KỸ THUẬT và QUẢN lý hệ THỐNG NGUỒN nớc

Đại học Quốc gia Hà Nội trường đại học khoa học tự nhiên Larry W Mays Yeou Koung Tung Kỹ thuật quản lý hệ thống nguồn nước Người dịch: Nguyễn Tiền Giang Nguyễn Thị Nga Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Hà Nội Lời người dịch Nước tài nguyên tự tái tạo vô hạn Trong thập niên gần đấy, nhận thấy gia tăng tần xuất cường độ bão, lũ, hạn hán biến cố khí tượng thuỷ văn bất lợi khác, gây ảnh hượng trực tiếp đến đời sống người Đồng thời nhận thấy phát triển nhanh chóng phương pháp, công cụ dùng giới để giải toán lĩnh vực bảo vệ, khai thác, sử dụng, phát triển nguồn nước, phòng, chống tác hại nước gây Để cập nhật phương pháp công cụ giải toán quy hoạch quản lý nguồn nước, phục vụ công tác giảng dạy cho sinh viên chuyên ngành Thuỷ văn, thuộc khoa KT-TV-HDH, trường ĐHKHTN, nhóm biên dịch lựa chọn tiến hành biên dịch Hydrosystems Engineering and Management hai tác giả Larry W Mays Yeou Koung Tung, nhà xuất McGraw-Hill cho đời năm 1992 Nội dung sách bao gồm khối kiến thức rộng thuộc lĩnh vực tài nguyên nước, dùng cho nhiều môn học Thủy văn đại cương, Tính toán thủy lợi, Kinh tế thủy lợi, Mô hình toán thủy văn, Địa chất thủy văn, v.v Công việc biên dịch sách phân chia sau: TS Nguyễn Tiền Giang chủ biên dịch chương từ đến 9, chương từ 10 đến 13 ThS Nguyễn Thị Nga, Khoa KT-TV-HDH, ĐH KHTN đảm nhận Cuốn sách hoàn thành với giúp đỡ NCS Nguyễn Đức Hạnh, CN Đào Hải Linh việc biên soạn thảo TS Trần Ngọc Anh, người hiệu đính Nhóm biên dịch xin chân thành cảm ơn đóng góp quý báu Do thời gian kiến thức có hạn nên dịch không tránh khỏi sai sót Nhóm biên dịch mong nhận góp ý quý báu từ đọc giả để hoàn thiện dịch lần tái sau Xin chân thành cảm ơn Thay mặt nhóm biên dịch Nguyễn Tiền Giang mục lục lời nói đầu 11 phần 1: nguyên lý 15 Chương giới thiệu 17 1.1 giới thiệu 17 1.2 mô tả hệ thống nguồn nước 17 1.3 khái niệm hệ thống 21 1.4 toán kỹ thuật hệ thống nguồn nước 24 tài liệu tham khảo 32 tập 35 chương kinh tế học hệ thống nguồn nước 37 2.1 phân tích kinh tế kỹ thuật 37 2.2 phân tích chi phí lợi nhuận 40 2.3 lý thuyết hành vi khách hàng 42 2.4 lý thuyết công ty 49 2.5 cân cầu, cung thị trường 61 tài liệu tham khảo 63 tập 63 chương quy hoạch tuyến tính ứng dụng cho hệ thống nguồn nước .67 3.1 quy hoạch tuyến tính 67 3.2 thuật giải cho quy hoạch tuyến tính 72 3.3 phương pháp đơn hình 78 3.4 phương pháp biến nhân tạo 85 3.5 giải thích thuật toán bảng đơn hình 88 3.6 trường hợp ứng dụng phương pháp đơn hình 90 3.7 tính đối ngẫu phương pháp đơn hình 92 3.8 dạng ma trận thuật toán bảng đơn hình 96 3.9 phương pháp để giải toán quy hoạch tuyến tính .99 tài liệu tham khảo 99 tập 100 phụ lục 3A 105 chương ứng dụng quy hoạch phi tuyến quy hoạch động hệ thống nguồn nước 113 4.1 quy hoạch động 113 4.2 quy hoạch động sai phân rời rạc 127 4.3 đại số ma trận cho quy hoạch phi tuyến 130 4.4 tối ưu hoá phi tuyến ràng buộc 136 4.5 tối ưu hoá ràng buộc: điều kiện tối ưu 145 4.6 tối ưu hoá phi tuyến có ràng buộc: phương pháp grandient suy giảm tổng quát 148 4.7 tối ưu hóa phi tuyến có ràng buộc: phương pháp pê-nan-ti 159 4.8 tối ưu hóa phi tuyến có ràng buộc: phương pháp chiếu lagrange 162 4.9 chương trình máy tính quy hoạch phi tuyến 163 tài liệu tham khảo 164 tập 167 chương phân tính tính bất định độ tin cậy hệ thống nguồn nước 171 5.1 tổng quan lý thuyết xác suất 171 5.2 phân phối xác suất thường gặp 181 5.3 phân tích độ bất định 187 5.4 tính toán độ tin cậy sử dụng phân tích tải trọng sức tải 190 5.5 tính độ tin cậy sử dụng phân tích thời gian-tới-sự cố 198 5.6 phân tích độ tin cậy hệ thống đơn giản 204 5.7 tối ưu hoá độ tin cậy 206 5.8 mô hình ràng buộc hội 207 tài liệu tham khảo 212 tập 214 phần 2: kỹ thuật quản lý cấp nước 223 chương báo nhu cầu dùng nước 225 6.1 sử dụng nước dự báo 225 6.2 dự báo sử dụng nước cho đô thị công nghiệp 228 6.3 mô hình hồi quy dùng cho dụ báo sử dụng nước 232 6.4 mô hình bậc thang để dự báo sử dụng nước 243 6.5 mô hình kinh tế thống kê để dự báo nhu cầu sử dụng nước 259 6.6 IWR MAIN, hệ thống dự báo sử dụng nước 264 tài liệu tham khảo 268 tập 269 chương hệ thống nước mặt 273 7.1 hệ thống hồ chứa nước mặt 273 7.2 phân tích lươngh trữ - dòng chảy bền vững cho cung cấp nước 274 7.3 phân tích lượng trữ - lượng bền vững 285 7.4 mô hồ chứa 288 7.5 kích thước tối ưu điều tiết cho hồ chứa đa mục tiêu đơn lẻ 294 7.6 tối ưu kích thước điều tiết cho hệ thống hồ chứa đa mục đích 302 7.7 kích thước điều tiết hồ chứa với yếu tố thủy văn bất định: mô hình QHTT 305 7.8 điều tiết hồ chứa với yếu tố thủy văn bất định: mô hình QHĐ 319 tài liệu tham khảo 322 tập 323 chương hệ thống nước ngầm 325 8.1 nguyên lý hệ thống nước ngầm 325 8.2 mô hệ thống nước 332 8.3 mô hình quản lý thủy lực: phương pháp nhúng 336 8.4 mô hình phân phối đánh giá sách: phương pháp ma trận phản hồi 345 8.5 mô hình quản lý nước ngầm: phương pháp điều tiết tối ưu 348 tài liệu tham khảo 350 tập 352 chương hệ thống phân phối nước 357 9.1 cấu trúc mục đích hệ thống phân phối nước 357 9.2 thành phần hệ tống phân phối nước 358 9.3 bơm nước thủy lực bơm 362 9.4 mô mạng lưới cấp nước 364 9.5 mô hình tối ưu cho thiết kế hệ thống phân nhánh 371 9.6 mô hình tối ưu cho thiết kế hệ thống vòng dây 374 9.7 mô hình thiết kế hệ thống phân phối nước 377 9.8 độ tin cậy hệ thống phân phối nước 380 tài liệu tham khảo 385 tập 386 phần 3: kỹ thuật quản lý nước dư thừa 389 chương 10 thủy văn thủy lực quản lý nước dư thừa 391 10.1 phân tích thủy văn thủy lực đồng ngập lụt 391 10.2 xác định biểu đồ trình mưa lũ: phân tích mưa dòng chảy 392 10.3 diễn toán thủy văn: hồ chứa sông 399 10.4 phân tích tần xuất thủy văn để xác định phần ngập lũ 402 10.5 cao trình ngập lũ: xác định cao độ mặt nước 408 10.6 thủy lực dự báo lũ: diễn toán phân phối 411 10.7 mô hình diễn toán sông cục thời tiết quốc gia hoa kỳ 413 tài liệu tham khảo 415 tập 417 chương 11 hệ thống quản lý nước mưa đô thị 421 11.1 hệ thống quản lý nước mưa đô thị 421 11.2 thiết kế cống rãnh thoát nước mưa 422 11.3 phương pháp thiết kế dùng biểu đồ thủy văn 425 11.4 thiết kế chi phí tối thiểu hệ thống cống thoát nước mưa .430 11.5 phân tích độ tin cậy cống thoát nước mưa bão lưu giữ nước mưa 439 11.6 thiết kế chi phí tối thiểu cho hệ thống cầm giữ nước mưa cục 444 11.7 thiết kế chi phí tối thiểu cho hệ thống cầm giữ nước mưa cục 449 tài liệu tham khảo 453 tập 454 chương 12 hệ thống quản lý đồng ngập lũ 457 12.1 lựa chọn kiểm soát lũ 457 12.2 đánh giá thiệt hại lũ 462 12.3 gói phần mềm phân tích thiệt hại lũ lụt hec 466 12.4 mô hình tối ưu hoá để quy hoạch kiểm soát lũ 470 12.5 lựa chọn tối ưu phương án kiểm soát lũ 473 12.6 thiết kế dựa rủi ro 475 12.7 thiết kế dựa rủi ro cho công trình thoát nước đường quốc lộ 475 tài liệu tham khảo 482 tập 482 chương 13 hoạt động hệ thống nước mặt kiểm soát lũ lụt 491 13.1 dự báo lũ thời gian thực 491 13.2 vận hành hệ thống hồ chứa sông để kiểm soát lũ 499 13.3 mô hình tối ưu hoá để phát triển sách vận hành 502 13.4 mô hình tối ưu hoá cho vận hành thời gian thực hồ chứa 505 tài liệu tham khảo 510 tập 512 lời nói đầu Hệ thống nguồn nước thuật ngữ Van te Chow sử dụng để mô tả lĩnh vực kỹ thuật thuỷ văn, thủy lực tài nguyên nước Hệ thống nguồn nước đồng thời sử dụng để đề cập tới dự án nước bao gồm hệ thống trữ nước mặt, hệ thống nước ngầm, hệ thống phân phối nước, hệ thống kiểm soát lũ, hệ thống tiêu nước Hệ thống nguồn nước sử dụng sách bao hàm hai định nghĩa Hy vọng sách cung cấp khung công việc mang tính hệ thống phục vụ mô hình hoá hệ thống nguồn nước lĩnh vực kỹ thuật quản lý Cuốn sách bao gồm ba phần chính: Các nguyên lý, Kỹ thuật quản lý cấp nước, Kỹ thuật quản lý nước dư thừa Phần nguyên lý bao gồm chương kinh tế, tối ưu hoá, phân tích độ tin cậy xác suất nhằm cung cấp tảng cho chương cấp nước nước dư thừa Giả thiết ban đầu toán nguồn nước phân chia thành kỹ thuật quản lý cấp nước kỹ thuật quản lý nước dư thừa Quản lý cấp nước bao gồm chương dự báo nhu cầu nước, hệ thống nước mặt, hệ thống nước ngầm, hệ thống phân phối nước Nó cung cấp cách giải toàn diện chủ đề liên quan đến cung cung cấp nước Tương tự, quản lý nước dư thừa bao gồm chương thủy văn thủy lực, phân tích thiết kế thoát nước đô thị, hệ thống kiẻm soát lũ, quản lỹ bãi ngập lũ Những chủ đề thường chưa đề cập tới sách trước hệ thống tài nguyên nước Đầu tiên trước hết sách dự định biên soạn sách giáo khoa dành cho học viên thuộc ngành kỹ thuật quản lý tài nguyên nước Cuốn sách không phục vụ tổng quan mà giới thiệu phương pháp sử dụng toán hệ thống nguồn nước dành cho sinh viên năm cuối bậc đại học học viên sau đại học Nội dung sách dùng để giảng dạy cho học viên chưa có kiến thức vận trù học cần có kiến thức bậc đại học thuỷ văn thuỷ lực Mục tiêu kết hợp việc sử dụng môn kinh tế học, vận trù học, xác suất thống kê thuỷ văn, thủy lực tài nguyên nước vào việc phân tích, thiết kế, vận hành, quản lý loại dự án nguồn nước Cuốn sách đồng thời đóng vai trò chuyên khảo tốt dành cho kỹ sư, nhà quy hoạch, phân tích quản lý tài nguyên nước Kỹ thuật quản lý hệ thống nguồn nước sách mô hình hoá toán học toán thiết kế, phân tích, vận hành, quản lý dự án nước Các phương pháp định lượng bao gồm: (a) mô trình thành lưu lượng ngược lại RES-SNGL- Thao tác kiểm soát hồ chứa đơn 518 Hình 13.2.1 Các biểu đồ thủy văn quan trắc dự báo Kanawha Falls dẫn đến dự báo kiện lũ tháng II năm 1967 (Hiệp hội Kỹ sư Quân đội Hoa Kỳ, 1983) 1ả.ả ác ms hình tTi ưu hễá để phát triển ứách vận hành Các mô hình tối ưu hóa sử dụng để xác định hoạt động kiểm soát lũ hệ thống hồ chứa thể hình 13.3.1, Mục tiêu mô để xác định chế vận hành (xả nước) để cực tiểu hóa thiệt hại lũ đoạn A B Các đầu vào mô hình bao gồm hàm thiệt hại dòng chảy lũ lịch sử trung bình kéo dài hàng tuần nhờ mô tả trận lũ lớn ghi trạm đo (xem hình 13.3.1) Lượng trữ cực tiểu hồ chứa lượng trữ hồ bảo tồn lượng trữ cực đại lượng trữ hồ lũ đầy Một mô hình DP phát triển biến định lượng xả QA từ hồ chứa biến trạng thái lượng trữ ST hồ chứa 1, Mục tiêu tối ưu hóa để cực tiểu hóa tổng thiệt hại lũ Z: N MinZ rn QAn (13.3.1) n đó: n 1, , N giai đoạn khoảng thời gian kéo dài hàng tuần theo thứ tự thời gian rn QA n xuất lại giai đoạn thứ n định (lượng xả) QA từ hồ chứa 1, Các thiệt hại hai đoạn A 519 B hàm QA Các ràng buộc hoạt dộng bao gồm phương trình liên tục, hàm biến đổi: STn1 STn I n QAn n 1, , N (13.3.2) đó: STn STn1 lượng trữ đầu cuối tuần thứ n hồ chứa I n dòng chảy vào hồ chứa tuần thứ n Các giới hạn lượng trữ là: STmin STn STmax , n 1, , N (13.3.3) đó: STmin lượng trữ cực tiểu hồ chứa, lượng trữ trì hồ STmax lượng trữ cực đại, nghĩa lượng trữ hồ lũ đầy Ràng buộc lượng xả hồ chứa là: QAn QAmax , n 1, , N (13.3.4) n 1, , N (13.3.5) Dòng chảy đoạn B xác định bằng: QBn QAn ITn , đó: ITn dòng chảy vào sông nhánh Phương trình đệ quy DP thuật toán tiên tiến (bậc theo thứ tự thời gian) là: f n STn Minrn QAn f n STn1 QAn (13.3.6) Hình 13.2.2 Cấu trúc mô hình quản lý lũ thời gian thực Mô hình sử dụng Nhà chức trách sông Colo rado thấp để quản lý hệ thống hồ - sông thể hình 13.1.3, Hệ thống thu thập số liệu thời gian thực thể hình 13.1.4, (Nguồn: Unver, Mays Lansey, 1987) 520 Hình 13.3.1 Hệ thống hồ chứa ví dụ 13.3.1, đó: f n STn thống kê lũy tích (các thiệt hại) theo hợp đồng tối ưu hệ thống qua n giai đoạn (các khoảng thời gian) Thống kê giai đoạn tổng thiệt hại hai đoạn A B: rn QAn D A QAn DB QBn QAn ITn (13.3.7) đó: D A DB hàm thiệt hại Ví dụ 13.3.1 Phát triển mô hình tối ưu hóa để xác định hoạt động kiểm soát lũ hệ thống hồ chứa thể hình 13.3.2, Hệ thống tương tự hệ thống thể tromg hình 13.3.1 bao gồm đoạn sông thiệt hại C hạ lưu hồ chứa Lời giải Bài toán phải xét hai biến trạng thái, lượng xả từ hồ chứa 2: QA QC tương ứng Mô hình DP biểu diễn bằng: N MinZ rn QAn , QCn n Thống kê giai đoạn (thiệt hại thời khoảng thời gian n ) là: rn QA, QC D A QAn D B QAn ITn DC QCn đó: D A , DB DC liên tục (hàm biến đổi) là: hàm thiệt hại Các ràng buộc tính ST1n ST 1n I n QAn 521 hồ chứa ST liên quan đến lượng trữ hồ chứa 1, Tương tự, cách giả thiết dòng chảy vào theo phương ngang đoạn A B không đáng kể nên bỏ qua, phương trình liên tục hồ chứa là: ST n ST n QBn QCn hoặc: ST n ST n QAn ITn QC n đó: ST lượng trữ hồ chứa 2, Các giới hạn lượng trữ hồ chứa là: ST1min ST 1n ST1max và: ST ST n ST max Các lượng xả cực đại từ hai hồ chứa biểu diễn bằng: QAn QAmax và: QC n QC max Hình 13.3.2 Hệ thống hồ chứa ví dụ 13.3.1, 522 1ả.ô ác ms hình tTi ưu hGa chễ vận hành th7i gian thực hồ 13.4.1 Mô hình tối ưu hóa nhờ sử dụng diễn toán thủy văn Các mô hình tối ưu hóa hoạt động thời gian thực xem xét thỏa hiệp mục đích hoạt động hạn dài giới hạn hạn ngắn hoạt động Các giới hạn hoạt động ràng buộc vật lý hệ thống chẳng hạn lực cửa thoát lực trữ Thông tin không chắn dòng chảy vào tương lai, dòng chảy sông nhánh lượng mưa phải xem xét thỏa hiệp Một mô hình toán dựa thông tin dự báo xây dựng, hàm mục tiêu để cực tiểu hóa bất lợi hoạt động, là: N MinZ Z STn Z Qn (13.4.1) n đó: Z STn hàm bất lợi dựa lượng trữ khả Z Qn hàm bất lợi dựa dòng chảy hạ lưu khả trạm kiểm soát Phương trình liên tục hồ chứa là: STn STn Rn I n n 1, , N (13.4.2) đó: STn STn lượng trữ đầu cuối thời đoạn n I n dòng chảy vào hồ chứa dự báo thời đoạn n Lưu lượng Qn trạm kiểm soát phía hạ lưu thời đoạn n là: Qn C R n n 1, , N (13.4.3) đó: C Rn hàm mô tả phương trình diễn toán lũ thủy văn hồ chứa trạm kiểm soát phía hạ lưu Một ví dụ phương trình diễn toán phương trình Muskingum (xem mục 10.3) dẫn đến phương trình (13.4.3) tuyến tính Các ràng buộc lượng trữ cực đại STmax lượng xả cực đại Rmax là: STn STmax n 1, , N Rn Rmax n 1, , N (13.4.4) (13.4.5) Một vài lời giải mô hình tương tự tường trình tài liệu khoa học Sigvaldason (1976) Yazicigil (1980) giải chương trình toán thời điểm đầu ngày hoạt động thời gian thực Lời giải mô hình cung cấp lượng xả tối ưu, lượng trữ hồ chứa tối ưu lưu lượng điểm kiểm soát tất ngày tầng hoạt động Tất nhiên kết ngày phụ thuộc vào dòng chảy vào dự báo Chỉ có lượng xả ngày hành sử dụng định hoạt động Đối với ngày tiếp theo, mô hình xây dựng lại cách sử dụng lượng trữ thời điểm đầu thời gian thực, khác với kết mô hình dòng chảy vào thực không hoàn toàn giống hệt dòng chảy vào dự báo 523 Ví dụ 13.4.1 Phát triển mô hình DP cho hệ thống hồ chứa đơn thể hình 13.4.1, Sử dụng hàm bất lợi lượng trữ thể hình 13.4.2 để phát triển mô hình Không có bất lợi lưu lượng điểm kiểm soát xem xét Các lượng trữ ST1 ST lượng trữ nhỏ lượng trữ mục tiêu STTAR ST1 , ST ST lượng trữ lớn STTAR Lời giải Hàm mục tiêu biểu diễn bằng: N MinZ ST1 n ST n ST1 n ST n ST n n Hình 13.4.1 Hồ chứa có điểm kiểm soát hạ lưu Các ràng buộc lượng trữ hồ chứa biểu diễn bằng: STn ST1 n ST n ST1 n ST n ST n STTAR để xác định lượng trữ Các giới hạn lượng trữ là: ST1 n STTAR STb ST n STb STa ST1 n STc STTAR ST n STd STc 524 ST n STe STd Phương trình liên tục thời đoạn là: STn1 Rn STn I n Các ràng buộc diễn toán tuyến tính điểm kiểm soát phía hạ lưu là: Qn f R n Nếu bất lợi lưu lượng xem xét ràng buộc trở nên quan trọng hàm mục tiêu số hạng bất lợi bao gồm biểu diễn phương trình (13.4.1) (Xem toán 13.4.2) Các ràng buộc lượng trữ cực đại lượng xả từ hồ chứa tương ứng là: STn STmax và: Rn Rmax Các ràng buộc không âm là: STn , Rn , Qn ST1 n , ST n , ST1 n , ST n , ST n Hình 13.4.2 Hàm xử lý lượng trữ ví dụ 13.5.1 525 13.4.2 Mô hình hóa tối ưu nhờ sử dụng diễn toán thủy lực Bài toán tối ưu hóa hoạt động hệ thống đa hồ chứa điều kiện lũ phát biểu sau: Mục tiêu Cực tiểu hóa Z f h, Q (13.4.6) đó: h Q tương ứng véc tơ cao trình mặt nước lưu lượng Mục tiêu định rõ việc cực tiểu hóa: (a) tổng thiệt hại lũ; (b) độ lệch từ cấp mục tiêu; (c) cao trình mặt nước vùng ngập lũ (d) lượng tràn từ hồ chứa lượng trữ cực đại hồ chứa Các ràng buộc a Các ràng buộc thủy lực xác định phương trình SaintVenant dòng chảy chiều không ổn định thay đổi dần (xem mục 10.6) quan hệ khác, chẳng hạn điều kiện biên thượng lưu, điều kiện biên hạ lưu, các điều kiện biên nội điều kiện ban đầu mô tả dòng chảy thành phần khác hệ thống hồ chứa - sông: g h, Q, r (13.4.7) đó: h ma trận cao trình mặt nước; Q ma trận lưu lượng r ma trận đặt cửa van công trình đường tràn, tất cho dạng ma trận để xem xét kích thước thời gian không gian toán b Các giới hạn lưu lượng định rõ lượng xả từ hồ chứa mức dòng chảy cực đại cực tiểu vị trí xác định: QQQ (13.4.8) Các ngưỡng bên biến biểu thị giới hạn thượng hạ lưu tương ứng biến c Các giới hạn cao trình định rõ cao trình mặt nước cực đại cực tiểu cho phép vị trí xác định (bao gồm mực hồ chứa): hhh (13.4.9) d Các giới hạn vật lý hoạt động hoạt động cửa van đường tràn: r r r (13.4.10) e Các ràng buộc khác quy tắc hoạt động, lượng trữ mục tiêu, lực trữ chẳng hạn: W r (13.4.11) 526 Unver Mays (1990) phát triển mô hình dựa phương pháp kiểm soát lũ tối ưu hoạt động thời gian thực hệ thống hồ chứa - sông ứng dụng hồ Travis hệ thống hồ cao nguyên sông Colorado Texas (xem hình 13.1.3) Các ràng buộc mô hình chia thành hai nhóm: ràng buộc thủy lực (phương trình 13.4.7) ràng buộc hoạt động (các phương trình 13.4.8 13.4.11) Các ràng buộc thủy lực ràng buộc tính ngang bao gồm phương trình mô tả dòng chảy hệ thống Chúng là: (a) phương trình Saint-Venant tất đoạn sông tính toán ngoại trừ đoạn sông thuộc biên nội; (b) quan hệ mô tả điều kiện biên thượng hạ lưu đầu (c) điều kiện biên nội mô tả dòng chảy mà mô tả phương trình Saint-Venant chẳng hạn dòng chảy phân giới gây dòng chảy vượt qua đường tràn thác nước Các ràng buộc thủy lực giải hoàn toàn mô hình mô DWOPER (xem mục 10.7), lần tối ưu lại cần đánh giá ràng buộc ràng buộc hoạt động lại giải tối ưu hoá, chẳng hạn GRG2 (Lasdon Waren, 1983) Về bản, ràng buộc các ràng buộc kiểu lớn nhỏ định rõ giới hạn giá trị, mục tiêu hoạt động, giới hạn công trình lực Các lựa chọn cho hoạt động để đặt hạn chế giá trị biến định phân loại theo kiểu Các ràng buộc giới hạn sử dụng để đặt hoạt động yêu cầu liên quan đến tối ưu hoá Các ràng buộc không âm lưu lượng không sử dụng vài lưu lượng cho phép lấy giá trị âm để mô tả thực tượng dòng chảy ngược (các hiệu ứng nước vật) hồ dâng lên dòng chảy nhánh lớn chảy vào hồ điều kiện thủy triều Sự âm cao trình mặt nước luôn thoả mãn thủy lực hệ thống giải hoàn toàn mô hình mô DWOPER Các giới hạn cao trình lưu lượng sử dụng để đặt mực cho phép cực đại (các giá trị vượt xa xảy thảm khốc có theo quy luật tự nhiên) chẳng hạn cao trình cao so với công trình chủ yếu, lực đường tràn Các cao trình và/hoặc lưu lượng gây thiệt hại phải cho mô hình ràng buộc hàm mục tiêu số hạng kiểm soát chúng Biến mô hình thứ ba (độ mở cửa van) phép thay đổi tương ứng vơi độ mở 0% 100% tổng diện tích cửa van đường tràn có tương ứng Các giới hạn đặt cửa van dụng ý chủ yếu để phản ánh giới hạn vật lý hoạt động cửa van phép người điều hành lệnh cho phần (các phần) hoạt động hồ chứa (các hồ chứa) Các ràng buộc hoạt động khác giới hạn bắt buộc mục đích khác Các mức thay đổi độ mở cửa van cực đại cho phép, ví dụ hồ chứa cho chẳng hạn, xác định qua công thức ràng buộc phụ thuộc vào thời gian Công thức riêng hữu ích, đặc biệt trường hợp, nơi có thay đổi đột ngột hoạt động cửa van, nghĩa đóng mở đột ngột lệnh có theo quy luật tự nhiên Nó điều khiển cách đặt giớii hạn thay đổi tính số phần trăm độ mở cửa van từ bước thời gian đến bước thời gian Ràng buộc sử dụng để làm mô hình khía cạnh quan khác hoạt động cửa van khoảng thời gian ngắn, nghĩa đặt phải tuân thủ mở đóng cửa van Đối với trường hợp này, cửa van mở (hoặc đóng) đến nhiều số phần trăm định khoảng thời gian cho Điều biểu diễn dạng toán học sau: rc ri j ri j ro i Ir (13.4.15) đó: rc ro số phần trăm cực đại cho phép (hoặc có thể) để mở đóng cửa van phù hợp với I r cửa van áp dụng Ràng buộc sử dụng chẳng hạn để làm mô hình cửa van hoạt động tay tất phần khoảng thời gian 527 Ràng buộc giống hệt sử dụng chẳng hạn để hợp quy tắc hoạt động liên kết hoạt động hồ chứa với hoạt động hồ chứa thượng lưu ràng buộc đa vị trí Hãy tham khảo công trình Unver cộng (1987), Unver Mays (1990) để biết chi tiết 6ài liỳ u tham Hhòễ Brazil L E., and G F Smith: "Development and application of hydrologic forecast systems," in Computeried Decision Support Systems for Water Managers, Labadie, J W., L E Brazil, L Corbu, and L E Johnson, eds ASCE, 1989, Can, E K and M H Houck: "Real-Time Reservoir Operations by Goal Programming," Journal Water Resources Planning and Management, ASCE, 110(3), pp 297-309, 1984, Chow, V, T., D R Maidment, and L W Mays: Applied Hydrology, McGraw-Hill, Inc., New York, 1988, Day, G N.: "External Streamflow Forecasting Using NWSRFS," Journal of Water Resources Planning and Managnnent ASCE vol m, no 2, pp 157-170, February 1985, EG&G Washington Analytical Services Center, Inc.: Lower Colorado River Authority Software User's Manual, Albuquerque, N Mex., December 1981, Georgakakos, K P.: "A Generalized Stochastic Hydrometeorological Model for Flood and Flash-Flood Forecasting-I Formulation," Water Resources Research, vol 22, no 13 pp 2083-2095, December 1986a Georgakakos, K P.: "A Generalized Stochastic Hydrometeorological Model for Flood and Flash-Flood Forecasting-2, Case Studies," Water Resources Research, vol 22, no 13 pp 2096-21 Q6, December 1986b Georgakakos K P and R L Bras: "Real-Time, Statistically Linearized, Adaptive Flood Routing," Water Resources Research, vol 18, no 3, pp 513-524, June 1982, Jamieson, D G and J C Wilkinson: "River Dee Research Program 3, A Shon-Term Control Strategy for Multipurpose: Reservoir Systems," Water Resources Research, vol 8, pp 911-920, 1972, Kitanidis P K and R L Bras: "Real-lime Forecasting With a Conceptual Hydrologic Model-I Analysis of Uncertainty." Water Resources Research vol 16, no 6, pp 102,~1033, December 1980a Kitanidis P K and R L Bras: "Real-time Forecasting With a Conceptual Hydrologic Model2, Applications and Results." Water Resources Research vol 16, no 6, pp 10341044, December 1980b 528 Krzysztofowicz R and D R Davis: "A Methodology for Evaluation of Flood ForecastResponse Systems-I Analysis and Concepts." Water Resources Research vol 19, no 6, pp 1423-1429, December 1983a Krlysztofowicz R and D R Davis: "A Methodology for evaluation of Flood FOR."CastResponse Systems2, Theory," Water Resources Research, vol 19, no 6, pp 14311440, December 1983b Krzysztofowicz R and D R Davis: "A Methodology for Evaluation of Flood ForecastResponse Systems3, Case Studies.," Water Resources Research vol 19, no 6, pp 1441-1454, December 1983c Lasdon L S and A D Waren: GRG2 User's Guide Dept of General Business, The University of Texas Austin, 1983, Melching, C S., B C Yen, and H G Wenzel Jr.: "Incorporation of Uncertainties in RealTime Catchment Flood Forecasting." Research Report 208, Water Resources Center University of Illinois at UrbanaChampaign, September 1987, Nemac, J.: Hydrological Forcasting, Dr Reidel Publishing "Company Boston 1986, Sierra/Misco,lnc,: Flood early warning system for City of Austin, Texas: "Berkeley Calif 1986, Sigvaldason O T.: "A Simulation Model for Operating a Multipurpose Multireservoir System, Water Resources Research, vol 12 no 2, 1976, Tennessee Valley Authority: "Development of a Comprehensive TVA Water Resource Management Program." Technical Report Div of Water Cont Plan Tennessee Valley Authority Knoxville 1974, Unver O L W Mays and K Lansey: "Real-Time Flood Management Model for the Highland Lakes System." J, Water Re.f Planning ancl Manag('I/I~1II Oil' American Socicty of Civil Engineers vol 13 no 5, pp 620-638, 1987, Unver O and L W Mays: "Model for Real-Time Optimal Flood Control Operation of a Resservoir System. Water Resources Management vol 4, Kluwer Academic Publishers Netherlands pp 21-46, 1990, U.S Army Corps of Engineers Hydrologic Engineering Center "HEC-5C A Simulation Model for System Formulation and Evaluation." Davis Calif., 1973, U.S Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center "HEC-5, Simulation of Flood Control and Conservation Systems. Davis Calif 1979, 529 U.S Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center "Real-Time Flood Forecasting and Reservoir Control for the Kanawha. Special Projects Memo no, 83-10 Davis Calif December 1983, Wasimi S A and P K Kitanidis: "Real-Time Forecasting and Daily Operation of a Multireservoir System Floods by Linear Quadratic Gaussian Control, Water Resources Research, vol 19, pp, 1511-1522, 1983, Windsor J S.: "Optimization Model for the Operation of Flood Control Systems,' Water Resources Research vol 9, HY5, pp 1219-1226, 1973, Yazicigil H.: "Optimal Operation of a Reservoir System Using Forecasts,' Ph.D Dissertatioll Purdue University West Lafayette, Indiana 1980, tập 13.3.1 Phát triển mô hình chương trình động lực hoạt động kiểm soát lũ hệ thống ba hồ chứa hình 13.P.1, Đối với công thức xem xét thiệt hại đoạn sông A, B C, giả thiết thiệt hại đoạn D Bao nhiêu biến trạng thái yêu cầu toán này? Hình 13.P.1 Hệ thống hồ chứa toán 13.3.1 13.3.2, 530 13.3.2 Phát triển mô hình DP hệ thống ba hồ chứa (hình 13.P.1) toán 13.3.1 xem xét thiệt hại đoạn sông A, B, C D 13.4.1 Phát triển mô hình chương trình tuyến tính hoạt động hệ thống hai hồ chứa thể hình 13.P.2, Sử dụng hàm bất lợi thể hình 13.P.3 hai điểm kiểm soát 13.4.2 Phát triển mô hình chương trình tuyến tính hệ thống hồ chứa đan thể hình 13.4.1 (ví dụ 13.4.1) Sử dụng hàm bất lợi lưu lượng hình 13.P.3 để phát triển mô hình Hình 13.P.2 Hệ thống hồ chứa toán 13.4.1, 531 a) Hàm bất lợi lưu lượng điểm kiểm soát b) Hàm bất lợi lưu lượng điểm kiểm soát Hình 13.P.3 Hàm bất lợi lưu lượng toán 13.4.1 13.4.2, 532 [...]... các hệ thống kiểm soát lũ và các hệ thống thoát nước đô thị, Trong cuốn sách này, thuật ngữ hệ thống nguồn nước áp dụng cho cả hai khái niệm trên Cuốn sách được viết dựa trên giả thiết là kỹ thuật và quản lý hệ thống nguồn nước có thể được chia thành: (1) kỹ thuật và quản lý cấp nước; (2) kỹ thuật và quản lý nước dư Các dự án nước đa mục tiêu hiện đại được thiết kế cho quản lý cấp nước và/ hoặc quản lý. .. đô thị Hệ thống nước đô thị có thể được chia ra thành các hệ thống cơ bản như hệ thống cấp nước, hệ thống nước thải, hệ thống tiêu nước đô thị, và hệ thống quản lý bãi ngập lũ Hệ thống cấp nước có thể lại được chia ra làm hệ thống bơm nước không qua xử lí, hệ thống vận chuyển nước chưa xử lí, trữ nước chưa qua xử lí, hệ thống xử lí, hệ thống bơm nước đã xử lí và hệ thống phân phối nước Nhiều hệ thống. .. phân tích hồi quy, và kinh tế thống kê Đồng thời phiên bản cuối cùng cũng bao gồm cả các kiến thức cơ bản về thủy văn, thủy lực cho hệ thống nước ngầm, hệ thống nước mặt, hệ thống phân phối nước, hệ thống tiêu và chậm nước mưa bão, và hệ thống kiểm soát lũ phục vụ sinh viên đại học Kỹ thuật và quản lý hệ thống nguồn nước có thể được dùng cho các loại khoá học khác nhau ở cả bậc đại học và sau đại học... để diễn tả sự chuyển đổi là các kỹ thuật mô phỏng, kỹ thuật tối ưu và cả sự kết hợp hai kỹ thuật này 1.4 Các bài toán trong kỹ thuật hệ thống nguồn nước Chúng ta thường gặp các dạng bài toán sau trong kỹ thuật hệ thống nguồn nước: 1 Xác định quy mô phát triển của dự án 2 Xác định kích thước tối ưu của các thành phần hệ thống 3 Xác định quy trình vận hành tối ưu của hệ thống Nếu gọi các nghiệm của ba... thực vật và thoát hơi nước thực vật; hệ thống nước mặt gồm dòng chảy tràn, dòng chảy mặt, dòng chảy xuất lộ nước ngầm và sát mặt; hệ thống nước dưới mặt gồm các quá trình thấm sâu, bổ sung nước ngầm, dòng sát mặt và dòng chảy ngầm Sự phân chia các hệ thống con trong hệ thống thủy văn toàn cầu được thể hiện trong hình 1.1.2 17 1.2 mô tả hệ thống nguồn nước Các hệ thống nguồn nước gồm có các hệ thống cấp... loại và cho sự thịnh vượng của loài người phần 1 Các nguyên lý 14 CHƯƠNG 1 Giới thiệu chung 1.1 giới thiệu Thuật ngữ hệ thống nguồn nước được V T Chow đưa ra đầu tiên để diễn tả chung các lĩnh vực kỹ thuật của thủy văn, thủy lực và tài nguyên nước Hệ thống nguồn nước cũng là một thuật ngữ được sử dụng để chỉ các loại dự án về nước, bao gồm các hệ thống trữ nước mặt, các hệ thống nước ngầm, các hệ thống. .. trù học và phân tích độ tin cậy vào lĩnh vực kỹ thuật và quản lý hệ thống nguồn nước Việc sử dụng vận trù học và phân tích độ tin cậy trong kỹ thuật nguồn nước đã bị chậm hơn so với ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực kỹ thuật khác Có rất nhiều lý do cho sự chậm trễ này mà thảo luận về chúng nằm ngoài phạm vi của cuốn sách này Chúng tôi viêt cuốn sách này để khuyến khích việc sử dụng các kỹ thuật vận... phần của hệ thống hay là của môi trường; (2) thể hiện các tương tác đầu vào và đầu ra với môi trường; và (3) các thể hiện về các mối quan hệ tương quan giữa các phần tử hệ thống, các đầu vào và đầu ra, gọi là hồi tiếp (feedback) 22 Hình 1.2.4 Hệ thống nước ngầm (McWhorter và Sunada, 1977) Tùy thuộc vào mức độ chi tiết dùng để mô hình hóa các thành phần hệ thống, các phương trình thủy văn và thủy lực... nguồn nước Các hệ thống nguồn nước gồm có các hệ thống cấp nước mặt, các hệ thống cấp nước ngầm, các hệ thống phân phối nước, các hệ thống thoát nước đô thị, các hệ thống quản lý bãi ngập lũ và các hệ thống khác Mục này sẽ trình bày một số ví dụ về các loại hệ thống nguồn nước khác nhau Hình 1.1.1 Chu trình tuần hoàn thuỷ văn và cân bằng nước trung bình năm, dùng đơn vị tương đối khi so sánh với giá... muốn t* và vị trí mong muốn x* 24 Do đó trạng thái mong muốn có thể được biểu thị bằng S* = [V*(x*,t*), Q*(x*,t*)] (1.3.2) Việc ước lượng của S và S* là lĩnh vực của kỹ thuật hệ thống nguồn nước Điều này đòi hỏi sự kết hợp về kiến thức và áp dụng của thủy văn và thủy lực Kỹ thuật hệ thống nguồn nước liên quan đến sự chuyển đổi S sang S* S* = WS + E (1.3.3) Đây là phương trình chuyển đổi của hệ thống ... thiết kỹ thuật quản lý hệ thống nguồn nước chia thành: (1) kỹ thuật quản lý cấp nước; (2) kỹ thuật quản lý nước dư Các dự án nước đa mục tiêu đại thiết kế cho quản lý cấp nước và/ hoặc quản lý nước... việc mang tính hệ thống phục vụ mô hình hoá hệ thống nguồn nước lĩnh vực kỹ thuật quản lý Cuốn sách bao gồm ba phần chính: Các nguyên lý, Kỹ thuật quản lý cấp nước, Kỹ thuật quản lý nước dư thừa... thống nguồn nước gồm có hệ thống cấp nước mặt, hệ thống cấp nước ngầm, hệ thống phân phối nước, hệ thống thoát nước đô thị, hệ thống quản lý bãi ngập lũ hệ thống khác Mục trình bày số ví dụ loại hệ