GIÁO TRÌNH PHÂN TÍCH HỆ THỐNG NGUỒN NƯỚC

MỤC LỤC TT Nội dung Trang Chương 1: Hệ thống và phân tích hệ thống nguồn nước 10 1.1 Định nghĩa và các đặc trưng hệ thống 10 1.1.1 Định nghĩa hệ thống 10 1.1.2 Các đặc trưng hệ thống 11 1.2 Cấu trúc hệ thống 11 1.2.1 Đầu vào và đầu ra của hệ thống 12 1.2.2 Trạng thái của hệ thống 13 1.2.3 Biên của hệ thống 14 1.3 Phân loại hệ thống 14 1.3.1 Phân theo dạng hộp mô hình 14 1.3.2 Phân theo trạng thái của hệ thống 15 1.3.3 Dạng có điều khiển và không điều khiển 15 1.3.4 Dạng ngẫu nhiên và tất định 16 1.3.5 Hệ thống trong hệ thống 16 1.4 Hệ thống nguồn nước 17 1.4.1 Khái niệm và phân loại 17 1.4.2 Hệ thống thủy văn không điều khiển 18 1.4.3 Hệ thống thủy văn có điều khiển – hệ thống nguồn nước 18 1.4.4 Một số hệ thống nguồn nước cụ thể 21 Câu hỏi ôn tập chương 1 26 Chương 2: Phân tích hệ thống nguồn nước 27 1.5 Vận trù học và phân tích hệ thống 27 1.5.1 Khái niệm về vận trù học 27 1.5.2 Bối cảnh hình thành lý thuyết phân tích hệ thống 28 1.5.3 Quá trình hình thành lý thuyết phân tích hệ thống 29 1.6 Phương pháp luận trong phân tích hệ thống 32 1.6.1 Phương pháp phân tích 33 1.6.2 Nguyên lý và quan điểm phân tích hệ thống 34 1.6.3. Khó khăn khi tiếp cận bài toán phân tích hệ thống 37 1.7 Bài toán phân tích hệ thống nguồn nước 39 1.7.1 Xác định mục tiêu 39 1.7.2 Chuẩn bị số liệu tính toán các đặc trưng đầu vào 40 1.7.3 Mô phỏng hệ thống 44 1.7.4 Lập phương án và lựa chọn phương án 45 1.8 Trình tự thực hiện phân tích hệ thống 45 Câu hỏi ôn tập chương 1 47 Chương 2: Mô phỏng hệ thống 50 2.1 Mô phỏng và phân loại mô hình mô phỏng 50 2.1.1 Mô phỏng tối ưu 50 2.1.2 Phân loại mô hình mô phỏng 51 2.2 Các bước thiết lập mô hình và các lĩnh vực áp dụng 52 2.2.1 Các bước thiết lập mô hình 52 2.2.2 Các lĩnh vực áp dụng 54 2.3 Lợi ích, ưu nhược điểm và hạn chế của phương pháp mô phỏng 55 2.3.1 Lợi ích và ưu điểm 55 2.3.2 Nhược điểm và hạn chế 56 2.4 Một số mô hình mô phỏng 57 2.4.1 Phân loại 57 2.4.2 Phương pháp Montete Carlo 58 2.4.3 Mô hình toán thủy văn thủy lực 59 Câu hỏi ôn tập chương 2 60 Chương 3: Các phương pháp phân tích hệ thống 61 3.1 Mở đầu 61 3.2 Phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu 61 3.2.1 Định nghĩa 61 3.2.2 Phân loại bài toán tối ưu hóa nhiều mục tiêu 65 3.2.3 Các bước giải bài toán tối ưu hóa nhiều mục tiêu 67 3.3 Các phép giải tối ưu 68 3.3.1 4.3.1. Giải pháp không ưu tiên 68 3.3.2. Phương pháp chọn trước mục tiêu 70 3.4. Hệ thống hỗ trợ ra quyết định 71 3.4.1 Khái niệm 71 3.4.2 Nội dung của hệ thống hỗ trợ ra quyết định 73 3.4.3 Các thành phần của hệ thống của hệ thống hỗ trợ ra quyết đinh 75 3.5 Phương pháp chuyên gia 75 3.5.1 Yêu cầu sử dụng phương pháp chuyên gia 75 3.5.2 Nội dung phương pháp chuyên gia 77 3.6 Phương pháp ràng buộc và trọng số 78 3.6.1 Phương pháp ràng buộc 78 3.6.2 Phương pháp trọng số 78 3.7 Phương pháp thỏa hiệp theo thứ tự ưu tiên 80 3.8 Thuật tiến hóa 81 3.8.1 Thuật toán di truyền 81 3.8.2 Thuật toán hoán vị 86 3.8.3 Thuật toán mạng nơron thần kinh 88 3.9 Thuật toán mờ 89 3.9.1 Lý thuyết mờ 89 3.9.2 Tống ưu hóa hệ thống mờ 91 Câu hỏi chương 3 92 Chương 4: Quy hoach và phân bổ nguồn nước 94 4.1 Khái niệm về quy hoạch phân bổ hệ thống nguồn nước 94 4.1.1 Theo ngân hàng ADB 94 4.1.2 Theo Luật Tài nguyên nước 1720012QH13 94 4.2 Nguyên tác và cơ sở phân bổ nguồn nước 95 4.2.1 Nguyên tắc phân bổ nguồn nước 98 4.2.2 Các căn cứ phân bổ nguồn nước 99 4.2.3 Các yếu tố cần xem xét khi phân bổ hệ thống nguồn nước 100 4.3 Quá trình phân bổ nguồn nước 100 4.3.1 Theo Ngân hàng ACB 100 4.3.2 Theo thông tư 422015TTBTNMT 104 4.4. Phân tích lựa chọn phương án phân bổ hệ thống nguồn nước 105 4.4.1 Kỹ thuật phân tích, lựa chọn phương án phân bổ nguồn nước 105 4.4.2 Xây dựng phương án, lấy ý kiến và lựa chọn phương án 107 4.4.3 Chuẩn bị nội dung thông tin và biên tập bản đồ quy hoạch 109 4.4.4. Lụa chọn phương án 110 4.4.5 Tổ chức thực hiện và giám sát hệ thống phân bổ nguồn nước 111 4.5 Quy hoạch phân bổ nguồn nước liên tỉnh 112 4.5.1 Quy hoạch phân bổ tài nguyên nước mặt 112 4.5.2 Quy hoạch bảo vệ tài nguyên nước mặt 113 4.6 Quy hoạch phân bổ hệ thống nguồn nước nội tỉnh 115 4.6.1 Quan điểm và mục tiêu xây dựng quy hoạch 115 4.6.2 Nội dung quy hoạch tài nguyên nước nội tỉnh 116 4.6.3 Quy hoạch bảo vệ tài nguyên nước nội tỉnh 119 4.7 Giải pháp thực hiện quy hoạch 121 4.7.1 Giải pháp về cơ chế chính sách 121 4.7.2 Giải pháp về cơ cấu tổ chức và quản lý điều hành 121 4.7.3 Giải pháp về tài chính 122 4.7.4 Giải pháp tăng cường năng lực và sự tham gia của các bên liên quan 123 4.7.5 Giải pháp về phát triển nguồn nước 123 4.7.6 Giải pháp về bảo vệ, cải tạo và phục hồi môi trường nước 123 4.8 Tổ chức thực hiện quy hoạch 124 4.8.1 Phân kỳ thực hiện 124 4.8.2 Trách nhiệm tổ chức thực hiện 124 Câu hỏi ôn tập chương 4 125 Chương 5: Phân tích kinh tế hệ thống nguồn nước 127 5.1 Nội dung phân tích kinh tế nguồn nước 127 5.2 Phân tích kinh tế kỹ thuật 128 5.2.1 Các khái niệm 128 5.2.2 Chi phí và lợi ích 129 5.2.3 Giá trị và giá cả 129 5.2.4 Giá trị đồng vỗn theo thời gian và hệ số chiết khấu 130 5.3 Hiệu quả thực hiện dự án 134 6.3.1 Thu nhập ròng NPV 134 5.3.2 Lợi nhuận, chi phí và nội hoàn 134 5.3.3 Thời gian hoàn vốn tuyệt đối 136 6.4 Phân tích lợi ích và chi phí 136 5.4.1 Phân tích chi phí dự án quy hoạch nguồn nước 136 5.4.2 Phân tích lợi ích dự án quy hoạch nguồn nước 137 5.4.3 Đánh giá hiệu quả 138 5.5 Định giá nước và những khó khăn 138 Câu hỏi ôn tập chương 5 140 Tài liệu tham khảo 141

GIÁO TRÌNHPHÂN TÍCH HỆ THỐNG NGUỒN NƯỚC

(Tài liệu sử dụng cho đào tạo cao học ngành Thủy văn)

PGS.TS Hoàng Ngọc Quang

Hà Nội, 1/2016 LỜI NÓI ĐẦU

Phân tích hệ thống là môn học đang được đưa vào giảng dạy cao họccác ngành Thủy văn ở nước ta và đã được một số trường như Đại học QuốcGia, Đại học Thủy lợi tổ chức biên soạn thành giáo trình

Tuy nhiên, do các giáo trình đó chỉ mới được biên soạn theo mục tiêuđào tạo riêng của từng trường nên chỉ phục vụ đào tạo cao học tại các trường

đó Đối với Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội, các giáo trình đẫgới thiệu trên chỉ được dùng làm tài liệu tham khảo nên chưa thể đáp ứngmục đích, yêu cầu và nội dung đào tạo cao học tại các Trường Đại học Tàinguyên và Môi trường, Bộ Tài nguyên Môi trường

Do vậy, việc biên soạn giáo trình Phân tích hệ thống nguồn nước, phục

nguyên và Môi trường Hà Nội là cần thiết Giáo trình đó sẽ được biên soạn vớicác nội dung:

- Hệ thống nguồn nước và phân tích hệ thống nguồn nước

- Mô phỏng hệ thống nguồn nước

- Các phương pháp phân tích nguồn nước

- Quy hoạch tài nguyên nước

- Phân tích kinh tế hệ thống tài nguyên nước

Giáo trình được trình bày trong 6 chương với 145 trang, 17 hình vẽ, 15biểu bảng Trong mỗi chương đều có những câu hỏi và bài tập ví dụ

Tuy nhiên, do được biên soạn lần đầu nên không thể tránh khỏi nhữngthiếu sót Tác giả mong nhận đượcmọi sự góp ý của bạn đọc Mọi đóng góp xingửi về địa chỉ: Hoangquang1951 @gmail.com

Xin chân thành cám ơn./

MỤC LỤC

Chương 1: Hệ thống và phân tích hệ thống nguồn nước 10

1.4.3 Hệ thống thủy văn có điều khiển – hệ thống nguồn nước 18

Câu hỏi ôn tập chương 1 26

1.5.2 Bối cảnh hình thành lý thuyết phân tích hệ thống 28 1.5.3 Quá trình hình thành lý thuyết phân tích hệ thống 29 1.6 Phương pháp luận trong phân tích hệ thống 32

2.2 Các bước thiết lập mô hình và các lĩnh vực áp dụng 52

2.3 Lợi ích, ưu nhược điểm và hạn chế của phương pháp mô phỏng 55

Chương 3: Các phương pháp phân tích hệ thống 61

3.4.2 Nội dung của hệ thống hỗ trợ ra quyết định 73 3.4.3 Các thành phần của hệ thống của hệ thống hỗ trợ ra quyết đinh 75

3.7 Phương pháp thỏa hiệp theo thứ tự ưu tiên 80

Chương 4: Quy hoach và phân bổ nguồn nước 94 4.1 Khái niệm về quy hoạch phân bổ hệ thống nguồn nước 94

4.1.2 Theo Luật Tài nguyên nước 17/20012/QH13 94

4.2.3 Các yếu tố cần xem xét khi phân bổ hệ thống nguồn nước 100

4.4 Phân tích lựa chọn phương án phân bổ hệ thống nguồn nước 105 4.4.1 Kỹ thuật phân tích, lựa chọn phương án phân bổ nguồn nước 105 4.4.2 Xây dựng phương án, lấy ý kiến và lựa chọn phương án 107 4.4.3 Chuẩn bị nội dung thông tin và biên tập bản đồ quy hoạch 109

4.4.5 Tổ chức thực hiện và giám sát hệ thống phân bổ nguồn nước 111

4.6 Quy hoạch phân bổ hệ thống nguồn nước nội tỉnh 115 4.6.1 Quan điểm và mục tiêu xây dựng quy hoạch 115 4.6.2 Nội dung quy hoạch tài nguyên nước nội tỉnh 116 4.6.3 Quy hoạch bảo vệ tài nguyên nước nội tỉnh 119

4.7.3 Giải pháp về tài chính 122 4.7.4 Giải pháp tăng cường năng lực và sự tham gia của các bên liên

4.7.6 Giải pháp về bảo vệ, cải tạo và phục hồi môi trường nước 123

Chương 5: Phân tích kinh tế hệ thống nguồn nước 127

5.2.4 Giá trị đồng vỗn theo thời gian và hệ số chiết khấu 130

5.4.1 Phân tích chi phí dự án quy hoạch nguồn nước 136 5.4.2 Phân tích lợi ích dự án quy hoạch nguồn nước 137

CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG NGUỒN NƯỚC

VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG NGUỒN NƯỚC 1.1 Định nghĩa và các đặc trưng hệ thống

Rõ ràng các hệ thống trên là những tập hợp các phần tử được sắp xếp theotrật tự: nguồn nước, thiết bị cấp, ống đẫn rồi hộ sử dụng có mỗi quan hệ tươngtác đầu vào – đầu ra hoặc cung cấp – tiếp nhận (lẫn nhau )

Từ định nghĩa về hệ thống đã nêu, ta có thể thấy rằng:

- Mỗi một phần tử thuộc hệ thống được xem xét trong mối quan hệ có tínhràng buộc giữa phần tử này với các phần tử khác trong cùng hệ thống ấy, trongcùng môi trường mà nó tồn tại Chẳng hạn người đi bộ, người điều khiểnphương tiện giao thông, các phương tiện giao thông, …được tập hợp trong mộtmôi trường hay một hệ thống giao thông bị ràng buộc bởi luật giao thông

- Tuy cùng tổng thể nhưng không thể suy ra rằng: tính chất của tổng thể làtính chất của các cá thể (thuộc tổng thể ấy) và ngược lại Ví dụ ở trên cũng cho

ta thấy: tính chất hoạt động giao thông của người điều khiển phương tiện, công

an quản lý giao thông, của phương tiện giao thông … không chung một tính chấtđặc trưng cho hệ thống và ngược lại, mặc dù các các phần tử đều cùng phải thựchiện luật giao thông

Trước đây, người ta hay gọi hệ thống là tổng thể, nhưng quan điểm hiệnđại lạigọi là hệ thống Trong hệ thống có các hệ thống nhỏ (con) nhưng các hệthống nhỏ dù trong hệ thống lớn lại không là “phép cộng” như cộng đại số, bởi

hệ thống lớn chỉ là tập hợp các hệ thống nhỏ mà khi đã được tập hợp lại thìchúng sẽ phát sinh những tính chất mới chưa có trong các hệ thống con Đó là

tính “trồi” hoặc là có lợi hay có hại trong khai thác hệ thống đó Khi điều hành

hệ thống, việc phát hiện tính trồi lại là rất cần thiết

Chẳng hạn, bài toán tổ hợp giữa mưa nội đồng với lũ trên sông vốn đãphức tạp mà lại còn phải xét thêm nước vật ở cửa nhập lưu thìsẽ càng phức tạphơn và sẽ hinh thành dòng chảy ngược, đó là tính “trồi” của hệ thống Chính tính

“trồi” này đã làm cho bài toán tổ hợp lũ càng phong phú hơn

Như vậy, việc giải quyết bài toán khi có sự tổ hợp các yếu tố rất cần cóquan điểm hệ thống trong phân tích và nghiên cứu, nhất là đối với các hệ thốngphức tạp

Đó là các công cụ logic, thống kê, toán học, công nghệ và các khoa học

do chuyên gia đề xuất

c Mục đích (faget)

Mục đích là để hỗ trợ trong công việc tìm kiếm các phản ứng của hệ thống

1.2 Cấu trúc hệ thống

Cấu trúc hay sự sắp xếp các phần tử trong hệ thống theo một quy định nào

đó cùng với sự tương tác giữa chúng phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu hệthống Chẳng hạn như sắp xếp hệ thống quản lý nhà trường, sắp xếp hệ thốngquản lý giao thông, sự vận hành của hệ thống thống phòng chống lũ trên cácsông,

Khi tập trung nghiên cứu vào phần tử A thì phân tử này sẽ được nghiêncứu nhiều hơn, kỹ hơn Như vậy, A là phần tử trội hơn trong hệ thống nghiêncứu Ví dụ khi nghiên cứu lũ lớn trên sông Ngàn Phố, người ta đã tập trungnghiên cứu trận lũ lớn năm 2002 Bởi vì lũ 2002 là lũ lịch sử đặc biệt lớn, lũquét gây thiệt hại nặng nề chưa từng thấy Đó là trận lũ lớn nhất,là điểm

“trồi”trong chuỗi được quan trắc

Như vậy, mục đích nghiên cứu khác nhau, cấu trúc hệ thống cũng khácnhau Ví dụ, trong hệ thống người ta thường nghiên cứu các trận lũ lớn, lũ đặcbiệt lớn kỹ hơn Ngược lại, nếu mục đích nghiên cứu về dòng chảy mùa cạn, haycác giá trị hạn nhất mới quyết định quy mô kích thước của hệ thống công trìnhkhai thác tài nguyên nước hay quyết định các phương án phòng tránh lũ cho hạ

du hoặc phương án sử dụng nước trong mùa cạn Như vậy, lũ đặc biệt lớn, dòngchảy kiệt nhất là phần tử trội hơn

Mặt khác, mỗi thành phần thuộc hệ thống được đặc trưng bởi tham sốnào đó, gọi là tham số cấu trúc Có nghĩa là: nói đến cấu trúc hệ thống là nói đếncác tham số đặc trưng và mối quan hệ qua lại của các thành phần của cấu trúc hệthống

Chẳng hạn, trong mô phỏng lũ để dự báo lũ cần tham số đặc trưng nào:đỉnh lũ lớn nhất ? lượng lũ lớn nhất? hay thời gian lũ dài nhất … ? cũng như mỗiquan hệ qua lại giữa đỉnh lũ, lượng lũ và thời gian lũ

1.2.1 Đầu vào và đầu ra của hệ thống

Đầu vào của hệ thống là những thông tin vào hệ thống Đó là các thôngtin mà hệ thống nhận được, rồi từ đó tạo ra các thông tin mới

Đầu ra của hệ thống là những thông tin ra của chính hệ thống ấy khi cótác động từ các thông tin ở đầu vào Hay thông tin nhận được ở đầu ra là nhờ hệthống tiếp nhận và chuyển hóa thành thông tin đầu vào Chẳng hạn, từ đầu vào

mà hệ thống sản xuất như ví dụ trên, đầu ra sẽ là sản phẩm, các phụ phẩm, phếthải…

Ví dụ 1: Đầu vào của một hệ thống dây chuyền sản xuất thức ăn gia súc:gồm: nguyên liệu, điện, nước, hóa chất, thì đầu ra của hệ thống là các bao tảithức ăn gia súc

Ví dụ 2: Đầu vào của một cơ sở đào tạo (hệ thống đào tạo ở một cơ sở đàotạo) là nguồn tuyển sinh với điểm đầu vào rất cao; được đầu tư cơ sở tốt, đội ngũgiảng viên có trình độ thì sau quá trình đào tạo sẽ cho đầu ra lànhững cử nhân,

kỹ sư có chất lượng độ cao

Các thông tin vào và ra của hệ thống còn gọi làcác biến số đầu vào vàbiến số đầu ra Có hai loại biến số: biến điều khiển được và các biển không điềukhiển được

Ví dụ 1: Trong hệ thống phòng tránh lũ như đã nêu, biến điều khiển làdòng chảy ở hạ lưu công trình nhờ quy tắc vận hành hồ chứa lũ, còn lượng lũđến thượng lưu là không điều khiển được, nó được hình thành và vận chuyểntheo quy luật tự nhiên trên sông

Ví dụ 2: Khi vận hành một công trình cấp nước phục vụ cho tưới: lượngnước đến, lượng mưa và bay hơi là không điều khiển được nhưng lượng nướcchảy qua công trình, chẳng hạn như công trình bơm là có thể điều khiển được.Như vậy, biến vào là quá trình thay đổi tự nhiên của mực nước trước công trìnhtướicòn biến ra có thể là quá trình thay đổi mực nước ở khu tưới,phụ thuộc vàoquy trình vận hành của công trình hay đó là các biến điều khiển được (tăng,giảm qua điều khiển)…

Ví dụ 3: Trong một hệ thống đào tạo của một trường đại học thì biến đầuvào là sinh viênlà không điều khiển được, phụ thuộc vào chất lượng đào tạo ởbậc phổ thông nhưng biến đầu ra là chất lượng của những cử nhân, kỹ sư có thểđiều khiển được (có thể ở mức nào đó) nhờ đội ngũ giảng viên sự quản lý, điềuhành giảng dạy cũng như việc đầu tư cơ sở vật chất của nhà trường

b Trạng thái không nhớ

Hệ thống ở trạng thái không nhớ là hệ thống mà tại một thời điểm nào đó,trạng thái của nó chỉ phụ thuộc vào tác động bên ngoài.

Chẳng hạn, hoạt động bay tại một sân bay bị điều khiển bởi các hoa tiêu

1.2.3 Biến trạng thái của hệ thống

Hệ thống sẽ thay đổi theo thời gian, theo một quỹ đạo nào đó, phụ thuộcvào trạng thái của nó ở thời điểm trước đó và ngay tại thời điểm đang xét

Mỗi một trạng thái có một biến đặc trưng trạng thái được gọi là biến trạngthái và là hàm của thời gian

Như vậy, với ý nghĩa toán học, hệ thống được mô tả là các biến vào, biến

ra và có thể trùng với đầu vào, đầu ra của một hệ thống thực

Chẳng hạn, trong hệ thống nguồn nước, dòng nước trên sông luôn là hàmcủa thời gian hay hàm trạng thái thời gian mà tại mỗi thời điểm nhất nước trênsông luôn nhận một giá trị nào đó

Mặt khác, rõ ràng, việc mô tả một hệ thống nguồn nước như đã ví dụ ởcác mục trên, các biến đầu vào, đầu ra là trùng với đầu vào của hệ thống

1.3 Phân loại hệ thống

Mỗi hệ thống đều là những tập hợp các phần tử trong nó và được sắp xếptheo một trật tự nhất định Chẳng hạn: hệ thống quản lý hành chính ở một trườngđại học gồm 3 cấp: cấp lãnh đạo (Ban Giám hiệu), cấp phòng khoa và tươngđương rồi đến cấp thấp nhất là tổ bộ môn và tương đương, được điều hành theo

sự chỉ đạo xuyên suốt từ Hiệu trưởng tới các Phó hiệu trưởng, các trưởng phòng,trưởng khoa rồi từ đó đến các tổ trưởng, các cán bộ giảng viên theo Luật Giáodục, các quy định dưới luật và các quy chế hoạt động của nhà trường…

Như vậy trong một hệ thống như một trường đại học chẳng hạn, có rấtnhiều phần tử (lãnh đạo các cấp, giáo viên và nhân viên) và các phần tử đó lạitập hợp thành các nhóm hay tổ chức (phòng, khoa) được gọi là hệ thống con rồitrong các hệ thống con đó lại có hệ thống con thuộc nó (tổ bộ môn) theo một trật

tự nhất định (từ trên xuống dưới) được ràng buộc với nhau bằng việc thực hiệnnhiệm vụ đào tạo theo các quy định của pháp luật

Căn cứ vào đặc điểm của hệ thống và mục đích nghiên cứu mà ta có cáccách phân loại hệ thống khác nhau

1.3.1 Phân theo dạng hộp mô hình

a Dạng hộp đen

Hệ thống dạng hộp đen là dạng chỉ có đầu vào đầu ra mà không nhận biếtđược cấu trúc bên trong hay các tương tác bên trong của nó Đó là một dạng hệthống không có nhớ, có nghĩa là khi có tác động ở đầu vào ta sẽ có kết quả ở đầu ra.

Chẳng hạn, cấu trúc của hệ nơ ron thân kinh có thể được coi là hệ thốngdạng hộp đen

b Dạng hộp trắng

Dạng hộp trắng, chẳng hạn hệ thống trường học,là dạng mà trong hệthống có mô tả cấu trúc bên trong bởi các biến trạng thái ngoài các biến vào vàbiến ra Hay bên trong hệ thống còn phải được mô tả bằng các biến thông số cấutrúc Các thông số này sẽ quyết định việc truyền thông tin từ đầu vào đến sựthay đổi của trạng thái và các phản ứng đầu ra

Giữa biến vào, biến ra và các biến trạng thái có mối quan hệ nhất địnhđược biểu thị bởi các biểu thức toán học chặt chẽ sẽ gọi là hệ thống có cấu trúcchặt và ngược lại sẽ là hệ phi cấu trúc, còn loại hệ thống có các đặc tính trunggian gọi là hệ thống có cấu trúc yếu

1.3.2 Phân theo trạng thái của hệ thống

1.3.3 Dạng hệ có điều khiển và không có điều khiển

Một hệ thống có các thông tin đầu vào chứa các thông tin điều khiển sẽ là

hệ thống có điều khiển và ngược lại sẽ là hệ không điều khiển

Hệ có điều khiển được chia làm hai loại: hệ có điều khiển bán tự động và

hệ có điều khiển tự động

Hệ có điều khiển tự động là hệ có quá trình vận hành hoàn toàn tự động,không cần con người điều khiển Ngược lại nếu hệ thống có một phần thông tinđược xử lý bởi con người sẽ là hệ bán tự động

1.3.4 Dạng tất định và ngẫu nhiên

- Một hệ thống có biến đầu vào, đầu ra; các ràng buộc cũng như các mốiquan hệ giữa các phần tử là những hàm tất định thì hệ thống đó là hệ thống tất định.

- Ngược lại, chỉ cần một trong các biến đó là hàm ngẫu nhiên thì hệ thống

đã cho sẽ là hệ ngẫu nhiên

- Một hệ ngẫu nhiên khi các biến không điều khiển được là hệ nhiễu Với những khái niệm trên, ta thấy các nguồn nước tự nhiên trên các hệthống sông đều là hệ ngẫu nhiên

1.3.5 Hệ thống trong hệ thống

Trong một hệ thống có thể có các hệ thống con hay hệ thống lớn đượcphân hoặc được tập hợp bởi các hệ thống con Việc phân chia được thực hiện tùytheo đặc thù, kích cỡ và phương pháp phân tích đối với mỗi hệ lớn đó

Khi các hệ thống con được phân chia từ hệ thống lớn và độc lập với nhau,chúng sẽ không có sự trao đổi thông tin với nhau Trong trường hợp này, các hệthống con chỉ tồn tại một liên hệ hay một sự trao đổi thống tin với hệ thống lớn

mà nó được tách ra

Chẳng hạn, tập hợp tất cả các hệ thống công trình trên một hệ thống sông

là một hệ thống lớn, còn tập hợp các công trình trên mỗi sông nhánh sẽ là các hệthống con và mỗi công trình trên sông nhánh sẽ là hệ thống con trong hệ thốngcon (hệ thống sông nhánh)

Như vậy ta đã chia hệ thống các công trình trên sông chính, hệ thống lớnthành các hệ thống con Rồi từ hệ thống con ấy lại chia thành các hệ thống nhỏ hơn

Mặt khác ta cũng có thể nói: tập hợp các hệ thống con trình nhỏ lẻ trênsông nhánh thành một hệ thống lớn và tập hợp tất cả các hệ thống lớn (này) trêncác sông nhánh ta sẽ được hệ thống lớn hơn của cả hệ thống sông

1.4 Hệ thống nguồn nước 1.4.1 Khái niệm và phân loại

a Khái niệm

Theo May and Tung, 1992 [7], có hai khái niệm liên quan đến hệ thốngthủyvăn(hydrosystems) và hệ thống nguồn nước (Water resources systems)được

sử dụng có ý nghĩa như nhau

Hệ thống thủy văn được được sử dụng để mô tả những lĩnh vực thủyvăn,thủy lực và nguồn nước vàđã được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực: kinh tế

học, tối ưu hóa, xác suất thống kê, quản lý Trong các dự án về nước, thuật ngữ

hệ thống thủy văn cũng đã đề cập tới như là hệ thống lượng trữ nước mặt, hệthống tiêu thoát nước, các hệ thống phân phối nước, kiểm soát lũ chống ngậplụt, thoát nước đô thị Khái niệm về hệ thống thủy văn được Van te chow giớithiệu lần đầu tiên và sau đó được nhiều nhà khoa học bổ sung và hoàn thiện

b.Phân loại

Hệ thống thủy văn được chia làm hai loại: hệ thống thủy văn không điềukhiển và hệ thống thủy văn có điều khiển:

1)Hệ thống thủy văn không điều khiển

Hệ thống thủy văn không điều khiển là hệ thống thủy văn tự nhiênnhưvòng tuần hoàn nước trong tự nhiên Cấu trúc của hệ thống thủy văn không điềukhiển là một thể tích trong một khoảng không gian bao quanh bởi biên hệ thống,nhận nước; các biến đầu vào khác rồi tự vận hành và tạo ra nước cùng các biếnđầu ra

Với khái niệm đó, tuần hoàn nước được coi là hệ thống thủy văn khôngđiều khiển

2) Hệ thống thủy văn có điều khiển hay hệ thống nguồn nước

Hệ thống thủy văn có điều khiển hay còn gọi là hệ thống nguồn nước là

hệ thống có đầu vào là nguồn nước được điều khiển hay được vận hành(bởi cáccông trình khai thác) với các biến đầu ra hay biến điều khiển, được điều khiểnđểđiều tiết tạo đầu ra Đó là lượng nước ra khỏi công trình đã được thay đổi sovới nước đầu vào cùng vớicác kết quả đầu ra (biến đầu ra) khác

Như vậy, với khái niệm về hệ thống thủy văn có điều khiển, các hệ thống côngtrình khai thác nước, sử dụng nước được coi là hệ thống thủy văn có điều khiển

1.4.2 Hệ thống thủy văn không điều khiển

Hệ thống thủy văn không điều khiển có cấu trúc như là hệ thống trong hệthống, nghĩa là nó bao gồm nhiều hệ thống con:

a Hệ thống nước trong khí quyển

Hệ thống nước trong khí quyển sẽ bao gồm:

- Hơi nước trong khí quyển, mây, mù…

- Giáng thủy gồm: nước mưa, tuyết, sương muối

- Bốc hơi gồm: bốc hơi mặt đất, mặt nước, bốc hơi từ tích đọng trên lácây, bốc thoát hơi qua lá cây

d Hệ thống nước dưới đất: bao gồm quá trình nước tự vận chuyển dưới

các tầng đất đá, tích đọng trong đất đá và quan hệ nước ngầm với nước mặt

Việc phân hệ thống thủy văn không điều khiển thành các hệ thống connhằm nghiên cứu quy luật vận hành và dự báo đầu ra của hệ thống

1.4.3 Hệ thống thủy văn có điều khiển

Hệ thống thủy văn có điều khiển hay hệ thống nguồn nước được địnhnghĩa theo ba cách: theo cách có điều khiển của con người, theo cách liên quantới chất lượng động thái và tương tác với môi trường và nghĩa theo cách khaithác sử dụng nguồn nước

a Định nghĩa có sự điều khiển của con người

Theo cách định nghĩa này thì: hệ thống thủy văn có điều khiển còn gọi là

hệ thống nguồn nước, nghĩa là hệ thống này không tự vận động mà có sự điềukhiển của con người Bởi vì từ nguồn nước qua khai thác sử dụng (đầu vào)được điều khiển bởi các công trình khai thác nước (điều tiết) sẽ cho đầu ra làlượng nước qua sử dụng và hiệu quả kinh tế từ các hoạt động khai thác nước đó

Từ khái niệm trên, ta có thể phân chia hệ thống thủy văn có điều khiểnthành các hệ thống:

-Hệ thống cung cấp nước mặt,-Hệ thống cung cấp nước ngầm, -Hệ thống quản lý lũ lụt,

-Các hệ thống khác

b Cách định nghĩa có liên quan tới chất lượng động thái và tương tác với môi trường

Theo cách định nghĩa này, hệ thống thủy văn có điều khiểnhay hệ thống

nguồn nước sẽ được định nghĩa: Hệ thống nguồn nước là một hệ thống gồm

nguồn nước, các công trình khai thác nguồn nước, các yêu cầu về nước với mối quan hệ tương tác giữa chúng và chịu tác động của môi trường lên nó.

Như vậy, theo định nghĩa trên ta có thể phân hệ thống nguồn nước thànhcác hệ thống con:

1) Hệ thống tài nguyên nước

Hệ thống tài nguyên nước hay nguồn nước trên sông là hệ thống được đặctrưng bởi:

- Lượng nước và phân bố lượng nước theo thời gian, không gian;

- Chất lượng nước;

- Động thái của nước và chất lượng nước

2) Hệ thống các công trình khai thác và bảo vệ nguồn nước

Hệ thống các công trình khai thác và bảo vệ nguồn nước thường bao gồm:

- Hồ chứa và hệ thống hồ chứa,

- Kè đập và hệ thống kè đập,

- Các nhà máy xử lý nước thải,

- Các công trình tiêu thoát nước

- Hồ điều hòa, hồ xử lý nước thải

3) Hệ thống các yêu cầu về nước

Hệ thống các yêu cầu nước là hệ thống bao gồm các yêu cầu:

- Nhu cầu nước sinh hoạt,

- Nhu cầu nước nông nghiệp,

- Nhu cầu nước cho chăn nuôi,

- Nhu cầu nước cho công nghiệp,

- Nhu cầu nước cho môi trường,

- Nhu cầu nước cho giao thông,

- Nhu cầu nước cho phòng chống lũ lụt

c Định nghĩa gắn với quản lý và khai thác sử dụng nguồn nước

Các định nghĩa trên đã không đề cập tới hệ thống quản lý, bao gồm cácvăn bản pháp luật, các chính sách về nước, cơ quan quản lý tài nguyên nước,quy trình vận hành hồ chứa, liên hồ chứa như là một hệ thống con trong hệthống nguồn nước mà chỉ xem như những biến bên ngoài tác động lên hệ thống

Nhằm khắc phục những tồn tại của các định nghĩa đã nêu, hệ thống nguồnnước có thể được định nghĩa:

Hệ thống nguồn nước là một hệ thống bao gồm hệ thống khai thácsử dụng cũng như hệ thống quản lý bảo vệ nước cùng với mối quan hệ tương tác trong hệ thống đó

Các định nghĩa đã dược trình bày này phù hợp hơn với thực tế quản lý vàkhai thác nguồn nước Cách định nghĩanàyđã cho thấy: hệ thống nguồn nước sẽbao gồm 4 hệ thống con:

1) Hệ thống tài nguyên nước

Hệ thống tài nguyên nước bao gồm lượng nước trong sông, hồ, ao, kênhrạch… được đặc trưng bằng trữ lượng, chất lượng và sự phân bố của chúngtrong không gian và thời gian

4) Hệ thống quản lý tài nguyên nước

Hệ thống quản lý tài nguyên nước là hệ thống là hệ thống nhà nước vớicác cơ quan quản lý nước cũng như các văn bản pháp quy về nước như: Luậtnước, các nghị định, thông tư về nước, các hội đồng lưu vực… nhằm quản lý, sửdụng và bảo vệ nguồn nước có hiệu quả hơn

hoàn nước như một hệ thống thủy văn khép kín Cứ thế, năm này qua năm khácnước luân chuyển theo một chu trình hay một hệ thống gọi là hệ thống thủy văn.

2) Vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên

Chu trình thủy văn còn được gọi là vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên.Chu trình đó được hình thành như sau:

- Nước trong tự nhiên không ngừng luân chuyển theo các chu kỳ hay cácvòng tuần hoàn (hình 1-1) do sự đốt nóng của mặt trời Nước trên mặt biển,nước trên bề mặt đại dương, trên mặt sông, trên bề mặt ao hồ, trên mặt đất và từsinh vật được mặt trời đối nóng đã không ngưng bốc thoát hơi và phát tán vàokhông khí

- Hơi nước trong khí quyển tập trung thành các khối mây, khi gặp lạnh sẽngưng kết thành các giọt mưa rồi rơi xuống biển, đại dương hay đất liền Nhữnggiọt nước mưa rơi xuống đất liền lại tập trung theo các con sông rồi chảy rabiển

- Cứ như thế, ngày này qua ngày khác, tháng này qua tháng khác, nămnày qua năm khác, nước từ trái đất bốc hơi vào khí quyển rồi từ khí quyển rơixuống đất (mưa) để rồi chảy về các con sông và rồi lại lại từ các sông chảy trở

về với biển hình thành các vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên hay các chu trìnhthủy văn

Hình 1-1: Vòng tuần hoàn nước

- Hàng năm có khoảng 519.000 km3 nước từ mặt biển và đất liền đượcbốc hơi do sự đốt nóng của mặt trời và hầu hết các loại nước bay hơi đều thamgia vào chu trình thủy văn, trừ nước ở trạng thái liên kết hóa học trong các thểkhoáng vật, nằm ở các tầng sâu của trái đất và nước ở các núi băng vĩnh cửu ởhai cực trái đất.

Để 519.000 km3 nước bốc hơi và tham gia vào vòng tuần hoàn này phảicần tới gần 3.1020 kilocalori gần bằng 20% năng lương mặt trời tới trái đất hàngnăm đã được tiêu hoá cho nước bốc hơi tham gia vào vòng tuần hoàn

3) Vòng tuần hoàn lớn và vòng tuần hoàn nho

Sự tuần hoàn của nước từ việc di chuyển nước từ biển, bay hơi, ngưngkết, gây mưa xuống mặt đất tới việc mưa sẽ sinh ra dòng chảy chảy về sông đểtrở về biển được chia làm hại loại:

- Vòng tuần hoàn nho

Một phần bốc hơi từ đại dương được ngưng tụ và hình thành mưa rơingay trên đại dương tạo thành vòng tuần hoàn nhỏ

- Vòng tuần hoàn lớn

Hơi nước theo các khối không khí vào đất liền, trong những điều kiệnthuận lợi ngưng tụ lại và gây mưa xuống mặt đất Mưa rơi trên đất liền, mộtphần thấm vào đất, một phần chảy vào các con sông rồi chảy ra biển, một phầncòn lại được bốc hơi

Qua quá trình lặp đi lặp lại, cuối cùng nước do không khí mang vào đấtliền sẽ chảy về đại dương và hoàn thành vòng tuần hoàn lớn của nước trên tráiđất

Một phần nhỏ của tổng lượng nước tuần hoàn trên trái đất, khoảng7,7x103 km3 trong một năm hoàn thành tuần hoàn trong phạm vi miền không khíkhông lưu thông Sự tuần hoàn nước trong những miền không lưu thông nàymang tính độc lập ở mức độ nào đó mặc dù có liên quan ở mức độ nào đó vớituần hoàn chung của trái đất Tại vùng không lưu thông, nước không đi vào đạidương bằng dòng chảy trực tiếp mà là từ sự cuốn theo của các khối không khí cóhơi nước

b Hệ thống nước đô thị

Hệ thống nước đô thị được mô phỏng theo Hình 1-2 có các thành phần:cung cấp nước (từ chu trình thủy văn), xả nước thải và thoát nước mưa, nướcthải ra các sông và vận chuyển nước lũ qua các vùng đô thị.

Hệ thống nước đô thị lại được chia thành các hệ thống con khác như:

- Hệ thống cấp nước (các hệ thống khai thác và cấp cho các mục tiêu kinh

tế, dân sinh trong thành phố),

- Hệ thống nước thải, các kênh, mương thải nước, các hồ xử lý, các nhàmáy xử lý nước thải ,

- Hệ thống tiêu nước mặt: thu nước mưa, chống ngập úng, dẫn thoát nướcmưa

- Hệ thống quản lý bãi ngập

Hệ thống cấp nước đô thị lại được chia thành các hệ thống: hệ thống trạmbơm không qua xử lý, hệ thống vận chuyển nước dùng, hệ thống xử lý nước, hệthống phân phối nước, hệ thống quản lý nước

Hình 1-2: Hệ thống nước đô thị [7]

Hình 1-2 được mô tả hệ thống nước đô thị như là các hệ thống con trong nó.Lượng nước mưa, bão, lưu lượng, chất lượng nước sông lấy vào là các biếnđầu vào của hệ thống (ngoại biến), phụ thuộc vào môi trường còn biến đầu ra làkhối lượng và chất lượng nước thải đổ ra sông, tác động ngược lại với môitrường…

c Hệ thống nước ngầm

Hệ thống nước ngầm hay hệ thống thủy văn nước dưới đất là các hệ thốngtrong các cấu trúc địa chất hay các tầng ngậm nước, có khả năng trữ và vậnchuyển nước dưới đất Khả năng trữ nước, dẫn nước của các tầng ngậm nước cócác đặc tính khác nhau, ảnh hưởng tới bơm nước và hồi quy nước Nước ngầm

từ các hệ thống nước ngầm được khai thác có thể cung cấp cho sinh hoạt, côngnghiệp, chăn nuôi, trồng trọt, môi trường… nó như một bể trữ nước, xử lý nướctrong ngắn hạn cũng như dài hạn

Hiện nay, ở nước ta nước ngầm đang được sử dụng rất rộng rãi cho cấpnước sinh hoạt (đặc biệt ở các vùng nông thôn chưa có nước máy), công nghiệp

và nông nghiệp, nhất là các vùng trồng cà phê ở Tây Nguyên

Rất nhiều nơi, nước ngầm phun trào tạo thành các suối nước nóng, suốinước khoáng là nguồn nước quý cho chữa bệnh, cho du lịch (Ghền Gà, TuyênQuang hay Cúc Phương, Ninh Bình…) Nước ngầm là nguồn cung cấp chínhcho các dòng sông trong mùa cạn

Hình 1-3 Hệ thống nước ngầm[7]

Tại nước Anh, sau đó là nước Mỹ, một số nhà khoa học đã được huy động

để tiếp cận, nghiên cứu ứng dụng ngành khoa học vào các vấn đề liên quan đếnchiến lược, chiến thuật quân sự mà lúc đầu gọi là nhóm vận trù học (operationresearch teams) Nhiều kiến thức khoa học đã được các nhà khoa học vận dụng

vào quản lý, tổ chức điều hành các chiến dịch quân sự ở thời kỳ đó Rồi từ đó,một lĩnh vực ứng dụng khoa học công nghệ mới đã được hình thành và là mầmmống xuất hiện lĩnh vực vận trù học.

Sau chiến tranh, vận trù học đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khácnhau, nhất là khi có sự bùng nổ về công nghiệp với rất nhiều vấn đề đãnẩy sinhcần được giải quyết như: mức độ gia tăng phức tạp trong phát triển công nghiệp,vấn đề quản lý chuyên môn có tính đa ngành, đa lĩnh vực Các nhà khoa họctừng tham gia nghiên cứu vận trù học trong chiến tranh đã nhận thấy nhữngphức tạp đó Chính họ đã phát hiện ra rằng: những vấn đề được nảy sinh trongthời bình cũng có nhiều nét tương đồng với thời chiến tranh Rồi cũng chính họ

là những người đã đưa vận trù học vận dụng vào quản lý, điều hành của các tổchức kinh tế, xã hội cũng như quản lý công của chính phủ Từ đó, lĩnh vực Vậntrù học đã được hình thành và phát triển

Bước phát triển nổi bật đầu tiên của vận trù học được ghi nhận là các nhà

khoa học đã đưa ra Phương pháp đơn hình (Simplex method) để giải bài toán

quy hoạch tuyến tính vào năm 1947 Từ thành công, nhiều công cụ chuẩn nhưquy hoạch tuyến tính, quy hoạch động, lý thuyết hàng, lý thuyết liệt kê đãđược hình thành và hoàn thiện vào trước những năm 1950

Sau khi máy tính xuất hiện, những khối lượng tính toán lớn, phức tạp vềvận trù học đã được giải quyết

Sự xuất hiện các thế hệ máy tính, ngày càng hiện đại đã tạo điều kiệnthuận lợi cho vận trù học phát triển và hoàn thiện như ngày nay

1.5.2 Bối cảnh hình thành lý thuyết phân tích hệ thống

Cũng như lý thuyết điều khiển, Vận trù học là phương pháp hữu hiệukhithiết lập chiến lược tối ưu trong thiết kế và điều khiển các hệ thống kinh tế, kỹthuật Nhưng bản thân Vận trù học lại có các tồn tại sau:

- Không giải quyết được các hệ thống có cấu trúc không chặt, mà chỉ hữuhiệu với cấu trúc có mối quan hệ được miêu tả tường minh (cấu trúc chặt) bởicác biểu thức toán học

- Khi gặp phải các hệ thống lớn phức tạp có nhiều hệ thống, việc mô tả

mô hình tối ưu bằng vận trù học là rất ít có hiệu quả

- Khi trong hệ thống xuất hiện nhiều yếu tố bất định, nhất là bất định vềmục tiêu, nhiều mục tiêu hay việc thiết lập các mô hình tối ưu thì việc ứng dụngVận trù học là rất khó khăn.

Để khắc phục các tồn tại mà Vận trù học đã gặp phải, một phương phápmới đã được hình thành: đó là phương pháp Phân tích hệ thống, là cách giảiquyết đa ngành, nhất là các vấn đề liên quan đến sinh thái, xã hội mà Vận trùhọc không giải quyết

Phân tích hệ thống là phương pháp được phát triển trên cơ sở Vận trù học,theo hướng tiếp cận những vấn đề đa ngành, đa lĩnh vực, những vấn đề có cấutrúc không chặt đã khắc phục được những mặt tồn tại của vận trù học

Khác với Vận trù học, Phân tích hệ thống không coi trọng phương pháptối ưu hóa mà là mô phỏng: mô phỏng hệ thống giao thông, mô phỏng hệ thốngnguồn nước, mô phỏng một hệ thống quản lý

1.5.3 Quá trình hình thành lý thuyết phân tích hệ thống

a Bối cảnh ra đời của lý thuyết phân tích hệ thống

Trong chiến tranh, vận trù học đã đưa ra các phương pháp giải quyết rấthiệu lực khi thiết lập chiến lược tối ưu trong điều khiển, thiết kế hệ thống kỹthuật và kinh tế thời chiến Nhưng vận trù học lại chỉ giải quyết được một sốtrường hợp nhất định và có rất nhiều hạn chế như:

- Đòi hỏi có sự mô tả chặt chẽ các quá trình xẩy ra bằng các hàm toán học

có cấu trúc chặt chẽ Mô tả các mối quan hệ tường mình mà thực tế, nhiềutrường hợp không thể làm được, nhất là đối với các tập mờ

- Không thiết lập được các mô hình tối ưu đối với các hệ thống lớn, phứctạp và không thể áp dụng được phương pháp tối ưu.Có thể đơn giản hóa lời giảinhưng lại thườnggặp sai số lớn và lời giải khó đạt yêu cầu

- Khi thiếu thông tin, những hệ thống có nhiều yếu tố bất định về mụctiêu, nhất là các hệ thống nhỏ không thể thiết lập được các mô hình tối ưu và môhình điều khiển Lúc đó, bài toán phân tích tối ưu chỉ có thể được giải quyết bởicác kỹ thuật phân tích trong quá trình phân tích

- Do phải mô tả bởi các hàm toán học chặt chẽ nên đối với những hệthống có cấu trúc yếu như các hệ thống thủy lợi thường rất khó giải quyết bằngvận trù học và lý thuyết điều khiển.

Những khó khăn trên chỉ có thể đượcgiải quyết nhờ lý thuyết phân tích hệthống và như vậy, môn học phân tích hệ thống đã ra đời Đó là sự kế thừa củavận trù học và lý thuyết điều khiển với mục tiêu tìm kiếm lời giải hợp lý, là sựphát triển bổ sung thêm hệ thống phương pháp luận và phương pháp phân tíchbao gồm: hệ các quan điểm, hệ các phương pháp phân tích, hoàn thiện cácphương pháp tối ưu và nguyên lý về tiếp cận hệ thống Đó là sự bổ sung về mặt

lý thuyết của phân tích hệ thống hoàn thiện khả năng lựa chọn lời giải tối ưu chomột hệ thống phức tạp Do vậy, vận trù học và lý thuyết điều khiển hệ thống làmột bộ phận của phân tích hệ thống hay phân tích hệ thống là giai đoạn pháttriển cao hơn của vận trù và điều khiển học Từ lập luận đó, lý thuyết phân tích

hệ thống được định nghĩa như sau:

Lý thuyết hệ thống là một khoa họcđược phát triển trên cơ sở của vận trùhọc đã đưa vào hệ thống các quan điểm và phương pháp phân tích hiện đại,nhằm hoàn thiện khả năng lựa chọn lời giải hợp lý với các hệ thống phức tạp

Ngày nay, các tiến bộ khoa học công nghệ về phương pháp tính, công cụtính toán hiện đại, nhất là khả năng mô phỏng trên máy tính là những điều kiệntrợ giúp việc phân tích hệ thống có thể nhanh chóng tìm được lời giải tối ưu

Hình 1-4: Sự hình thành lý thuyết hệ thống

Bên cạnh việc sử dụng phương pháp tối ưu hóa để tìm lời giải tối ưu trongvận trù học, lý thuyết phân tích hệ thống còn sử dụng kết hợp hiệu quả phươngpháp mô phỏng để tìm kiếm lời giải hợp lý Hay có thể nói, phân tích hệ thốngđược hình thành trên cơ sở lý thuyết vận trù học có kết hợp với phương pháp môphỏng Quá trình hình thành lý thuyết phân tích hệ thống như đã giới thiệu được

mô tả trong hình 1-4

b Các giai đoạn phát triển

Từ Vận trù học tới Phân tích hệ thống đã trải qua một quá trình với ba giaiđoạn

1) Giai đọan Vận trù học: 1940-1950

Đó là giai đoạn đã được hình thành từ những năm đầu của chiến tranh thếgiới lần thứ II với các dấu ấn:

-Đi từ tìm hiểu các quy luật thực nghiệm trong thực hành tới thiết kế rồi

dự báo kiểm tra

-Các phương pháp và tiêu chí đánh giá là hiệu quả kỹ thuật, giảm thiểu

giá thành và tối đa kết quả

- Có đặc điểm và phương pháp vận hành: Đơn vị ra quyết định; hệ thốngchính sách với các mục đích được cung cấp sẵn, phân tích thống kê, các phươngtrình vi phân, lý thuyết tìm kiếm, lý thuyết xếp hàng, lý thuyết điều khiển

- Có một số ứng dụng tiêu biểu đã được thừa nhận trong: Vận hành chiếnthuật, thiết lập quy trình sản xuất, đợi xếp hàng, kiểm soát sản phẩm, lập kếhoạch.

2) Giai đoạn phân tích hệ thống

Giai đoạn phân tích hệ thống được hình thành trong những năm từ

1950-1960 với các kết quả được ghi nhận:

- Phân bổ tài nguyên, phân tích hệ thống các mâu thuẫn, thiết kế các hệ

thống, kỹ thuật hệ thống

- Đạt được hiệu quả (phân bổ) kinh tế.

- Hình thành nhóm ra quyết định, chính sách và mục đích không được

cho trước, vận hành được đặt trong các hệ thống xã hội và kỹ thuật

Kinh tế vĩ mô, tối ưu ràng buộc, lý thuyết trò chơi và lý thuyết quyết định;

mô phỏng kinh tế thống kê

- Có những ứng dụng tiêu biểu đã được thừa nhận: Lựa chọn các hệ thống

vũ khí, nghiên cứu chiến lược; phân bổ tài nguyên trong một hệ thống sức khỏecủa một quốc gia, phát triển nguồn nước

3) Giai đoạn phân tích chính sách

Giai đoạn phân tích chính sách được thực hiện trong những năm

1960-1970 đã được ghi nhận bởi các tiêu chí:

- Về phương pháp và chỉ tiêu đánh giá

Phân tích thiết lập các vấn đề, phân tích hậu quả của việc phân bổ và ràngbuộc thể chế, thiết kế các quy trình ra quyết định

- Về phương pháp và chỉ tiêu đánh giá:

Khả thi về mặt chính trị và hành chính, đồng thuận về mặt chính sách

- Về đặc điểm và phương pháp vận hành

Cộng đồng ra chính sách, các mục đích rất khó định nghĩa, khung thể chếđược cấp, tài chính công và kinh tế chính trị, lý thuyết tổ chức, phân tích số liệu

và thực nghiệm xã hội quy mô lớn

- Về các ứng dụng tiêu biểu

Quy hoạch chính sách, cải tổ các hệ thống sức khỏe quốc gia, giáo dụchay an ninh xã hội, kiểm soát ô nhiễm, đánh giá chương trình, thực thi chươngtrình

Thực tế cho thấy, việc phân chia ba giai đoạn chỉ mang tính hình thànhmột quá trình ngày càng hoàn thiện hơn đối với lý thuyết Phân tích hệ thống

Cho đến nay, các vấn đề đã nêu vẫn đang tồn tại với ý nghĩa như nhau Nói đúnghơn, khái niệm thời gian phân chia trên chỉ mang tính tương đối.

1.6 Phương pháp luận phân tích hệ thống

Phương pháp luận trong phân tích hệ thống bao gồm hệ thống các quanđiểm, các nguyên lý và các kỹ thuật phân tích hệ thống

1.6.1 Phương phân tích

Rất nhiều vấn đề nảy sinh từ các hệ thống có thể giải quyết bằng cácphương pháp khoa học, có thể là các biện pháp khoa học trong quản lý điềuhành với các công nghệ khoa học có logic và có cấu trúc của nó Phương phápgiải quyết khoa học đó gọi là phương pháp phân tích hệ thống

Có rất nhiều phương pháp phân tích, có khi là hình thức nhưng cũng cókhi là phi hình thức như:

a Phương pháp tối ưu hóa

Tối ưu hóa là phương pháp mà lời giải được cho là tối ưu, được xác định

và thực hiện bởi các hàm mục tiêu khai thác hệ thống Hay mục tiêu khai thác hệthống đã được lượng hóa bằng các hàm mục tiêu

b Phương pháp mô phong

Phương pháp mô phỏng là sử dụng mô hình mô phỏng để tìm phương án

có lợi hay phương án tiệm cận với tối ưu

Đó là việc sử dụng mô hình tối ưu để tìm được nghiệm tốt nhất cho mộtphương án quản lý nào đó Chẳng hạn, trong quy hoạch tài nguyên nước người

ta đã xây dựng một số phương án khai thác thủy lợi trên một lưu vực sông hoặctrên một địa giới hành chính nào đó rồi từ đó, qua phân tích để lựa chọn phương

án tốt nhất

Việc sử dụng mô hình tối ưu thường xẩy ra các trường hợp sau:

- Do một số điều kiện nào đấy mà không phải tất cả các bài toán phân tích

hệ thống đều có mô hình mô tả tối ưu

- Khi không thể mô tả được bằng mô hình tối ưu do nhiều hạn chế khácnhau, cũng có thể do phương pháp mô tả (bằng toán học chẳng hạn)

- Lời giải tối ưu được giải có khi chỉ là nghiệm cục bộ nên phương ánđược chọn không hẳn là phương án tốt nhất hay ta đã bỏ sót phương án tốt nhất

Do những hạn chế trên, nên người ta đã sử dụng phương pháp mô phỏng

để phân tích hiệu quả của từng phương án nhằm tìm phương án tốt nhất

Việc tìm phương án tốt nhất bằng mô phỏng bằng việc thiết lập một sốkịnh bản để lựa chọn lại là một nhược điểm của phương pháp mô phỏng Bởi vìngười mô phỏng cũng không thể khẳng định rằng phương án được chọn làphương án tối ưu, trong khi ta chỉ chỉ xây dựng được một số phương án để phântích mà không phải tất cả Nói đúng hơn, có thể ta đã bỏ sót phương án tốt nhấtngoài các kịch bản được đưa ra để lựa chọn.

Sự khác biệt giữa hai phương pháp tối ưu hóa và mô phỏng được thể hiện

1.6.2 Nguyên lý và quan điểm tiếp cận phân tích hệ thống

Mục đích của phân tích hệ thống là tìm lời giải tốt nhất, hợp lý nhất khiđiều khiển hệ thống Lời giải đó sẽ bao gồm các nguyên lý, quan điểm, và các

kỹ thuật về phân tích hệ thống Đó là một khoa học mới đang được hoàn thiệndần nên đã có nhiều quan điểm khác nhau và có thể đúc kết thành những quanđiểm chính

Hình 1-5 Cách tiếp cận phân tích hệ thống

a Nguyên lý tiếp cận hệ thống

Do sự có mặt của nhiều yếu tố bất định nên trong các hệ thống phức tạp,các yếu tố bất định có thể sẽ nhiều hơn mà ngay một lúc không thể đồng thờinghiên cứu và cũng không thể dự báo được xu thế phát triển của các hệ thống.Bởi vậy, chỉ sau khi thử phản ứng, các mục tiêu khai thác hệ thống mới được thửnghiệm và có thể sẽ được hình thành rõ hơn với các kỹ thuật phân tích hợp lý

Trong phân tích hệ thống, mô phỏng có vai trò rất quan trọng và đặc biệtquan trọng trong quá trình tiếp cận phân tích

Các mô tả trong hình 1-5 cho ta một hướng tiếp cận phân tích hệ thốngnhư đã trình bày Đó là sơ đồ chỉ ra hướng đi của cách tiếp cận hệ thống trên cơ

sở liên tiếp để làm rõ mục tiêu khai thác hệ thống

b Các quan điểm tiếp cận hệ thống

1) Coi trọng tính tổng thể

Quan điểm phân tích theo hệ thống là coi trọng tổng thể Điểu đó đã thểhiện tính biện chứng trong phân tích và nghiên cứu về hệ thống Bởi vì, người tacho rằng khi nghiên cứu về hệ thống cần xem xét các mối quan hệ của hệ thốngtrong mối quan hệ tương tác giữa các thành phần cấu thành hệ thống đó với mốiquan hệ giữa hệ thống với môi trường tác động lên nó

Như vậy, theo quan điểm này, các quá trình của hệ thống phải được lượnghóa bằng các mô hình toán để mô tả nó Các động thái cũng như xu thế pháttriển của hệ thống cũng được xác định nhờ mô hình mô phỏng mà từ đó có thểphát hiện các tác động hợp lý lên hệ thống Khi phân tích hệ thống nằm trongmối quan hệ tương tác giữa các quá trình trong nó sẽ phát hiện ra các tính “trồi”

mà trong mỗi quá trình phân tích riêng biệt rất khó có thể nhận được

Trên cơ sở đó, lý thuyết phân tích hệ thống cũng luôn luôn chú trọng sựkết hợp các phương pháp nghiên cứu với nhau: hình thức, phi hình thức hoặc kếthợp giữa phân tích toán học và kinh nghiệm cũng như việc tôn trọng vai trò củatập thể trong nghiên cứu

3) Tôn trọng và thừa nhận tính liên ngành

Việc nghiên cứu các hệ thống lớn, hệ thống có nhiều hệ thống con thườngtồn tại nhiều mối quan hệ phức tạp, liên quan tới nhiều ngành, nhiều lĩnh vực

khác nhau Cho nên, để nghiên cứu hệ thống cần có sự tham gia của nhiều nhàkhoa học ở nhiều lĩnh vực khác nhau.

Một quyết định được đưa ra sau khi nghiên cứu cần phải hài hòa cácquyền lợi của các ngành, các lĩnh vực liên quan trong hệ thống Sự cục bộ quyềnlợi thì nguy cơ phá vỡ các quy luật được thiết lập là khó tránh khỏi

1.6.3 Khó khăn khi tiếp cận bài toán phân tích hệ thống

Khi phân tích hệ thống, người ta thường gặp những khó khăn dưới đây:

a Thiếu kiến thức, số liệu và phạm vi nghiên cứu rộng

1) Thiếu kiến thức

Có thể vấn đề cần giải quyết đã được nhận biết, có khi là rất lâu hoặc cókhi cần đến kiến thức đa ngành mà người thực hiện chưa đủ (có), hay do nhiềuhạn chế khác mà kết quả phân tích không đạt yêu cầu Bởi vậy, khi thực hiệnmột phân tích hệ thống cần các chuyên gia giỏi, nhóm chuyên gia giỏi ở nhiềulĩnh vực khác nhau cùng giải quyết một hoặc một số vấn đề của hệ thống

2) Thiếu số liệu

Cũng có thể đã tương đối đủ kiến thức nhưng số liệu lại rất thiếu nên khảnăng phân tích hệ thống cũng không đạt yêu cầu Trong trường hợp này cần bổsung số liệu bằng việc thu thập, tra cứu, lấy mẫu, quan trắc bổ sung…

3) Phạm vi nghiên cứu rộng mang tính đa ngành, đa lĩnh vực

Vấn đề của hệ thống là vấn đề đa ngành đa lĩnh vực cần nhiều kiến thứcrộng của nhiều ngành khác nhau với các chuyên gia có kinh nghiệm trong cáclĩnh vực liên quan để nghiên cứu nhiều vấn đề và ngay cả đối với một vấn đề

Hệ thống là tập hợp nhiều lĩnh vực nên việc nghiên cứu theo hệ thốngcũng cần nhiều nhà khoa học thuộc nhiều lĩnh vực, nhiều ngành Nhưng để cónhiều chuyên gia từ nhiều lĩnh vực cùng nhau nghiên cứu một hoặc một số vấn

đề thuộc hệ thống là một việc rất khó khăn

b Không có mô hình tiếp cận và phải điều chỉnh

1) Phải tự tìm phương pháp tiếp cận phù hợp.

Bất kỳ một hệ thống nào đã cho cũng có nhiều lĩnh vực cần nghiên cứuvới các phương pháp tiếp cận khác nhau không có sẵn, phù hợp với hệ thống đó

Do vậy, người tham gia nghiên cứu phải tự tìm ra phương pháp tiếp cận phùhợp Đó là một việc làm rất khó khăn trong phân tích hệ thống

2) Phải điều chỉnh linh hoạt mục đích, mục tiêu nghiên cứu

Khi nghiên cứu phân tích hệ thống, mục đích nghiên cứu được đặt ra rấtkhó rõ ràng và khi tiếp cận thìcó thể thay đổi để tìm mục tiêu khác thay thế Sựbất định này là một khó khăn Do vậy, nhà hoạch định chính sách cần phải chocác nhà khoa học biết họ muốn làm gì Ý tưởng tối ưu của các nhà hoạch địnhchính sách thường rất mập mờ: có thể thế này hoặc thế khác mà người thực hiệnkhó đoán định được do các định hướng chung chung Đây cũng là một việc rấtkhó cho người thực hiện

c Không có trọng tâm, phức tạp và bị tác động ngược

1) Thiếu trọng tâm

Nghiên cứu hệ thống có tính chất đa ngành, đa lĩnh vực, hay rất nhiềuchuyên gia ở nhiều ngành, nhiều lĩnh vực cùng nghiên cứu mà lại rất khó xácđịnh trọng tâm, trọng điểm Do vây, việc nghiên cứu rất dễ bị lan man khó có thểđạt được tiếng nói chung cho hệ thống

2) Rất phức tạp

Bản thân hệ thống là những vấn đề phức tạp Càng nhiều lĩnh vực càngphức tạp, càng nhiều người có trình độ tham gia càng nhiều ý kiến trái chiều…Điều này là một thực tế Vấn đề ở chỗ khi nghiên cứu hệ thống có tìm được mộtphương pháp vận hành tốt hay không,được nhiều chuyên gia chấp nhận haykhông

3) Tác động ngược

Nghiên cứu phân tích hệ thống có mục đích là tìm ra quy luật để điềuchỉnh hoạt động của hệ thống Nhưng việc điều chỉnh lại gặp cản trở của chính

từ bên trong hệ thống đó Chẳng hạn:Quy hoạch mở rộng TP Hà Nội, Dự án lấp

bờ sông Đồng Nai (Đồng Nai), Dự án nhà 88 Lê Trực, Dự án trồng lại cây xanh,

Dự án cấp nước từ sông Đà … ở Hà Nội đã được xem xét điều chỉnh lại hoặc bịdừng lại do phản biện xã hội.

Phản biện ngược của xã hội sẽ đặt ra nhiều vấn đề để những nhà ra quyếtđịnh xem lại chính sách, cách tiếp cận cũng như các hậu quả có thể xẩy ra màđiều chỉnh dự án cho phù hợp

1.7 Bài toán phân tích hệ thốngnguồn nước

1.7.1 Xác định mục tiêu

Để phân tích hệ thống nguồn nước, bài toán quy hoạch cần được tiến hànhtrước với các giai đoạn khác nhau, tùy thuộc vào đặc điểm của hệ thống cũngnhư yêu cầu sử dụng nguồn nước Nói đúng hơn quy hoạch tài nguyên nước là

cơ sở để hình thành các mục tiêu khai thác nguồn nước của hệ thống và xâydựng các hệ thống chỉ tiêu đánh giá hệ thống Mục tiêu là mục đích mà bất kỳmột phương án phân tích nào cũng phải hướng tới Đó là nội dung và là nộidung đầu tiên, cần thiết và không thể thiếu

Mục tiêu là kết quả mà người ra quyết định đề ra để đạt được Trong mộtbài toán phân tích hệ thống nguồn nước, thường có nhiều mục tiêu Chẳng hạnvới một hệ thống nguồn nước, người ta đã đặt ra các mục tiêu: điện năng phảinhiều, phải đủ nước tưới, môi trường phải đảm bảo, phòng chống lũ phảian toàn.Tuy nhiên, trong bài toán phân tích hệ thống nguồn nước, mức độ đảm bảo cho

sự thành công của các mục tiêu là khác nhau, có mục tiêu chính, mục tiêu quantrọng, với mức độ ưu tiên khác nhau Chẳng hạn, đối với vùng thiếu nước, tướiphải là quan trong, đối với vùng có nhiều thiên tai lũ thì chống lũ là quantrọng… Nhưng cũng có khi yêu cầu điện năng rất cấp thiết và có nhiều điện sẽkinh tế hơn chẳng hạn người ta cũng có thể yêu tiên cho điện

Khi hình thành bài toán phân tích hệ thống nguồn nước, để xác định cácmục tiêu khai thác hệ thống cần phải làm rõ những nội dung:

1) Xác định chiến lược phát triển hệ thống như chiến lược phát triển hệthống công trình khai thác và sử dụng nguồn nước trong tương lai

Trong việc xác định chiến lược, người ta thường rất chú ý tới nguồn vốnđược huy động trong tương lai cũng như hiệu ích kinh tế của quá trình phát triển

hệ thống

5) Các mục tiêu cho các vấn đề chính trị, xã hội, văn hóa… Bất kỳ một

dự án nào cũng phải phục vụ cho các vấn đề chính trị, xã hội, văn hóa phục vụ ổn định chính trị, nâng cao đời sống tinh thần và vật chất củacủa người dân Do vậy, khi phân tích hệ thống các mục tiêu cho cácvấn đề chính trị, xã hội, văn hóa… cần được xác định rõ ràng

3) Tính khả thi của các phương án công trình cả về mặt kinh tế và kỹthuật Bởi vì, việc dự án có thành công hay không, các phương án xây dựngcông trình phải là phương án khả thi nếu không phải chịu tổn thất (thất bại)

4) Các mục tiêu kinh tế được thể hiện bởi các hàm mục tiêu và không thể

có các hàm mục tiêu chung chung mà không gắn với các mục tiêu kinh tế

5) Xác định, tính toán đầy đủ các vấn đề kỹ thuật, tài chính, hệ thốngchính sách quản lý tài nguyên nước… và các vấn đề có liên quan trong chiếnlược phát triển quốc gia

1.7.2 Chuẩn bị số liệu tính toán các đặc trưng đầu vào

a Chuẩn bị số liệu

Nguồn số liệu đầu vào là cơ sở để xây dựng các phương án quy hoạch,xác định các mục tiêu của phương án, lựa chọn phương án tối ưu hay chophương án hợp lý Cho nên, khi thực hiện bài toán quy hoạch, xác định hàm mụctiêu, nhất thiết phải thu thập đầy đủ các số liệu đầu vào như:

1) Số liệu về điều kiện tự nhiên

Đó là các tài liệu khí tượng thủy văn, điều kiện địa lý tự nhiên là cơ sở đểphân tích nguồn tài nguyên nước trong hệ thống cũng như định hướng khai thác,

sử dụng nước trong hệ thống đó:

-Tài liệu về điều kiện địa lý tự nhiên như: Địa chất, thổ nhưỡng, đất đai,thảm phủ, và môi trường trong hệ thống nghiên cứu

- Số liệu khí tượng như: mưa, bay hơi, nhiệt độ…cũng như đặc điểm khítượng, khí hậu trong hệ thống.

- Số liệu về dòng chảy sông ngòi trong hệ thốngnhư: các số liệu quan trắc

và điều tra thủy văn, chế độ dòng chảy trong sông thuộc hệ thống như:

+ Số liệu đo đạc: mực nước, lưu lượng, bùn cát, chất lượng nước…

+ Chế độ dòng chảy trong năm, trong nhiều năm,

+ Chế độ lũ và các đặc trưng lũtrong năm, trong nhiều năm

+Chế độ nước mùa kiệt và các đặc trưng nước kiệttrong năm, trong nhiềunăm

+Chế độ bùn cát trong từng năm, trong nhiều năm…

+ Sự xâm nhập mặn vùng cửa sông trong năm, trong nhiều năm…

+ Số liệu và chế độ dòng chảy nước dưới đất…

2) Số liệu về dân sinh kinh tế

Mục đích của việc thu thập tài liệu dân sinh kinh tế là phục vụ cho việcphân tích các yêu cầu cấp nước cho các ngành kinh tế khác nhau, bảo vệ môitrường, phòng chống thiên tai, làm cơ sở phân tích kinh tế hồ chứa, các phương

án sử dụng nước,…với các số liệu:

- Dân cư và phân bố dân cư trong hệ thống

- Tài nguyên thiên nhiên: rừng, khoáng sản, đất đai… trong vùng xâydựng các công trình khai thác nước

- Các yêu cầu cấp nước

- Các hoạt động kinh tế vùng bị ảnh hưởng bởi các công trình khai thácnước

- Tác động của phát triển kinh tế xã hội tới nguồn nước và chất lượngnước

3) Số liệu về hệ thống

- Quy hoạch nguồn nước,

- Các hệ thống khai thác nguồn nước,

- Tổ chức quản lý quy hoạch hệ thống,

- Pháp luật tài nguyên nước: Luật Tài nguyên nước năm 2012, Luật Phòngchống thiên tai, Chiến lược phát triển Thủy lợi 2009, Luật Đê điều…

- Các mục tiêu khai thác hệ thống nguồn nước

b Chỉnh lý số liệu

Tất cả các nguồn số liệu thu thập được hoặc là số liệu thô, chưa chỉnh lý,hoặc thường không đồng nhất do có thể có nguồn gốc rõ ràng, nhưng cũng có

khi do việc đo đạc, thu thập và chỉnh lý theo phương pháp khác nhau nên cầnphải chỉnh biên, chính lý để đưa về một mặt bằng chung.

c Tính toán, đánh giá nguồn nước và nhu cầu nước

1) Tính toán nguồn nước

Sau khi có số liệu dòng chảy trong sông thì tiến hành tính toán:

- Số lượng, chất lượng nước mặt và nước dưới đất, sự biến động củanguồn nước theo thời gian năm, nhiều năm; tính cân bằng nước

- Khả năng khai thác nước mặt và nước ngầm

- Dự báo thay đổi nước mặt và nước ngầm trong tương lai, nhất là trongbối cảnh biến đổi khí hậu

- Đánh giá hiện trạng khai thác nguồn nước, các công trình khai thác sửdụng nước và dự báo xu thế khai thác nguồn nước

- Tính cân bằng nước hệ thống theo lưu vực

2) Đánh giá nguồn nước

Tài liệu nguồn nước được đánh giá là số liệu đầu vào của bài toán cânbằng nước là một nội dung không thể thiếutrong bài toán lập quy hoạch nguồnnước Các nội dung đánh giá nguồn nước sẽ bao gồm:

- Đánh giá trữ lượng nước mặt, nước ngầm và phân bổ theo thời giancũng như không gian

- Phân loại các dạng tài nguyên nước mặt cũng như nước ngầm

- Phân tích các đặc điểm nguồn nước và tài nguyên nước lưu vực sôngnhư:đặc điểm dòng chảy, sự thay đổi dòng chảy trong nhiều năm, đặc điểm hìnhthành dòng chảy lũ, dòng chảy kiệt, dòng chảy cát bùn…

- Phân tích đánh giá chất lượng nước mặt cũng như nước ngầm

- Lập các loại bản đồ về tài nguyên nước: bản đồ lượng mưa năm, bản đồđẳng trị mô dun dòng chảy năm, bản đồ xói lở đất, bản đồ dòng chảy mùa cạn,bản đồ hồ chứa…

- Dự báo nguồn nước tương lai: làm rõ các quy luật thay đổi nguồn nước,

sự suy thoái số lượng cũng như chất lượng nước

c Xác định nhu cầu nước

Nhu cầu nước cũng là tham số đầu vào của bài toán cân bằng nước chohiện tại cũng như tương lai

Cho nên, cần phải tính đúng, tính đủ nhu cầu nước của tất cả các ngànhdùng nước như: nhu cầu nước cho nông nghiệp, nhu cầu nước cho dân sinh, nhucầu nước cho chăn nuôi, nhu cầu nước cho công nghiệp, nhu cầu nước cho môitrường sinh thái… cả hiện tại và tương lai Nhu cầu nước cho tương lai, có thể là

10 năm, 20 năm, 25 năm hay 50 năm tùy thuộc vào nhiệm vụ quy hoạch

Có nhiều cách tính nhu cầu nước, có thể tính theo định mức tưới, địnhmức dùng nước cho người và gia súc, định mức sử dụng nước cho từng loại sảnphẩm Cũng có thể xác định theo quy hoạch nước cho các vùng đô thị (dânsinh), cho ngành công nghiệp Cũng có khi sử dụng mô hình tínhnhu cầu nướcnhư mô hình CROPWAT tính nhu cầu tưới cho từng loại cây trồng…

Nước cho tương lai có thể theo định mức, có thể tính theo các mô hình dựbáo với số năm cần dự báo Các nhu cầu nước cho từng ngành cần được tổnghợp lại ứng với từng nút cân bằng để tính cân bằng trên hệ thống

Các tài liệu cần tính toán và đánh giá nhu cầu nước bao gồm:

- Nước cho dân sinh,

- Nước cho nông nghiệp(trồng trọt và chăn nuôi),

- Nước cho công nghiệp,

- Nước cho nuôi trồng thủy sản,

- Nước cho môi trường,

- Tiêu chuẩn chất lượng nước cho các ngành kinh tế, xã hội,

- Dòng chảy tối thiểu,

- Tiềm năng thủy điện và khả năng khai thác,

- Nước cho giao thông, giải trí và du lịch…

1.7.3 Mô phỏng hệ thống

Trước hết cần xem xét đánh giá hệ thống được phân tích thuộc loại hệthống nào, trạng thái hoạt động và đầu vào đầu ra của hệ thống như thế nào màtiến hành mô phỏng

Thông tin đưa vào mô phỏng càng đầy đủ càng càng thuận lợi cho phântích hệ thống, lập phương án khai thác hệ thống và người quyết định dễ đưa racác quyết định điều hành hệ thống

Chẳng hạn, với một hệ thống nguồn nước mà trong đó có nhiều mục tiêukhác nhau thì thông tin đưa vào càng nhiều hơn và ngược lại Hay nói cáchkhác, mô phỏng hệ thống là công cụ, phương tiện đầu tiên khi tiến hành phântích

Phương pháp mô phỏngcho phép người nghiên cứu phân tích lựa chọnphương án tốt để điều hành hệ thống Tuy nhiên, phương pháp mô phỏng có thểchưa cho ta phương án tốt nhất Bởi vì phương pháp này chỉ mô phỏng đượcmột số phương án để lựa chọn nên có khi phương án tốt nhất không nằm trongcác phương án được đưa ra để phân tích lựa chọn

Phương pháp mô phỏng hệ thống nguồn nước sẽ được trình bày chi tiết tạichương 2

1.7.4.Lập phương án và chọn phương án

a Lập phương án

Mục tiêu cuối cùng của phân tích hệ thống là hiệu quả của các phương ánđược lựa chọn Đó là các biện pháp để đạt được mục tiêu Chẳng hạn lựa chọnphương án xây hồ bậc thang để khai thác nhiều điện và phòng chống lũ cho hạ

du hay xây dựng hệ thống hồ chứa phục vụ tưới, …

Nói chung, để có một tổ hợp hành động tốt nhất, các phương án được đưa

ra cần phải trả lời các câu hỏi:

- Mục tiêu quyết định là gì, chẳng hạn: mục tiêu phát triển hệ thống tưới

là cấp đủ nước tưới cho một diện tích trồng lúa hai vụ hay sau 2 tiếng mưa tạimột thành phố phải thoát hết (hết ngập) ở thành phố…

- Các phương án đề ra sẽ đạt được mục tiêu là gì Chẳng hạn, các phương

án vét kênh mương, sửa chữa hoặc nâng cấp hệ thống kênh, nạo vét hồtrướcmùa mưa bão, tăng cường các trạm bơm tiêu… trong hệ thống tiêu thoát nướcmưa thành phố trước mùa mưa bão để tiêu thoát nước ngập do mưa

- Chúng được sắp xếp ra sao theo một thứ tự ưu tiên nào đó Chẳng hạn,trong phương án xây dựng hồ chứa: ưu tiên điện, chống lũ, tưới… rồi đến môitrường, giao thông… chẳng hạn hoặc có thể trong mùa lũ ưu tiên chống lũ, trongmùa cạn ưu tiên tưới và sinh thái…

Trong mỗi phương án được đặt ra, cần có những ràng buộc mà trongphạm vi của nó người ra quy định được tự do hành động Phương án cũng phải

có dự báo, dự kiến được bối cảnh tương lai để triển khai cũng như những bấtđịnh có thể có trong bối cảnh đó.

c Công cụ để phân tích lựa chọn phương án

Có rất nhiều công cụ để tiến hành lựa chọn phương án (tại chương2 vàchương 3), nhưng công cụ hữu hiệu nhất là phân tích tối ưu đa mục tiêu vàphương pháp mô phỏng

1.8 Trình tự thực hiện phân tích hệ thống

Các phần từ trong hệ thống thường chuyển động theo một quy luật nào đó

có thể nhận biết được bằng các thực nghiệm nghiên cứu Từ những phát hiện đó,nhiều vấn đề về hệ thống mà bằng cách này hay cách khác cũng có thể giảiquyết được nhờ những phát hiện có tính quy luật Có một số việc đã thành côngtrong thực tế như: có thể từ chỗ không thể giải quyết nhưng vẫn có thể giảiquyết được khi đã có chi phí cho hoạt động này Hay nói cách khác, khi phântích hệ thống không thể nói là không thể mà phải là có thể

Dù chưa rõ ràng nhưng việc tiến hành một phân tích hệ thống cũng cần

phải thực hiện theo một thứ tự nhất định, chẳng hạn:

1) Chuẩn bị số liệu, thông tin Sắp xếp, tính toán các thông tin thu được,chẳng hạn các thông tin về tổ chức, các chứng cứ, các kinh nghiệm và các kiếnthức có liên quan đến việc phân tích hệ thống

2) Xem xét các mục đích xã hội có liên quan và trợ giúp các tổ chức vàcác cá nhân cũng như các mục đích khác, nếu cần.

3) Tìm kiếm, lựa chọn các phương án để đạt mục tiêu thiết kế và tạo racách làm mới

4) Đánh giá lại các kiến thức đã tích lũy được trong quá trình nghiên cứu

để điều chỉnh các phương pháp nghiên cứu cho phù hợp

5) Ước lượng tác động của các yếu tố tổ hợp hành động có tính đến nhữngbất định trong tương lai và cấu trúc các tổ chức bất định mà chúng gắn vớinhững bất định trong tương lai

6) Lựa chọn phương án tối ưu với nhiều tiêu chí khác nhau từ việc nghiêncứu

7) Tổng kết và trình bày lại các kết quả nghiên cứu phù hợp với phương

án được lựa chọn

8) Đặt ra các bước tiếp theo cho hành động đã lựa chọn

9) Kiểm định và đánh giá lại các kết quả đã đạt được khi triển khai cáchành động

Những nội dung đã nêu chỉ mang tính ý gợi ý Trong một phân tích cụ thể,các bước làm có thể linh hoạt hơn nhằm đạt mục tiêu phân tích

Câu hỏi ôn tập chương 1

7 Phân loại hệ thống hình dạng mô hình

8 Phân loại hệ thống theo trạng thái

9 Phân theo dạng điều khiển và không điều khiển

10 Hệ thống trong hệ thống

11 Hệ thống nguồn nước

12 Phân loại hệ thống nguồn nước

13.Hệ thống thủy văn không điều khiển

14 Hệ thống nguồn nước

15 Vòng tuần hoàn nước