1.4. Các bài toán trong kỹ thuật hệ thống nguồn nước nguồn nước
1.4.7. Xây dựng mô hình tối ưu
Việc xây dựng mô hình tối ưu có thể được chia ra làm 5 giai đoạn chính sau:
1. Thu thập số liệu và mô tả hệ thống 2. Định nghĩa và thiết lập bài toán 3. Xây dựng mô hình
4. Kiểm định và đánh giá chất lượng mô hình 5. áp dụng mô hình và diễn giải kết quả
Các giai đoạn chính trên được mô tả trên hình 1.4.3. Việc thu thập số liệu có thể rất tốn thời gian nhưng lại là một bước cực kỳ quan trọng của quá trình xây dựng mô hình. Số lượng và độ chính xác của số liệu có ảnh hưởng rất lớn đến quy mô và nội dung của mô hình được thiết lập và khả
năng đánh giá và kiểm định mô hình.
Việc định nghĩa và thiết lập bài toán bao gồm các bước sau: xác định các biến quyết định; thiết lập các mục tiêu mô hình; và thiết lập các ràng buộc của mô hình. Để tiến hành các bước này ta phải:
1. Xác định các phần tử quan trọng đối với bài toán.
2. Xác định độ chính xác yêu cầu của mô hình
3. Xác định các mục đích sử dụng tiềm năng của mô hình 4. Đánh giá cấu trúc và độ phức tạp của mô hình
5. Xác định số các biến độc lập, số các phương trình cần thiết để mô tả hệ thống, và số các thông số chưa biết.
Giai đoạn xây dựng mô hình bao gồm: mô tả toán học, ước lượng thông số, xây dựng đầu vào của mô hình và xây dựng phần mềm. Giai đoạn xây dựng mô hình là một quá trình lặp. Trong nhiều trường hợp, nó yêu cầu quay trở lại giai đoạn định nghĩa và thiết lập bài toán.
Giai đoạn đánh giá và kiểm định là quá trình kiểm tra mô hình như một tổng thể. Đầu tiên phải kiểm tra tất cả các phần tử của mô hình, và nên được tiến hành sớm ở quá trình xây dựng mô hình. Trong rất nhiều trường hợp người làm mô hình phải xác định xem các quan hệ toán học có mô tả hệ thống thực tế một cách phù hợp không. Một phân tích độ nhậy nên được tiến hành để kiểm tra đầu vào và tham số của mô hình. Quá trình đánh giá
và kiểm định mô hình là một quá trình lặp và có thể yêu cầu quay lại giai
đoạn định nghĩa và thiết lập bài toán, rồi đến giai đoạn xây dựng mô hình như được thể hiện trên hình 1.4.3. Kiểm định chất lượng mô hình bao gồm kiểm định tính logic, các giả thiết của mô hình và các quá trình trạng thái (hành vi) của mô hình. Một khía cạnh quan trọng của quá trình này là trong hầu hết các trường hợp số liệu được sử dụng trong quá trình thiết lập bài toán không nên được sử dụng ở bước kiểm định này. Một điều khác cần ghi nhớ là không có một quy trình kiểm định đơn lẻ nào là phù hợp cho tất cả
các mô hình.
H×nh 1.4.3
Xây dựng mô hình tối ưu
Tài liệu tham khảo
Buras. N.: scientific Allocation of Water Resources, American Elsevier Publishing Company, New York, 1972.
Chankong, V. And Haimes, Y, Y: Multiobjective Decision Making: A Theory and Methology, Elsevier Science Publishing, New York, 1983.
Chow, V.T., Maidment, D.R., and Mays, L.W.: Applied Hydrology, McGraw-Hill, New York, 1988.
Coe, J.Q. and A.W.Rankin: “California’s Adaptable Model for Operations Planning for the State Water Project” in Computerized Decision Support Systems for Water Managers, Proc. 3rd Water Resources Operations Management Workshop at Colorado State University, Ft.Collins, Colorado, June 27- 30,1988, J.W.Labadie, L.E.Brazil, I. Corbu, I, and L.E. Johnson, Eds., American Society of Civil Engineers, New York,1989.
Cohon, J.L.:Multiobjective Programming and Planning, Academic Press, New York, 1978.
Edgar, T.F.. and D.M.Himmelblau: Optimization of Chemical Processes, McGraw-Hill, New York, 1988.
Grigg, N.S.: Urban Water Infrastructure: Planning, Management, and Operations, John Wiley & Sons, New York, 1986.
Guyton, W.F., and Associates: “Geohydrology of Comal, San Marcos, and Hueco Springs” Report 234, Texas Department of Water Resources, Austin, Texas, June 1979.
Lager, J.A.,R.P.Shubinski, and L.W.Russell: “Development of a simulation model for stormwater management,” J.Water Pollution Control Federation, Vol. 43,pp.2424-2435, Dec, 1971.
McWhorter, D.B. and D.K.Sunada: Groundwater and Hydraulics, Water Resources Publications, Littletion, Colorado, 1977.
Các sách liên quan đến chủ đề lựa chọn
Nguồn nước
Biswas, A.K., (ed): Systems Approach to Water Management, McGraw- Hill, New York, 1976.
Buras, N.: Scientific Allocation of Water Resources American Elsevise Publishing Company, New York, 1972.
Goodman, A, S.: Principles of Water Resources Planning, Prentice- Hall, Englewood Cliffs, N.J., 1984.
Grigg, N.S.: Water Resources Planning, McGraw-Hill, New York, 1985.
Grigg,N.S.: Urban Water Infrastructure: Planning, Management, and Operations, John Wiley& Sons, New York, 1986.
Haimes, Y.Y.: Hierarchical Analysis of Water Resources Systems, McGraw-Hill, 1977.
Hall, W.A. and J.A. Dracup: Water Resources Systems Engineering, McGraw-Hill, New York, 1970,
Helweg, O.J.: Water Resources Planning and Management, John Wiley& Sons, New York, 1985.
Linsley, R.K.and J.B.Franzini: Water Resources Engineering, 3d ed., McGraw-Hill,1979.
Loucks, D.P., J.R.Stedinger and D.A.Haith: Water Resources Systems Planning and Analysis, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N.J.,1981.
Major, D.C.: Multiobjective Water Resources Planning, Water Resources Monograph 4, Am. Geophys. Union, Washington, D.C., 1977.
Major, D.C. and R.L. Lenton: Applied Water Resources Systems Planning, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N.J., 1979.
Viessman, W. And C.Welty: Water Management: Technology and Institutions, Harper and Row, New York, 1985.
Nước ngầm
Bear,J.: Hydraulics of Groundwater, McGraw-Hill, New York, 1979.
Bear,J.and A. Verruijt:Modeling Groundwater Flow and Pollution, D.Reidel Publishing Company, Dordrecht, Holland, 1987.
Bouwer, H.: Groundwater Hydrology, McGraw-Hill, New York, 1978.
Freeze, R.A. and J.A. Cherry, Groundwater, Prentice-Hall, Englewood Cliffs,N.J..1979.
Kashef, A.A.I.: Groundwater Engineering, McGraw-Hill, New York,1986.
Todd, D.K.: Groundwater Hydrology, John Wiley&Sons, New York, 1980,
Willis, R.and W.W-G.Yel: Groundwater Systems Planning and Management, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N.J.. 1987.
Thủy văn
Bedient, P.B.and W.C.Huber: Hydrology and Floodplain Analysis, Addison Wesley, Reading, Mass..1988.
Bras, R.L.: Hydrology: An Introduction to Hydrologic Science, Addison Wesley, Reading, Mass..1990,
Chow,V.T..D.R.Maidment, and J.L.H.Paulaus: Hydrology for Engineers, McGraw-Hill, New York, 1982.
Viessman,Jr.,W.,G.L.Lewis, and J.W.Knapp: Introduction to Hydrology, Harper and Row, New York, 1989.
Thủy lực
Chow, V.T.: Open-Channel Hydraulics, McGraw-Hill, New York, N.Y.1959.
French, R.H.: Open-Channel Hydraulics, McGraw-Hill, New York.
1985.
Hoggan, D.H.: Computer-Assisted Floodplain Hydrology and Hydraulics, McGaw-Hill, New York, 1989.
Hwang, N.H.C., andC.E.Hita: Fundamentals of Hydraulic Engineering Systems, Prenice Hall, Englewood Cliffs, N.J.,1987.
Prasuhn,A.L.:Fundamantals of Hydraulic Engineering,Holt, Rinehart, and Winston, New York, 1987.
Roberson,J.A.,J.J. Cassify,M.H.Chaudry: Hydraulic Engineering , Houghton Miffilin, Boston, Mass..1988.
Warnick, C.C.: Hydropower Engineering, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N.J..1984.
Kinh tÕ
Henderson, J.M.and R.E.Quandt: Microeconomic Theory: A Mathematical Approach, McGraw-Hill, New York, 1980,
Tối ưu hoá và phân tích hệ thống
Arora,J.S.: Introduction to Optimum Design, McGraw-Hill, New York, 1989.
Blanchard, B.S and W.J.Wolter: Systems Engineering and Analysis, Prentice-Hall, Englewood Cliffs.N.J..1981.
Bradley, S.P.,A.C.Hax,and T.L.Magnanti: Applied Mathematical Programming, Addison-Wesley Reading,Mass..1977.
Denardo,E.V.:Dynamic Programming: Models and Applications, Prentice-Hall, Englewood Cliffs.N.J..1982.
Edgar, T.F..and D.M.Himmelblau: Optimization of Chemical Processes, MrGraw-Hall, New York, 1988.
Gill, P.E..W Murray. And W.H.Wright: Practical Optimization, Academic Press, London, 1981.
Goicoechea,A..D.R.Hansen and L.Duckstein: Multiobjective Decision Analysis with Engineering and Business Applications, John Wiley&Sons, New York, 1982.
Hillier, F.S and G.J.Lieberman: Introduction to Operations Research, McGraw-Hill, New York, 1990,
McCormick.G.p.: Nonlinear Programming: Theory, Algorithms and Applications, John Wiley&Sons, New York, 1983.
Solow,D.: Linear Programming: An Introduction to Finite Improvement Algorithms, North-Holland, New York, 1984.
Taha,H.A.: Operations Reseach: An Introduction, MacMillan, New York, 1987.
Phân tích độ tin cậy
Duckstein,L..and E.J.Plate (eds.): Engineering Reliability and Risk in Water Resources, Martinus Nijhoff Publishers, Dordrecht, Netherlands, 1987.
Harr,M.: Reliability-Based Design in Civil Engineering, McGraw-Hill, New York, 1987.
Kapur, K.C. and L.R.Lamberson: Reliability in Engineering Design, John Wiley and Sons, New York, 1977.
Mays, L.W.(ed): Reliability Analysis of Water Distribution Systems, American Society of Civil Engineers, New York, 1989.
Yen, B.C.(ed): Stochastic and Risk Analysis in Hydraulic Engineering, Water Resources Publications, Littleton, Colo..1986.
Bài tập
1.3.1 Lựa chọn một hệ thống cấp nước mặt ở vùng bạn sống và mô tả chi tiết hệ thống này. Các đầu vào và đầu ra của hệ thống này là gì? Một số những yêu cầu kỹ thuật chính đòi hỏi trong việc thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống này là gì? Đã sử dụng những loại phân tích nào trong các nghiên cứu thủy văn, thủy lực và kinh tế cho dự án
này?
1.3.2 Lựa chọn một hệ thống thoát nước đô thị gần nơi bạn sống và mô tả
chi tiết hệ thống này. Mô tả các đầu vào và đầu ra của hệ thống này.
Đã sử dụng những loại phân tích nào trong các nghiên cứu thủy văn, thủy lực và kinh tế cho dự án này? Sử dụng chỉ tiêu thiết kế gì?
1.3.3 Lựa chọn một hệ thống quản lý bãi ngập lũ và mô tả chi tiết hệ thống này. Mô tả các đầu vào và đầu ra của hệ thống. Đã sử dụng những loại phân tích nào trong các nghiên cứu thủy văn, thủy lực và kinh tế cho dự án này? Sử dụng chỉ tiêu thiết gì?
1.3.4 Mô tả chi tiết hệ thống phân bố nước lấy nước cho nơi bạn cư trú.
Những loại chỉ tiêu phân tích và thiết kế nào đã được sử dụng trong thiết kế hệ thống này?
1.3.5 Lựa chọn một hệ thống nước ngầm ở vùng bạn sống và mô tả chi tiết hệ thống này. Mô tả các đầu vào và đầu ra của hệ thống. Trình bày một bài toán bất kỳ tồn tại trong hệ thống này.
CH¦¥NG
2
Kinh tế học trong hệ thống nguồn nước