I. GIỚI THIỆU CHUNG
3.1.Phương pháp xây dựng mô hình toán tổng hợp phân bổ nguồn nước lưu vực sông
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1.Phương pháp xây dựng mô hình toán tổng hợp phân bổ nguồn nước lưu vực sông
lưu vực sông Hồng-Thái Bình
Nhìn chung, một hệ thống bao gồm các thành phần tác động lẫn nhau có thể phân loại như sau: (i) Hệ thống các tác động từ biên thể hiện hệ thống nghiên cứu là một thành phần cấu thành của hệ thống tự nhiên, (ii) Hệ thống các trao đổi, tác động của hệ thống với hệ thống tự nhiên xung quanh và (iii) Hệ thống các quan hệ, tác động qua lại giữa các thành phần của hệ thống.
Tuỳ thuộc vào mức độ chi tiết của mô hình mà các phương trình toán học được vận dụng để mô tả quan hệ trong hệ thống nghiên cứu. Ví dụ như phương trình bảo toàn luôn được đưa vào, trong khi tuỳ thuộc vào đặc thù của nghiên cứu, điều kiện về số liệu mà các yếu tố kinh tế, xã hội, môi trường sẽ được xem xét ở các mức độ thích hợp khác nhau. Một nhiệm vụ quan trọng trong quy hoạch và quản lý vận hành hệ thống nguồn nước là lựa chọn, thay đổi một số thông số của hệ thống để tối đa (hoặc tối thiểu) hoá một số đầu ra đã định trước của hệ thống nguồn nước phục vụ mục tiêu phát triển chung của toàn xã hội.
Vấn đề chính của công tác quy hoạch và quản lý nguồn nước là (i) Xác định phạm vi, độ lớn tối ưu của các hoạt động phát triển nguồn nước, (ii) Xác định mức độ phát triển tối ưu của các thành phần trong hệ thống (iii) Xác định chế độ vận hành tối ưu của hệ thống đồng thời phải đảm bảo thoả mãn các yêu cầu khả thi về kỹ thuật, về kinh tế, vận hành và cũng phải thoả mãn ở mức bền vững đối cho các yêu cầu về sử dụng nước.
NCKH cấp Bộ: Nghiên cứu cơ sở khoa học và giải pháp công nghệđể phát triển bền vững lưu vực sông Hồng (Chuyên đề: Phát triển chương trình máy tính RRB-GAMS tổng hợp mô hình CBN và mô hình tối ưu kinh tế nguồn nước)
Phương pháp phân tích, thiết kế hệ thống cổ truyền về cơ bản dựa trên phương pháp thử dần. Hiệu quả của phương pháp này thường phụ thuộc vào nhận thức, hiểu biết, kinh nghiệm của cán bộ thiết kế hệ thống nghiên cứu. Do vậy phương pháp mô hình mô phỏng thường quan hệ chặt chẽ với các yếu tố tác động của người thiết kế vận hành hệ thống có thể sẽ dẫn đến các kết quả với hiệu quả không cao khi giải quyết các hệ thống lớn, phức tạp. Phương pháp mô phỏng thông thường là một hệ thống các lần tính toán thử dần của cán bộ phân tích với mục tiêu tìm được các giải pháp hiệu quả nhất có thể. Phương pháp mô phỏng vận hành tối ưu hệ thống thay thế được quá trình mô phỏng thử dần. Phương pháp này cho phép tự động thay đổi thông số hệ thống. Mô hình tối ưu có một hệ thống quan hệ toán học mô tả các tương tác của các thành phần trong hệ thống và các phản ứng của hệ thống trước các tác động của yếu tố đầu vào. Hệ thống các quan hệ toán học này có thể được hiểu là các ràng buộc của bài toán tối ưu.
Tuy vậy các ràng buộc cũng có thể được sử dụng để xác định giới hạn có thể của các biến tối ưu.
Một ưu điểm có thể kể đến của phương pháp mô phỏng truyền thống là kinh nghiệm và cách suy nghĩ của cán bộ xây dựng, vận hành mô hình được sử dụng để đưa ra các quyết định thay đổi, phát triển của hệ thống.
Tuy vậy phương pháp truyền thống này thông thường dẫn đến các giải pháp không tối ưu, không hiệu quả trong thiết kế, vận hành và thường sẽ tiêu tốn nhiều thời gian công sức.
Để xây dựng một mô hình tối ưu đòi hỏi phải xác định rõ các yếu tố cần tối ưu, hàm mục tiêu hoặc yếu tố định lượng cần được tối ưu cũng như toàn bộ các ràng buộc của hệ thống nghiên cứu. Và như thế cách thức lựa chọn phương án phát triển trong mô hình toán vận hành tối ưu hệ thống sẽ được toán học hoá hơn so với cách lựa chọn phương án trong ứng dụng mô hình toán mô phỏng truyền thống, dĩ nhiên kinh nghiệm, hiểu biết của người vận hành khai thác luôn cần thiết được cân nhắc trước khi đưa ra các quyết định cuối cùng.
NCKH cấp Bộ: Nghiên cứu cơ sở khoa học và giải pháp công nghệđể phát triển bền vững lưu vực sông Hồng (Chuyên đề: Phát triển chương trình máy tính RRB-GAMS tổng hợp mô hình CBN và mô hình tối ưu kinh tế nguồn nước)
Hình 3. Phương pháp mô hình mô phỏng truyền thống
Quá trình xây dựng một hệ thống mô hình toán tối ưu có thể phân thành các bước chính như sau:
i. Thu thập thông tin mô tả hệ thống. ii. Thiết kế hệ thống.
iii. Xây dựng, phát triển hệ thống mô hình. iv. Phân tích, kiểm tra tính hợp lý của mô hình
Thu thập thông tin hệ thống Thiết kế sơ bộ hệ thống Thiết kế hệ thống với hỗ trợ từ mô hình mô phỏng Kiểm tra tính hợp lý của mô phỏng
Tính toán chi phí & lợi ích Thay đổi trong thiết kế
hệ thống Dừng Hệ thống đã hợp lý Hệ thống đã hiệu quả Đúng Đúng Sai Sai
NCKH cấp Bộ: Nghiên cứu cơ sở khoa học và giải pháp công nghệđể phát triển bền vững lưu vực sông Hồng (Chuyên đề: Phát triển chương trình máy tính RRB-GAMS tổng hợp mô hình CBN và mô hình tối ưu kinh tế nguồn nước)
v. Triển khai ứng dụng
Hình 4. Xây dựng mô hình tối ưu
Phục vụ cho bài toán quản lý tối ưu nguồn nước vùng Thượng du sông Thái Bình nghiên cứu sẽ tập trung phát triển một mô hình toán ứng dụng công nghệ GAMS để kết hợp bài toán cân bằng nước hệ thống với tính toán kinh tế tối ưu liên kết hệ thống nguồn nước và hệ thống các ngành sử dụng nước vùng nghiên cứu. Từ phương pháp tiếp cận trình bày ở trên các nội dung chính của nghiên cứu như sau:
Rà soát tài liệu liên quan.
Phát triển phương pháp tính cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Hồng-Thái Bình.
Phát triển phương pháp tính toán tối ưu kinh tế hệ thống lưu vực sông Hồng-Thái Bình.
Phát triển bộ mã chương trình máy tính mô phỏng hệ thống cân bằng nước, tính toán tối ưu kinh tế hệ thống nguồn nước lưu vực sông Hồng- Thái Bình.
Đo đạc & thu thập thông tin về hệ thống
Thiết kế mô hình -Xác định biến tối ưu -Thiết lập hàm mục tiêu -Thiết lập các ràng buộc Phát triển mô hình -Mô tả toán học -Xác định các thông số -Thiết lập hệ thống đầu vào -Phát triển mã nguồn chương trình
Phân tích kiểm tra tính hợp lý của mô hình
NCKH cấp Bộ: Nghiên cứu cơ sở khoa học và giải pháp công nghệđể phát triển bền vững lưu vực sông Hồng (Chuyên đề: Phát triển chương trình máy tính RRB-GAMS tổng hợp mô hình CBN và mô hình tối ưu kinh tế nguồn nước)
Xây dựng các kịch bản phát triển, phương án tính toán phục vụ phát triển nguồn nước lưu vực sông Hồng-Thái Bình. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thu thập số liệu phục vụ tính toán phương án.
Phân tích, đánh giá phương án phát triển nguồn nước và đề xuất biện phát quản lý nguồn nước vùng nghiên cứu.