bồi tụ-xói lở
2.2.1.1. Khái niệm phương pháp phân tích hệ thống
Phƣơng pháp phân tích hệ thống (system analysis) là một phƣơng pháp khoa học giúp xử lý những vấn đề phức tạp, khi có nhiều mối quan hệ phải nghiên cứu, nhiều phƣơng diện phải xem xét, nhiều yếu tố bất định phải tính đến, nhiều phƣơng án cần cân nhắc, so sánh, lựa chọn, trong khi thông tin có đƣợc không đầy đủ nhƣ mong muốn.. Phƣơng pháp phân tích hệ thống thƣờng rất thích hợp cho các vấn đề “cấu trúc yếu”, tức là những vấn đề vừa có cả các yếu tố định tính vừa có các yếu tố định lƣợng và chỉ một phần có thể diễn tả đƣợc bằng ngôn ngữ toán học. Ở đây, bằng cách kết hợp các phƣơng pháp toán học chính xác và kỹ thuật máy tính với các thủ tục phi hình thức khác nhau và kinh nghiệm thực tiễn của chuyên gia, các hiểu biết sâu sắc về đối tƣợng nghiên cứu có thể đƣợc sáng tỏ, trong khi với các phƣơng pháp khác thì khó đạt tới đƣợc.
Những đặc điểm chính của phƣơng pháp phân tích hệ thống qua tổng hợp và bổ sung từ và đƣợc tóm tắt nhƣ sau:
1. Coi đối tƣợng nghiên cứu là một hệ thống, tức là một tổng thể gồm nhiều yếu tố (bộ phận) quan hệ và tƣơng tác với nhau và với môi trƣờng xung quanh một cách phức tạp.
2. Thừa nhận nhiều đối tƣợng phức tạp khác nhau có những đặc trƣng hệ thống giống nhau. Do đó có thể nghiên cứu những tính chất tổng quát, những vấn đề tổng quát, những quy luật vận động tổng quát của các hệ thống phức tạp để vận dụng vào từng hệ thống đặc thù ở những lĩnh vực khác nhau.
3. Đặt trọng tâm nghiên cứu vào sự vận động của đối tƣợng: xét mỗi hệ thống trong quá trình tăng trƣởng, phát triển của nó, nghiên cứu quỹ đạo, xu thế của nó và tìm ra phƣơng hƣớng tác động vào hệ thống một cách có hiệu quả nhất.
4. Thừa nhận tính bất định, tức là tình trạng không có đầy đủ thông tin nhƣ là một tất yếu khó tránh khỏi trong các quá trình điều khiển phức tạp. Do đó phải có phƣơng pháp nghiên cứu thích hợp để khai thác tốt nhất phần thông tin không đầy đủ đã có đƣợc.
5. Nhấn mạnh sự cần thiết lựa chọn quyết định trong tập hợp rất nhiều phƣơng án có thể có. Ở đây phải kết hợp sử dụng các thủ tục phân tích lựa chọn trên mô hình toán học với các thủ tục phi hình thức để phát hiện hết các giải pháp có thể và đánh giá, phân tích để chọn ra giải pháp hợp lý nhất.
6. Nhấn mạnh tính liên ngành và sự cần thiết phải sử dụng nhiều kiến thức khoa học của các lĩnh vực khác nhau để nghiên cứu những vấn đề thực tế phức tạp.
Các bƣớc tiến hành quan trọng nhất của phân tích hệ thống là:
1. Mô hình hoá: xây dựng mô hình về đối tƣợng cần nghiên cứu, dùng một
ngôn ngữ nào đó để diễn tả các thuộc tính quan trọng nhất của đối tƣợng cần quan tâm. Khi dùng ngôn ngữ toán học thì ta có mô hình toán học. Mô hình hoá là khâu then chốt của phân tích hệ thống.
2. Phân tích: dựa trên mô hình và dùng các phƣơng pháp thích hợp, kể cả
máy tính điện tử để hiểu rõ động thái và hành vi của hệ thống, sự vận động thực tế của nó, các xu thế chính của nó, khả năng tác động vào nó và điều khiển nó.
3. Tối ưu hoá: tức là chọn quyết định bảo đảm sự hoạt động tốt nhất của hệ
thống theo những tiêu chuẩn nhất định. Yêu cầu tối ƣu ở đây thƣờng phải hiểu theo nghĩa hợp lý tƣơng đối nào đó, vì tính chất phức tạp của vấn đề đòi hỏi phải cân nhắc nhiều tiêu chuẩn.
Trong thực tế, ba bƣớc tiến hành ở trên đƣợc lặp lại trong một chuỗi chu trình liên tiếp.
Trong lĩnh vực địa chất công trình, những năm gần đây, trên cơ sở phƣơng pháp luận đƣợc đề xuất ở, phƣơng pháp phân tích hệ thống đã đƣợc áp dụng giải quyết có hiệu quả nhiều vấn đề khác nhau, từ các đặc tính địa chất công trình của đất đến độ bền, tính biến dạng của nền đất hay một quá trình địa chất động lực công trình,...
2.2.1.2. Xây dựng mô hình đánh giá quá trình bồi tụ-xói lở
Trƣớc hết coi quá trình bồi tụ-xói lở là một hệ thống. Giả sử U là tập hợp các tác động vào hệ thống và Y là tập hợp các phản ứng của hệ thống (các phản ứng có ảnh hƣởng đến diễn biến quá trình bồi tụ-xói lở) khi đó hệ thống đƣợc mô tả bằng ánh xạ:
F : U Y
Trên thực tế, các tác động và phản ứng đều phụ thuộc vào thời gian nên tại mỗi thời điểm t ta có:
F(t) : u(t) y(t)
Cách mô tả này đã xét tới đƣợc yếu tố thời gian nhƣng mới phản ánh đƣợc hệ thống không có nhớ (không thể hiện đƣợc sự phụ thuộc của kết quả ở thời điểm t vào các tác động trƣớc thời điểm này). Do vậy phải u(t), y(t) nhƣ những hàm số, và:
F : u(.) y(.)
Trong trƣờng hợp này, hai tác động nhƣ nhau nhƣng diễn ra tại hai thời điểm khác nhau t’, t” có thể có hai giá trị ra khác nhau. Để tránh sự lẫn lộn, biến trạng thái đƣợc đƣa vào mô hình. Việc xác định các biến trạng thái đóng vai trò rất quan trọng do biến trạng thái chứa đủ thông tin để mô tả quỹ đạo các hệ thống khi biết trạng thái ban đầu và quy luật của các tác động vào. Có thể coi biến trạng thái nhƣ là biến phản ánh cấu trúc bên trong của hệ thống. Khi dùng biến trạng thái thì hệ thống đƣợc mô tả bởi hai phƣơng trình:
- Phương trình thứ nhất liên kết cái vào với trạng thái
- Phương trình thứ hai liên kết cái ra với trạng thái và cái vào.
Trƣờng hợp tổng quát một khu vực sẽ đƣợc bồi tụ hoặc cân bằng trong một khoảng thời gian nào đó nếu lƣợng bùn cát mang đến (Qin) lớn hơn hoặc bằng lƣợng mang đi (Qout), trƣờng hợp ngƣợc lại khu vực đó sẽ bị xói lở. Do vậy, để nghiên cứu quá trình bồi tụ-xói lở, hai biến trạng thái đƣợc sử dụng là Qin và Qout.
Ở khu vực ven biển tỉnh Bình Định, các tác động đƣợc chia thành ba khối lớn gồm:
- K1: địa hình-địa mạo (ban đầu), cấu trúc địa chất và chuyển động kiến tạo hiện đại.
- K2: các yếu tố ngoại sinh, gồm : sông, sóng, thuỷ triều, bão, dòng chảy và sự dao động mực nƣớc biển.
- K3: các yếu tố nhân sinh, gồm: quai đê lấn biển, trồng và khai thác rừng ngập mặn, khai thác khoáng sản, vật liệu xây dựng và hoạt động vận tải thuỷ.
Trong mỗi khối lớn, từng yếu tố tác động lại có thể coi nhƣ những khối nhỏ. Nhƣ vậy, Qin = F1(K1, K2, K3) và Qout = F2(K1, K2, K3).
Tóm lại, mô hình là một hệ phƣơng trình phi tuyến phức tạp đối với K1, K2, K3, không một nhóm nào có thể giải độc lập nên các tính toán phải làm đồng thời.
Mô hình mô phỏng các tác động đến quá trình bồi tụ-xói lở cho thấy: địa hình-địa mạo đóng vai trò nhƣ thông tin đầu vào ban đầu của mô hình, đồng thời trong quá trình tính toán nó cũng luôn thay đổi và tác động trở lại đến các yếu tố khác; các thành tạo trầm tích Holocen quyết định đặc tính nền đất và có ảnh hƣởng quan trọng đến ổn định đê biển; kiến tạo hiện đại tác động vào hệ thống qua thay đổi địa hình-địa mạo và làm biến đổi mực nƣớc biển. Các yếu tố ngoại sinh và nhân sinh đều có tác động trực tiếp vào hệ thống, có quan hệ qua lại với nhau. Một số yếu tố bị biến đổi khi địa hình-địa mạo thay đổi. Bão là một yếu tố tác động đặc biệt do đặc điểm cƣờng độ lớn nhƣng thời gian lại ngắn. Tác động này có thể gây ra đột biến trong hệ thống và làm thay đổi một số tác động khác nhƣ đê biển và rừng ngập mặn.