ /—ì b? 00 -a LA Kịch Độ mặn lớn (mg/1) E Số thời đoạn O' £ ST Kéo liên tục lớn Độ mặn lớn (mg/1) Số thời đoạn Kéo liên tục lớn Độ mặn lớn (mg/1) Số thời đoạn ©X □ Keo liên tục lớn Độ mặn lớn (mg/1) Số thời đoạn a ã* > Kéo liên tục lớn p \O p oe> »—à * X Õ Ul M *X Ịọ 00 X* La) o đoạn x> Ui p Ul bò x> M - Ỉ82- 00 oc o Ui KO 5s o o 00 Ui 5s p o o Ui X*Ui ru to oo Độ mặn lớn (mg/1) r-o Số thời đoạn Rạch Tra Ul 00 (mg/1) Kéo liên tục lớn p Ul p Hi Độ mặn lớn Số thời Ui Ui ỉù Kich ban Hòa Phú J Q\ Kéo ru liên tục lớn s Độ mặn lớn (mg/1) đoạn Hóa An Số thời Kéo liên tục lớn x> Ul U) x> Ui p •> 00 Ũ) Độ mặn lớn (mg/1) đoạn Kéo liên tục lớn Bình An Số thời Phụ lục Kêt quã sơ kịch ranh giói xâm nhập mặn theo sơ kịch điên hình *> Kịch bàn -183 - Kịch bàn 11 Kịch bàn 24 -184 • Kich bàn 38 Kịch bán 47 185 Kịch bàn 57 Kịch bàn 59 -186 - Kịch 65 -187 • Phụ lục Mặt cắt dọc địa hình tuyến ống II’C thơ đề xuất Mục 4.2.2 r f • « r r Mặt cãi dọc địa hình tuyên ông nước thô đê xuât cung cáp cho Trạm bơm Hóa An 10 11 12 13 14 16 15 17 18 19 20 21 Chiều dài (km) / 11 9 9 1 ™ Mặt căt dọc địa hình tun ơng nước thơ (tun 1) đê xuát cung câp cho Trạm bơm Hòa Phú -188- Cao trình (m) 1 « —B cat dọc địa hình tuyền ỏng nước thơ (tuyền 2) đê xuât cung câp cho Trạm bơm Hòa / a ' ' > • > A a Cao trình (m) Phủ 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 Chiều dại (km) Mặt cắt dọc địa hình tuyến ống nước thơ ị từ vị trí số /, Mục 4.2 ỉ) đề xuất cung cấp cho Trạm bơm Hòa Phú - 189 - Phụ lục Giói thiệu SO’ lược lưu vực sơng Sài Gịn - Đồng Nai Sơng Đồng Nai hệ thống sông lớn thứ nước, sau sông Me Kong sông Hồng Hệ thống sông Đồng Nai bao gồm dịng sơng Đồng Nai phụ lưu lớn là: sông La Ngà, sông Bé, sơng Sài Gịn, sơng Vàm Có (xcm Hình 0.1) Tồn lưu vực nằm diện tích tinh Lâm Đồng, Đắk Nơng, Bình Phước, Binh Dưưng, Binh Thuận, Đồng Nai, Bà Rịa - Vũng Tàu, Tây Ninh, Tp.HCM, Ninh Thuận phần cúa tính Đắk Nơng Long An với chiều dài 586km Tống diện tích lưu vực sơng Đồng Nai khống 38.600 km9 Tổng lượng nước mặt hàng năm khoang 37,4 tỳ m3 Các dòng phụ lưu hệ thống sơng bao gồm: Dịng sơng Dồng Nai bắt nguồn bơi hai nhánh Đa Nhim Da Dung từ cao nguyên Langbian, có cao độ 2.000 m, hướng cháy Đơng Bắc-Tây Nam, đổ biển cửa Xồi Rạp với chiều dài khoảng 620 km, diện tích lưu vực khoảng 14.000 km2, tổng lượng dịng cháy trung bình nhiều năm Trị An 15,74 tỷ m3 Sông La Ngà phụ lưu nằm bờ trái dịng Đồng Nai, đổ vào dịng sơng Đồng Nai vị trí cách thác Trị An 38 km phía thượng lưu Chiều dài sơng theo nhánh Da Riam 290 km; diện tích lưu vực sơng La Ngà 4.100 km2, với lượng dòng cháy trung binh hàng năm khống 4,8 tỷ m3 Sơng Bé phụ lưu lớn nằm bờ phải dịng sơng Đồng Nai, bẳt nguồn từ vùng Nam Tây Nguyên (cao nguyên Xnaro), độ cao từ 600-800 m Sơng Bé có chiều dài theo nhánh Dak Giun 350 km; diện tích lưu vực 7.650 km2, tơng lượng dịng chây hàng năm 7,9 tỷ m3 Sơng Sài Gịn bẳt nguồn từ vùng đồi Lộc Ninh vùng đồi Cambodia độ cao khoảng 100-200 m, đo vào sông Nhà Bè mũi Đèn Đo, cách bến phà Cát Lái 1,5 km phía hạ lưu Sơng Sài Gịn có tổng diện tích lưu vực 4.934 km2, với chiều dài sơng 280 km, tổng lượng dịng chay hàng năm 3,4 tỳ m3 Nguồn: wikipedia.org -190- Sông Vàm cỏ hình thành hai sơng Vàm cỏ Đơng Vàm cỏ Tây, bắt nguồn từ vùng đồi thấp Cambodia Sơng Vàm cỏ Đơng có chiều dài 220 km; diện tích lưu vực 6.300 km2 hợp lưu với Vàm Co Tây, tồng lượng dòng cháy hàng năm 6,0 tỷ m3 Tuy nhiên nghiên cứu này, với mục tiêu xem xét nghiên cứu ảnh hưởng đến việc cung cấp nước cho Tp.HCM nên không xem xét phụ lưu sơng Vàm cỏ mơ hình thiết lập đánh giá Lưu vực sơng có hai mùa mùa khô (từ tháng 12-5) mùa mưa (từ tháng 6-11) với lượng mưa dao động lừ 1.800-2.600mm/năm Trên lưu vực có hồ chứa lớn Trị An, Dầu Tiếng, Phước Hòa Thác Mơ cung cấp điều tiết nước cho hoạt động sinh hoạt, giao thông thúy, công - nông nghiệp -191 - Phụ lục Cơ sở lý thuyết mạng thần kinh nhân tạo Mạng thần kinh nhân tạo ANN hệ thống nhân tạo, dựa đặc tính cùa mạng thần kinh người, bao gồm nhiều phần tử xử lý đơn giản (neuron) hoạt động song song, xếp lớp (layer) liên kết với lien kết neuron Mồi liên kết kèm theo trọng số đó, đặc trưng cho đặc tính kích hoạt/ức chế neuron Trong mạng neuron, neuron đón nhận tín hiệu vào gọi neuron vào nằm lớp nhập (input layer) neuron đưa thông tin gọi neuron nam lớp xuất (output layer) Mạng than kinh nhân tạo McCulloch Pitts giới thiệu vào năm 1943 Cho đen mơ hình ANN ứng dụng nhiều việc nghiên cứu mơ phóng lãnh vực kinh tế, khoa học tự nhiên, đặc biệt nghiên cứu dự báo định kinh doanh Mục tiêu mơ hình ANN tính tốn dự báo giá trị cùa biến đầu với tập họp thông tin biến đầu vào cho trước Mơ hình ANN “huấn luyện” để “học” tù thơng tin q khứ Từ đó, mạng có the đưa kết dự báo dựa đà học Quá trình tiến hành thuật toán huấn luyện mạng, phơ biến thuật tốn lan truyền ngược (back-propagation algorithm) trình bày phần sau Có hai loại cấu trúc ANN mạng truyền thẳng (Feedforward Networks) mạng có hoi tiep (Recurrent Networks) Trong nghiên cứu chi tập trung nghiên cứu mạng truyền thẳng Đối với mạng thần kinh truyền thắng nhiều lóp (Multilayer Feedforward networks), neuron nhân tạo xếp thành lớp: lớp vào, lớp ẩn lớp Lớp vào nơi nhận tín hiệu đầu vào Các tín hiệu hàng sổ, liệu thơ đầu cùa mạng neuron khác Các giá trị sè tác động đến neuron lớp ẩn thông qua trọng số Wịj Tại lớp ấn, tín hiệu lớp vào xử lý bàng hàm chuyên đối (Transfer function), thường hàm Sigmoid hàm Tan-hyperbolic sau tín hiệu truyền qua lớp thơng qua trọng số wjk -192- , Lớp vào , Lớp ân Lớp Hình P9.1 Câu trúc mạng thân kinh nhân tạo lan truyên thăng nhiêu lớp Số lượng nút lớp ẩn sổ lớp ẩn anh hưởng đến kết q rnơ hình Neu q nhiều mơ hình phức tạp thời gian mơ phịng mơ hình kéo dài chưa hẳn có kết quà tốt Sử dụng số lượng lớn lớp ân số nút lớp nhiều tạo sản phấm khơng tốt mơ hình bị hiệu ứng đào tạo q mức, sè có nhiều trường hợp tạo giá trị dự báo sai lệch lớn Theo đó, việc xác định lớp ân nút thường thực phương pháp thử dần ■ Giai thuật lan truyền ngược mạng thần kinh nhân tạo: Phương pháp lan truyền ngược sử dụng tập hợp giá trị đầu vào đầu Một tập hợp đầu vào sử dụng hệ thống để tính giá trị đầu o, sau giá trị đầu o so sánh với giá trị đầu mục tiêu t (trị số thực đo) Nếu khơng có khác biệt, khơng thực trình đào tạo Ngược lại, trọng số liên kết neuron thần kinh thay đơi q trình lan truyền ngược để giảm khác biệt trị số tính tốn từ mơ hình trị số thực đo Sau vượt qua lớp cuối cùng, giá trị đầu thực mạng so sánh với giá trị mong muốn (giá trị đo đạc) Mục tiêu phải cực tiểu hóa sai số tông mạng cho tất cá tập hợp theo thời gian cua giá trị đầu vào (input partern) Sai số cua partem p mạng chi có biến đầu tính sau: [P9.il Trong đó: sai số tống mạng phải tính tốn cho tất pattern Phương pháp lan truyền ngược cố gắng cực tiếu hóa sai số cách điều chĩnh trọng số mồi q trình tính tốn ■ Hàm tống hàm chun đơi -193 - Hàm tổng (Summation Function) hàm tính tổng trọng số tất cà input đưa vào mồi neuron Hàm tổng neuron đổi với n input tính theo cơng thức sau: [P9.2J Y = ỵĩ=1XiWi Hàm tổng (Summation Function) neuron cho biết khả kích hoạt (Activation) neuron cịn gọi kích hoạt bên (internal activation) Các neuron có the sinh output không ANN Mối quan hệ kích hoạt bên kết (output) thể bang hàm chuyển đổi Hàm chuyển đổi phi tuyến dược sư dụng phổ biến ANN Sigmoid Hyperbolic Tangent Hàm Sigmoid: 7(c) = l/(l+er) [P9.3] Hàm Hyperbolic Tangent: 7(c) = tanh(c) = (eY-e'Y)/(eY+e'Y) [P9.4J Trong : - 7(c): Hàm chuyển đối - Y: Hàm tổng Tương tự mơ hình hồi quy tuyến tính, mơ hình ANN xác lập mối quan hệ tập hợp biến đầu vào Xj (i =l,m) với nhiều biến đầu Yk (k =l,n) dựa vào dừ liệu khứ Điều khác biệt tồn “lớp ấn” xh (j=l,q), lớp liên kết lớp vào lớp mạng neuron Chính lớp ẩn giúp cho mơ hình mạng thần kinh có mô mối tương quan phi tuyến tốt so với mơ hình truyền thống, tạo lợi lớn mạng thần kinh nhân tạo không can xem xét đến tính tương quan biến số klii thực hiên phân tích hồi quy [6], (Donkor & nnk, 2012) -194-