Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật tài nguyên nước: Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống: Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng - Hà Nội

Luận văn Thạc sỹ chuyên ngành Quy hoạch và quản lý tải nguyên nước với đề tài “Nghiên cứu xác định cao trình hop I của đáp cổng xã tram bom tiêu nước ra sông Duong: Nghiên cứu điển hình

LỜI CAM ĐOAN

Học viên xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân học viên Các

kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất

kỳ một nguồn nao và dưới bat kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu

(nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguôn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận văn

Chữ ký

Trịnh Thị Hương

LỜI CẢM ON

Sau thời gian họ tập và nghiên cứu cũng với sự giáp đỡ nhiệt tinh của thầy cô,

bạn bẻ và đồng nghiệp Luận văn Thạc sỹ chuyên ngành Quy hoạch và quản lý tải

nguyên nước với đề tài “Nghiên cứu xác định cao trình hop I của đáp cổng xã tram

bom tiêu nước ra sông Duong: Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đồng - Hà

Xới" đã được hoàn thành

"Để hoàn thành được luận văn này tác giá đã nhận được rất nhiễu sự động viên, giúp đỡ của bạn bể, thấy cô và cơ quan nơi công tác

Trước hắt tác giả xin bảy tô lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Tuấn

Anh đã hướng

“Tác giả cũng xin bi

tận tình tác giả thực hiện nghiên cứu của mình

y 16 long biết ơn chân thành đến các thiy cô giáo, người đã đem lại cho tác giả những kiến trúc bé trợ vô cùng có ich trong những năm học vừa.

qua

Trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả đã cổ gắng và nỗ lực để hoàn thành luận văn một cách tốt nhất nhưng do những hạn chế về kiến thức, thời gian, kinh

nghiệm và tả liệu tham khảo nên luận văn côn nhiều thiểu sót Tc gia rt mong nhận

được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô va đồng nghiệp,

Xin trân trọng cảm ơn !

“Tác giả luận van

Trịnh Thị Hương

MỤC LUC

CHƯƠNG 1: TONG QUAN

1.1 Giới thiệu về phương pháp xác định cao trình đáy cổng xả và mực nước bE

thio nhỏ nhất 3

11.1, Nhiệm vụ của cổng xà 3

1.12 Phân loại đống xả 3

1.1.3 Các điều kiện kỹ thuật khi thiết kế cốt 4

114, Phương phip xác định cao trình day cống xã 4

1.1.5 Xác định các thông số thiết kế của bể háo 5

bằng động lực la

211 Mở đầu 12 2.12 Hệ thống va các đặc trưng của hệ thống 13

ác Dinhnghia 5

b Cie de rung a he thing ụ

© Phan loại hệ thông 14

đ Các bài toán cơ bản về hệ thong va hệ thông chỉ tiêu đánh giá 16

Hệ thống phương phip luận trong phn ich hệ hông 0

22 Lý thay ti a hoá ứng dạng wong nghiên cứ hộ thông ti iêu bằng động

lực 20

2.2.1 Phân loại tông quát các mô hình ti wu 20

a Bai toán quy hoạch tuyén tỉnh 20

b Bai toán quy hoạch phi tuyển 2

6 Boi ton cuc ti phiém him 2

2.2.2 Thiết lip mô bình tính toán trong phân tích hệ thông công trình thuỷ lợi 21

a "Mô hình hoá hệ thống 21

bó Hồmsômuetiêu n

© Digukign ring bube ”

2.5 Him mục tiêu và điều kiện rằng buộc ”

25.1, Các chỉiêu tôi ưu 24

2 Chiu i uu vé gi tr thu nhập dong quy về thời điểm hiện 83 NPV : 24

b Chiu i uu về hg dổnội hoànkinh :IRRmax 24

© Chiêu i uu về tng chi ph vi vấn đu tư quy về năm đầu Con 25 2.5.2 Lựa chọn chí tiêu tối uu - hảm mục ti 25 2.5.3 Điều kiện rằng buộc 26

26 _ Xác định các thành phin trong hàm mục tiêu 2626.1, Xác định chi phi xây đựng Co 26

2.6.2 Xác định chi phi quản lý hàng năm bình quân 26

a “Xúc định chi phí điện trong 1 năm Hàb,——- Aácdịnhchỉphi lương 2

& Xe dinh chi phi sia chữu tường xuyên: Cụ +

d “Xác định chi phi khác Cyyse 29

3⁄1 Mô t hệ thống tiêu và trạm bom 30

3.1.1, Điều kiện tự nhiên của hệ thống 30

ác Vitridia, ign ich x0Bac diém da hink 30

© Bit dai thé nhuing 30

ác —— XãPhù Đẳng 36

Xa Trang Mẫn 37

© XaNinh thiép 33.14, Hiện trang thủy lợi của khu vực 38

a Nhiquin') 39Cie hating ác 40

Ging xi qua dé 404H thẳng Kênh và công tình trên kenh 40

Biện pháp thủy lợi 41

3.2 Xác định các thông số thiết kế cơ bản của tram bơm Phù Đồng 4

321 Xác định mực nước b tháo thế kể và kiểm ra 2

3.2.2 Xác định các mực nước đặc trưng tại bể hút ZI, 46

3/23 - Xác định các cột nước của tạm bơm 4

3.24 Chon

3.2.5 Kích thước cơ ban của tram bơm

3.3 Thiết kế bể tháo và cổng xa qua đề

3.4.1 Chỉ phí xây dựng nhà trạm, kênh dẫn, kênh tháo.

3.4.2 Chỉ phí xây dựng bể tháo và công xả.

3⁄5 Xác định chi phi quản ý hing năm bình quân

3.5.1 Xác định chỉ phí điện năng của trạm bom

& Xie dinh aku ota eu one

b Xie inh chi phi điện ning

3.52 Xác định chi phi lương

35.3 Xác định ch pl

3.5.4 Chi phi quản iy bình quân hàng năm

3.6 Kết quả tính của các phương án.

TÀI LIỆU THAM KHẢO.

sửa chữa thường xuyên, chi phí khác,

DANH MỤC CÁC HÌNH VE

Hình 1.1- Sơ đồ cổng xa qua đ xây liền bổ tháo.

inh 1.2- Sơ đồ cổng xã qua dé cách xa

Tình 1.4 Sơ đỗ cao trình đáy công xi qua để cao

Hình 1.5 Sơ đỗ cao trình day cống xả qua đê thắp

Hình 2.1.Sơ đồ nguyên lý tiếp cận hệ thẳng

Hình 2.2, Sơ đỗ tram bơm tiêu

Hình 2.3.Sơ đồ lựa chọn phương pháp tối ưu.

nh 3.1 Dưỡng tin suất mực nước sông Dudng 5 ngày max trạm Thượng Cát

nh 3.2 Đường tin suit mực nước sông Đuỗng I ngày max trạm Thượng Cát

Hình 3.3 Đường đạc tỉnh của máy bơm AFLX 1203 50 Hz

Hình 3.4: Kích thước cơ bản của bể tháo

Hình 3.5 Sơ đồ chọn phương án Z7" tối ưu

tháo

nh 3.6 Biểu đồ quan hệ chỉ phi quản lý và cao trinh dy cổng

Hình 3.7 Biểu đỗ quan hệ chỉ phi xây dựng và cao trình day công

Hình 3.8 Biểu đồ quan bệ tổng chỉ phi và cao mình đầy cổng

1019

23

2444454849686969

69

ĐANH MỤC CÁC BANG BIEU

Bảng 1.1.Xée định chiều cao dự trừ a 1

Bang 1.2 Xác định hệ số K 7 Bing 3.1, Sb liu mực nước sông Dung, tram Thượng Cát

Bảng 3.2, Giá tị trùng bình các chỉ iu co lý ea lip 2 32Bảng 3.3 Git rung bình ác chỉ itu cơ lý của lớp 3 3Bảng 3.4, Giá trung bình các chỉ iu co lý ea lap 4 “Bảng 3.5, Giá tị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của lớp 5 35Bảng 3.6 Bảng thống kê mực nước Z1 ngiy max, Zbq 5 ngày max, ZI ngày min 42

Bang 3.7 Tinh mực nước bể hút thiết kế 4

Bảng 3.8 Kích thước cổng xã st

Bang 3.9: Tinh toán thủy lực cổng xả sĩ

Bảng 3.10 Các phương án về Z¿, và ZN" Ziyi %

Bảng 3.11: Chi phi xây dung cổng xi và bê xã 54

Bảng 3.12 Kết quả tinh toán chỉ phí xây dựng 54

Bảng 3.13.Dign tích các vùng đặc trung do trạm bơm quản lý 55

Bảng 3 Láa: Điện năng tiêu thụ PAL=PAS 59Bing 3.14b: Điện năng tiêu thụ PA6+PA10 ó0Băng 3.lác; Điện năng tiêu thụ PÀ11=PA 1S 6Bảng 3.14d: Điện năng tiêu thụ PA16:PA20 “Bảng 3.15a Chi phi điện năng PAI+PA5 6Bảng 3.15b, Chỉ phí điện năng PA6=PA10 6

Bang 3.15c Chi phí điện năng PAI 1+PA15 65

Bảng 3.15d, Chỉ phi điện năng PA16-PA20 66

Bảng 3.16, Bang tổng bop kết qua chỉ phi tổng của 20 phương án 6

DANH MỤC PHY LUC

Phụ lục 1 Chi phí xây dựng cổng xa và bể xa của từng PA : 75

Phy lục 2: Chi phí quản lý bình quân của từng phương án H6

PHAN MO DAU

1, Tính cap thiết của đề t

Tram bơm Phù Đông nằm trên địa phận xã Phù Đồng thuộc huyện Gia Lâm,

phụ trich tiêu ding cho các xã: Trung Màu, Ninh Hiệp và Phủ Déng Tổng diện ích

tiêu cho toàn lưu vực là 690ha (bao gồm đắt nông nghiệp và dân cư) Trạm bơm Phi

Đông va các công trình nỗi tiếp được xây dựng năm 1974 Hiện nay, trạm bơm Phù

‘Déng và các công trình nỗi tiếp đã xuống cắp toàn bộ và đã được thành phố Ha Nội

cho đầu tư xây dựng trạm bom gồm 4 máy loại AFLX 1203 SOHz, một số công trình nỗi tiếp và nắng cấp cổng xa qua để, đ đảm bảo tiêu nước cho khu vực

ước đây, trạm bơm Phi Đồng và các tram bơm tiêu tiêu nước ra sông mà bổ

trí bé thảo liên với công xả qua dé thi việc xác định Z4 còn theo ý kiến chủ quan của.

người thiết kế Vì đến này chưa có quy chuẩn, tiều chuẩn, hay hướng dẫn cu thể nào nói về vẫn đề Nếu chon cao trình day cống xả qua để cao thì khi bơm nước lên bể tháo cao, qua công xã và chảy xuống qua đốc tiêu năng để nỗi tiếp với đồng chảy rong kênh tháo ngoài đ (khi mục nước ngoài sông thấp), điều này cho thấy lăng phi năng lượng bơm Nếu chọn cao trinh đáy cổng xa thấp thi dẫn đến cao tình đáy bể tháo

thấp tức chiều cao bể tháo lớn, cống xả phải đặt sâu, do d6 sẽ làm tăng chỉ phí xây

dựng Vi vậy, van đề được đặt ra là ean xác định cao trình hợp lý của đáy công xả qua.

để để đảm bảo hiệu quả kinh 8

Vi vậy cần thiết có một nghiên cứu để xác định cao trình hợp lý của đáy cống.

xà qua đề của các trạm bơm tiều nước ra sông Dung ~ phạm vi Hà Nội

Đã có một số các nghiên cứu về xác định mực nước bể thio và cao trình diysống xã qua dé nb:

= _ Đề tài nghiên cứu của TS Bồi Văn Hite "Xác định mực nước sông thiết kế hợp lý

để xây dựng trạm bơm tưới tiêu nước” — vùng sông Hong.

~ Lun văn thạc sĩ Đỗ Minh Thu *Nghiễn cứu xác định cao tình đấy cổng xa của

trạm bơm tiêu” — áp dụng cho tram bơm Đông Mỹ (vùng sông Hồng).

= Đề tải "Đánh bước đầu về phương pháp xác định mục nước thiết kế bỂ xã của các trạm bơm tiêu Tạp chi số 43 ~ (12/2013) Tác giả: Nguyễn Tuần Anh, La Đức Ding

2 Mục đích của đề tài

Nghĩ

sao trình hợp lý của đấy cổng xa qua để của trạm bom Phù Đồng

cứu, ứng dung lý thuyết phân tích hệ thống và tối ưu hỏa để xác định

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

“rong luận văn này học viên tập trung nghiên cứu các tram bơm tiêu nước mưa

có bể tháo liễn cống xả qua để hoặc đoạn kênh tháo trong đề rit ngắn

Mực nước sông (nơi nhận nước tiêu) dao động lớn

4, Phương pháp nghiên cứu.

= Phuong pháp phân tích hệ thông;

~ Phuong pháp tối vu héa;

~_ Phương pháp mô hình toán;

~ Ứng dụng lý thuyết thủy lực, máy bơm và trạm bơm, thủy văn công nh, kinh tế

xây dựng

5 Bố cục luận văn.

Phin mở đầu

“Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu

“Chương 3: Ứng dụng mô hình tinh toán xác định cao trình day cổng xã qua để

cho tram bơm Phù Đồng ~ Hà Nội

Phan kết luận và kiến nghị.

ai liệu tham khảo

Phần phụ lục

CHUONG 1: TONG QUAN 1.1 Giới thiệu về phương pháp xác định cao trình đáy cống xả và mực nước bể tháo nhỏ nhất

LAL Nhiệm vụ của cổng

wf xả qua dé là công trình quan trọng của trạm bơm Ở tram bơm tiêu, be

ếp với công xả đưa nước tiêu tới chỗ chứa nước tiêu (sông) hoặc công trình.

bậc nước dẫn đến chỗ chứa nước tiêu.

CCổng xa có những nhiệm vụ sau

ảo đảm dong chảy tối chỗ nhân nước tiêu thuận đồng, tổn thất;

Khống chế mực nước, bảo đảm yêu cầu tiêu thoát nước;

~ Muốn thực hiện các nhiệm vụ trên khi thiết kế cống xả cần phải đảm bảo các yêu

~ Kết cầu cổng xa phải bên ving và ổn định

Kích thước va hình dạng cổng xa phải dim bảo cho dòng chảy thuận lợi về mặt thủy

về mặt kinh tế.

lực và hợp lý

gn thuận lợi cho quản lý, thi công và sửa chữa

~ Tạo điều

1.1.2 Phâm loại cong xả

Dựa vào kinh nghiệm xây dựng, nghiên cứu cũng như quản lý các trạm bơm có

kết ni với cổng xã qua đệ, người ta thấy ing bể tháo của trạm bơm được thi

thuộc rit lớn vào cổng xả qua dé Công xã được chia làm 2 loại

ông xà liền với bể tháo

" =

+ Cổng xa cách xa bể thio

J Ta

Hình 12 - Sơ đồ cổng xa qua đê cách xa bể tháo

kiện kỹ thuật khi thiết Két cấu toàn bộ hay từng bộ phận riêng của công xã phải

rap, sửa chữa thi

HE

bị và quản lý được thuận lợi

Phương pháp xác định cao trình đáy cống xã

Cao trình day cống xã hợp lý rằng buộc bởi điều kiện

Tie ety < Ti

+ Cao trình đầy công có phương án đặt eng xà cao Zi"

“ ap

8: Khoảng cách từ trần cổng lên Z,” dé ạo điều kiện chảy cổ áp qua cỗ

ZAC : Mực nước bé tháo thiết kế

H,: Chiều cao cổng xi

+ Cao tình đầy cổng có phương dn đặt cổng xã thấp Z2

Zio = maxtZy,Z2)

* Xúc định Zp

“Trong đó;

Hoo ứng với lưu lượng Quin Lấy Que 5 Q, Co cống như dip trần đình rộng chảy

Zivosmin "°Ẽ : Mực nước bình quân 1 ngây min ứng với tin suất thiết kế 90%,

* Xác định Z;

la d3)

Trong đó

sa: Độ cao an toàn tuy thuộc vào lưu lượng

HTM ¿ Chiều cao bể tháo lớn nhất

th, : Chiều cao thêm

Can cứ vào kết quả của Z¡, Z; trên ta chọn Zc"

ĐỂ sắc định được cao tinh day cống xi hợp lý, chia Z, thành nhiều phương ân có ZS", Z4,” 1 Tay thuộc vào các phương án ta tính được chỉ phí tổng = chi phí

xây dựng và chi phí quản lý, và so sánh các chi phí tổng giữa các phương án ta tìm ra.

được Za hợp lý

LAS Xác định các thông số thất kế của b tháo

Nhiệm vụ tỉnh toán thủy lực bể tho li

~ Xác định độ sâu ngập của miệng ra ống đây dưới mực nước thắp nhất trong bổ.

= Bảo dim dong chay ra khỏi ông dy ở trạng thái ngập lãng

- Xác định chiề dai giếng tiêu năng của bể tháo.

~ Xác định hình dạng kích thước thêm ra từ giếng tiêu năng.

~ Xác định chiều đãi đoạn bảo về mái và đây kênh thio

Hình 1.3 Bé tháo thing ding có thiết bị nắp ông diy

‘Tinh đường kinh miệng ra ống diy để giảm tốc độ nước khi ra khỏi ông day, đường kính miệng ra ống diy lấy theo kinh nghiệm ở công thức (1.4)

(Q Linu lượng tính toán của một mấy bơm khi mực nước bể xã là nhỏ nhất.

Độ ngập sâu nhỏ nhất của mép trên miệng ra ống diy để bảo đảm ding chảy ra ngập,

lặng được xác định theo công thức (1.6)

: với điều kiện h„„ 2041 (m) as)

huy» =

Chiễu sâu nhỏ nit trong giếng ti năng của bể tháo công thức (1.7)

+hụyø+p — (m) an day p là khoảng cách từ mép dưới miệng ra dng đẩy đến đáy bể tháo, Tay theo cầu.

Hania

1g dy của bê thio khi có vật đệm chống rô

CChiều cao thém ra của ging tiêu năng được tinh theo công thức (1.8):

y= Hi — Bins () (8)

‘hein ~ Chiều sâu nhỏ nhất rong kênh thảo trường hợp có kênh tháo ngay sau bé tháo.

"Độ sâu lớn nhất của giếng tiêu năng tính theo công thức (1.9):

6

Hạ uy = by + bya (tM) ay)

Prax ~ Chiều sâu lớn nhất rong kênh: họ, (10)

Zp: mực nước bểxi lớn nhất

"Độ ngập sâu lớn nhất của mép trên miệng ra Ống xã ở công thức (1.11)

Chiều cao dự rỡ ừ mục nước lớn nhất ong bé đến mếp trên trồng bé tháo, nếu

không có điều kiện gi đặc bigt hi ly theo bảng (1.1)

Bảng I.1.Xác định chiều cao dự trữ aLưu lượng la trạm Q (m/s) 10 1210 | 10230 | 330

Với K là hệ số phụ thuộc vào da tg năng, hình dạng tiết1g của thêm ra khỏi gi

tình dạng và chiều cao của thêm, lay theo bảng (1.2).

(Cae kết quả tra hệ số K ở trên vi tinh toin xác định chiều đầ giếng tiêu năng

ứng với miệng ra hình tròn, khi miệng ra hình chữ nhật thi rút bớt 20%

CChigu dài đoạn kênh thio cin bảo vệ mái và đây

Là (425) huạ, (m) a)

“Chiểu rộng phía trong bể thảo với đường kính ống day bằng nhau là:

Trong đồ

b khoảng cích từ mép ông diy đến trụ pin, lấy như sau:

+ Loại van tự đóng nhanh b = 0;

+ Loại van nip cánh bướm b = 0,5 m:

+ Loại nip ống day có chit bin lễ phi rên b= 0,3 204 m

dd: Chiều đây tr pin ở b tháo lấy từ 0,6 + 08 mĩ

n: Số lượng đường ống day nỗi với bé tháo.

tháo, có dạng

Chiễu dit đoạn thu hẹp là đoạn chuyển tip từ bể tháo vào

hình thang, có đấy nhỏ là chiều rộng đấy kênh tháo, đây lớn là chiều rộng phía trong

bé tháo, chiều dai của bể tháo (chiều cao của hình thang) được xác định như sau

Đụ

soy (116)

‘Voi: “1: Góc thu hẹp từ bé tháo vào kênh tháo.

1.1.6, Xác định mực nước bễ thio nhỏ nhất

Xe định mực nước bể théo nhỏ nhất Z7" để tinh toán cột nước bơm nhỏ nhất

Và xác định cao trình đầy bễ tháo theo công thức (1-17)

Lay v6 thio= Zp” ~ Bagmin ~ Dạ — P (11)

Cách xác định ZZ"

+ Trường hợp bé thảo cách xa cổng xà qua để

“Xác định cao trình đầy kênh

+ “Sexemas: Mực nước sông bình quân 5 ngày max ứng với tin suất t 10%

+ hq: Tôn thất cột nước qua

“Trường hợp bể tháo cách xa cổng xã qua để thi

+ Trường hợp bể thảo xây liên cổng xả qua đề.

“Trường hợp bể tháo xây liễn cổng xa th

apTrong đó:

Za: Cao trình diy công xã

.„„: Cột nước trước cổng nhỏ nhất ng với lưu lượng nhỏ nhất Quis

Khi thi k cúc ram bơm,

để thì việc xác định cao trình đáy cổng xả qua dé cũng như xác định mực nước bé tháo.

nước ra sông mà bé thảo bổ trí iễn cổng xả qua

nhỏ nhất Z4," còn theo ý chủ quan của người thiết kế vì đến nay vẫn chưa có một quy.

định hay hướng din cụ thể nào về vấn đề này.

"Ngoài ra , khi xác định cao trình đáy cổng và mực nước bể xã nhỏ nhất cần chú.

ý đến cao trình miệng ống diy Nếu cao tỉnh mục nước bể xã thấp hơn miệng ống đầy, ẽ tiêu tốn năng lượng hơn Cao trình tâm ming Ống đây

“miệng ứng diy = Zaiy h táo + P+ Dy Nếu chọn (Z4 ) cao trinh đây cổng xã qua để cao hay (Zp eno xem hình (1.4) thi nhiều khi nước bơm lên bổ thảo cao, qua cổng xã và chảy tự do qua bậc nước hay đốc tiêu năng dé nổi tiếp với đồng chảy trong kênh tháo ngoài đề (khỉ mực nước

"ngoài sông thấp) điều này cho thấy việc lãng phí năng lượng bơm,

Ngược lai, nếu chọn (Za: ) cao trình diy cống xả qua để hay (Ze) thấp xem

Hình 1.4 Sơ đỗ cao trình đáy công xả qua để can

Hình 1.5 Sơ đồ cao trình đầy cống xa qua đề thấp

‘Vin đề đặt ra là cần xác định một giá trị (Z4.) hợp lý bay ZR để cho tổng chỉ phí xây

dựng và quan lý là nhỏ nhất

1⁄2 Tổng quan việc ứng dụng lý thuyết tối ưu hóa vào bài toán thiết kế

các công trình thủy lợi

Hiện nay, khi thiết kế

cống xã qua đê thi việc xác định cao trình đáy cổng xả qua để cũng như việc xác định

ổ trí bể tháo

trạm bơm tiêu nước ra sông ma

mực nước bể tháo nhỏ nhất Zi còn theo ÿ chủ quan của người thiết kế vì đến nay vẫn chưa có một quy định, tiêu chuỗn hay hướng dẫn cụ thể nào về vẫn đề nay Vi vay, đầy cổng xi qua để có thể được thiết kế đặt ở cao tình chưa hợp lý, dẫn đến chỉ phi xây đựng và chỉ phi quản lý cao, gây lăng phí ngân sách nhà nước Vi th, trong những năm gần đây, lý thuyết phân tích hệ thống và lý thuyết tôi ưu hoá đã được áp dụng

nhiều trong các bãi ton về quy hoạch, thết kế, quản ý, vận hành tối ưu các hệ thống

nói chung và hệ thống thuỷ lợi nói riêng Trong đó, bài toán thiết kế tôi ưu cá ông

ình trong hệ thống tưới, iều, cấp, thoát nước đã được một số tác gi trong nước

nghiên edu, điển hình như:

di

bằng Bắc Bộ

-tdi un của trạm bom cho các ving tring la đồng

lật Nam” (1997) của TS Dương Thanh Lượng Tác giả đã áp dụng

phương pháp mô hình mô phỏng và phương pháp tối ưu hoá cho bai toán thi

thống tiêu bằng tram bom vùng trồng lia với chi tiêu tối uu là chỉ số NPV (Giá tr thu nhập rong quy về thời điểm hiện tại) Gia trị hệ số tiêu thiết kế nào tương ứng với giá

trị NPV max thì đó là giả trị hệ số tiêu thiết kể tối wu của trạm bơm

Để tải *Xúc định mức nước sông thiẫt kế hợp lý dé xây dựng tram bơm tưới

điêu medic" (1993) của TS Bùi Van Hic Tắc giả thiết lập quan hệ hàm số giữa năng

lượng bơm nước với mức nước sông thiết kế thông qua đặc tính của các máy bơm và.

hình thức công trình của từng tram bơm tưới và tiêu nước

Để tài “Đánh đấu bước đầu về phương pháp xác định mực nước thiết kể bể

3 = (12/2013) Tác giả: Nguyễn Tuấn Anh, La

xã của các trạm bơm tiết Tap al

Đức Dũng

DE ti “Phân vàng tưới ối eu hệ thống thuỷ nông Văn Giang” (2001) của

“ThS Phạm Thị Hoài Bằng phương pháp mô hình, mô phỏng và tối ưu hoá, tác giả đã

đưa ra nhiều phương an khác nhau về biên giới bơm tưới giữa trạm bơm Văn Giang đã

được xây dựng và tram bơm mới cần được xây dựng, ứng với từng phương an tính

được: chỉ phí xây dựng ban đầu, chỉ phí quản lý hàng năm và hiệu ích đem lại của sông tình, từ đô tính được gi tỉ NPV, phương án về biên iới bơm tới nào cho giá

Luận văn thạc si Minh Thu “Nghién cứu xác định cao trình đáy cống xả

của trạm bơm tiêu” ~ áp dụng cho tram bơm Đông Mỹ (vùng sông Hồng) Bằng

phương pháp tối ưu hỏa, tác giả đã xác định mực nước bẻ thảo nhỏ nhất của trạm bơm.

nối tiếp với cống xã qua đề.

ĐỀ lai “Nghiên cứu xác định quy mô đường ống thi wu cho hệ thẳng tưới Trung tâm nghiên cứu và sin xuất giống ngô Sông Bai ~ Hoà Binh” (2002) của ThS Đỗ Hồng Quin, Bằng phương phíp tối mu ho, tác giả đã tim ra phương án đường kính ông tối ưu cho hệ thông tương ứng với chỉ tiêu tối ưu: IRRmax.

ĐỂ tài “Nghi

‘bom tưới vàng cao” (2003) của Th.S New

cứu xác định phương án bé trí và quy mô hợp lý của trạm

én Tuấn Anh Sử dụng phương pháp mô hình, mô phỏng và tối au hod, tác giá đã thiết lập được bai toán tim phương án thiết kế

tỐi ưu trạm bom tưới ving cao qua chỉ tiê tối ưu là tng chỉ phi quy về năm đầu nhỏ

nhất

“Trong luận văn này, phương pháp ti uu ho sẽ được áp dung để xây dụng bãi

toán xác định cao trình đáy công xa hợp lý và mực nước bể tháo nhỏ nhất cho các trạm bơm tiêu nước ra sông Đuồng

“Trong công cuộc đổi mới nền kinh tẾ của nước ta, việc hiện đại hóa cá

trình tưới iêu là một yêu cầu cắp thiết nhằm nâng cao hiệu ích

Sự phát triển nhanh chóng của khoa học hệ thong vả kỹ thuật thông tin ở nước.

ta, hiện nay đã tạo nên cơ sở vững vàng cho việc phát triển kỹ thuật tự động hóa thiết

kế và quản lý công tinh thủy lợi, trong đó có trạm bơm:

Công trình trạm bơm là công trình thủy lợi rit phổ biến Tuy nhiên nó là công trình sử dụng nhiều năng lượng Vì vay, việc tối ưu hóa các thông số thiết kế và điều

thẳm giảm nhỏ năng lượng tiêu hao.

kiến vận hành sẽ có một ý nghĩa đáng kí

'Việc giảm nhỏ năng lượng tiêu hao trên không phải chỉ thực hiện ở khâu vận hành

quan lý, mà nó cỏn được tạo tiền dé có tính chất quyết định ngay từ bước quy hoạch

thiết kế

Vi vậy, để vận hành và quản lý trạm bơm có hiệu ich tốt nhất thi ta phải vận

dụng ý thuyết về phân tích hệ thống

Phương pháp phân tích hệ thống được ấp dụng vào công trình thủy lợi từ năm,

1950, đầu tiên là vấn đề quản lý và phân phối nguồn nước Đặc biệt từ thập kỷ 70 khi

có sự phát triển rộng rai của máy vi tính, phương pháp phân tích hệ thông được sử

dụng rộng rãi trong qui boạch thiết kế và tự động hóa trong quản lý các hệ thống tưới

tiêu

Nhằm mục đích tưới tiêu và cung cắp nước cho sinh hoạt và công nghiệp, đến nay chúng ta đã xây dựng nhiều trạm bơm lớn, nhỏ.

‘Tit cả các tram bơm trên ado cần bộ kỹ thuật nước ta thết kế, xây đựng

quan lý vận hành và đã phát huy hiệu quả tưới tiêu đảm bảo an toàn sản xuất nông.

nghiệp nâng cao ning suất và sản lượng cây trồng.

Nhiều công trình trạm bơm được xây dựng và trong những năm tới nhiều dự án

về tiêu nước cho đô thị, tiêu nước cho nông nghiệp sẽ được thực thi Việc áp dụngphương pháp hệ thống cho phép tối ưu trong việc quy hoạch sử dụng nguồn nước

ống tiêu nước chính là các bài toán hay đặt ra cho

> khu ti, có mỗi tác động tương hỗ lẫn nhau thành một tập hợp đầy đã làm nhiệm

vụ tưới Tương tự ta có hệ thống công trình trạm bơm tiêu.

Ly ví dụ đơn giản, khi thất kể hệ thông ti ông tự chảy, khả năng tiêu tự chấycủa hệ thống phụ thuộc vào khả năng gặp gỡ của vô số các tổ hợp giữa mưa và mựcnước ngoài sông Néu ta chọn mô bình tang théi mà mưa rong đồng và mực nước

ngoài sông có cùng tin sult thiết kế, khi 6 tn suất thi kế dim bảo tiêu sẽ nhỏ hơn nhiều so với tiêu chuẩn thiết kế, Thông số công tác của tram bơm tiêu có thể thiên lớn,

trong quan lý sau này xảy ra tỉnh trạng I thôi gia sử dụng công suất của tram bơm rắt

nhỏ, gây lăng phí Vì vậy nếu xem xét mỗi quan hệ tương tác giữa mưa đồng và mực nước sông, thi các thông số công tác của trạm bơm sẽ khác hin va hop lý hơn

Nồi ôm lạ, cần phải có quan điểm bệ thống trong phân ích và nghiên cứu các

hệ thống phức tạp Sự phân tích hệ thống trong mỗi quan hệ tương tác giữa các thành.

ống.

đặc trưng của hệ thông

phần cấu thành hệ

bó G

Cá trúc hệ thông: La sự sắp xếp của các phần tử trong hệ thông theo một trật

ty nào đó cùng với các ác động tương tác giữa chúng Mỗi thành phần tham gia vào cấu trúc của hệ thống được đặc trưng bởi tham số nào đồ gọi là ham số cấu trúc Như vây, nói đến cấu trúc có nghĩa là đã kể đến những tham số đặc trưng cho cấu trúc ma mỗi quan hệ qua lại giữa các thành phan của cấu trúc ấy.

“Thông tin vio của một hệ thống là tập hợp tắt cả các tác động vào hệ thống để nhận đực các thông tin ra của hệ thống,

“Thông tin ra của hệ thống là tập hợp tắt cả những đặc trưng ma người nghiêncứu quan tâm khi có tác động tương ứng ở đầu vào

Các thông tin vào và ra được đặc trưng bởi một dai lượng ao đó có thể coi là

các biển gọi là biển vào, biến ra Nếu các đại lượng này là các đại lượng phụ thuộc vào thời gian gọi là các qué tình vào, ra hoặc là các hàm vào, ra của hệ thống

Các biến vào của hệ thống bao gồm cả các biến diễu kiễn được vả các biển

không điều kiển được, Vi dụ, khi vận hành một trạm bơm tiêu, quá trình mưa, bốc hơi

la các biến vào không điều kiển được, lưu lượng bơm qua trạm bơm tiêu là biễn là biến vào điều kiễn được Biển ra của hệ thống có thể là quá trình năng lượng tiêu hao cho

trạm bơm tiêu là hàm của các én vào, cũng có thé là sự biển đổi mục nước trong khu

êu quan trọng nhất của người làm hệ thống là phải xác định được đâu là biển

N

vào, biển ra và đặc trưng nao là biến trang thị bài ra, cũng phải mô phỏng được

quá trình trao đổi thông tin giữa các thành phin trong hệ thống, quan hệ giữa biến vio,

biển m và biến trang thái

e- Phin loại hệ thing

Phu thuộc vào đặc điểm của hệ thống mục đích nghiên cứu mà có cách phân loại khác nhau Dưới đây là một số loại hệ th

Hệ thống với mô hình vào — ra (hộp đen) Loại này không cho bi

trong của hệ thống ma chỉ cho biết quan hệ tương ác giữa bién vào và biến rõ

ng đặc trưng

u trúc bên

Hệ tĩnh và hệ động: hệ tĩnh là hệ mà các không gian biển của bệ thông không.

phải là him của thời gian Hệ động là hệ coschứa biến trạng thi và các biến vio, biến

ra đề là him của thỏi gian Hệ tinh là trường hợp riêng của hệ động khi các him thời

gian được lay bình quân trong một khoảng thời gian nào đó.

1g thống có mô ta cấu trúc bên trong ( hộp tring): Khác với hộp den, các hệ thống loại hộp trắng có thêm các biến trạng thái Việc đưa vào không gian biển trạng thái giúp ta phân ích được quỹ đạo chuyển động của hộ thống hoặc đoán biết đc xu

hướng phát triển của hệ thống trong tương lai Do đó người nghiễn cứu định hướng được các ác động vào hệ thống để đạt được mục tiều mong muốn.

Hệ thống không có điều kiển là hệ ma các thông tin vào không chứa các biển điều kiển được, ngược lại là hệ có điều kiển Nói chung biến diễu kin và biển trạng thái là ác biển độc lập với nhau, nhưng trong một số trường hợp, biển trang thi cũng

là biến điều kiển

Hệ thông điều kiễn bán tự động là hệ thống mà khi xử lý thông tin và điều kiến cược thực hiện bởi người điều kiễn Sauk hi phân ch so sánh người điều kể trực

tiếp đưa ra quyết định và điều hành hệ thống điều

Hệ thống điều kién tự động là một hệ thống mà quá trình điều kién hoàn toàn.

được tự động hóa

Hệ tắt định va hệ ngẫu nhiên: hệ tắt định là hệ mà các biến vào, biển ra, các răng buộc và mỗi quan hệ giữa các phần tử trong hệ thống là những him tắt định, Một trong những biển trên là hàm ngẫu nhiên ta gọi là hệ ngẫu nhiên

Hi 6 bắt định của hg thống: hệ thông bắt định la hệ

thống chứa các yếu tổ bat định, tức là các yếu tổ cấu thành hệ thống không được xác

ống bắt định và các yết

định hoặc không có đủ thông tin để xác định nó Các yếu tổ bat định của hệ thống bao

zim các thông tn vào ra, mục tiêu khai thie, cấu trú hệ thống

Hệ thống trong đó bao gồm các hệ thống con: một hệ thông có thể phân chia

thành các hệ thống con Sự phân chia các hệ thống lớn thành các hệ théng con tùy thuộc vio kích cỡ, đặc thủ của hệ thống và các phương pháp phân tích được áp dụng

với hệ thông đó

Hệ thống công trình tiêu động lực phân thành ác loại sau dy:

+ Hệ thống đơn: Bao gồm một công trình đầu mối tram bơm tiêu và một mạng kênh hoặc đường ống dẫn nước.

+ Hệ thống phúc tap: Bao gồm nhiều công trinh đầu mỗi trạm bơm hoạt động trên một

hệ thống mang dẫn Vi dụ hệ thông tiêu Bắc Nam Hà

+ Hệ thống hỗn hợp Công tỉnh đầu mối bao gdm các trạm bơm, cổng, hỗ chứa hoạt động trên cùng một mạng dẫn.

+ Hệ thông nhiều cấp: Hệ thống tram bơm tiêu nhiễu cắp trạm bơm như hệ thống tiêu

Voi các hệ thông ti labằng động lực thì các đại lượng tối ưu

+ Qui mô công tình ti ưu như kích thước kênh mương, ống dẫn, qui mô nhà tram tối

+ Năng lượng tiêu hao bé nhất, hiệu suất máy bơm cao nhất

Các đại lượng trên sẽ là mục tiêu của bai toán Các mục tiêu nảy sẽ đạt đượcnhư thể nào phụ thuộc vào các yếu tổ ảnh hướng

Một hệ thông chịu ảnh hường của nhiều yếu tổ Để lập nên mô hình toán học

định bản chất của

ất tiết phải nhất thiết phải im được những yếu tổ chủ yếu quyết

hiện tượng và các yếu tổ thứ Su từ đó tiến hành việc đơn giản hóa hệ thống Để đơn

gián hóa hệ thống có thé lược bỏ hoặc hợp nhất một số yếu tổ thứ yêu nhưng nhất thiết

phải tìm được những yếu tổ chủ yếu quyết định bản chất của hiện tượng

d Các bài toán cơ bản về hệ thông và hệ thông chi tiêu đánh giá

kh nghiên cứu hệ thông, thưởng có ba bài tn cơ bản sau:

10 đó: chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế

tệ thống theo hệ thống chỉ tiêu

éu khiển hệ thống để đạt được yêu cầu khai thác đã xác định.

++ Phát tiển hệ thống, là chiến lược phát triển hệ thống trong tương lai, Bài toán phát

triển hệ thống là bai toán bit buộc phải giải quyết việc hình thành hệ thống trong tương lại kéo dài trong nhiều năm

= Hệ thống chỉ tiêu đánh giá được mô tả và lượng hoá theo dang khác nhau, có

thể khái quất một số dang cơ bản như sau:

+ Hệ thống chỉ tiêu đánh gd được mô tả bằng một hoặc một

hoặc bắt đẳng thức Các biểu thức đó được viết đối với hàm ra của hệ thống Y(t) Dang tổng quát củ loại hệ thống chỉ iu:

Ej(Y) > max(min) với j | hoje với j~ Lm G2

CCác ham Ej(Y) trong trường hợp này được gọi là him mục tiêu

Hệ thông chỉ tiêu đánh giá có dạng hỗn hợp, tức là một số chỉ tiêu đánh gi

được mô tả bằng ham mục tiêu trên, số còn lại đươc mô tả như một ring buộc của hệ

thống về mục ti L,có dạng sau:

Ej(Y) > max(min)Ej(V) < Sjvớij= Lm 23)- Hệ thẳng phương pháp luôn trong phân tích hệ thống

Phương pháp tối ưu là phương phip xác định lời giải của hệ thing theo mục

tiêu bằng cách đưa chúng v8 các bài toán tối

Phương pháp mô phỏng là phương pháp sử dụng các mô hình mô phỏng để

ảnh giá chất lượng của hệ thống khi thiết kế và điều kiễn nó Sự phân tích chất lượng

của hệ thông được tiễn hành bing cách đưa ra tắt cả các tinh huống hoặc phương án có.

thể và phân tích tất cả các phân ứng của hệ thông mã ta quan tâm tương ứng với cáctỉnh huống đặt ra, Theo sự phân tích đồ người nghiên cứu lựa chọn nghiệm của bài

toán trong số các ỉnh huồng đã được đặt ra Nhu vậy, phương pháp mo phỏng chỉ tìm nghiệm trong tập hợp hữu hạn các tinh hudng, bởi vậy nghiệm của bai toán có thé không trùng với nghiệm tối wu,

Phương pháp tối tụ hoá: phương pháp này kết hợp với phương pháp mô phòng

duge sử dụng song song trong quá trình tìm lời giải tối wu khi thiết ké và điều khiễn hệ thống Phương pháp tối ưu là phương pháp cho lồi giải tối ưu, còn phương pháp mô phòng cho lời gii gần tối ưu Phương pháp tối ưu hoá là phương pháp xác định lồi

giải của hệ thông theo mục tiêu khai thác hệ thông bằng cách lượng hoá chúng thành.

các hâm mục tiêu

Do hạn chế của phương pháp tối ưu như chỉ tìm được nghiệm tối ưu cục bộ do hạn chế của phương phip toán học v.v nên có thể bổ sốt các phương ấn tốt hơn vĩ vậy

người ta sử dụng phương pháp mô phỏng phân ích lựa chọn bài toán

Hệ thống các quan điểm và nguyên lý iẾp cân hệ thống bao gồm:

+ Hệ thống các quan điểm: Khi nghiên cứu một hệ thống cần xem xét các qui luật của

hệ thông trong mỗi quan hệ tương tác giữa các thảnh phần cấu thành hệ thống và quan.

hệ của hệ thống với môi trường tic động lên nó Quan điểm đồ phải được lượng hóa bing các mô hình toán học mô tả các quá tình của hệ thống Động thái và xu thể phát triển của hệ thống được xác định nhờ các mô phóng, và qua đó có thể phát hiện các tác

động hợp lý lên hệ thống Sự phân tích hệ thống trong mỗi quan hệ tương tác

quá tình tong hệ thống sẽ phát hiện tính "rồi", mà nó không nhận biết được nếu chỉ

phân tích các quá tình riêng ré của hệ thống

+ Lý thuyết phân ích hệ thống thừa nhận tính bắt định của hệ thống bao gồm bit định

tiêu, bắt định về sự trao đổi thông tin trong hệ thống, sự hiểu biết không đầy đủ của người nghiên cứu về hệ thông và bất động do sự tác động ngẫu nhiên từ bên ngoài 'Với các hệ thống lớn, tồn tại nhiễu mỗi quan hệ phức tạp liên quan đến nhiều lĩnh vực vem

khác nhau Bởi vậy, LTPTHT tôn trong và thừa nhận tính liên ngành Khi nghiên cứucác hệ thống phức tạp như vậy, cha thit có sự tham gia của nhiều ngành khơa học

“rong quá tình nhận nghiệm phải xem xết dén quyền lợi của những đổi tượng khác

nhau và quan hệ qua lại giữa chúng tong hệ thống Nếu các quyết định chỉ vì quyền

lợi cục bộ tì trong quá tình phát triển của hệ thẳng, các quy luật được thế lập đổi với hệ thống sẽ bị phá vỡ.

“Thừa nhận tính bắt định, LTPTHT chi trọng sự kết hợp giữa phương pháp hình thức

và phương pháp phi hình thức, kết hợp giữa phân tích toán học và kinh nghiệm và tôn

trong vai rò của tập thể trong nghiên cứu

+Nguyên lý tiếp cận hệ thống: Đối với những hệ thống phức tạp do cổ sự tổn ti các

yéu tổ bit định trong hệ thống, người nghiên cứu không thể ngay một lúc phát hiện

những tính chất của hệ thông, cũng không thé dự báo ngay được xu thé phát triển của

hệ thống Do đó, các mục tiêu kha thác hệ thống cũng chỉ hình thành rỡ nét sau khỉ

thử phan ứng của hệ thống bằng các kỹ thuật phân tích hợp lý được mô tả hình (2.1):

‘Thu thập các thông tinliên quan đến hệ thống

sung thông tin về hệ thống

Nguyên lý tiếp cận từng bước trong phân tích hệ thông phức tạp được coi như

là một nguyên ắc đối với người nghiên cấu hệ hổng,

2.2 Lý thuyết tối ưu hoá ứng dụng trong nghiên cứu hệ thống tưới tiêu

bằng động lực

2.2.1 Phân loại tổng quát các mổ hình tối wu

Hiện nay tồn tại khá nhiễu phương pháp tối ưu hoá có phạm vi ứng đụng khác nhau Trong bài toán kỹ thuật người ta cổ gắng đưa các bài oán tối wu về dạng chun

tốc đã có và có thể giải được

Bai toán tối ưu tổng quất có thé mỗ tả như sau

Cần tim cực tị hàm mye tiêu có dang

F(X) min(max) 44)Với các hệ thức rang buộc:

GIO) < bị, với am 25)

St dưới dang đầy đủ:

BI, Xó, Xoss Mad ISB)

ale Xác Xi hy) ISB Voi các biển của him số véc tơ có dan:

X=(xi.x; x) G8)

"Nghiệm tối ưu của bài toán tối ưu là véc tơ nghiệm

X*=(xi*, 12% a") G9)

a Bài toán quy hoạch nyễn tin

Bài toán (2.4) và (2.5) gọi là tuyến tinh, nếu him mục tiêu và các rằng buộc đều là hàm tuyển tính đối với các biển số của véc tơ X=( xạ, xa Xụ), tức là:

FOO= 6% > minimax) 2.10)

Với tàng bu Sex, <b, với m; G10

20

vax, > 0 với cội can:

“rong đó: a, là các hệ số của phương tình rằng bude; , là hệ số của phương

trình him mục tiêu

b.—— Bài toán quy hoach phi nyễn

Bài toin phi tuyển chiara lim ha lại: qui hoạch lỗ và qui hoạch lõm Bài toén

«qui hoạch phi tuyến lỗ là bài toán mà hàm mục tiêu là hàm lồi, còn ác rằng buộc tạo

thành một tập hop lồi Bai toán tôi ưu cỏ rằng buộc được gọi là tối ant có điều kiện,

hay còn gọi là bài toán cực trị vướng,

6 Bài toán cực trị phiém hàm

Bãi toán tối ưu mà him mục tiêu có dạng dưới đây được gợi là bài toán cục trị phiém

hàm: J(Z)= f F(Z,Z.x)dv G12)

Rover ZIT" (2113) 2.2.2, Thiết lập mô hình tính toán trong phân tích hệ thẳng công trình thuỷ lợi

Với Z là véc tơ cột Z = [Zi(%)

Mo hình hod hệ thing

Mô hình là một lại biểu đạt hệ thống thực tổ Nó là cơ sở để phan tich hệ thống

“C6 nhiều loại mô hình nhưng mô hình toán học cho phép nghiên cứu phân ích

hệ thông dé dàng hơn và kinh tế hơn.Mô hình toán học bao gồm một số biển đặc trưng đình lượng cho các yéu tổ chỉnh tham gia vào các qua trnh được xét và một hay nhiều

phương trình rằng buộc các biến đó với nhau, nhằm mô tả những mỗi lien hệ va tương

tác giữa các yếu tổ nói trên Mô hình toán có tt u đạt dưới dang chung:

Ham số mục tiêu có thé max(min) F=A(X,Y)

Điều kiện ràng buộc g(X,Y)=0

Trong đó: X= (Xị Xo) Xo, Xụ là giới hạn trên, dưới của X

Views Ya) C6 nhiều loi mô hình toán khác nhau Dé phân tích hệ thống tui teu thường dàng các mồ hình tuyển tính, mô hình phi tuyển và mô hình động

Cie bước lập mồ hình toán

+ Xây dụng sơ đồ khái quất hệ thông

+ Phân ich sắc inh các biến lượng, ác hing số và các tham số có quan hệ

+ Lap hàm số mục tiêu

+ Thành lập các công thúc số học của điều kiện ring buộc.

+ Giải bai toán và hiệu chỉnh mồ hình

bì Hams mục tiêu

Để phân tích một hệ thống phải xác định rõ rằng mye tiêu cần đạt được Các hệ thống công tinh thuỷ lợi có thể có một mục tiêu hoặc nhiễu mục tiều Mục tiêu cổ thé

được biểu thị bằng các đại lượng kính

Khi qui hoạch và thiết kế hệ thống công trình tưới tiêu nói chung, việc tim ra phương dn tối ưu dựa vào mô hình toán mà him số mục tiêu là hiệu quả tha được lớn nhất: maxZ(x)=B(x)-K(x)-CŒœ).

Oday:

X= (ị, Xa) biển lượng biểu thị các phương án (dung tích hồ chứa, qui mô trạm

bơm, qui mô cổng )

B: Lượng tăng sản bình quân năm (đồng)

K: Đầu tư chiết tinh hang năm của công trình đầu mối, kênh mương và các công trình

trên kênh

Nếu hiệu quả kinh tẾ được xác định thì hàm số mục tiêu là phí tổn chiết tinh

hang năm minZ(x) là bé nhất

ĐỂ luận chứng phương án điều hành ối ưu các trạm bơm tới tiêu, người t có

thể dùng ham mục tiêu là chi phí bom nước nhỏ nhất Ví dụ có n trạm bơm tiêu cho m.

khu vực, him mục tiêu sẽ là

G14)

Cụ: Chỉ phí cho đơn vị lượng nước tưới hoặc

X,: Lượng nước tưới hoặc tiêu của tram bơm i bơm cho khu vực j (mÌ)

© Điều kiện rang buộc

Điều kiện ring buộc thường biểu thị dưới dang hàm sổ, phương trình phản ánh

qui luật hoạt động của hệ thống, là sự quan bệ tương hỗ giữa các yếu tổ tính năng của

công trình

"Đối với các công trình thuỷ lợi nói chung và các tram bơm nói riêng điều kiệnring buộc là các phương trình biểu thị:

+ Trang thái hoặc tinh năng của hệ thông như: các phương trình cân bằng của hệ thống.

trạm bơm hay các quan hệ biểu thị tính năng thuỷ lực của công trình như tính năng,

kênh, tính năng cống, tinh năng tram bơm,

+ Các giá tị giới hạn của các yêu tổ như lưu lượng giới hạn lớn nhất, nhỏ nhất, áp lực,mực nước, công suất

2.3 Xây dựng mô hình tính toán

toán được đặt ra như sau:

“Các thông số thiết của trạm bơm được xác định trước;

+ Linu lượng yêu cầu: Qnc, Qu.a, Quy

+ Các số liệu về máy bơm: số máy, loại máy, đường đặc tinh máy bơm

+ Số liệu về mực nước bể hút, bễ tháo: ZI, ZR, Z0”, 22, Ze

+ Các tải liệu khác có liên quan

Yêu cầu đặt ra là: Xác định mực nước bể thio nhỏ nhất Z2.” và cao trình đầy

cổng Za hợp lý để tính toán thiết kế cổng xa qua dé nối tiếp với tram bơm tiêu nước.

a song thoa man mục tiêu cho trước,

ih 2.2 Sơ đồ trạm bơm tiêu

2.4 Phương pháp giải bài toán

Ap dung lý thuyết tôi ưu hoá vào bai toán xác định cao trình day cống xả qua dé

hợp cho các trạm bơm tiêu nước ra sông và sử dụng phương pháp so sánh trực tiếp,

- Với lưu lượng cho trước, đưa ra nhiều phương án khác về cao trình đầy cổng xã qua

đề và cao trình mục nước bổ thio nhỏ nhất (cao tinh đáy bể tháo phụ thuộc vào cao

trình mực nước bể tháo nhỏ nh

~ Với mỗi phương án thiết kể, xác định được các chỉ tiêu kinh tế (him mục tiêu) So sánh kinh tế giữa các phương án bằng hảm mục tiêu sẽ lựa chọn ra được một phương

án tối wu về kinh tế, Các bước tính toán thể hiện trong sơ đồ hình (2.3).

DE xuất cúc phương in về cao trình

day cổng xã hoặc Zi”

“Tính toán xác định các chỉ tiêu kinh tế

(him mục tiêu) cho từng phương án

So sánh các phương án qua sử dụng ham

mục tiêu để tim phương án tôi ưu

"Hình 2.3.Sơ đỗ lựa chọn phương pháp tối ưu 2.5, Hàm mục tiêu và điều kiện ràng buộc

2.5.1 Các chỉ tiêu tối wu

“Trong các bài toán tìm phương án thiết kế tối ưu, các chỉ tiêu tối ưu sau được sử dụng.

a Chitigu bit về gid tri thu nhập đồng quy về thời điểm hiện tại NPV„

IR + wae 16)

Phương én chấp nhận được kh: IRR > (i

Chi tien tdi eu về tổng chi phi và vẫn đầu quy vệ năm đầu Cyn

B¿: Thu nhập năm thứ t tương ứng phương án j

lầu tư xây dựng ban đầu tương ứng với phương án j

Ce Chỉ phí năm thứ t tương ứng phương án j

i: Lãi suit tink toán

+: Biến chạy: t= 1+T

T: Tuổi thọ công trình (năm)

'Buu; Thu nhập tính bình quân nhiều nim

Cyg Chi phí quản ý bình quân hing năm tương ứng phương án j

IRR Hệ

iy: Lai suất cho NPV, > 0

tội hoàn kinh tế tương ứng với phương án j

in: Lãi suất cho NPV, <0 [i]: Lãi suất cho phép Cụ: Tổng vốn đầu tư và chỉ phí hàng năm quy về năm đầu trơng ứng với phương én j

2.5.2 Lisa chọn chỉiềutỗi uu - hàm mục tiên

Trong 3 chỉ tiêu tối ưu trên, chỉ tiêu tối ưu về NPV và IRR thường được áp

cdụng cho những bai toán xác định phương án tối ưu khi chỉ phí và hiệu ích là thay dồi

theo các phương ân khác nhau

Trong luận văn này, xét bài toin xác định phương án tối ưu khi hiệu ích do

sông trình dem lạ là không thay đổi theo các phương án khắc nhau vi các phương ẩn

cao trình diy cổng khắc nhau đều phải dim bảo dẫn lưu lượng Q và tổng lượng W

như nhau, nghĩa là: Bj= const, cho nên phương án có NPV,„ cũng chính là phương án

có Cains Vì vậy để cho việc tính toán nhanh hơn, ở đây chọn chí tiêu tối ưu là chỉ phí

Coun = Chỉ phí xây dựng bé tháo;

Cciges - Chi phí xây dựng cổng xả:

Coss sum - Chi phí xây đựng nhà trạm, bể hit, kênh dẫn, kênh tháo;

Couto - Chỉ phí thiết bị;

“Trong các loại chỉ phí trên coi chi phi xây dựng nhà trạm và chỉ phí thiết bị Ia

không thay đổi theo các phương án, Chi phí xây dựng cổng xa và chỉ phí xây dựng bễtháo được xắc định trên cơ sở bản vẽ thi kỂ, lập dự toán tính khối lượng xây dựngtheo các phương án khác nhau,

2.62 Xác định chi phí quản lý hàng năm bình quân

Đổi với từng phương dn, chi phí quản lý hing năm bình quân được xác định như sau:

Càng = Cage + Cơn + Cục + Chae 2.20)

26

“Trong đó:

‘Cyan y-Chi phí quản lý hàng năm bình quân (4);

Can : Chỉ phí điện trong | năm của trạm bơm tính bình quân nhiều năm (4):

‘Chang : Chi phí lương công nhân vận hành Ì năm của trạm bơm (a)

Cu

Curse : Chi phí khác trong | năm (4) ;

phí sửa chữa duy tu bảo dưỡng trong 1 năm;

a Xác định chỉ phi điện trong 1 năm

hạ: Cột nước tổn thất trên dng hút, ông day máy bơm.

=

S: Sie cân đường ống mây bơm nia? Hiệu suất của trạm bom

Trp =o Me * Nae * Phượng (2.22)

+ Mon: Hiệu suất của máy bơm tra theo đường đặc tính (Q~n)

+ My: Hiệu suất truyền động từ động cơ sang máy bơm ny 0 + Nac: Hiệu suất của động cơ, sơ bộ lấy nạ, = 0,85

+ Nome: Hiệu suất của mạng điện tinh từ động cơ đến đồng hồ công tơ điện, sơ bộ lấy

09

Nee

6 —— Xúc định chi phí lương

Chỉ phí tiễn lương là khoản ền chỉ trả cho công sức lực lượng lao động tham gia vio qui tỉnh sin xuất của doanh nghiệp (gồm cả lao động ngắn hạn, hợp đồng dải han) bao gồm: quỹ lương cơ bản, bảo hiểm xã hội, bảo hiểm lao động, khen thưởng và các khoản phụ cấp khác.

Chi phí tiền lương được tính toán dựa vào chế độ tiền lương hiện hành do nha nước quy định và số cán bộ nhân viên của doanh nghiệp,

í tiền lương như sau

Chọn, = CN, # Thay 2.23)

“Cách xác định chỉ

“Trong đó:

Nyy: Số công nhân viên bình quân làm việc trong năm của doanh nghiệp (người).

= TLạ,: Mức lương bình quân của mí

(đing/năm)

ing nhân viên trong 1 năm của doanh nghiệp

= CN: Phụ thuộc vio những yu ổ cơ bản sau

4+ Tình hình tự nh n (địa hình, thổ nhưỡng, khí hậu) khu vực do hệ thống phụ trách, + Đặc điểm sản xuất và yêu cầu dùng nước trong khu vực.

+ Dạng loại, quy mô và nhiệm vụ của hệ thẳng

+Số lượng và thành phần, chủng loại của các công trình trong hệ thống.

+ Mức độ tập trung hay phân bé các công trình trong hệ thống

++ Mức độ trang bị kỹ thuật của hệ thống (ự động, cơ kh, thông tin)

-+Tinh hình quản lý, tổ chức sản xuất, bổ tí cán bộ và điều hinh nhân lực của đơn vị.

e-_——_ Xe dink chi phí sửa chữa thường xuyên: Cự

CChỉ phí sửa chữa thường xuyên là số tiền mà doanh nghiệp phải bỏ ra hing nim

để thực hiện tu bỗ kênh mương sửa chữa nhỏ công trình, bảo dường máy móc thiết bị, nhằm bảo đảm cho công trình hoạt động bình thường; Cạc phụ thuộc vào loại hình

công trình, mức độ phân tán

O đây xác định Csc theo phương pháp kinh nghiệm:

Cọc =S, ® Cáp 629Trong đó

xp: Vốn đầu tư xây dựng công trình:

S¿¿: Hệ số sửa chữa thường xuyên, được tính bằng %

28

So với vốn đầu tư xây dựng ban đầu, thì S được lấy như sau

ng trình: lẤy bằng (1+2)% (so với vốn đầu tư công trình)

+ Thiết bị: lẤy bằng (3+5)% với thie bị nội (0.5+l)% đối với thiết bị ngoại.

4 Xácđịnh chỉphiKhác Cis

“Thành phần chỉ phi này phục vụ cho công tác quản lý hành chỉnh và điều hành doanh nghiệp, khó xác định trước, theo kỉnh nghiệm có thé lấy:

Chay = (8 = 12)% Coin (2.25)

GO đây chọn: Cynic = 10% Cyam = 10% Cry

Canc = 10% ( Care + Chương + Cs) (2.26)

II

* Viết lại công thức Cụu = Cạp + ( Cup + Chung + Cc + Che) * {urs Ì

mm"

Fe San TPO

© counts = Cagn + Chane + Co Che

CHƯƠNG 3

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CAO TRÌNH ĐÁY CONG XA QUA DE CHO TRAM BOM PHÙ ĐÓNG - GIA LAM - HÀ NOL

31 Mô ta hệ thống tiêu và tram bom tiêu

3,11 Điều kiện tự nhỉ của hệ thống

a Vitiđịalý điện tích

1 thống tiêu trạm bom Phi Đông nằm trên địa phận xã Phi Đồng thuộc huyện Gia Lâm, phụ trách tiêu Ging cho lưu vực bao gồm các xã: Trung Mau, Ninh Hiệp và

Phi Đồng Lưu vực được giới hạn như sau:

Nam và phía Đông giáp sông Đuống

y giáp xã Ninh l và xã Dương Hà

P Bắc giáp xã Phủ Chin, thị xã Từ Son, tinh Bắc Ninh

“Tổng điện tích lưu vực tiêu là: 690 ha, toàn bộ diện tích tú

thành đất đô thị đến năm 2030.

đã được quy hoạch

b Baie điểm địa hình

Cao độ trong lưu vực dao động từ +4,50 đến +6,50; cao độ phổ biến trong lưu

vue tử +5,0 đến +5,50, Khu dân cư có cao độ lồn hơn +6.0; Diện tích canh tác nôngnghiệp hiện tại có cao độ thấp thường nhỏ hơn +6,)

Hướng đốc địa hình từ Tây sang Đông, từ Bắc xuống Nam

e— Bt dai thd nhurong

Các xã trong khu vục tiêu của tram bơm đều nằm trên nền phủ sa của sông Budng

Đây là loại đất trồng trot tốt với đặc tính ít chua đến trung tính, độ PH từ 6+7, hàm lượng chất dinh dưỡng khá phong phú, thành phần cơ giỏi thích hợp với nhiễu loại cây

trông

4L Điểuliện ki nme

Viing dự án hệ thống tiêu Phủ Đẳng là một vũng nhỏ trong hệ thông khí tượng thùy

‘van của toàn vùng đồng bằng Bắc bộ nói chung va Hà Nội nói riêng.

- Độ Âm không khí trung bình nhiễu năm là 84%, cao nhất vào thing 8 khoảng 88 —90%, thấp nhất vào tháng 1 là 80%,

Mùa hè cũng là mùa là, bão xuất hiện nh „ thường tập trung vào các thing 7 và 8

‘Trung bình mỗi năm từ 3 đến 5 cơn bão ảnh hưởng tới đồng bằng và trung du Bắc Bộ.

* Mưa và phân bố mưa

“Tổng lượng mưa bình quân năm 1.680mm, tập rung vào các tháng 6 ~ 9 chiếm

80-9 % lượng mưa cả năm

Lượng mưa năm cao nhất: 2.625 mm

tgây mưa trùng bình năm là 126 ngày

Dik kiện thúy van, sông ngôi

ng Đuống chảy qua khu vực là nơi nhận nước tiêu của vùng

Sông Đuồng là một con sông đài 68 km, nối sông Hồng với sông Thái Bình Điểm đầu từ ngã ba Dâu (xã Xuân Canh, huyện Đông Anh, thành phố Hà Nội ti địa

giới giữa 2 đơn vĩ hành chính là huyện Đông Anh và quận Long Biên của thành phố

Ha Nội) Diém cuối là ngã ba Mỹ Lộc (xã Trung Kênh, huyện Lương Tài, tinh Bắc

Ninh)

Vé tổng thé sông Đuỗng chảy theo hưởng Tây-Đông, Từ năm 1958, cửa sông được mở rộng để trở thành một phân lưu quan trọng giảm sức uy hiễp của lũ sông Hồng đối với Hà Nội.

So với lượng li của sing Hồng tại Sơn Tây thì sông Đuống tiêu được 20-30

Tai Thượng Cit, lưu lượng nước trung bình nhiều năm $80 ms Lưu lượng đình lũ

lớn nhất 9.000 ms (ngày 22 thing năm 1971) Doan chảy qua Bắc Ninh dài 42 km.

Xe nước cao nhất tai bắn Hỗ vào thắng 8 năm 1945 là 9,64 m, cao hơn so với mặt ruộng ld 3~4 m Sông Đuống có him lượng phủ sa cao, vảo mùa mưa trung bình cứ 1

m nước có 2,8 kg phù sa

Theo số iệu quản lý vận hành hệ thống tiêu Phủ Đồng, mực nước là của sông

Đuống tại vị trí tram bơm vào khoảng 5 ~ 1.5m.

fia chất địa chất thủy văn

ya vào kết quả khoan khảo sit ngoài hiện trường và kết quả phân tích các mẫu, đất rong phòng thi khu vực khảo sát có thé chiara các lớp đất sau

+ — Lớp 1: Bin hữu cơ miu đen

+ Lop 2: Sét pha xám ghi, xám vàng Trang thái chảy:

« Lớp 3: Cát hat nhỏ xám, xám den, xám vàng Kết cấu chat vita

+ — Lớp 4; Sét xim vàng, xim xanh loang Id Trang thái đềo cứng

+ Lép 5: Cat hạt nhỏ - vừa xim xanh, xám vàng Kết cầu chặt vừa

Dưới đây là đặc điểm địa chất

+ Lip 1(Ký hiệu lip 1 trên hình trụ hỗ khoan)

La lớp bủn đáy mương, lớp có b dày khoảng 0,5-0,6 m.

+ Lip 2( ks hiệu lip 2 trên hình trụ hồ khoan).

Nim ngay bên dưới lớp bùn Thành phần chủ yếu là sét pha, đôi chỗ gặp sét kẹp

ng trình của từng lớp đất:

cắt miu xm ghi, xâm vàng: trạng thải chảy đổi chỗ do chay B diy thay đổi từ 2#

mm đại HK4) đến 5,5m (tại HK2), Đây là lớp đắt có sức chịu tải kém và biến dạng lớn Kết quả phân tích các mẫu đắt thể hiện cụ thể trong bảng sau:

"Băng 3.1 Giả trị trung bình các chỉ tg cơ lở của lốp 2

STT Cie chỉ tiêu cơ lệ Kyhigu | Đơnv| ' Gid tr] TB

Khối lượng thé tích TN ọ giem` 1842

4 Khôi lượng thể tích khô Pe g/em* 1.364

32