SỬ DỤNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG CẢ
3.2.1. Giới thiệu chung về mô hình Mike Basin
Mô hình Mike Basin là một mô hình mô phỏng cân bằng nước hệ thống sông. Mô hình được xây dựng bởi Viện Thuỷ lực Đan Mạch (DHI). Version mới nhất hiện nay của Mike Basin 2009 và mô hình này vẫn luôn được cải tiến hàng năm.
Theo thuật ngữ chung, Mike Basin là sự trình bày toán học về lưu vực sông bao gồm đặc tính cấu trúc của sông chính và sông nhánh, thuỷ văn của lưu vực về mặt thời gian và không gian, các công trình hiện có cũng như các công trình tiềm năng trong tương lai, và nhu cầu nước khác nhau trên cùng một lưu vực.
Mike Basin được cấu trúc như là một mô hình mạng sông trong đó sông và các nhánh sông chính được hiển thị bằng một mạng lưới các nhánh và nút. Nhánh sông biểu diễn cho các dòng chảy riêng lẻ trong khi đó các nút thì biểu diễn các điểm tụ hội
của sông, điểm chuyển dòng hoặc là vị trí mà ở đó có diễn ra các hoạt động liên quan đến nước hay những vị trí quan trọng mà kết quả mô hình yêu cầu.
Khái niệm toán học trong Mike Basin là tìm ra giải pháp tĩnh cho mỗi bước thời gian. Mike Basin có thể sử dụng để tìm giá trị “điển hình” cho khối lượng nước và chất lượng nước trong một hệ thống thay đổi chậm (thí dụ chu kỳ hàng năm của các tháng). Thuận lợi của mô hình Mike Basin là ở tốc độ tính toán và cho phép khai thác xấp xỉ nhiều kịch bản. Tuy nhiên sự xấp xỉ thực hiện trong giải pháp tĩnh sẽ trở nên nghèo nàn khi tỷ lệ thời gian của quá trình không ít hơn bước thời gian của mô phỏng.
Trong Mike Basin có một phần mở rộng ứng dụng của ArcView GIS, nhằm để các thông tin GIS có thể sử dụng trong mô phỏng tài nguyên nước. Mạng sông và các điểm nút cũng được chỉnh sửa trong ArcView nên rất tiện lợi trong sử dụng mô hình.
Đầu vào cơ bản của mô hình bao gồm dữ liệu chuỗi thời gian về dòng chảy của lưu vực. Các file đầu vào bổ sung xác định đặc tính và quy tắc vận hành của từng hồ chứa, chuỗi thời gian khí tượng thuỷ văn và dữ liệu thích hợp cho từng công trình cấp nước hay công trình thuỷ lợi như các yêu cầu về chuyển dòng và các thông tin khác mô tả dòng chảy hồi quy.
Thông thường, một vài người sử dụng mong muốn lấy nước từ cùng một nguồn. Trong mô hình Mike Basin, tình huống này được trình bày bằng cách một vài người sử dụng sẽ kết nối đến cùng một điểm nút. Trong trường hợp thiếu nước, sẽ có mâu thuẫn về cách phân bổ nguồn nước có sẵn tại một điểm cấp nước cho những người sử dụng kết nối đến đó. Một nguyên tắc để giải quyết vấn đề phân bổ nước được yêu cầu. Mike Basin có thể giải quyết vấn đề phân chia nước với hai nguyên tắc cơ bản là ưu tiên cục bộ và ưu tiên toàn bộ. Nguyên tắc ưu tiên cục bộ thường được xem xét giải quyết cho các điểm nút lân cận có kết nối trực tiếp. Nguyên tắc ưu tiên toàn bộ sử dụng trên lưu vực sông khi hộ dùng nước được quyền ưu tiên sẽ đáp ứng trước tiên.
Trong Mike Basin, thuật toán ưu tiên toàn bộ được thực hiện bởi một bộ những nguyên tắc và 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 người sử dụng, không nhất thiết phải theo một thứ tự ưu tiên.
Đối với một người sử dụng 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).
Chính vì những có xem xét những ưu tiên như trên nên mô hình Mike Basin có thể ứng dụng rất phù hợp khi xem xét các phương án phân chia nguồn nước cũng như quản lý nguồn nước của lưu vực sông.
Hình 3.2. Sơ đồ mô phỏng các nút tính toán của một hệ thống
Một điều rất quan trọng của mô hình Mike Basin là mô hình có khả năng tác động tới phát triển tài nguyên nước và quản lý hệ thống tài nguyên nước của lưu vực sông. Mô hình có thể chỉ ra một cách rõ ràng sự cân bằng giữa các đầu vào thuỷ văn với các nhu cầu sử dụng nước trong hệ thống và:
+ Đánh giá các mối quan hệ giữa các phương án phát triển tài nguyên nước đã được lựa chọn, các phương án phân chia tài nguyên nước trên lưu vực.
+ Lựa chọn khả năng của hồ chứa và những quy tắc vận hành của hồ chứa đa mục tiêu.
+ Cân nhắc giữa các mục tiêu quy hoạch nguồn nước, phân chia tài nguyên nước, ví dụ như giữa mục tiêu cung cấp nước sinh hoạt và nước tưới hoặc giữa nước tưới và phát điện.
+ Lựa chọn các nguyên tắc vận hành hồ chứa đối với những mục tiêu khác nhau, ví dụ như sự lựa chọn giữa việc vận hành theo mục đích phòng lũ và mục đích trữ nước, phát điện và cấp nước tưới và sinh hoạt.
+ Nhóm nhân tố hạ tầng cơ sở của hệ thống sông, bao gồm hồ chứa/ đập nước, trạm bơm, sông suối, kênh mương và các đường ống dẫn nước.
+ Nhóm nhân tố sử dụng nước trong hệ thống, như là sử dụng nước cho sinh hoạt, cho công nghiệp, nông nghiệp, thủy điện, thuỷ sản, hay các hoạt động khác liên quan đến nước.
+ Nhóm nhân tố liên quan đến quản lý hệ thống tài nguyên nước, như các nguyên tắc vận hành hồ chứa, các phương pháp phân phối nước trong hệ thống.
+ Nhóm các nhân tố thuỷ văn như mưa, bốc hơi, dòng chảy,.. tại các lưu vực bộ phận và nhập lưu địa phương,.. đầu vào cho tính toán cân bằng nước của mô hình toán. Trong mô hình Mike Basin đã sử dụng và mô phỏng hoạt động của hệ thống qua nhiều loại nút khác nhau như là những nút trên sơ đồ hệ thống sông tính toán (nút dòng chảy đến, dòng chảy đi nút nhập lưu, nút phân lưu,..), các nút biểu thị các khu vực dùng nước hay nút nhu cầu (như nút tưới, nút cung cấp nước, nút hồ chứa phát điện,..), các nút kiểm soát.
Các bước ứng dụng mô hình
Cũng như các mô hình cân bằng nước hệ thống sông, mô hinh Mike Basin khi ứng dụng cần theo các bước chủ yếu sau:
+ Phân chia các lưu vực bộ phận và lưu vực nhập lưu địa phương.
+ Lập sơ đồ hệ thống cho phương án tính toán: xác định các nút, các khu vực sử dụng nước, xác định các mối liên hệ bên trong hệ thống và gán trực tiếp trên màn hình sẽ được sơ đồ hệ thống của phương án tính toán.
+ Tính toán xác định các số liệu đầu vào của mô hình: dòng chảy trên các lưu vực bộ phận, dòng chảy đến các nút tính toán, nhu cầu dùng nước tại các khu vực sử dụng, các thông số các công trình dùng nước.
+ Tính toán cân bằng nước hệ thống theo sơ đồ tính toán, phân tích kết quả tính toán nguồn nước trên các vị trí đặc trưng của mạng sông và khả năng cấp nước tại các nơi sử dụng, kết quả vận hành các công trình,..từ đó rút ra nhận xét về sử dụng nước.
* Các yêu cầu số liệu phục vụ tính toán
- Số liệu định hướng phát triển kinh tế xã hội các tỉnh - Số liệu khí tượng, khí hậu trên lưu vực
- Số liệu thủy văn trên lưu vực
- Số liệu các công trình thủy lợi trên lưu vực - Các thông tin về số liệu yêu cầu dùng nước