Đối với mỗi quỹ đạo phát triển nhận được ở bước 1 (giai đoạn I), sự tối ưu hóa được thực hiện theo công thức (4), đầu tiên cho giai đoạn với thông tin là xác suất có điều kiện và sau đó [r]
(1)Tối ưu hóa quỹ đạo phát triển hệ thống thoát nước
Phương án phát triển, phân tích tối ưu hóa thơng số hệ thống nước có vốn đầu tư hạn chế xây dựng thích ứng với kinh tế thị trường, thâm nhập sâu vào ngành công nghiệp
Tóm tắt:
Việc chuyển đổi sang kinh tế thị trường định nghĩa quản lý công nghệ phát triển hệ thống kỹ thuật đô thị Công nghệ chuyển đến cấp thành phố qui mô lớn hơn, đề xuất hai giai đoạn
Đầu tiên chuẩn bị đề án phát triển hệ thống cấp thoát nước Thứ hai thực hóa đề án dựa chương trình đầu tư Các chương trình đầu tư tạo đảm bảo tài cho việc phát triển bền vững sửa chữa hệ thống nước thơng qua thành phần đầu tư biểu thuế, phí kết nối cho đối tượng xây dựng tài trợ có mục tiêu Các chương trình vốn nhà nước, thành phố khoản vay tín dụng Vì nguồn tài cho việc phát triển hệ thống nước có hạn nên phát sinh vấn đề việc phân phối hợp lý xây dựng tái thiết hệ thống có sẵn Trong báo đề xuất phương pháp hình thành tối ưu hóa phương án phát triển hệ thống thoát nước, lựa chọn phương án tốt việc bị hạn chế đầu tư
Đồng thời đề xuất mơ hình phương pháp phân tích, tối ưu hóa tái thiết phát triển có tính đến độ tin cậy khả chống động đất
1 Mở đầu
Ở nước ta hệ thống nước có thị xí nghiệp cơng nghiệp khơng hồn tồn tương ứng với yêu cầu công nghệ, sinh thái vệ sinh đại đặt tiêu chuẩn nhà nước, quy định tiêu chuẩn công nghệ
Lý cho điều việc chuyển đổi kéo dài hệ thống đô thị vào kinh tế thị trường Sự chuyển đổi tiếp diễn khó để biết hồn thành Tuy nhiên điều mang lại nhiều cách thức quản lý tổ chức lao động, kĩ thuật hoạt động trang thiết bị Mặc dù vậy, xuất vấn đề với phục hồi mạng lưới sở vật chất bị xuống cấp (khấu hao 60-80%), tỷ lệ cố tăng lên, số thành phần bắt đầu làm việc chế độ tắc nghẽn, có phận khác không thực làm việc
Yêu cầu hành động khẩn cấp để tăng cường, tái thiết phát triển hệ thống thoát nước Và cần thực hệ thống quản lý phát triển tiên tiến thích ứng với chế thị trường 2 Cơ sở lý thuyết
(2)lặp lại hai vấn đề:
(1) Tăng cường công tác mạng lưới trang thiết bị có;
(2) Tái thiết, mở rộng cơng trình có xây sở xử lý nước thải Các thách thức toán tăng cường bao gồm:
- Thực biện pháp phòng ngừa nhằm tăng cường khả chuyển tải lưu lượng mạng lưới sở;
- Phát vị trí bị "thu hẹp" loại bỏ cách thay (xu hướng tăng cường) số thành phần mạng lưới;
- Lựa chọn chế độ hoạt động hợp lý trạm bơm, nhà máy xử lý, bể chứa, cống nước có áp khơng áp;
- Tối ưu hóa phương thức hoạt động mạng lưới, khoanh vùng phân phối lại dòng chảy,… Cần lưu ý việc tăng cường hệ thống nước có hiệu hệ thống có nguồn dự trữ cho khả chuyển tải, hiệu trạm bơm, cống áp lực trọng lực Tuy nhiên, lưu lượng tăng giảm đến thời điểm mà lượng dự trữ không đủ để thu, lưu chuyển xả nước thải Trong trường hợp này, cần phải nâng cấp, mở rộng phát triển mạng lưới sở có Đây vấn đề phức tạp bao gồm việc: - Xác định cấu trúc thông số thành phần hệ thống thoát nước;
- Lựa chọn phương pháp hợp lý để tái thiết tối ưu hóa thơng số đường ống có áp, khơng áp sở;
- Phát triển biện pháp để đảm bảo độ tin cậy cần thiết, an tồn mơi trường, kiểm soát phận riêng lẻ hệ thống thoát nước chung
3 Phương pháp tiếp cận
Rõ ràng, việc đối phó với vấn đề cần xác định lượng dự trữ cho khả chuyển tải mạng lưới sở Lượng dự trữ đảm bảo tăng lưu lượng thiết kế, thông số thành phần, trạm bơm, vv, vượt sớm nhịp độ xây dựng (so với vận hành nó)
Nếu lượng dự trữ nhỏ tồn trình quản lý phát triển phải liên tục tái thiết lại thành phần mạng lưới sở Nếu lớn, dẫn đến lãng phí vốn đầu tư hoạt động khơng hợp lý hệ thống nước (lắng bùn, tắc nghẽn đường ống) Vì vậy, cần phải lựa chọn lượng dự phòng tối ưu phân phối đắn vốn đầu tư việc phát triển tái thiết thành phần mạng lưới có theo năm theo chu kì phát triển hệ thống nước Vấn đề phức tạp, đa dạng bao gồm:
(3)kín, sửa chữa xây dựng lại đường ống có [1,2], góp phần đáng kể vào khơi phục nhanh chóng, có kế hoạch mạng lưới sở bị xuống cấp
Tuy nhiên, điều địi hỏi phải có đánh giá công nghệ này, nghiên cứu xác định vị trí chúng giai đoạn cụ thể phát triển hệ thống thoát nước Ví dụ, phủ lớp đường ống gang bê tông cốt thép vật liệu polime làm tăng 15-20% khả сhuyển tải đường ống nên áp dụng cách phận mạng lưới bị tắc nghẽn Nếu phận đường ống hoạt động tốc độ lắng cặn phận địi hỏi đường ống có đường kính nhỏ Nếu phận đường ống bị tải đáng kể, địi hỏi thiết bị đường ống có đường kính lớn phương pháp đào hở hay đào kín Một số lựa chọn khác xây dựng đường ống song song, xây dựng đường ống chôn sâu Sự lựa chọn phương án hay phương án đòi hỏi phân tích tính khả thi phụ thuộc vào khả thực đặc trưng thành phố
4 Phương pháp đề xuất
Ở nhiều thành phố châu Âu người ta cấm công nghệ chôn đường ống với cách đào hở Với phát triển diện tích xây dựng làm thu hẹp đáng kể phương án vạch tuyến đường ống phương pháp tái thiết chúng
Trong trường hợp này, cách tiếp cận hiệu phương pháp sơ đồ thiết kế dự phịng, phương pháp hình thành cách đưa trước phương án lựa chọn việc đặt ống, tái thiết phát triển hệ thống thoát nước [3] Áp dụng phương pháp cho phép tránh lựa chọn không tối ưu tạo tập hợp phương án khả thi cho cấu trúc thông số hệ thống thoát nước, khác biệt chi phí nguồn lực lao động vật liệu Khi thành lập sơ đồ dự phịng gán trước khả tái thiết (xây song song, lót ống chỗ, xây dựng đường ống mới, xây trạm bơm, vv ) Do đó, mơ hình kỹ thuật có liên quan đến nghiên cứu thơng số hệ thống thoát nước phải đảm bảo loại bỏ đoạn ống, đường kính, trạm bơm, cống có áp không áp, nhà máy xử lý nước thải làm việc khơng hiệu (so với tiêu chí tối ưu hóa lựa chọn)
Như lưu ý, phát triển hệ thống thoát nước diễn giai đoạn vốn đầu tư thực thời điểm khác nhau, cịn chi phí hoạt động tăng lên giảm xuống Đối với hệ thống cấp nước thoát nước, phương pháp nghiên cứu [4] khuyến khích thực so sánh phương án, thực tiêu chí chi phí chiết khấu
Với trình tự xây dựng vận hành hệ thống xử lý nước thải, tiêu chí có dạng sau:
(4)Ví dụ, sơ đồ hệ thống nước tính 15 năm (T = 15), thực ba giai đoạn (V = 3) ba chương trình đầu tư, chương trình năm (θ = 5), năm thực chi tiêu – số năm hoàn thành xây dựng (τ = 15), thời gian hoàn vốn - năm (E = 0,16) Nếu tái thiết phát triển hệ thống nước có, xây dựng giai đoạn đầu tiên, vốn đầu tư sử dụng vào việc cải tạo có xây dựng đường ống sở vật chất mới, cịn chi phí giai đoạn (5 năm) tính tới vận hành hệ thống nước có Trong việc xây dựng giai đoạn thứ hai chi phí áp dụng cho chi phí vận hành mạng lưới có mạng lưới – xây dựng giai đoạn đưa vào hoạt động Tương tự đến thực giai đoạn thứ ba xây dựng chi phí vận hành đầy đủ, chi phí thể công thức (1) dạng hạng tử sau Vì vậy, tiêu chí tối ưu hóa giai đoạn có chi phí sau:
Trong – vốn đầu tư cho xây dựng cải tạo, chi phí vận hành hệ thống có
Vốn đầu tư chi phí vận hành sử dụng cách phù hợp cho chi phí thiết kế, xây dựng, tái thiết hoạt động đường ống có áp, khơng áp trạm bơm nước thải Để xác định chi phí vận hành khơng định kỳ, khuyến khích sử dụng thông tin chứa quy định giá xây dựng: NCS 81-02-14-2012 " Mạng lưới cấp thoát nước ", tài liệu: "Định mức dự toán đánh giá công nghệ xây dựng."
Đối với hệ thống nước thải độ tin cậy, khả chống động đất an tồn mơi trường nên đánh giá số định lượng - khối lượng nước thải chưa qua xử lý hình thành khoảng thời gian định từ xuất loại bỏ cố Trong nghiên cứu[7], đề xuất tính tốn thể tích lượng nước thải sở cường độ hỏng hóc phục hồi đường ống có thiết kế Khả chống động đất tính tốn thơng qua gia tăng hỏng hóc, phụ thuộc vào cường độ chấn động hướng tác động trận động đất
[8].Phương pháp tối ưu hóa hệ thống nước có tính đến độ tin cậy kháng địa chấn mô tả kĩ nghiên cứu [9]
Rõ ràng, chi phí để ngăn chặn nước thải chưa xử lý tràn bề mặt, chi phí chuyển tải xử lý nhà máy phải bổ sung vào chi phí vận hành
Theo quan điểm nêu trên, toán tối ưu quản lý phát triển hệ thống nước tóm tắt sau Cần phải tìm cấu trúc mạng lưới dịng chảy hệ thống nước, đảm bảo chi phí tối thiểu xây dựng theo giai đoạn, hoạt động ngăn ngừa tràn nước thải chưa qua xử lý diện tích bề mặt đất bể chứa
Để đánh giá phương án phát triển giai đoạn thực hóa, đề xuất tổ hợp mơ hình phương pháp phân tích, tối ưu hóa thơng số phương thức hoạt động hệ thống thoát nước tái thiết [10-13] Sự lựa chọn phương án tốt thực khoản đầu tư hạn chế, khoản xác định chương trình đầu tư giai đoạn phát triển hệ thống thoát nước
(5)số lượng giai đoạn xây dựng, !-giai thừa Ví dụ, việc xây dựng ba giai đoạn phát triển, số phương án 6, bốn giai đoạn 24, năm giai đoạn 120, 15 giai đoạn - 1307674368000 phương án Cần lưu ý số lượng phương án cho việc phát triển hệ thống thoát nước phụ thuộc vào số lượng giai đoạn xây dựng lên kế hoạch không phụ thuộc vào sơ đồ phát triển thành phố hệ thống kỹ thuật
Có thể thấy số giai đoạn xây dựng khơng lớn năm giai đoạn Trong trường hợp nhiều hơn, địi hỏi phát triển phương pháp tối ưu hóa cách tiếp cận Trong báo đề xuất phương pháp Phương pháp dựa trình gồm nhiều bước để tối ưu hóa thơng số thành phần thành phần cải tạo mạng lưới, với việc xây dựng trước sơ đồ thị phát hệ thống thoát nước từ trạng thái sang trạng thái khác
Trong hình thể đồ thị xây dựng hệ thống thoát nước ba, bốn năm giai đoạn Trong hình Q1, Q2, Q3, – Lưu lượng nước thải giai đoạn đầu tiên, thứ hai thứ ba thứ tự xây dựng
Hình 1: Đồ thị chuyển tiếp hệ thống thoát nước, thực ba (a), bốn (b) năm (c) giai đoạn xây dựng
(6)xây dựng Phương trình hàm tối ưu quản lý phát triển hệ thống nước có dạng sau:
Cần lưu ý nhiều thông số thiết kế hệ thống nước thải khơng xác định có tính chất xác suất Và khoảng thời gian (trong tương lai), nguồn thơng tin coi xác định, sau xác suất có điều kiện sau không xác định (thông tin hiểu giá vật liệu, giá nhân cơng, thay đổi công nghệ, thay đổi nhu cầu sử dụng nước, thay đổi lưu lượng nước thải….vv)
Theo thời gian khơng biết thông tin thay đổi nào, tức thơng tin chuyển từ khơng xác định sang xác suất có điều kiện từ xác suất có điều kiện sang xác định Rõ ràng, lựa chọn cấu trúc thông số tối ưu hệ thống thoát nước giai đoạn đầu xây dựng cần phải xét đến trạng thái sau
Nếu số thơng tin ban đầu đưa dạng xác suất điều kiện chuyển tiếp (3) từ trạng thái v-1 sang v coi kỳ vọng tốn học chi phí phát triển tái thiết chúng:
Theo quan điểm cách tiếp cận phương pháp nêu trên, sơ đồ quản lý phát triển hệ thống nước dạng tổng qt đề xuất sau:
1 Theo công thức (3), quỹ đạo phát triển tối ưu mở rộng để giai đoạn xây dựng có nguồn thơng tin đầu vào xác định;
(7)3 Sau giải cho giai đoạn cuối cùng, thơng số hệ thống nước tương ứng với quĩ đạo phát triển tối ưu khảo sát ngược lại;
4 Lập kế hoạch thích ứng [13] thực chuyển đổi sang bước Tất phép tính lặp lại lần V hệ thống thoát nước xây dựng hồn chỉnh
Ý tưởng lập kế hoạch thích ứng khuôn khổ phương pháp đề xuất dễ dàng thực hóa sau:
a) Lựa chọn quỹ đạo tối ưu phát triển hệ thống thoát nước tiến hành xây dựng giai đoạn đầu tiên;
b) Sau thay đổi thơng tin nên phải điều chỉnh quĩ đạo để có định có cho việc xây dựng giai đoạn tiếp theo, vv
Xem xét ví dụ phát triển hệ thống nước bốn giai đoạn (Hình 2), đồ thị khả chuyển tiếp thể hình 1b Ở hình 1d, đường nét đứt thể quỹ đạo phát triển tối ưu hệ thống nước, quĩ đạo có từ phương pháp đề xuất báo Hình cho thấy kết tính tốn, theo đoạn 8-7 giai đoạn khác xây dựng cần phải xây đường ống song song, đoạn 9-8 cần hai đường ống song song, đoạn 1-7,10-9,11-10 cần đoạn
Hình Sơ đồ hệ thống thoát nước (đường nét đậm sơ đồ có, đường nét mảnh thể sơ đồ dự phòng cho giai đoạn I, II, III, IV)
(8)Nếu biết trước vốn đầu tư phân bổ cho việc thực giai đoạn việc xác định thơng số đơn giản thực bước Trong việc tính tốn thực dựa khả chuyển tải lưu lượng nước thải từ tất khu vực dân cư, cịn mơ hình tối ưu hóa, khoản đầu tư cần thiết không vượt khoản phân bổ 5 Kết luận
Trong báo đề xuất phương pháp cách hình thành phương án phát triển, phân tích tối ưu hóa thơng số hệ thống nước có vốn đầu tư hạn chế xây dựng Phương pháp thích ứng với kinh tế thị trường, thâm nhập sâu vào ngành công nghiệp quan trọng – ngành kỹ thuật sở hạ tầng Phương pháp cho phép tính tốn cho giai đoạn có thơng tin xác định, thơng tin có tính xác suất thơng tin khơng xác định trạng thái hệ thống thoát nước tương lai Từ công thức sở lý thuyết nêu, toán giải cách xây dựng chương trình mơ dựa ngơn ngữ lập trình C++, với phần mềm xây dựng rút ngắn đáng kể thời gian tìm phương án tối ưu Phần mềm có giúp ích cho nhà thiết kế việc qui hoạch mạng lưới nước cho thị tương lai
Tài liệu tham khảo
1 Храменков С.В., Орлов В.А., Харькин В.А Оптимизация восстановления водоотводящих сетей.- М.: Стройиздат, 2002.-185 с
2 Саломеев В.П Реконструкция инженерных систем и сооружений водоотведения.- М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2009.-192 с
3 Чупин Р.В Оптимизация развивающихся систем водоотведения - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2015 418 с
4 Составление технико-экономической части проектов внеплощадочных систем
водоснабжения и канализации (Справочное пособие к СНиП) Союзводоканалпроект М Стройиздат 1991 -80 с
5 Методических указаний по расчету регулируемых тарифов в сфере водоснабжения и водоотведения, утв Приказом ФСТ России от 27.12.2013 № 1746-э
Vài nét tác giả:
1 TS Chupin Roman Viktorovich – Tiến sỹ, Nhà nghiên cứu cao cấp Bộ môn Xây dựng thành phố quản lý đô thị, Viện Kiến trúc Xây dựng, Trường Đại học Nghiên cứu Kỹ thuật Quốc gia Irkutsk – Liên bang Nga, tel (+84)973136218, e-mail: info@123doc.org
2 ThS Phạm Ngọc Minh – Nghiên cứu sinh Bộ môn Xây dựng thành phố quản lý đô thị, Viện Kiến trúc Xây dựng, Trường Đại học Nghiên cứu Kỹ thuật Quốc gia Irkutsk – Liên bang Nga
3 GS TSKH Chupin Viktor Romanovich – Giáo sư, Tiến sỹ khoa học, Trưởng môn Xây dựng thành phố quản lý đô thị, Viện trưởng Viện Kiến trúc Xây dựng, Trường Đại học Nghiên cứu Kỹ thuật Quốc gia Irkutsk – Liên bang Nga
4 ThS Nguyễn Ngọc Thiệp– Bộ mơn Cấp nước, Khoa Mơi trường, Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Thành phố Hồ Chí Minh
Chupin Roman Viktorovich (1), Phạm Ngọc Minh (2), Chupin Viktor Romanovich (3), Nguyễn Ngọc Thiệp (4)
(9)