Mô hình MIKE BASIN là một công cụ cân bằng giữa nhu cầu về nước và nước có sẵn theo cách tối ưu nhất giúp cho công tác quy hoạch lưu vực sông tổng hợp và quản lý tài nguyên nước do Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) xây dựng, đây là một mô hình toán học thể hiện một lưu vực sông bao gồm cấu hình của các sông chính và các sông nhánh, các yếu tố thủy văn của lưu vực theo không gian và theo thời gian, các công trình, hệ thống sử dụng nước hiện tại và tương lai và các phương án sử dụng nước khác nhau. Mô hình này đang được nhiều nước trên thế giới và các tổ chức quốc tế sử dụng.
MIKE BASIN được xây dựng theo kiểu mô hình mạng lưới, trong đó sông và các nhánh hợp lưu chính được biểu diễn bằng một mạng lưới bao gồm các nhánh và các nút. Các nhánh được thể hiện bằng các đoạn sông riêng biệt, còn các nút thể hiện các tiểu hợp lưu hoặc các vị trí mà tại đó các hoạt động liên quan đến phát triển nguồn nước có thể diễn ra như điểm của dòng chảy hồi quy từ các khu tưới, hoặc là điểm hợp lưu giữa hai hoặc nhiều sông, suối hoặc tại các vị trí quan trọng cần có kết quả của mô hình.
Quan niệm toán học trong mô hình MIKE BASIN là tìm các lời giải ổn định cho mỗi bước thời gian. Có thể dùng Mike Basin để tìm các giá trị điển hình đối với số lượng và chất lượng nước trong hệ thống biến đổi chậm. Ưu điểm của MIKE BASIN là cho phép vạch ra nhiều kịch bản khác nhau. Sai số do nhiều giải pháp tính tạo ra không đáng kể khi bước thời gian của quá trình không nhỏ hơn thời gian mô phỏng.
MIKE BASIN được chạy dựa trên phần mềm ArcView GIS, để các thông tin GIS có thể bao hàm trong mô phỏng tài nguyên nước. Mạng lưới sông và các nút cũng được soạn thảo trong ArcView. Mô hình hoạt động trên cơ sở một mạng lưới sông được số hóa và các thiết lập trực tiếp trên màn hình máy tính trong ArcView GIS. Tất cả các thông tin về mạng lưới sông, vị trí các hộ dùng nước, hồ chứa, cửa lấy nước, các yêu cầu về chuyển dòng, dòng hồi quy đều được xác định trực tiếp từ các giao diện trên màn hình.
Mễ HèNH Mễ PHỎNG SỬ DỤNG NƯỚC Mễ HèNH HỒ CHỨA Mễ HèNH TƯỚI DỮ LIỆU HỒ CHỨA SỐ LIỆU KHÍ TƯỢNG SỐ LIỆU VỀ CẤP NƯỚC VÀ TƯỚI
Mễ PHỎNG CHUỖI THỜI GIAN DềNG CHẢY
THỰC HIỆN CÁC VẬN HÀNH HỒ CHỨA VÀ HỆ THỐNG TƯỚI Mễ PHỎNG MẠNG
LƯỚI
CHUỖI SỐ LIỆU THỦY VĂN
Hình 2.2. Khái niệm của MIKE BASIN về lập mô hình phân bổ nước
Trên thực tế, có nhiều hộ sử dụng sẽ lấy nước từ cùng một nguồn cấp. Trong khái niệm mô hình mạng MIKE BASIN, tình huống này được mô phỏng bằng một điểm nút mà các hộ sử dụng này sẽ kết nối đến.
Trong trường hợp thiếu nước, sẽ nảy sinh mâu thuẫn về cách phân bổ nguồn nước có sẵn tại một điểm cấp nước cho những hộ sử dụng kết nối đến điểm đó. Yêu cầu đặt ra là phải có một nguyên tắc để giải quyết vấn đề phân bổ nước. Mô hình MIKE BASIN có thể giải quyết vấn đề phân bổ nước với hai nguyên tắc cơ bản, ưu tiên cục bộ và toàn bộ. Nguyên tắc ưu tiên cục bộ nghĩa là vấn đề phân bổ nước thường được giải quyết xem xét đến các điểm nút lân cận có kết nối trực tiếp. Nguyên tắc ưu tiên toàn bộ sử dụng chủ yếu trên diện lưu vực sông ở đó người sử dụng có quyền ưu tiên, tức là quyền về nước được xác định khi thiết lập. Trong những lưu vực sông như vậy, người sử dụng ở thượng lưu cũng không thể khai thác được vị trí địa lý của họ.
Trong MIKE BASIN, thuật toán ưu tiên toàn bộ được thực hiện bởi một bộ những nguyên tắc. Các loại nguyên tắc khác nhau sẽ được xác định. Nguyên tắc có ảnh hưởng ít nhất là đến nút mà chúng được ấn định nguyên tắc và có thể đến một nút thứ hai, điểm khai thác trước. Nhiều nguyên tắc sử dụng có thể được áp dụng cho cùng một hộ dùng nước, không nhất thiết phải theo một thứ tự ưu tiên. Ví dụ, hộ dùng nước có thể có quyền ưu tiên cao đối với mức cấp nước tối thiểu cần thiết, và quyền ưu tiên rất thấp đối với cấp nước bổ sung. Đối với một hộ dùng nước cụ thể, nhiều nguyên tắc có thể áp dụng cho một điểm khai thác riêng lẻ (nút trên sông) hoặc cho các điểm nút khác. Cơ chế ưu tiên toàn bộ không tính đến độ trễ trong
dòng chảy (diễn toán, diễn biến nước ngầm).
Trong cơ chế ưu tiên cục bộ, ưu tiên rất nghiêm khắc đối với nước mặt. Chức năng Supply Node cho phép xác định đặc tính trong đó yêu cầu nhập nhu cầu nước tại nút của người sử dụng. Nút đầu tiên trong danh sách sẽ nhận được toàn bộ nước theo nhu cầu của nó (nếu có nước) trước khi nút thứ hai được tính đến. Nút thứ hai này sẽ nhận được toàn bộ số nước theo nhu cầu (nếu còn nước sau khi nút đầu tiên nhận được đủ nước của mình), và cứ như vậy cho đến nút cuối cùng. Bất kỳ lượng nước còn lại nào chảy vào một điểm nút hạ lưu riêng lẻ hoặc khi không có các điểm nút này thì được cho là để lại trên diện tích của mô hình. Đối với nước ngầm, tất cả người sử dụng phải có cùng một ưu tiên. Họ nhận được cùng một lượng.
Khái niệm lập mô hình tổng thể của MIKE BASIN là tìm giải pháp tĩnh cho mỗi bước thời gian. Theo đó, đầu vào bước thời gian và kết quả được giả định là có chứa các giá trị trung bình thông lượng trong bước thời gian tính toán. Sự xấp xỉ trong giải pháp tĩnh sẽ có sai số lớn khi tỷ lệ thời gian của quá trình không ít hơn bước thời gian của mô phỏng. Một ví dụ điển hình về yêu cầu bước thời gian nhỏ đó là mô phỏng hồ chứa, đặc biệt là thuỷ điện. Lượng điện tạo ra phụ thuộc vào mực nước phát điện trong hồ, do đó nếu mực nước thay đổi nhiều trong một bước thời gian, kết quả tính toán sẽ ở độ xấp xỉ kém.
Hình 2.3. Bố trí phác hoạ mô hình lưu vực sông trong MIKE BASIN
Do giả thuyết xấp xỉ, MIKE BASIN phù hợp nhất được sử dụng để tìm giá trị “điển hình” cho lượng nước và chất lượng nước trong một hệ thống thay đổi chậm
(ví dụ chu kỳ hàng năm của các tháng).
Mô hình MIKE BASIN đã thực hiện được việc đánh giá nguồn nước của lưu vực, ảnh hưởng của các hệ thống lấy nước hiện trạng và đánh giá tác động của các công trình cũng như của các khu tưới lên nguồn nước cho các phương án và các giai đoạn phát triển thủy lợi trong tương lai.