7. Cấu trúc của luận án
1.4.5. Các mơ hình tốn thường dùng trong quản lý tổng hợp lưu vực
Hiện nay, sự phát triển của cơng nghệ thơng tin đã phục vụ ngày càng nhiều cho quá trình tính tốn và mơ phỏng các hiện tượng tự nhiên. Trong đĩ cĩ nhiều loại mơ hình như mơ phỏng quá trình dịng chảy, quá trình truyền chất và mơ hình tối ưu cho quá trình quản lý – khai thác tài nguyên nước.
1.4.5.1.Mơ hình mơ phỏng quá trình dịng chảy
thành, quá trình chảy truyền, quá trình bồi lắng…Một số mơ hình sử dụng khá phổ biến ở Việt Nam như:
- Mơ hình thủy văn: HEC-HMS (HEC-Hydrologic Modelling Hydrograph Laboratory), RAINRUN (Rainfall Runoff Model for Forested Area), NAM (Nedbor- afstromnings Model), RRMOD, TANK, SACRAMENTO...
Các mơ hình thủy văn thuần túy chỉ cĩ thể đưa ra những thay đổi của các đặc trưng thủy văn như mưa, dịng chảy, điều kiện thảm thực vật .. để tính tốn quá trình mưa rào - dịng chảy trên một lưu vực cụ thể. Kết quả được lựa chọn để áp dụng tính tốn dịng chảy tại các biên của mơ hình thủy lực
- Mơ hình thủy lực: SSARR (Streamflow Synthesis and Reservoire Regulation), HYDROGIS, bộ mơ hình MIKE (MIKE 11, MIKE 21, MIKE FLOOD…), HEC_RAS, ISIS. Một số mơ hình tiêu biểu của Việt Nam, như mơ hình thủy lực một chiều VRSAP (PGS. Nguyễn Như Khuê- 1970) dùng để tính lũ, xâm nhập mặn cho đồng b ng sơng Cửu Long và cho sơng Hồng và một số sơng khác. VRSAP được cập nhất nhiều chức năng mới đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người sử dụng như chạy trong mơi trường Windows, kết nối với GIS....Mơ hình tốn cho dịng chảy và chất lượng nước trên kênh sơng TLUC/SAL (GS.TS Nguyễn Tất Đắc-1987), được áp dụng trong qui hoạch sử dụng nguồn nước cho đồng b ng sơng Cửu Long và chất lượng nước sơng Đồng Nai.
- Mơ hình chất lượng nước: Qual 2E, DESERT, bộ mơ hình MIKE 11 với modul AD, MIKE Ecola, MIKE BASIN-WQ, CE-QUAL-W2 là mơ hình chất lượng nước hai chiều (chiều dọc và chiều sâu).
- Mơ hình lưu vực: MITSIM, BASINS, IQQM, WMS, WEAP, MIKE BASIN… được sử dụng làm cơng cụ để đánh giá về mặt thuỷ văn của các phương án khai thác nguồn nước và lựa chọn các phương án điều tiết nguồn nước (của các hệ thống tưới, hồ chứa thủy điện, cấp nước sinh hoạt và cơng nghiệp) trong định hướng quy hoạch và quản lý lưu vực sơng.
1.4.5.2.Mơ hình tối ưu trong quá trình quản lý – khai thác tài nguyên nước
Mơ hình thủy văn, thủy lực hay mơ hình lưu vực chưa xét đến các thơng số kinh tế hay mơi trường, hạn chế trong việc thể hiện các tác động của quá trình dịng chảy đến kinh tế xã hội và mơi trường. Đĩ là các mơ hình thành phần riêng rẽ nên chưa giải quyết vấn đề mang tính tổng hợp trong bài tốn quản lý – khai thác tài nguyên nước,
đặc biệt là bài tốn quy hoạch lưu vực.
Mơ hình quản lý - khai thác tài nguyên nước luơn gắn với bài tốn kinh tế, thể hiện qua một số hàm mục tiêu và hàm ràng buộc (constraints) nh m tìm một giải pháp sao cho hiệu quả kinh tế cao nhất, bảo đảm phát triển bền vững và cũng khơng tách rời vấn đề xã hội là nhân tố quyết định trong đầu vào của mơ hình. Mơ hình tối ưu quá trình quản lý khai thác tài nguyên nước trên lưu vực, xây dựng các phương án khác nhau trong quy hoạch và so sánh hiệu quả kinh tế và mơi trường của các phương án. Mơ hình theo hướng này là cơng cụ ích lợi cho việc giải quyết các bài tốn quy hoạch, phân bổ và quản lý tài nguyên nước và tối ưu hĩa việc phân phối nguồn nước dựa theo hàm mục tiêu đã đặt ra với một số ràng buộc về bản chất vật lí và điều kiện kinh tế.
Một số mơ hình tối ưu được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới như GAMS (General Algebraic Modeling System),mơ hình phân tích hiệu quả theo các kịch bản RAM, mơ hình RIAM đánh giá tác động mơi trường các dự án phát triển tài nguyên nước, v.v..
Mơ hình GAMS xây dựng với một ngơn ngữ máy tính bậc cao phục vụ mơ phỏng hệ thống kinh tế tối ưu trong quy hoạch, quản lý, vận hành hệ thống phân bổ các nguồn tài nguyên. GAMS cĩ khả năng giải bài tốn tối ưu tuyến, tối ưu phi tuyến, tối ưu động tối ưu biến nguyên trong hệ thống lớn và phức tạp.
GAMS được Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam ứng dụng để nghiên cứu các qui trình vận hành hệ thống hồ chứa trong phân phối và sử dụng nước trên lưu vực sơng Đồng Nai, thượng lưu sơng Thái Bình, tính tốn phân phối tối ưu nguồn nước ở đồng b ng sơng Cửu Long (Claudia Ringler 5/2001).
Mơ hình RAM xác định hiệu quả kinh tế theo vùng địa lý và các hoạt động khai thác nguồn nước ứng với cáckịch bản phát triển khác nhau. RAM được áp dụng tính giá trị của nguồn nước trong chương trình phát triển lưu vực sơng Cửu Long.
Gần đây, nhiều nhà khoa học kết hợp mơ hình mơ phỏng và mơ hình tối ưu để tính tốn hiệu quả kinh tế trong cơng tác quản lý lưu vực và khai thác hệ thống cơng trình thủy lợi. Mơ hình mơ phỏng dịng chảy và mơ hình tối ưu cĩ thể phối hợp nh m khai thác tối ưu cơng trình thủy lợi để giải quyết vấn đề phân chia nguồn nước, hiệu quả nguồn nước và đảm bảo phát triển bền vững. Tùy mục đích, các nhà khoa học kết hợp hai hay nhiều mơ hình thành một bộ cơng cụ kỹ thuật hỗ trợ cơng tác quản lý tài nguyên nước, quản lý lưu vực, chẳng hạn như bộ mơ hình NAM-MIKE BASIN và
MIKE BASIN_WQ phục vụ cho lưu vực sơng Thu Bồn, bộ SWAT và MIKE BASIN cho lưu vực sơng Lơ và Chảy, bộ SWAT, IQQM và ISIS cho lưu vực sơng Cả, bộ SWAT và IQQM cho sơng Cửu Long, bộ GAMS và MIKE BASIN cho lưu vực sơng Ba và lưu vực sơng Đồng Nai gĩp phần đề ra các giải pháp thiết thực quản lý tài nguyên nước trong lưu vực này.
Ngồi ra, nhiều đề tài dự án liên quan đến tài nguyên nước đã xây dựng mới hay kết hợp các mơ hình để hỗ trợ trong việc đánh giá các phương án quản lý lưu vực sơng, từ đĩ đưa ra các quyết định trong việc quy hoạch và quản lý tổng hợp lưu vực sơng cụ thể và cĩ cơ sở khoa học.
Với khả năng ứng dụng của mơ hình, trong luận án đã chọn mơ hình MIKE BASIN để tính tốn cân b ng nước và mơ hình GAMS để phân bổ tối ưu nguồn nước, làm cơng cụ để đánh giá nhiều phương án phát triển nguồn nước, định hướng việc quy hoạch và quản lý tổng hợp lưu vực sơng Bé.