Gi¸o tr×nh Quy ho¹ch vµ qu¶n lý nguån n−íc ®−îc biªn so¹n theo khu«n khæ Ch−¬ng tr×nh Hç trî ngµnh n−íc cña Danida (WAterSPS), thuéc tiÓu hîp phÇn Hç trî n©ng cao n¨ng lùc Tr−êng §¹i häc Thuû lîi do ChÝnh phñ §an M¹ch tµi trî. Gi¸o tr×nh nµy phôc vô gi¶ng d¹y m«n häc Quy ho¹ch nguån n−íc ch−¬ng tr×nh ®¹i häc vµ cã thÓ sö dông lµm tµi liÖu tham kh¶o cho c¸c häc viªn cao häc vµ nghiªn cøu sinh thuéc lÜnh vùc ph¸t triÓn nguån n−íc.
Trờng Đại học Thủy lợi GS TS Hà Văn Khối Giáo trình Quy hoạch quản lý nguồn nớc Nhà xuất Nông nghiệp Hà Nội - 2005 Quy hoạch quản lý nguồn nớc Các tác giả biên soạn giáo trình dựa đề cơng môn học, tài liệu giảng dạy với hỗ trợ chuyên gia t vấn quốc tế Giáo trình GS TS Ngô Đình Tuấn PGS TS Nguyễn Văn Tuần phản biện Hội đồng Khoa học Đào tạo Trờng Đại học Thủy lợi phê chuẩn cho xuất giáo trình theo Quyết định số 1456/QĐ-ĐHTLHĐKH&ĐT ngày 18/4/2005 Tiểu hợp phần "Hỗ trợ tăng cờng lực cho Trờng Đại học Thủy lợi" thuộc Chơng trình Hỗ trợ ngành nớc DANIDA tài trợ kinh phÝ cho t− vÊn qc tÕ, n−íc vµ in ấn giáo trình mục lục Mục Lục Trang Lời nói đầu Chơng Tài nguyên nớc vấn đề sử dụng tài nguyên nớc 1.1 Tài nguyên nớc vấn đề khai thác tài nguyên nớc 1.2 Khái niệm hệ thống nguồn nớc đặc điểm 1.3 Nhu cầu nớc dùng nhu cầu nớc sinh thái 1.4 Đặc điểm chung tài nguyên n−íc cđa ViƯt Nam 7 10 12 14 Ch−¬ng Quy hoạch quản lý nguồn nớc 2.1 Nhiệm vụ quy hoạch quản lý nguồn nớc 2.2 Các toán quy hoạch quản lý nguồn nớc 2.3 Chơng trình nớc quốc gia dạng quy hoạch nguồn nớc 2.4 Nội dung bớc lập quy hoạch nguồn nớc 2.5 Khung luật pháp thể chế quản lý tài nguyên nớc 2.6 Yêu cầu phát triển bền vững tài nguyên nớc 2.7 Phơng pháp tiếp cận hệ thống quy hoạch quản lý nguồn nớc 2.8 Vai trò mô hình hoá, u điểm hạn chế nã 22 22 23 25 29 32 34 36 37 Chơng Phân tích kinh tế quy hoạch phát triển nguồn nớc 3.1 Nhiệm vụ nội dung phân tÝch kinh tÕ ph¸t triĨn ngn n−íc 3.2 Mét số khái niệm 3.3 Các tiêu đánh giá hiệu kinh tế dự án 3.4 Phân tích chi phí lợi ích quy hoạch nguồn nớc 3.5 Ví dụ đánh giá hiệu kinh tế dự án 3.6 Giá nớc định giá nớc 41 41 41 49 52 53 63 Quy ho¹ch quản lý nguồn nớc Chơng Mô hình hoá quy hoạch quản lý nguồn nớc 4.1 Quá trình lựa chọn phơng án quy hoạch nguồn nớc 4.2 Mô hình mô hệ thống 4.3 Mô hình tối u hoá quy hoạch nguồn nớc 4.4 Thiết lập toán tối u hệ thống nguồn nớc phân loại 4.5 Tối u hóa toán phát triển hệ thống nguồn nớc 4.6 Bài toán tối u ®a mơc tiªu 64 64 65 68 71 77 79 Chơng Kỹ thuật phân tích hệ thống ứng dụng quy hoạch quản lý nguồn nớc 85 5.1 Lý thuyết phân tích hệ thống 5.2 Hệ thống phơng pháp luận lý thuyết phân tích hệ thống 5.3 Phân loại tổng quát mô hình tối u 5.4 Phơng pháp giải toán quy hoạch tuyến tính 5.5 Quy hoạch phi tuyến 5.6 Quy hoạch động 85 90 92 94 107 134 5.7 áp dụng phơng pháp tối u hóa quy hoạch quản lý nguồn nớc 150 5.8 áp dụng mô hình mô quy hoạch nguồn nớc 174 Chơng Hệ thống hỗ trợ định 177 6.1 Khái niệm hệ thống hỗ trợ định (DSS) 6.2 Hệ thống hỗ trợ định quy hoạch quản lý nguồn nớc 177 180 Tài liệu tham khảo 187 Lời nói đầu Lời nói đầu Giáo trình Quy hoạch quản lý nguồn nớc đợc biên soạn theo khuôn khổ Chơng trình Hỗ trợ ngành nớc Danida (WAterSPS), thuộc tiểu hợp phần Hỗ trợ nâng cao lực Trờng Đại học Thuỷ lợi Chính phủ Đan Mạch tài trợ Giáo trình phục vụ giảng dạy môn học Quy hoạch nguồn nớc chơng trình đại học sử dụng làm tài liệu tham khảo cho học viên cao học nghiên cứu sinh thuộc lĩnh vực phát triển nguồn nớc Mục tiêu Giáo trình giới thiệu khái niệm quy hoạch quản lý nguồn nớc, phơng pháp phân tích kinh tế kỹ thuật, phơng pháp phân tích hệ thống quy hoạch quản lý nguồn nớc Nội dung giáo trình đợc trình bày theo hớng tiếp cận phơng pháp nghiên cứu đại giới quy hoạch quản lý nguồn nớc Phụ lục kèm theo giáo trình ví dụ nghiên cứu điển hình toán quy hoạch hệ thống hồ chứa lợi dụng tổng hợp, quy hoạch phòng lũ, toán quản lý khai thác hệ thống nguồn nớc Giáo trình gồm chơng với nội dung nh sau: Các khái niệm nội dung quy hoạch quản lý nguồn nớc Đặc điểm Tài nguyên nớc vấn đề quy hoạch quản lý nguồn nớc Việt Nam Phân tích kinh tế quy hoạch phát triển nguồn nớc Kỹ thuật phân tích hệ thống ứng dụng quy hoạch quản lý nguồn nớc áp dụng phơng pháp tối u hoá quy hoạch quản lý nguồn nớc Hệ thống hỗ trợ định quy hoạch quản lý nguồn nớc Quy hoạch quản lý nguồn nớc Các nghiên cứu điển hình đợc xuất riêng tập tài liệu hớng dẫn thực hành Trong trình chuẩn bị thảo giáo trình này, tác giả nhận đợc hỗ trợ thờng xuyên mặt tài liệu t vấn chuyên môn Chơng trình hỗ trợ ngành nớc Danida (WAterSPS) Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ Tác giả xin chân thành cảm ơn GS TS Ngô Đình Tuấn, GS TS Lê Thạc Cán đóng góp nhiều ý kiến quý báu để tác giả hoàn tất thảo lần cuối Xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, đặc biệt PGS TS Nguyễn Văn Tuần, PGS TS Đỗ Tất Túc, TS Nguyễn Văn Thắng nhận xét ý kiến góp ý cho thảo Đây giáo trình đợc xuất lần đầu nên khó tránh khỏi sai sãt vµ khiÕm khuyÕt RÊt mong sù gãp ý độc giả để nâng cao chất lợng giáo trình lần xuất sau GS TS Hà Văn Khối Chơng 1- Tài nguyên nớc Chơng Tài nguyên nớc vấn đề sử dụng tài nguyên nớc 1.1 Tài nguyên nớc vấn đề khai thác tài nguyên nớc Nớc yếu tố định đến tồn phát triển môi trờng sống Nớc loại tài nguyên thiên nhiên quý giá có hạn, động lực chủ yếu chi phối hoạt động dân sinh kinh tế ngời Nớc đợc sử dụng rộng rãi sản xuất nông nghiệp, thủy điện, giao thông vận tải, chăn nuôi, thuỷ sản v.v Bởi vậy, tài nguyên nớc có giá trị kinh tế đợc coi loại hàng hoá Nớc loại tài nguyên tái tạo đợc cần phải sử dụng cách hợp lý để trì khả tái tạo Trên hành tinh nớc tồn dới dạng khác nhau: Nớc trái đất, đại dơng, sông suối, hồ ao, hồ chứa nhân tạo, nớc ngầm, không khí, băng tuyết dạng liên kết khác Theo V I Verônatske, khối lợng nớc trái đất vào khoảng 1,46 tỷ km3, nớc đại dơng chiếm khoảng 1,37 tỷ km3 Sự phân bố nớc hành tinh theo số liệu ớc tính UNESCO năm 1978 (bảng 1-1) nh sau: Tổng lợng nớc trái đất vào khoảng 1.385.984.610 km3 nớc đại dơng vào khoảng 1.338.000.000 km3 chiếm 96,5% Nớc trái đất chiếm tỷ lệ nhỏ vào khoảng 2,5% Nớc phân bố nớc ngầm, nớc mặt, dạng băng tuyết dạng khác, lợng nớc dạng băng tut chiÕm tû lƯ cao nhÊt (xÊp xØ 70%), n−íc tầng ngầm dới đất chiếm tỷ lệ vào khoảng 30,1%, nớc hệ thống sông suối chiếm khoảng 0,006% tổng lợng nớc trái đất, tỷ lệ nhỏ Hệ thống tuần hoàn nớc mô tả hình (1-1) Nớc trái đất tồn khoảng không gian gọi thuỷ Nớc vận động thuỷ qua đờng vô phức tạp cấu tạo thành tuần hoàn nớc gọi chu trình thuỷ văn Nớc bốc từ đại dơng lục địa trở thành phận khí Hơi nớc đợc vận chuyển vào bầu không khí, bốc lên cao chúng ngng kết rơi trở lại mặt đất mặt biển Lợng nớc rơi xuống mặt đất phần bị giữ Quy hoạch quản lý nguồn nớc lại cối, chảy tràn mặt đất thành dòng chảy sờn dốc, thấm xuống đất, chảy đất thành dòng chảy sát mặt đất chảy vào dòng sông thành dòng chảy mặt Phần lớn lợng nớc bị giữ lại thảm phủ thực vật dòng chảy mặt quay trở lại bầu khí qua đờng bốc bốc thoát Lợng nớc ngấm đất thấm sâu xuống lớp đất bên dới để cấp nớc cho tầng nớc ngầm sau xuất lộ thành dòng suối chảy dần vào sông ngòi thành dòng chảy mặt cuối đổ biển bốc vào khí Có thể coi trình tuần hoàn nớc hệ thống thuỷ văn, thực chất trình chuyển từ ma sang dòng chảy với thành phần nớc rơi, bốc hơi, dòng chảy pha khác chu trình Các thành phần đợc tập hợp thành hệ thống chu trình lớn Chu trình vòng tuần hoàn toàn cầu đợc mô tả hình (1-1) Theo sơ đồ tuần hoàn nớc hình (1-1) có nhận xét nh sau: - Tơng ứng với 100 đơn vị ma lục địa có 38 đơn vị chảy dòng chảy mặt biển; đơn vị chảy ngầm biển; 61 đơn vị bốc từ lục địa Rõ ràng lợng bốc từ mặt đất lớn so với lợng nớc mặt lợng nớc ngầm chảy biển - Trên đại dơng, tơng ứng với 385 đơn vị ma xuống đại dơng có 424 đơn vị bốc từ đại dơng Bảng 1-1: Ước lợng nớc trái đất Diện tích (106 km2) Thể tích (km3) Phần trăm tổng lợng n−íc 361,3 1.338.000.000 96,5 - Nuíc ngät 134,8 10.530.000 0,76 - Nớc nhiễm mặn 134,8 12.870.000 0,93 - Lợng ẩm đất 82,0 16.500 0,0012 0,05 - Băng cực 16,0 24.023.500 1.7 68,6 - Các loại băng tuyết kh¸c 0,3 340.600 0,025 1,0 - N−íc ngät 1,2 91.000 0,007 0,26 - Nhiễm mặn 0,8 85.400 0,006 - Đầm lầy 2,7 11.470 0,0008 0,03 Sông ngòi 148,8 2.120 0,0002 0,006 N−íc sinh häc 510,0 1.120 0,0001 0,003 N−íc khÝ qun 510,0 12.900 0,001 0,04 Tỉng céng 510,0 1.385.984.610 100 N−íc ngät 148,8 35.029.210 2,5 H¹ng mục Đại dơng Phần trăm nớc Nớc ngầm 30,1 Băng tuyết Hồ, đầm 100 Chơng 1- Tài nguyên nớc Lợng ẩm không khí 39 Ma rơi xuống mặt đất 100 Ma rơi xuống đại dơng 385 Bốc từ lục địa 61 Dòng chảy mặt Hồ chứa Dòng chảy sát mặt Mực nớc ngầm Bốc từ đại dơng 424 Dòng chảy mặt chảy biển Thấm 38 Dòng chảy ngầm Dòng chảy ngầm chảy biển Tầng không thấm Vòng tuần hoàn nớc cân nớc toàn cầu với 100 đơn vị ma lục địa Hình 1-1: Sơ đồ cân nớc (Chow V.T., David R Madment Larry W Mays, Thủy văn ứng dụng, Đỗ Hữu Thành Đỗ Văn Toản dịch, Nhà xuất Giáo dục, 1994) Ghi chú: Tơng ứng với 100 đơn vị ma lục địa có 38 đơn vị dòng chảy mặt biển; đơn vị chảy ngầm biển; 61 đơn vị bốc từ lục địa; tơng ứng có 385 đơn vị ma xuống đại dơng 424 đơn vị bốc từ đại dơng Sự phân bố theo không gian không Trên trái đất có vùng có lợng ma phong phú, nhng lại có vùng khô hạn Các vùng nhiều ma (lợng ma > 2000 mm năm) giới phân bố nh sau: Châu Âu: vùng núi Anpơ, Côcazơ, Nauy; Châu á: Việt Nam (trừ số vùng nh châu thổ Cửu Long, Cao Bằng, Lạng Sơn ), Inđônêxia, Philipin, Nhật Bản, Malaixia, Campuchia v.v ) Một đặc thù quan trọng là: Nguồn nớc có trữ lợng hàng năm vô tận, biến đổi không vợt qua giới hạn không phụ thuộc vào mong muốn ngời 10 Quy hoạch quản lý nguồn nớc Nớc thờng phân bố không theo không gian thời gian, dẫn đến không phù hợp tài nguyên nớc yêu cầu sử dụng ngời Tài nguyên nớc đợc đánh giá ba đặc trng quan trọng: Lợng, chất lợng động thái nó: • • • L−ỵng n−íc: tỉng l−ỵng n−íc sinh khoảng thời gian năm thời kỳ năm Nó biểu thị mức độ phong phú tài nguyên nớc vùng lãnh thổ Chất lợng nớc: bao gồm đặc trng hàm lợng chất hoà tan không hoà tan nớc (có lợi có hại theo tiêu chuẩn sử dụng đối tợng sử dụng nớc) Động thái nớc đợc đánh giá thay đổi đặc trng dòng chảy theo thời gian, trao đổi nớc khu vực chứa nớc, vận chuyển quy luật chuyển động nớc sông, chuyển động nớc ngầm, trình trao đổi chất hoà tan, truyền mặn v.v Nguồn nớc giới lớn, nhng nớc yêu cầu cho hoạt động dân sinh kinh tÕ cđa ng−êi N−íc ngät trªn thÕ giới dạng khai thác đợc có trữ lợng không lớn, chiếm khoảng dới 1% tổng lợng nớc có trái đất Khi phát triển dân sinh kinh tế mức thấp, nớc đợc coi môi trờng cần thiết cho sống ngời Trong trình phát triển, ngày có cân đối nhu cầu dùng nớc nguồn nớc Dới tác động hoạt động kinh tế x· héi cđa ng−êi, ngn n−íc ngµy cµng cã nguy bị suy thoái cạn kiệt, nớc đợc coi loại tài nguyên quý cần đợc bảo vệ quản lý Các luật nớc đời với quốc gia có tổ chức để quản lý nghiêm ngặt loại tài nguyên 1.2 Khái niệm hệ thống nguồn nớc đặc điểm 1.2.1 Hệ thống nguồn nớc Quá trình khai thác nguồn nớc hình thành hệ thống công trình thuỷ lợi Những công trình thuỷ lợi đợc xây dựng làm thay đổi đáng kể đặc điểm tự nhiên hệ thống nguồn nớc Mức độ khai thác nguồn nớc lớn thay đổi thuộc tính tài nguyên nớc lớn lại ảnh hởng đến trình khai thác sử dụng nớc ngời Chính vậy, lập quy hoạch khai thác nguồn nớc cần xem xét tác động qua lại tài nguyên nớc, phơng thức khai thác biện pháp công trình Bởi vậy, theo quan điểm hệ thống ngời ta ®Þnh nghÜa hƯ thèng ngn n−íc nh− sau: 174 Quy hoạch quản lý nguồn nước cần xây dựng) Chiến lược tối ưu là: Giai đoạn năm đầu xây dựng công trình 4; giai đoạn xây dựng công trình số 1; giai đoạn xây dựng công trình số số 8; giai đoạn năm cuối xây dựng công trình số lại 5.8 áp dụng mô hình mô quy hoạch nguồn n-ớc Mô hình mô công cụ quan trọng lập quy hoạch quản lý nguồn nước Như trình bày trên, phương pháp mô không tìm lời giải mô hình tối ưu mà sử dụng mô hình mô để tìm lời giải tối ưu Khác với phương pháp tối ưu hoá, phương pháp mô sử dụng mô hình mô để tìm giá trị lớn (bài toán tìm cực đại) nhỏ (bài toán tìm cực tiểu) số phương án cách so sánh trực tiếp giá trị tính toán Nghiệm toán chưa trùng với nghiệm tối ưu toán học (nghiệm phương pháp tối ưu hoá), ía trị gần tối ưu thường gọi nghiệm hợp lý Giả sử ta giải toán tối ưu hoá phương pháp mô thiết kế hệ thống công trình Quá trình phân tích tính toán xác định phương án thiết kế hệ thống thực theo bước chu trình sau: Bước 1: Xác định mục tiêu khai thác hệ thống lượng hoá mục tiêu khai thác Bước 2: Thiết lập phương án biện pháp công trình phương án khai thác hệ thống cấu trúc hệ thống yêu cầu nước (các phương án sử dụng nước, chống lũ, tiêu úng v.v) Bước 3: Xây dựng mô hình mô hệ thống theo phương án công trình phương án khai thác hệ thống Bước 4: Kiểm tra mô hình mô khả đáp ứng yêu cầu nước với phương án công trình thiết lập Quá trình phân tích dẫn đến cần thiết phải điều chỉnh bổ sung phương án công trình phương án khai thác Bước 5: Lựa chọn phương án sau kiểm tra theo yêu cầu bước Bước 6: Tìm phương án tối ưu phương pháp mô Bước 7: Kiểm tra chấp nhận phương án tối ưu phân tích định phương án quy hoạch Để minh họa cho nguyên lý ta xem xÐt vÝ dơ vỊ thiÕt kÕ hƯ thèng hå chứa bậc thang phát điện Giả sử có hồ chứa bậc thang phát điện với mực nước dâng bình thường ấn định Hbt1, Hbt2, Hbt8 175 Chương 5- Kỹ thuật phân tích hệ thống Cần xác định độ sâu công tác (độ sâu nước từ mực nước dâng bình thường đến mực nước chết) hCT1, hCT2, hCT3 cho tổng công suất đảm bảo hệ thống hồ chứa lớn nhất: F (hCT1, hCT2, hCT3) = åN i =1 Pi đ max (5-227) Trong N Pi công suất ®¶m b¶o cđa hå thø i HbtCT1 hCT1 HC1 HbtCT2 hCT2 HC2 HbtCT3 hCT3 HbtHbt: - mực nước dângdâng bình thường; Mực nước bình thường hcth-CTđộ: sâu công tác; Độ sâu công tác ; Mực H H- Cmực nướcnước chết.chết HC3 c Hình 5-16: Sơ đồ hệ thống hồ chứa bậc thang phát điện Để tìm nghiệm tối ưu cho toán ứng dụng phương pháp tối ưu hoá, sử dụng phương pháp mô thực theo bước sau: Bước 1: Lựa chọn phương án độ sâu công tác hCT1, hCT2, hCT8 Giả sử có m phương án Bước 2: Tương ứng với phương án sử dụng mô hình tính toán công suất đảm bảo hệ thống xác định giá trị hàm F (hCT1, hCT2, hCT3) Bước 3: Phân tích chọn phương án phương án tính toán có hàm mục tiêu (5-227) đạt giá trị lớn 176 Quy hoạch quản lý nguồn nước Các bước xác định nghiệm tối ưu theo phương pháp mô toán mô tả hình (5-17) Vì chọn hữu hạn phương án tính toán nên nghiệm tìm nghiệm gần tối ưu không trùng với nghiệm tìm phương pháp tối ưu hoá Các phương án độ sâu công tác: PA1(hCT1,1, hCT2,1, hCT3,1) PA2(hCT1,2, hCT2,2, hCT3,2) PA3(hCT1,3, hCT2,3, hCT3,3) PAj(hCT1,j, hCT2,j, hCT3,j) PAm(hCT1,m, hCT2,m, hCT3,m) TÝnh c¸c giá trị hàm: F= ồN i =1 Mô hình tính toán thuỷ xác định công suất đảm bảo cđa hƯ thèng hå chøa Pi F1(hCT1,1, hCT2,1, hCT3,1) F2(hCT1,2, hCT2,2, hCT3,2) F3(hCT1,3, hCT2,3, hCT3,3) Fj(hCT1,j, hCT2,j, hCT3,j) Fm( hCT1,m, hCT2,m, hCT3,m) (Mô hình mô phỏng) Users model of system Chọn phương án tối ưu phương án mà giá trị hàm mục tiêu có giá trị lớn F (hCT1, hCT2, hCT3) = ồN i =1 Pi đạt giá trị lớn Hình 5-17: Sơ đồ tổng quát xác định nghiệm tối ưu phương pháp mô 177 Chương 6- Hệ thống hỗ trợ định Chương hệ thống hỗ trợ định 6.1 Khái niệm hệ thống hỗ trợ định (DSS) Trong trình lập quy hoạch nguồn nước cho vùng, lưu vực sông người định cần nhận dạng hệ thống nguồn nước, đánh giá động thái hệ thống có đủ thông tin cần thiết để định Thực chất quy hoạch nguồn nước tìm kiếm phương án hợp lý nhằm thỏa mãn nhu cầu nước Để có định hợp lý, người định cần xử lý khối lượng lớn thông tin hệ thống, công việc khó khăn tiêu tốn nhiều thời gian người định Để định, người định cần phân tích thông tin hệ thống sở số liệu thu thập được, thiết bị xử lý thông tin, mô hình để phân tích động thái hệ thống công cụ trợ giúp định Theo Larry W Mays: Water Resource Handbook, McGraw-Hill, 1996, ISBN 07 04 1150 6, trình phân tích định mô tả theo sơ đồ hình (6-1) Người định Mô hình Thiết bị xử lý thông tin Phân tích Công cụ định Số liệu Hình 6-1: Sơ đồ trình phân tích định Larry W Mays:Water Resource Handbook, McGraw-Hill, 1996, ISBN 07 04 1150 178 Quy hoạch quản lý nguồn nước Trước đây, việc phân tích hệ thống người định thường dựa vào số liệu hạn chế sơ cứng, công cụ định thiết bị xử lý thông tin bị hạn chế liên kết nội dung mô tả hình 6-1, ta gọi phương pháp truyền thống Với hệ thống phức tạp tồn nhiều yếu tố bất định hệ thống nguồn nước phương pháp truyền thống hạn chế đến chất lượng việc định Trong năm gần đây, với mục đích nâng cao chất lượng trình định người ta phát triển phương pháp gọi hệ thống trợ giúp định Sự phát triển hướng nghiên cứu dựa sở tiến khoa học lĩnh vực công nghệ thông tin, tin học, công cụ phương pháp tính toán đại Hệ thống hỗ trợ định (Decision Support System - DSS) cung cÊp ph¬ng tiƯn cho nhà định tác động trực tiếp đến sở liệu mô hình phân tích hệ thống Người sử dụng Bắt đầu Quan điểm người sử dụng hệ thống vấn đề hệ thống Thay đổi điều chỉnh Người phân tích Sự phân tích Quan điểm người phân tích hệ thống vấn đề hệ thống Các chương trình Mô hình người sử dụng hƯ thèng ThiÕt lËp DSS KiĨm tra & sư dơng DSS Các chương trình Mô hình hệ thống vấn đề hệ thống DSS Phát triển DSS Hình 6-2: Sơ đồ mô tả chu trình định hướng mô hình DSS Lucks, D.P and J.R Costa (eds.) (1990): Decission Support Systems: Water Resourses Planning Proc of ARD Vidago (Porlugal), Springer-Verlag (ISBN-0.38753097.5) 179 Ch¬ng 6- HƯ thèng hỗ trợ định Lucks D.P đưa định nghĩa sau: Hệ thống hỗ trợ định - DSS hệ thống gồm chương trình sở liệu, mô hình xấp xỉ toán học tối ưu mô hình mô với thuật toán tương ứng thiết lập liên quan đến vấn đề cụ thể, địa điểm vùng cụ thể nhằm trợ giúp cho việc tham khảo, quy hoạch, quản lý, vận hành, thiết kế việc định xử lý tranh chấp yêu cầu sử dụng tài nguyên nước Lucks, D.P and J.R Costa (eds.) (1990): Decission Support Systems: Water Resourses Planning Proc of ARD Vidago (Porlugal), Springer-Verlag (ISBN 0.38753097.5) Hệ thống hỗ trợ tài liệu khác định nghĩa sau: Hệ thống hỗ trợ định - DSS hệ thống thông tin tổng hợp bao gồm phần cứng (hardware), mạng lưới thông tin, sở liệu, sở mô hình, phần mềm (software) người sử dụng DSS nhằm thu thập tổng hợp thông tin phục vụ cho việc định (các nhà định) Hệ thống hỗ trợ định DSS kết hợp việc sử dụng mô hình kỹ thuật phân tích với việc đánh giá truyền thống Việc thiết lập DSS nhằm mục đích dễ dàng sử dụng hoàn cảnh có tác động qua lại thích nghi với thay đổi môi trường tiếp cận định người sử dụng Ngoài ra, để nâng cao hiệu mặt kinh tế, DSS tăng cường hiệu mặt quản lý việc sử dụng phân tích có điều kiện Trên sơ đồ hình 6-3 rõ khác biệt phương pháp truyền thống DSS Phương pháp truyền thống DSS (Decision Support System) - Những vấn đề cấu trúc rõ ràng - Sử dụng phương pháp tinh toán đơn giản - Cấu trúc cứng nhắc - Thông tin hạn chế - Những vấn đề không cấu trúc rõ ràng - Sử dụng mô hình - Cấu trúc có tương tác qua lại - Có khả sử dụng thích nghi thông tin cập nhật thường xuyên - Có thể nâng cao chất lượng định sở sử dụng mô hình toán phần mềm trợ giúp định - Có thể nâng cao chất lượng định cách làm rõ ràng số liệu thô Hình 6-3: Sự khác phương pháp truyền thống DSS Thực chất trình định trình phân tích hệ thống trợ giúp DSS Đối với toán quy hoạch quản lý nguồn nước mô hình mô mô hình tối ưu hoá cần thiết Những mô hình toán sử dụng rộng rãi quy hoạch quản lý nguồn nước xây dựng theo dạng cấu trúc DSS Quá trình phân tích hệ thống định với hỗ trợ DSS mô tả hình 6-1 180 Quy hoạch quản lý nguồn nước 6.2 Hệ thống hỗ trợ định quy hoạch quản lý nguồn n-ớc Hệ thống hỗ trợ định thiết lập phục vụ cho công tác quản lý nhiều ngành kỹ thuật khác Mỗi lĩnh vực kỹ thuật đối tượng cần quản lý có yêu cầu riêng việc thiết lập DSS Hệ thống hỗ trợ định ứng dụng rộng rãi lĩnh vực quy hoạch quản lý nguồn nước có mảng sau: Cơ sở liệu hệ thống Các mô hình hệ thống (được coi công cụ phân tích hệ thống) Hệ thống thông tin xử lý thông tin Các phần mềm Các mảng thường liên kết với phần mềm quản lý điều hành mô hình toán hệ thống Công cụ đánh giá ã ã ã Chọn tiêu chuẩn đánh giá Xây dựng kịch Kiểm tra đánh giá ã ã Xác lập thông tin Cơ sở liệu Hệ thống thông tin địa lý GIS Công xư lý th«ng tin · · M« pháng hƯ thống (mô hình mô phỏng) Mô hình tối ưu Hình 6-4: Cấu trúc mối liên kết khối cña DSS Loucks, D.P 1991 Computer Aided Decission Support in Water Resources Planning and Management In Loucks D.P and J.R Costa (eds), Decission Support Systems: Water Resources Planning: Proceedings from the NATO Advanced Research Workshop on Computer-Aided Support Systems for Water Resources, Researc and Management Ericeria, Portugal 24-28 September, 1990 Chương 6- Hệ thống hỗ trợ định 181 Larry W Mays ®· ®a cÊu tróc tỉng quát hệ thống DSS (xem hình 6-4) gồm khối sau: ỉ Công cụ đánh giá bao gồm: chọn tiêu chuẩn đánh giá, xây dựng kịch kiểm tra đánh giá ỉ Xác lập thông tin bao gồm sở liệu hệ thống thông tin địa lý GIS ỉ Công cụ xử lý thông tin bao gồm: Mô hệ thống, mô hình tối ưu Rene F.Reitsma, Edith A.Zagona (eds.) sở tổng hợp công trình công bố DSS đưa lược đồ tổng quát xây dựng hệ thống hỗ trợ định gồm bước sau: (1) Xác định cần thiết phân tích hệ thống: sở xác định vấn đề cần thiết phải phân tích, sơ thiết kế hệ thống hỗ trợ định dự kiến tài liƯu cã liªn quan cho viƯc thiÕt kÕ DSS (2) Xác lập đề cương, mục tiêu thiết lập DSS: bao gồm việc lượng hoá mục tiêu, lựa chọn mô hình toán đặt ra, thiết lập cấu trúc DSS xác lập GIS (3) Chi tiết hoá chức DSS thiết lập (4) Chi tiết hoá phần mềm (Software) DSS: Trên sở chi tiết hoá chức DSS xây dựng chương trình, thuật toán mô tả chức hoạt động DSS, xây dựng sở liệu xây dựng phần mềm DSS (5) Phát triển DSS: bước khái quát hoá hoàn thiện thiết kế DSS sở mục tiêu nội dung cần phải phân tích (6) Khởi động thử nghiệm: thử nghiệm thiết kế DSS để phân tích tính khả dụng thiết kế (7) Kiểm tra bổ sung cho DSS thiết lập: sở kiểm tra với hệ thống thực để kiểm tra khả làm việc chất lượng DSS, từ bổ sung vào thiết kế DSS (8) Đóng gói tích hợp 6.2.1 Cơ sở liệu Cơ sở liệu lưu giữ nhờ phần mềm Ngân hàng liệu Môđun đóng vai trò sở liệu có chức lưu trữ, cho phép cập nhật (sửa chữa, thêm, bớt) liệu Các loại liệu quản lý bao gồm: + Các tài liệu khí tượng-thuỷ văn: Lượng mưa, lượng bốc hơi, độ ẩm không khí tương đối, nhiệt độ không khí, số nắng, tốc độ gió, lưu lượng, mực nước + Các tài liệu liên quan đến sử dụng nước: Khu tưới, khu tiêu, đặc tính đất đai, cấu trồng 182 Quy hoạch quản lý nguồn nước + Tài liệu hệ thống công trình: Hồ chứa, cống điều tiết, cống lấy nước, trạm bơm, kênh mương, loại công trình khác cầu máng, xiphông + Tài liệu dân sinh-kinh tế yêu cầu dùng nước ngành; + Tài liệu vận hành tưới/tiêu phòng lũ hệ thống; + Các đồ GIS (Hệ thống thông tin địa lý) thể loại số liệu + Ngoài ra, số loại tài liệu hồ sơ thiết kế, quy hoạch hệ thống, văn pháp quy liên quan đến hệ thống, quy trình vận hành, hình ảnh phim video quản lý môđun dạng trang HTML (ngôn ngữ đánh dấu siêu văn sử dụng Internet) Các thông tin môđun quản lý cập nhật tiện lợi thông qua khung nhập liệu Các số liệu lưu giữ ngân hàng liệu thiết kế cho trao đổi thông tin phục vụ cho phần mềm ứng dụng khác: mô hình mô phỏng, phân tích liệu v.v Chức ngân hàng liệu phục vụ cho mục đích tra cứu thông tin Ngoài ra, người sử dụng tra cứu toàn thông tin sở liệu cách tuỳ biến thông qua tra cứu đồ GIS Thông tin tra cứu thể qua bảng biểu, dạng đồ thị thể đồ GIS, dạng hồ sơ tư liệu khác hình ảnh, phim v.v 6.2.2 Mô hình toán Mô hình toán mảng quan trọng hệ thống trợ giúp định Mô hình toán bao gồm mô hình mô mô hình tối ưu hoá Mô hình mô sử dụng để phân tích hệ thống nguồn nước theo tác động khác vào hệ thống Mô hình mô bao gồm mô hình thành phần liên kết với xếp thành môđun riêng cấu trúc phần mềm chung Mô hình mô hệ thống bao gồm mô hình tính nhu cầu nước, chuyển tải nước hệ thống sông (mô hình thuỷ văn, mô hình thuỷ lực), mô hình chất lượng nước, mô hình tính toán hiệu kinh tế Mô hình tối ưu hoá sử dụng để tính toán xác định phương án tối ưu toán quy hoạch điều hành hệ thống 6.2.3 Hệ thống trao đổi thông tin Hệ thống truyền tin thường thiết lập quản lý hệ thống nguồn nước Hệ thống trao đổi thông tin thường thiết kế hoạt động theo nguyên tắc tự động hóa Hệ thống đo đạc quan trắc trao đổi thông tin thiết kế đa dạng phụ thuộc vào công cụ truyền tin (mạng Intenet, kỹ thật Rađa, ảnh vệ tinh ) Cã thĨ minh ho¹ cÊu tróc cđa hƯ thèng đo đạc trao đổi thông tin đơn giản (hình 6-5, 6-6, 6-7) 183 Chương 6- Hệ thống hỗ trợ định Hệ thống trao đổi thông tin có nhiệm vụ tự động truyền thông tin đo đạc quan trắc, truyền lệnh điều khiển hệ thống Các thông tin hệ thống liên kết với mảng sở liệu mảng mô hình toán a Thiết bị trao đổi thông tin hữu tuyến hay vô tuyến Hệ thống truyền tin dạng vô tuyến mô tả hình 6-5 6-6 Tính hoạt động hệ thống sau: - Tất thiết bị phần cứng phải có chương trình điều khiển (Driver) để truyền/nhận thông tin dạng mã số: bao gồm thông tin đo đạc, liệu hệ thống lệnh điều khiển - Truyền thông tin đo trạm đo theo thời gian quy định dạng số đặc trưng mực nước, mưa, độ ẩm không khí v.v - Các thiết bị phải có chức truyền tin theo dạng truyền số liệu, truyền lệnh điều khiển, truyền tệp thông tin liệu lưu từ trạm đo trung tâm ngược lại - Chế độ truyền thông tin lưu giữ thông tin thiết bị đo nên quy định theo chế độ đo đặc trưng khí tượng thủy văn đặc trưng khác hệ thống - Một tập tin truyền từ trạm đo trung tâm ngược lại phải bao gồm mã đặc trưng truyền, mã đặc trưng thời gian tương ứng, giá trị đặc trưng địa trao đổi thông tin b Sơ đồ liên kết mạng phần cứng phần mềm Máy thu phát Driver máy thu phát Thiết bị lưu thông tin Driver thiết bị đo Phần mềm b Sơ Máy tính Sơ đồ 3-3: Sơ đồ liên kết trạm đo Hình 6-5: Sơ đồ liên kết trạm đo Thiết bị đo 184 Quy hoạch quản lý nguồn nước Tại trạm đo: Máy tính trạm đo cài đặt phần mềm sở liệu, có chức lưu trữ số liệu đo đạc trạm đo cập nhật thông tin khác hệ thống vùng quản lý trạm đo Máy thu phát Seial port Driver máy thu phát Thiết bị lưu thông tin Bảng điện tử Driver bảng điện tử đo Phần mềm b Sơ Máy tính 3-4 Hình 6-6: Sơ đồ liên kết trung tâm Sơ đồ liên kết trạm đo trình bày hình 6-5 Sơ đồ có thành phần liên kết sau: Một Driver thiết bị đo có chức thu tin từ thiết bị đo và: - Chuyển thẳng thông tin qua Driver máy phát để phát tin trung tâm - Chuyển thông tin trực tiếp vào Phần mềm máy tính Một Driver máy phát có chức năng: - Chuyển thẳng thông tin thu nhận từ trung tâm vào phần mềm điều hành (Khi máy tính làm việc) chuyển qua thiết bị lưu thông tin để chuyển vào máy tính máy tính bắt đầu làm việc - Chuyển thông tin từ trạm đo qua phần mềm máy tính trung tâm - Chuyển trực tiếp thông tin đo đạc thiết bị đo trung tâm Một Thiết bị lưu thông tin có chức lưu thông tin truyền từ trung tâm máy tính trạm đo không làm việc tự động chuyển thông tin thu vào phần mềm điều hành máy tính bắt đầu làm việc 185 Chương 6- Hệ thống hỗ trợ định Mạng nối với trung tâm Mạng trạm đo Máy chủ RAS Bảng hiển thị thông tin (màn hình Mạng cục (LAN) tai Trung tâm điều khiển Máy in mạng Bộ nối trung tâm (HUB) Máy trạm Trung tâm Các trạm làm viƯc tõ xa Tr¹m Tr¹m Tr¹m Hình 6-7: Hệ thống truyền tin hữu tuyến 186 Quy hoạch quản lý nguồn nước Tại trung tâm: Máy tính trung tâm cài đặt phần mềm Hệ điều hành Ngân hàng liệu, có chức thực kết tính toán phương án điều hành, lưu trữ số liệu đo đạc liệu khác truyền từ trạm đo, cập nhật thông tin khác hệ thống phát mệnh lệnh từ trung tâm tới trạm đo Sơ đồ liên kết trung tâm trình bày hình 6-6 Sơ đồ có thành phần liên kết sau: Một Driver máy thu phát có chức năng: - Chuyển thẳng thông tin thu nhận từ trạm đo vào phần mềm điều hành máy trung tâm (Khi máy tính làm việc) chuyển qua thiết bị lưu thông tin để chuyển vào máy tính trung tâm máy tính bắt đầu làm việc - Chuyển thông tin từ trạm đo qua Driver bảng điện tử đến Bảng điện tử - Chuyển thông tin điều khiển đến trạm đo Một Driver bảng điện tử có chức chuyển thông tin từ trạm đo từ phần mềm điều hành trung tâm đến bảng điện tử Hệ thống truyền tin vô tuyến có cấu trúc gồm mạng rộng mạng nội (xem hình 6-7) 6.2.4 Phần mềm hỗ trợ định Phần mềm hỗ trợ định thiết kế theo nguyên tắc liên kết tất mảng hệ thống hỗ trợ định Trong thực tế, phần mềm trợ giúp định quy hoạch quản lý nguồn nước thường có mảng sau: - Mô hình mô hệ thống - Cơ sở liệu có chức lưu trữ số liệu phục vụ tra cứu liên kết với mô hình mô để phục vụ tính toán Cơ sở liệu liên kết với hệ thống thông tin địa lý (GIS) Hiện nay, mô hình toán hệ thống mô hình ISIS, MIKE11, HECRESIM v.v xây dựng theo nguyên tắc Hệ thống hỗ trợ định, bëi vËy rÊt tiƯn dơng cho ngêi sư dơng trình định Chương 6- Hệ thống hỗ trợ định 187 tài liệu tham khảo [1] Branislav Djordjevic: Cybernetics in Water Resources Management, Water Resources Publications, Highlands Ranch, Colorado,1993, ISBN 918334 82 [2] Biswas, A.K, Jellali, M., and Stout G.E., (eds.) (1993): Water for Sustainable Development in the TWenty-fist Century, oxford University Press (ISBN 19 563303 4) [3] Goodman,A.S Principles of Water Resources Planing Prentise-Hall, Inc, 1984, ISBN 137 10616 [4] Daniel P Louks, Jery R Stedinger, Dougias A Haith: Water Resource Systemt Planning and Analysis, International Institute for Hydraulic and Environmental Engineering, Delft, the Netherlands,1981, ISBN 139 45923 [5] Larry W Mays:Water Resource Handbook, McGraw-Hill, 1996, ISBN 07 04 1150 [6] Mays L.W., Tung Y.K., Hydrosystems engineering and management, McGrawHill, Inc, 1992,ISBN 070 41146 [7] Loucks, D.P 1991 Computer Aided Decission Support in Water Resources Planning and Management In Loucks D.P and J.R Costa (eds), Decission Support Systems: Water Resources Planning: Proceedings from the NATO Advanced Research Workshop on Computer-Aided Support Systems for Water Resources, Researc and Management Ericeria, Portugal 24-28 September, 1990 [8] Grigg N.S., Water Resources Management: Principles, Regulations, and Cases, McGraw-Hill,1996 ISBN 070 41146 [9] James, L.D and Lee, R.R: Economics of Water Resource Planning, McGrawHill,1996 Library of Congress No 79 115146 [10] Loucks, D.P, Stedinger, J.R: Water Resources Systems Planning and Analysis, Prentice-Hiall,1981 (ISBN: 139 45923 5) [11] World Bank (1993): Water Resource Planning, A World Bank Policy Paper The World Ba Washington, D.C [12] B¸o cáo nông nghiệp Dự án qui hoạch tổng thể đồng sông Hồng (VIE 89/034), Hà Nội, 2-1993 [13] Báo cáo Dự án nạo vét sông Ninh cơ, Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn, Hà Nội, 4- 2001 [14] Báo cáo kinh tế vùng đồng sông Hồng Dự án qui hoạch tổng thể đồng sông Hång (VIE 89/034), Hµ Néi, 2-1994 [15] Chow V.T., David R Maidment Larry W Mays, Thuỷ văn ứng dụng, Đỗ Hữu Thành Đỗ Văn Toản dịch, Nhà xuất Giáo dục, 1994 [16] N N Moi xeep: Các vấn đề toán học phân tích hệ thống, Nayka Mascova, 1981 [17] E.P Galianhin: Tèi u hãa ph©n phèi níc cho hƯ thèng tíi Leningrat - 1981 [18] B G Priazinskaia: Mô hình toán lĩnh vực nguồn nước, Nayka - Mascova, 1985 [19] Việt Nam - Đánh giá tổng quan ngành thủy lợi, Báo cáo WB, ADB, FAO, UNDP, NGO vµ IWRP lËp, 1996 188 Quy hoạch quản lý nguồn nước Chịu trách nhiệm xuất bản: nguyễn cao doanh Phụ trách thảo: Phạm khôi - Hoàng Nam Bình Trình bày bìa: Ngọc nam Nhà xuất Nông Nghiệp 167/6 - Phương Mai - Đống Đa - Hà Nội ĐT: 8524506 - 8523887 Fax: (04) 5760748 Email: NXB.Nongnghiep.BT3@gmail.com Chi nhánh NXB Nông Nghiệp 58 Ngun BØnh Khiªm - Q.1, TP Hå ChÝ Minh §T: 8297157 - 8299521 Fax: (08) 9101036 M· sè: 63 - 630 642 - 06 223 NN - 2006 In 520 khổ 19 x 27 cm Xưởng in NXB Nông nghiệp Giấy chấp nhận đăng ký kế hoạch xuất số 08-2006/CXB/642-223/NN Cục Xuất cấp ngày 15/12/2005 In xong vµ nép lu chiĨu q I/2006 ... Chơng Quy hoạch quản lý nguồn nớc 2.1 Nhiệm vụ quy hoạch quản lý nguồn nớc 2.2 Các toán quy hoạch quản lý nguồn nớc 2.3 Chơng trình nớc quốc gia dạng quy hoạch nguồn nớc 2.4 Nội dung bớc lập quy hoạch. .. sông Mê Kông 22 Quy hoạch quản lý nguồn nớc Chơng quy hoạch quản lý nguồn nớc 2.1 Nhiệm vụ quy hoạch quản lý nguồn nớc Quy hoạch nguồn nớc hoạch định chiến lợc sử dụng nớc cách hợp lý quốc gia,... triển nguồn nớc Kỹ thuật phân tích hệ thống ứng dụng quy hoạch quản lý nguồn nớc áp dụng phơng pháp tối u hoá quy hoạch quản lý nguồn nớc Hệ thống hỗ trợ định quy hoạch quản lý nguồn nớc Quy hoạch