LỜI CAM ĐOAN
Học viên xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân học viên. Các
kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất
kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu
(nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận văn
Chữ ký

Trịnh Thị Hương

i


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập và nghiên cứu cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy cô,
bạn bè và đồng nghiệp. Luận văn Thạc sỹ chuyên ngành Quy hoạch và quản lý tài
nguyên nước với đề tài “Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm
bơm tiêu nước ra sông Đuống: Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng – Hà
Nội” đã được hoàn thành.
Để hoàn thành được luận văn này tác giả đã nhận được rất nhiều sự động viên,
giúp đỡ của bạn bè, thầy cô và cơ quan nơi công tác.
Trước hết, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Tuấn
Anh đã hướng dẫn tận tình tác giả thực hiện nghiên cứu của mình.
Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy cô giáo, người đã
đem lại cho tác giả những kiến trúc bổ trợ vô cùng có ích trong những năm học vừa
qua.
Trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả đã cố gắng và nỗ lực để hoàn thành
luận văn một cách tốt nhất nhưng do những hạn chế về kiến thức, thời gian, kinh
nghiệm và tài liệu tham khảo nên luận văn còn nhiều thiếu sót. Tác gỉa rất mong nhận
được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô và đồng nghiệp.
Xin trân trọng cảm ơn !

Hà Nội, ngày

tháng 04 năm 2017

Tác giả luận văn

Trịnh Thị Hương

ii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................................1
2. Mục đích của đề tài .................................................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................2
5. Bố cục luận văn .......................................................................................................2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ......................................................................................... 3
1.1. Giới thiệu về phương pháp xác định cao trình đáy cống xả và mực nước bể
tháo nhỏ nhất ...............................................................................................................3
1.1.1. Nhiệm vụ của cống xả ....................................................................................3
1.1.2. Phân loại cống xả ...........................................................................................3
1.1.3. Các điều kiện kỹ thuật khi thiết kế cống xả ...................................................4
1.1.4. Phương pháp xác định cao trình đáy cống xả ................................................4
1.1.5. Xác định các thông số thiết kế của bể tháo ....................................................5
1.1.6. Xác định mực nước bể tháo nhỏ nhất ............................................................8
1.2. Tổng quan việc ứng dụng lý thuyết tối ưu hóa vào bài toán thiết kế các công
trình thủy lợi ..............................................................................................................10
CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CAO TRÌNH ĐÁY CỐNG XẢ

HỢP LÝ......................................................................................................................... 12
2.1. Lý thuyết phân tích hệ thống ứng dụng trong nghiên cứu hệ thống tưới tiêu
bằng động lực ............................................................................................................12
2.1.1. Mở đầu .........................................................................................................12
2.1.2. Hệ thống và các đặc trưng của hệ thống ......................................................13
a.
b.
c.
d.
e.

Định nghĩa ............................................................................................................. 13
Các đặc trưng của hệ thống ................................................................................... 13
Phân loại hệ thống ................................................................................................. 14
Các bài toán cơ bản về hệ thống và hệ thống chỉ tiêu đánh giá ............................. 16
Hệ thống phương pháp luận trong phân tích hệ thống .......................................... 17

2.2. Lý thuyết tối ưu hoá ứng dụng trong nghiên cứu hệ thống tưới tiêu bằng động
lực. ..........................................................................................................................20
2.2.1. Phân loại tổng quát các mô hình tối ưu ........................................................20
a.
b.
c.

2.2.2.
a.
b.
c.

Bài toán quy hoạch tuyến tính ............................................................................... 20

Bài toán quy hoạch phi tuyến ................................................................................ 21
Bài toán cực trị phiếm hàm ................................................................................... 21

Thiết lập mô hình tính toán trong phân tích hệ thống công trình thuỷ lợi ...21
Mô hình hoá hệ thống ............................................................................................ 21
Hàm số mục tiêu .................................................................................................... 22
Điều kiện ràng buộc ............................................................................................... 22

2.3. Xây dựng mô hình tính toán .............................................................................23
2.4. Phương pháp giải bài toán ................................................................................23
iii


2.5. Hàm mục tiêu và điều kiện ràng buộc .............................................................. 24
2.5.1. Các chỉ tiêu tối ưu ........................................................................................ 24
a.
b.
c.

Chỉ tiêu tối ưu về giá trị thu nhập dòng quy về thời điểm hiện tại NPV max : ........ 24
Chỉ tiêu tối ưu về hệ số nội hoàn kinh tế: IRRmax ............................................... 24
Chỉ tiêu tối ưu về tổng chi phí và vốn đầu tư quy về năm đầu C min ..................... 25

2.5.2. Lựa chọn chỉ tiêu tối ưu - hàm mục tiêu ...................................................... 25
2.5.3. Điều kiện ràng buộc ..................................................................................... 26
2.6.
Xác định các thành phần trong hàm mục tiêu .............................................. 26
2.6.1. Xác định chi phí xây dựng C XD ................................................................... 26
2.6.2. Xác định chi phí quản lý hàng năm bình quân ............................................ 26
a.

b.
c.
d.

Xác định chi phí điện trong 1 năm ........................................................................ 27
Xác định chi phí lương .......................................................................................... 28
X¸c ®Þnh chi phÝ söa ch÷a th­êng xuyªn: C SC ....................................................... 28
Xác định chi phí khác C khác ................................................................................... 29

CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CAO TRÌNH
ĐÁY CỐNG XẢ QUA ĐÊ CHO TRẠM BƠM PHÙ ĐỔNG – GIA LÂM – HÀ NỘI
....................................................................................................................................... 30
3.1. Mô tả hệ thống tiêu và trạm bơm tiêu .............................................................. 30
3.1.1. Điều kiện tự nhiên của hệ thống .................................................................. 30
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
i.

Vị trí địa lý, diện tích............................................................................................. 30
Đặc điểm địa hình ................................................................................................. 30
Đất đai thổ nhưỡng ............................................................................................... 30
Điều kiện khí tượng............................................................................................... 30
Điều kiện thủy văn, sông ngòi............................................................................... 31
Địa chất, địa chất thủy văn ................................................................................... 32

Nguồn năng lượng ................................................................................................. 35
Nguồn vật liệu xây dựng ....................................................................................... 35
Tình hình giao thông ............................................................................................. 36

3.1.2.

Tình hình dân sinh, kinh tế .......................................................................... 36

a.
b.
c.

Xã Phù Đổng ......................................................................................................... 36
Xã Trung Mầu ....................................................................................................... 37
Xã Ninh Hiệp ......................................................................................................... 38

3.1.3. Hiện trạng thủy lợi của khu vực...................................................................... 38
a.
b.
c.
d.

Nhà quản lý ........................................................................................................... 39
Các hạ tầng khác ................................................................................................... 40
Cống xả qua đê...................................................................................................... 40
Hệ thống kênh và công trình trên kênh ................................................................. 40

Biện pháp thủy lợi ..................................................................................................... 41
3.2. Xác định các thông số thiết kế cơ bản của trạm bơm Phù Đổng ..................... 42
3.2.1.

3.2.2.

Xác định mực nước bể tháo thiết kế và kiểm tra................................................... 42
max
min
Xác định các mực nước đặc trưng tại bể hút Z TK
bh , Z bh , Z bh ............................... 46

3.2.3.

Xác định các cột nước của trạm bơm .................................................................... 47

iv


3.2.4. Chọn máy bơm .............................................................................................47
3.2.5. Kích thước cơ bản của trạm bơm. ................................................................48
3.3. Thiết kế bể tháo và cống xả qua đê ..................................................................49
3.3.1. Xác định kích thước bể tháo ........................................................................49
3.3.2. Thiết kế cống xả. ..........................................................................................49
a.
b.
c.

Xác định các kích thước cơ bản của cống ............................................................. 49
Tính toán thủy lực cống. ........................................................................................ 50
Xác định các phương án về cao trình đáy cống. .................................................... 51

3.4. Xác định chi phí xây dựng công trình ..............................................................53
3.4.1. Chi phí xây dựng nhà trạm, kênh dẫn, kênh tháo ........................................53

3.4.2. Chi phí xây dựng bể tháo và cống xả ...........................................................53
3.5. Xác định chi phí quản lý hàng năm bình quân .................................................55
3.5.1. Xác định chi phí điện năng của trạm bơm ...................................................55
a.
b.

Xác định nhu cầu tiêu nước ................................................................................... 55
Xác định chi phí điện năng .................................................................................... 57

3.5.2. Xác định chi phí lương .................................................................................67
3.5.3. Xác định chi phí sửa chữa thường xuyên, chi phí khác ...............................67
3.5.4. Chi phí quản lý bình quân hàng năm ...........................................................67
3.6. Kết quả tính của các phương án .......................................................................67
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 73

v


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1- Sơ đồ cống xả qua đê xây liền bể tháo......................................................... 3
Hình 1.2 - Sơ đồ cống xả qua đê cách xa bể tháo ........................................................ 4
Hình 1.4. Sơ đồ cao trình đáy cống xả qua đê cao ......................................................... 9
Hình 1.5. Sơ đồ cao trình đáy cống xả qua đê thấp ..................................................... 10
Hình 2.1.Sơ đồ nguyên lý tiếp cận hệ thống ................................................................ 19
Hình 2.2. Sơ đồ trạm bơm tiêu ..................................................................................... 23
Hình 2.3.Sơ đồ lựa chọn phương pháp tối ưu .............................................................. 24
Hình 3.1. Đường tần suất mực nước sông Đuống 5 ngày max trạm Thượng Cát ....... 44
Hình 3.2. Đường tần suất mực nước sông Đuống 1 ngày max trạm Thượng Cát ....... 45
Hình 3.3. Đường đặc tính của máy bơm AFLX 1203 50 Hz ....................................... 48
Hình 3.4: Kích thước cơ bản của bể tháo ..................................................................... 49

Hình 3.5.Sơ đồ chọn phương án Zmin
tối ưu ................................................................ 68
bt
Hình 3.6. Biểu đồ quan hệ chi phí quản lý và cao trình đáy cống. .............................. 69
Hình 3.7. Biểu đồ quan hệ chi phí xây dựng và cao trình đáy cống. ........................... 69
Hình 3.8. Biểu đồ quan hệ tổng chi phí và cao trình đáy cống. .................................. 69

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1.Xác định chiều cao dự trữ a ............................................................................ 7
Bảng 1.2. Xác định hệ số K ............................................................................................ 7
Bảng 3.1. Số liệu mực nước sông Đuống, trạm Thượng Cát ...........................................
Bảng 3.2. Giá trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 .............................................. 32
Bảng 3.3. Giá trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của lớp 3 .............................................. 33
Bảng 3.4. Giá trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của lớp 4 .............................................. 34
Bảng 3.5. Giá trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của lớp 5 .............................................. 35
Bảng 3.6. Bảng thống kê mực nước Z1 ngày max, Zbq 5 ngày max, Z1 ngày min ....42
Bảng 3.7. Tính mực nước bể hút thiết kế ..................................................................... 46
Bảng 3.8. Kích thước cống xả ...................................................................................... 51
Bảng 3.9: Tính toán thủy lực cống xả .......................................................................... 51
min

Bảng 3.10. Các phương án về Z đc và Z bt , Zđáy bt ................................................... 52
Bảng 3.11: Chi phí xây dựng cống xả và bể xả ............................................................ 54
Bảng 3.12. Kết quả tính toán chi phí xây dựng ............................................................ 54
Bảng 3.13.Diện tích các vùng đặc trưng do trạm bơm quản lý .................................... 55
Bảng 3.14a: Điện năng tiêu thụ PA1÷PA5................................................................... 59
Bảng 3.14b: Điện năng tiêu thụ PA6÷PA10 ................................................................ 60

Bảng 3.14c: Điện năng tiêu thụ PA11÷PA15 ............................................................... 61
Bảng 3.14d: Điện năng tiêu thụ PA16÷PA20 .............................................................. 62
Bảng 3.15a. Chi phí điện năng PA1÷PA5 .................................................................... 63
Bảng 3.15b. Chi phí điện năng PA6÷PA10 .................................................................. 64
Bảng 3.15c. Chi phí điện năng PA11÷PA15 ................................................................ 65
Bảng 3.15d. Chi phí điện năng PA16÷PA20 ................................................................ 66
Bảng 3.16. Bảng tổng hợp kết quả chi phí tổng của 20 phương án. ............................ 67

vii


DANH MỤC PHỤ LỤC
Phụ lục 1. Chi phí xây dựng cống xả và bể xả của từng PA..................................... 75
Phụ lục 2: Chi phí quản lý bình quân của từng phương án....................................... 116

viii


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trạm bơm Phù Đổng nằm trên địa phận xã Phù Đổng thuộc huyện Gia Lâm,
phụ trách tiêu úng cho các xã: Trung Màu, Ninh Hiệp và Phù Đổng. Tổng diện tích
tiêu cho toàn lưu vực là 690ha (bao gồm đất nông nghiệp và dân cư). Trạm bơm Phù
Đổng và các công trình nối tiếp được xây dựng năm 1974. Hiện nay, trạm bơm Phù
Đổng và các công trình nối tiếp đã xuống cấp toàn bộ và đã được thành phố Hà Nội
cho đầu tư xây dựng trạm bơm gồm 4 máy loại AFLX 1203 50Hz, một số công trình
nối tiếp và nâng cấp cống xả qua đê, để đảm bảo tiêu nước cho khu vực.
Trước đây, trạm bơm Phù Đổng và các trạm bơm tiêu tiêu nước ra sông mà bố
trí bể tháo liền với cống xả qua đê thì việc xác định Z đc còn theo ý kiến chủ quan của
người thiết kế. Vì đến này chưa có quy chuẩn, tiêu chuẩn, hay hướng dẫn cụ thể nào

nói về vấn đề. Nếu chọn cao trình đáy cống xả qua đê cao thì khi bơm nước lên bể
tháo cao, qua cống xả và chảy xuống qua dốc tiêu năng để nối tiếp với dòng chảy trong
kênh tháo ngoài đê (khi mực nước ngoài sông thấp), điều này cho thấy lãng phí năng
lượng bơm. Nếu chọn cao trình đáy cống xả thấp thì dẫn đến cao trình đáy bể tháo
thấp tức chiều cao bể tháo lớn, cống xả phải đặt sâu, do đó sẽ làm tăng chi phí xây
dựng. Vì vậy, vấn đề được đặt ra là cần xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả qua
đê để đảm bảo hiệu quả kinh tế.
Vì vậy cần thiết có một nghiên cứu để xác định cao trình hợp lý của đáy cống
xả qua đê của các trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống – phạm vi Hà Nội.
Đã có một số các nghiên cứu về xác định mực nước bể tháo và cao trình đáy
cống xả qua đê như:
-

Đề tài nghiên cứu của TS Bùi Văn Hức “Xác định mực nước sông thiết kế hợp lý

để xây dựng trạm bơm tưới tiêu nước” – vùng sông Hồng.
-

Luận văn thạc sĩ Đỗ Minh Thu “Nghiên cứu xác định cao trình đáy cống xả của

trạm bơm tiêu” – áp dụng cho trạm bơm Đông Mỹ (vùng sông Hồng).
-

Đề tài “Đánh bước đầu về phương pháp xác định mực nước thiết kế bể xả của các

trạm bơm tiêu” Tạp chí số 43 – (12/2013) Tác giả: Nguyễn Tuấn Anh, Lã Đức Dũng.

1



2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu, ứng dụng lý thuyết phân tích hệ thống và tối ưu hóa để xác định
cao trình hợp lý của đáy cống xả qua đê của trạm bơm Phù Đổng.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Trong luận văn này học viên tập trung nghiên cứu các trạm bơm tiêu nước mưa
có bể tháo liền cống xả qua đê hoặc đoạn kênh tháo trong đê rất ngắn.
Mực nước sông (nơi nhận nước tiêu) dao động lớn.

4. Phương pháp nghiên cứu
-

Phương pháp phân tích hệ thống;

-

Phương pháp tối ưu hóa;

-

Phương pháp mô hình toán;

- Ứng dụng lý thuyết thủy lực, máy bơm và trạm bơm, thủy văn công trình, kinh tế
xây dựng….

5. Bố cục luận văn
Phần mở đầu.
Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu.
Chương 3: Ứng dụng mô hình tính toán xác định cao trình đáy cống xả qua đê

cho trạm bơm Phù Đổng – Hà Nội.
Phần kết luận và kiến nghị.
Tài liệu tham khảo.
Phần phụ lục.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.

Giới thiệu về phương pháp xác định cao trình đáy cống xả và mực

nước bể tháo nhỏ nhất
1.1.1. Nhiệm vụ của cống xả
Cống xả qua đê là công trình quan trọng của trạm bơm. Ở trạm bơm tiêu, bể
tháo nối tiếp với cống xả đưa nước tiêu tới chỗ chứa nước tiêu (sông) hoặc công trình
chuyển nước như dốc nước, bậc nước…dẫn đến chỗ chứa nước tiêu.
Cống xả có những nhiệm vụ sau:
- Bảo đảm dòng chảy tới chỗ nhận nước tiêu thuận dòng, tổn thất ít;
- Khống chế mực nước, bảo đảm yêu cầu tiêu thoát nước;
- Muốn thực hiện các nhiệm vụ trên khi thiết kế cống xả cần phải đảm bảo các yêu
cầu:
- Kết cấu cống xả phải bền vững và ổn định.
- Kích thước và hình dạng cống xả phải đảm bảo cho dòng chảy thuận lợi về mặt thủy
lực và hợp lý về mặt kinh tế.
- Tạo điều kiện thuận lợi cho quản lý, thi công và sửa chữa.
1.1.2. Phân loại cống xả
Dựa vào kinh nghiệm xây dựng, nghiên cứu cũng như quản lý các trạm bơm có
kết nối với cống xả qua đê, người ta thấy rằng bể tháo của trạm bơm được thiết kế phụ

thuộc rất lớn vào cống xả qua đê. Cống xả được chia làm 2 loại:
+ Cống xả liền với bể tháo
phÝa s«ng
phÝa ®ång

Hình 1.1- Sơ đồ cống xả qua đê xây liền bể tháo

3


+ Cống xả cách xa bể tháo
phÝa s«ng

phÝa ®ång

Hình 1.2 - Sơ đồ cống xả qua đê cách xa bể tháo
1.1.3. Các điều kiện kỹ thuật khi thiết kế cống xả
Kết cấu toàn bộ hay từng bộ phận riêng của cống xả phải bền vững và ổn định.
Vì vậy với mỗi bộ phận phải tính toán tĩnh học theo các quy phạm kỹ thuật đã ban
hành.
Hình dạng mặt trong của cống phải đảm bảo điều kiện thủy lực cho dòng chảy
vào cống thuận lợi.
Cần tính toán, thiết kế, kiểm tra bể tiêu năng sau cống, để tránh xói lở ở hạ lưu
và tăng ổn định cho cống.
Chiều dài bể tiêu năng phải đảm bảo không gây xói lở. Tất cả các kích thước
của cống xả (chiều rộng, chiều dài, chiều sâu) phải được xác định trên cơ sở tính toán
thủy lực, khi cần phải thí nghiệm mô hình. Đồng thời phải thỏa mãn các yêu cầu lắp
ráp, sửa chữa thiết bị và quản lý được thuận lợi.
1.1.4. Phương pháp xác định cao trình đáy cống xả
Cao trình đáy cống xả hợp lý ràng buộc bởi điều kiện:

max
min
Z đc
≤ Z đc ≤ Z đc

+ Cao trình đáy cống có phương án đặt cống xả cao

max
Z đc

max
TK
Z đc
= Z bt - δ - H c

(1.1)

TK
δ: Khoảng cách từ trần cống lên Z bt để tạo điều kiện chảy có áp qua cống

Z TK
bt : Mực nước bể tháo thiết kế
H c : Chiều cao cống xả
+ Cao trình đáy cống có phương án đặt cống xả thấp

4

min
Z đc



min
Z đc

= max(Z 1 , Z 2 )

* Xác định Z 1
Z 1 = Z 1ngàymin 90% - H cmin

(1.2)

Trong đó:
H cmin ứng với lưu lượng Q min . Lấy Q min =

1
Q, Coi cống như đập tràn đỉnh rộng chảy
3

3/2
tự do để tính cột nước. Q = m.b. 2g .H 0 tính được H cmin = H o

Z 1ngàymin 90% : Mực nước bình quân 1 ngày min ứng với tần suất thiết kế 90%
* Xác định Z 2
Z 2 = Z tườngbểtháo -

H max

+ ht

(1.3)


Trong đó:
max

Cao trình tường bể tháo Z tườngbểtháo = Z bt

+a

a: Độ cao an toàn tuỳ thuộc vào lưu lượng.

H max : Chiều cao bể tháo lớn nhất
h t : Chiều cao thềm
Căn cứ vào kết quả của Z 1 , Z 2 trên ta chọn

min
Z đc

Để xác định được cao trình đáy cống xả hợp lý, chia Z đc thành nhiều phương án có
max

min

Z đc =[ Z đc , Z đc ]. Tùy thuộc vào các phương án ta tính được chi phí tổng = chi phí
xây dựng và chi phí quản lý, và so sánh các chi phí tổng giữa các phương án ta tìm ra
được Z đc hợp lý.
1.1.5. Xác định các thông số thiết kế của bể tháo
Nhiệm vụ tính toán thủy lực bể tháo là:
- Xác định độ sâu ngập của miệng ra ống đẩy dưới mực nước thấp nhất trong bể.
- Bảo đảm dòng chảy ra khỏi ống đẩy ở trạng thái ngập lặng.
- Xác định chiều dài giếng tiêu năng của bể tháo.

- Xác định hình dạng kích thước thềm ra từ giếng tiêu năng.
- Xác định chiều dài đoạn bảo vệ mái và đáy kênh tháo.
- Xác định các kích thước bể tháo hợp lý.
5


Hình 1.3. Bể tháo thẳng dòng có thiết bị nắp ống đẩy
Tính đường kính miệng ra ống đẩy để giảm tốc độ nước khi ra khỏi ống đẩy,
đường kính miệng ra ống đẩy lấy theo kinh nghiệm ở công thức (1.4)
D o = (1,1÷1,2)D (m)

(1.4)

D o –đường kính miệng ra, (m)
D – đường kính ống đẩy, (m)
Tính tốc độ nước chảy ra khỏi miệng ống đẩy theo lưu lượng ứng với mực nước
nhỏ nhất ở bể tháo, công thức (1.5).
V ra =

4.Q
π .D 02

(m/s)

(1.5)

Q: Lưu lượng tính toán của một máy bơm khi mực nước bể xả là nhỏ nhất.
Độ ngập sâu nhỏ nhất của mép trên miệng ra ống đẩy để bảo đảm dòng chảy ra ngập
lặng được xác định theo công thức (1.6).
Vra2

h ngmin = (3÷4).
; với điều kiện h ngmin ≥ 0,1 (m)
2.g

(1.6)

Chiều sâu nhỏ nhất trong giếng tiêu năng của bể tháo công thức (1.7).
H gi.min = D 0 + h ng.min + p

(m)

(1.7)

Ở đây p là khoảng cách từ mép dưới miệng ra ống đẩy đến đáy bể tháo. Tùy theo cấu
tạo nắp ống đẩy của bể tháo khi có vật đệm chống rò thì lấy p= 0,3÷0,5m.
Chiều cao thềm ra của giếng tiêu năng được tính theo công thức (1.8):
h t = H gi.min − h kmin (m)

(1.8)

h kmin – Chiều sâu nhỏ nhất trong kênh tháo trường hợp có kênh tháo ngay sau bể tháo.
Độ sâu lớn nhất của giếng tiêu năng tính theo công thức (1.9):
6


H gi.max = h t + h k.max (m)

(1.9)

h kmax – Chiều sâu lớn nhất trong kênh: h kmax = Z max

bt - Z đk

(1.10)

: mực nước bể xả lớn nhất.
Z max
bt
Độ ngập sâu lớn nhất của mép trên miệng ra ống xả ở công thức (1.11):
h ngmax = H gi.max – D o – p

(1.11)

Chiều cao dự trữ từ mực nước lớn nhất trong bể đến mép trên tường bể tháo, nếu
không có điều kiện gì đặc biệt thì lấy theo bảng (1.1)
Bảng 1.1.Xác định chiều cao dự trữ a
Lưu lượng của trạm Q (m3/s)
a (m)

1,0

1÷10

10 ÷ 30

>30

0,3

0,4


0,5

≥ 0,6

Chiều cao phía trong tường bể tháo là:
H b = H gimax + a

(1.12)

Chiều dài giếng tiêu năng tính theo công thức sau:
L gi = K.h ng.max

(1.13)

Với K là hệ số phụ thuộc vào dạng của thềm ra khỏi giếng tiêu năng, hình dạng tiết
diện miệng ra ống đẩy, hình dạng và chiều cao của thềm, lấy theo bảng (1.2).
Bảng 1.2. Xác định hệ số K
KD
0,5
1
1,5
2
2,5

Hệ số K
Thềm nghiêng
6,5
5,8
-


Thềm đứng
4
1,6
1
0,85
0,85

Các kết quả tra hệ số K ở trên và tính toán xác định chiều dài giếng tiêu năng
ứng với miệng ra hình tròn, khi miệng ra hình chữ nhật thì rút bớt 20%.
Chiều dài đoạn kênh tháo cần bảo vệ mái và đáy
L bv = (4÷5) h kmax (m)

(1.14)

Chiều rộng phía trong bể tháo với đường kính ống đẩy bằng nhau là:
B b = (n-1)B + D o + 2b (m)

(1.15)

7


Trong đó :
b - khoảng cách từ mép ống đẩy đến trụ pin, lấy như sau:
+ Loại van tự đóng nhanh b = 0;
+ Loại van nắp cánh bướm b = 0,5 m;
+ Loại nắp ống đẩy có chốt bản lề phía trên b = 0,3 ÷0,4 m.
d : Chiều dày trụ pin ở bể tháo lấy từ 0,6 ÷ 0,8 m;
n : Số lượng đường ống đẩy nối với bể tháo.
Chiều dài đoạn thu hẹp là đoạn chuyển tiếp từ bể tháo vào kênh tháo, có dạng

hình thang, có đáy nhỏ là chiều rộng đáy kênh tháo, đáy lớn là chiều rộng phía trong
bể tháo, chiều dài của bể tháo (chiều cao của hình thang) được xác định như sau

L th =
α1

Với:

Bbt - bkt
α
.cotg 1
2
2

(1.16)

: Góc thu hẹp từ bể tháo vào kênh tháo.

1.1.6. Xác định mực nước bể tháo nhỏ nhất
Xác định mực nước bể tháo nhỏ nhất Z btmin để tính toán cột nước bơm nhỏ nhất
và xác định cao trình đáy bể tháo theo công thức (1.17).
Z đáy bể tháo = Z min
- h ngmin - D o – P
bt

(1.17)

Cách xác định Z min
bt
+ Trường hợp bể tháo cách xa cống xả qua đê

Xác định cao trình đáy kênh
Z đk = ZTK
bt - h TK

(1.18)

Trong đó:

Z

TK
bt

Mực nước bể tháo thiết kế: Z

TK
bt

=

10%
Z 5ngaymax

+ h tt

(1.19)

Với :
+


10%
Z 5ngaymax

: Mực nước sông bình quân 5 ngày max ứng với tần suất thiết kế p= 10%

+ h tt : Tổn thất cột nước qua cống xả
Trường hợp bể tháo cách xa cống xả qua đê thì:
Z min
bt = Z đk + h kmin

(1.20)

+ Trường hợp bể tháo xây liền cống xả qua đê.
Trường hợp bể tháo xây liền cống xả thì:
8


Z min
bt = Z đc + H cmin

(1.21)

Trong đó:
Z đc : Cao trình đáy cống xả
H cmin : Cột nước trước cống nhỏ nhất ứng với lưu lượng nhỏ nhất Q min
Khi thiết kế các trạm bơm tiêu nước ra sông mà bể tháo bố trí liền cống xả qua
đê thì việc xác định cao trình đáy cống xả qua đê cũng như xác định mực nước bể tháo
min

nhỏ nhất Zbt


còn theo ý chủ quan của người thiết kế vì đến nay vẫn chưa có một quy

định hay hướng dẫn cụ thể nào về vấn đề này.
Ngoài ra , khi xác định cao trình đáy cống và mực nước bể xả nhỏ nhất cần chú
ý đến cao trình miệng ống đẩy. Nếu cao trình mực nước bể xả thấp hơn miệng ống
đẩy, sẽ tiêu tốn năng lượng hơn. Cao trình tâm miệng ống đẩy
Z miệng ống đẩy = Z đáy bể tháo + P + D o
min

Nếu chọn (Z đc ) cao trình đáy cống xả qua đê cao hay ( Zbt ) cao xem hình
(1.4) thì nhiều khi nước bơm lên bể tháo cao, qua cống xả và chảy tự do qua bậc nước
hay dốc tiêu năng để nối tiếp với dòng chảy trong kênh tháo ngoài đê (khi mực nước
ngoài sông thấp), điều này cho thấy việc lãng phí năng lượng bơm.
min

Ngược lại, nếu chọn (Z đc ) cao trình đáy cống xả qua đê hay ( Zbt ) thấp xem
hình (1.5) thì dẫn đến cao trình đáy bể tháo thấp tức chiều cao bể tháo lớn và cống xả
phải đặt sâu, do đó sẽ làm tăng chi phí xây dựng bể xả và cống xả.
phÝa s«ng
phÝa ®ång

Hình 1.4. Sơ đồ cao trình đáy cống xả qua đê cao

9


phÝa ®ång

phÝa s«ng


Hình 1.5. Sơ đồ cao trình đáy cống xả qua đê thấp
min

Vấn đề đặt ra là cần xác định một giá trị (Z đc ) hợp lý hay Zbt

để cho tổng chi phí xây

dựng và quản lý là nhỏ nhất.

1.2.

Tổng quan việc ứng dụng lý thuyết tối ưu hóa vào bài toán thiết kế

các công trình thủy lợi
Hiện nay, khi thiết kế các trạm bơm tiêu nước ra sông mà bố trí bể tháo liền với
cống xả qua đê thì việc xác định cao trình đáy cống xả qua đê cũng như việc xác định
min

mực nước bể tháo nhỏ nhất Zbt

còn theo ý chủ quan của người thiết kế vì đến nay

vẫn chưa có một quy định, tiêu chuẩn hay hướng dẫn cụ thể nào về vấn đề này. Vì vậy,
đáy cống xả qua đê có thể được thiết kế đặt ở cao trình chưa hợp lý, dẫn đến chi phí
xây dựng và chi phí quản lý cao, gây lãng phí ngân sách nhà nước.Vì thế, trong những
năm gần đây, lý thuyết phân tích hệ thống và lý thuyết tối ưu hoá đã được áp dụng
nhiều trong các bài toán về quy hoạch, thiết kế, quản lý, vận hành tối ưu các hệ thống
nói chung và hệ thống thuỷ lợi nói riêng. Trong đó, bài toán thiết kế tối ưu các công
trình trong hệ thống tưới, tiêu, cấp, thoát nước đã được một số tác giả trong nước

nghiên cứu, điển hình như:
Đề tài “ Hệ số tiêu thiết kế tối ưu của trạm bơm cho các vùng trồng lúa đồng
bằng Bắc Bộ - Việt Nam” (1997) của TS. Dương Thanh Lượng. Tác giả đã áp dụng
phương pháp mô hình mô phỏng và phương pháp tối ưu hoá cho bài toán thiết kế hệ
thống tiêu bằng trạm bơm vùng trồng lúa với chỉ tiêu tối ưu là chỉ số NPV (Giá trị thu
nhập ròng quy về thời điểm hiện tại). Gía trị hệ số tiêu thiết kế nào tương ứng với giá
trị NPV max thì đó là giá trị hệ số tiêu thiết kế tối ưu của trạm bơm.

10


Đề tài “Xác định mức nước sông thiết kế hợp lý để xây dựng trạm bơm tưới
tiêu nước” (1993) của TS Bùi Văn Hức. Tác giả thiết lập quan hệ hàm số giữa năng
lượng bơm nước với mức nước sông thiết kế thông qua đặc tính của các máy bơm và
hình thức công trình của từng trạm bơm tưới và tiêu nước.
Đề tài “Đánh dấu bước đầu về phương pháp xác định mực nước thiết kế bể
xả của các trạm bơm tiêu” Tạp chí số 43 – (12/2013) Tác giả: Nguyễn Tuấn Anh, La
Đức Dũng.
Đề tài “Phân vùng tưới tối ưu hệ thống thuỷ nông Văn Giang” (2001) của
Th.S Phạm Thị Hoài. Bằng phương pháp mô hình, mô phỏng và tối ưu hoá, tác giả đã
đưa ra nhiều phương án khác nhau về biên giới bơm tưới giữa trạm bơm Văn Giang đã
được xây dựng và trạm bơm mới cần được xây dựng, ứng với từng phương án tính
được: chi phí xây dựng ban đầu, chi phí quản lý hàng năm và hiệu ích đem lại của
công trình, từ đó tính được giá trị NPV, phương án về biên giới bơm tưới nào cho giá
trị NPV max thì đó là phương án tối ưu nhất.
Luận văn thạc sĩ Đỗ Minh Thu “Nghiên cứu xác định cao trình đáy cống xả
của trạm bơm tiêu” – áp dụng cho trạm bơm Đông Mỹ (vùng sông Hồng). Bằng
phương pháp tối ưu hóa, tác giả đã xác định mực nước bể tháo nhỏ nhất của trạm bơm
nối tiếp với cống xả qua đê.
Đề tài “Nghiên cứu xác định quy mô đường ống tối ưu cho hệ thống tưới

Trung tâm nghiên cứu và sản xuất giống ngô Sông Bôi – Hoà Bình” (2002) của
Th.S Đỗ Hồng Quân. Bằng phương pháp tối ưu hoá, tác giả đã tìm ra phương án
đường kính ống tối ưu cho hệ thống tương ứng với chỉ tiêu tối ưu: IRRmax.
Đề tài “Nghiên cứu xác định phương án bố trí và quy mô hợp lý của trạm
bơm tưới vùng cao” (2003) của Th.S Nguyễn Tuấn Anh. Sử dụng phương pháp mô
hình, mô phỏng và tối ưu hoá, tác giả đã thiết lập được bài toán tìm phương án thiết kế
tối ưu trạm bơm tưới vùng cao qua chỉ tiêu tối ưu là tổng chi phí quy về năm đầu nhỏ
nhất.
Trong luận văn này, phương pháp tối ưu hoá sẽ được áp dụng để xây dựng bài
toán xác định cao trình đáy cống xả hợp lý và mực nước bể tháo nhỏ nhất cho các trạm
bơm tiêu nước ra sông Đuống.

11


CHƯƠNG 2
XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CAO TRÌNH ĐÁY CỐNG XẢ HỢP LÝ
2.1.

Lý thuyết phân tích hệ thống ứng dụng trong nghiên cứu hệ thống

tưới tiêu bằng động lực
2.1.1. Mở đầu
Trong công cuộc đổi mới nền kinh tế của nước ta, việc hiện đại hóa các công
trình tưới tiêu là một yêu cầu cấp thiết nhằm nâng cao hiệu ích.
Sự phát triển nhanh chóng của khoa học hệ thống và kỹ thuật thông tin ở nước
ta, hiện nay đã tạo nên cơ sở vững vàng cho việc phát triển kỹ thuật tự động hóa thiết
kế và quản lý công trình thủy lợi, trong đó có trạm bơm.
Công trình trạm bơm là công trình thủy lợi rất phổ biến. Tuy nhiên nó là công
trình sử dụng nhiều năng lượng. Vì vậy, việc tối ưu hóa các thông số thiết kế và điều

kiển vận hành sẽ có một ý nghĩa đáng kể nhằm giảm nhỏ năng lượng tiêu hao.
Việc giảm nhỏ năng lượng tiêu hao trên không phải chỉ thực hiện ở khâu vận hành
quản lý, mà nó còn được tạo tiền đề có tính chất quyết định ngay từ bước quy hoạch
thiết kế.
Vì vậy, để vận hành và quản lý trạm bơm có hiệu ích tốt nhất thì ta phải vận
dụng lý thuyết về phân tích hệ thống.
Phương pháp phân tích hệ thống được áp dụng vào công trình thủy lợi từ năm
1950, đầu tiên là vấn đề quản lý và phân phối nguồn nước. Đặc biệt từ thập kỷ 70 khi
có sự phát triển rộng rãi của máy vi tính, phương pháp phân tích hệ thống được sử
dụng rộng rãi trong qui hoạch thiết kế và tự động hóa trong quản lý các hệ thống tưới
tiêu.
Nhằm mục đích tưới tiêu và cung cấp nước cho sinh hoạt và công nghiệp, đến
nay chúng ta đã xây dựng nhiều trạm bơm lớn, nhỏ.
Tất cả các trạm bơm trên đều do cán bộ kỹ thuật nước ta thiết kế, xây dựng và
quản lý vận hành và đã phát huy hiệu quả tưới tiêu đảm bảo an toàn sản xuất nông
nghiệp nâng cao năng suất và sản lượng cây trồng.
Nhiều công trình trạm bơm được xây dựng và trong những năm tới nhiều dự án
về tiêu nước cho đô thị, tiêu nước cho nông nghiệp sẽ được thực thi. Việc áp dụng
phương pháp hệ thống cho phép tối ưu trong việc quy hoạch sử dụng nguồn nước
12


trong thiết kế và quản lý các hệ thống tiêu nước chính là các bài toán hay đặt ra cho
người nghiên cứu khoa học.
2.1.2. Hệ thống và các đặc trưng của hệ thống
a.

Định nghĩa
Hệ thống là một tập hợp các phần tử được sắp xếp theo một trình tự nào đó, có


mối tác động tương tác lẫn nhau tạo thành một tập hợp đầy đủ.
Hệ thống công trình trạm bơm tưới là một tập hợp các phần tử: nguồn nước →
công trình lấy nước → công trình dẫn nước → nhà máy bơm → công trình tháo nước
→ khu tưới; có mối tác động tương hỗ lẫn nhau thành một tập hợp đầy đủ làm nhiệm
vụ tưới. Tương tự ta có hệ thống công trình trạm bơm tiêu.
Lấy ví dụ đơn giản, khi thiết kế hệ thống tiêu úng tự chảy, khả năng tiêu tự chảy
của hệ thống phụ thuộc vào khả năng gặp gỡ của vô số các tổ hợp giữa mưa và mực
nước ngoài sông. Nếu ta chọn mô hình trạng thái mà mưa trong đồng và mực nước
ngoài sông có cùng tần suất thiết kế, khi đó tần suất thiết kế đảm bảo tiêu sẽ nhỏ hơn
nhiều so với tiêu chuẩn thiết kế. Thông số công tác của trạm bơm tiêu có thể thiên lớn,
trong quản lý sau này xảy ra tình trạng là thời gian sử dụng công suất của trạm bơm rất
nhỏ, gây lãng phí. Vì vậy nếu xem xét mối quan hệ tương tác giữa mưa đồng và mực
nước sông, thì các thông số công tác của trạm bơm sẽ khác hẳn và hợp lý hơn.
Nói tóm lại, cần phải có quan điểm hệ thống trong phân tích và nghiên cứu các
hệ thống phức tạp. Sự phân tích hệ thống trong mối quan hệ tương tác giữa các thành
phần cấu thành hệ thống.
b.

Các đặc trưng của hệ thống
Cấu trúc hệ thống: Là sự sắp xếp của các phần tử trong hệ thống theo một trật

tự nào đó cùng với các tác động tương tác giữa chúng. Mỗi thành phần tham gia vào
cấu trúc của hệ thống được đặc trưng bởi tham số nào đó gọi là tham số cấu trúc. Như
vậy, nói đến cấu trúc có nghĩa là đã kể đến những tham số đặc trưng cho cấu trúc mà
mối quan hệ qua lại giữa các thành phần của cấu trúc ấy.
Thông tin vào của một hệ thống là tập hợp tất cả các tác động vào hệ thống để
nhận đực các thông tin ra của hệ thống.
Thông tin ra của hệ thống là tập hợp tất cả những đặc trưng mà người nghiên
cứu quan tâm khi có tác động tương ứng ở đầu vào.
13



Các thông tin vào và ra được đặc trưng bởi một đại lượng ào đó có thể coi là
các biến gọi là biến vào, biến ra. Nếu các đại lượng này là các đại lượng phụ thuộc vào
thời gian gọi là các quá trình vào, ra hoặc là các hàm vào, ra của hệ thống.
Các biến vào của hệ thống bao gồm cả các biến điều kiển được và các biến
không điều kiển được. Ví dụ, khi vận hành một trạm bơm tiêu, quá trình mưa, bốc hơi
là các biến vào không điều kiển được, lưu lượng bơm qua trạm bơm tiêu là biến là biến
vào điều kiển được. Biến ra của hệ thống có thể là quá trình năng lượng tiêu hao cho
trạm bơm tiêu là hàm của các biến vào, cũng có thể là sự biến đổi mực nước trong khu
tiêu.
Biến trạng thái là một hàm của thời gian. Biến trạng thái là hệ thống có nhớ
người ta đưa vào một loại biến đặc trưng cho trạng thái của nó. Hệ thống có nhớ là hệ
thống mà trạng thái của nó ở một thời điểm nào đó không những phụ thuộc vào tác
động từ bên ngoài ở chính thời điểm đó, mà còn phụ thuộc vào trạng thái của nó ở
những thời điểm trước đó.
Điều quan trọng nhất của người làm hệ thống là phải xác định được đâu là biến
vào, biến ra và đặc trưng nào là biến trạng thái. Ngoài ra, cũng phải mô phỏng được
quá trình trao đổi thông tin giữa các thành phần trong hệ thống, quan hệ giữa biến vào,
biến ra và biến trạng thái.
c.

Phân loại hệ thống
Phụ thuộc vào đặc điểm của hệ thống, mục đích nghiên cứu mà có cách phân

loại khác nhau. Dưới đây là một số loại hệ thống đặc trưng.
Hệ thống với mô hình vào – ra (hộp đen). Loại này không cho biết cấu trúc bên
trong của hệ thống mà chỉ cho biết quan hệ tương tác giữa biến vào và biến ra.
Hệ tĩnh và hệ động: hệ tĩnh là hệ mà các không gian biến của hệ thống không
phải là hàm của thời gian. Hệ động là hệ cos chứa biến trạng thái và các biến vào, biến

ra đề là hàm của thời gian. Hệ tính là trường hợp riêng của hệ động khi các hàm thời
gian được lấy bình quân trong một khoảng thời gian nào đó.
Hệ thống có mô tả cấu trúc bên trong ( hộp trắng): Khác với hộp đen, các hệ
thống loại hộp trắng có thêm các biến trạng thái. Việc đưa vào không gian biến trạng
thái giúp ta phân tích được quỹ đạo chuyển động của hệ thống hoặc đoán biết đục xu

14


hướng phát triển của hệ thống trong tương lai. Do đó người nghiên cứu định hướng
được các tác động vào hệ thống để đạt được mục tiêu mong muốn.
Hệ thống không có điều kiển là hệ mà các thông tin vào không chứa các biến
điều kiển được, ngược lại là hệ có điều kiển. Nói chung biến điều kiển và biến trạng
thái là các biến độc lập với nhau, nhưng trong một số trường hợp, biến trạng thái cũng
là biến điều kiển.
Hệ thống điều kiển bán tự động là hệ thống mà khi xử lý thông tin và điều kiển
được thực hiện bởi người điều kiển. Sauk hi phân tích, so sánh người điều kiển trực
tiếp đưa ra quyết định và điều hành hệ thống điều kiển.
Hệ thống điều kiển tự động là một hệ thống mà quá trình điều kiển hoàn toàn
được tự động hóa.
Hệ tất định và hệ ngẫu nhiên: hệ tất định là hệ mà các biến vào, biến ra, các
ràng buộc và mối quan hệ giữa các phần tử trong hệ thống là những hàm tất định. Một
trong những biến trên là hàm ngẫu nhiên ta gọi là hệ ngẫu nhiên.
Hệ thống bất định và các yếu tố bất định của hệ thống: hệ thống bất định là hệ
thống chứa các yếu tố bất định, tức là các yếu tố cấu thành hệ thống không được xác
định hoặc không có đủ thông tin để xác định nó. Các yếu tố bất định của hệ thống bao
gồm các thông tin vào ra, mục tiêu khai thác, cấu trúc hệ thống…
Hệ thống trong đó bao gồm các hệ thống con: một hệ thống có thể phân chia
thành các hệ thống con. Sự phân chia các hệ thống lớn thành các hệ thống con tùy
thuộc vào kích cỡ, đặc thù của hệ thống và các phương pháp phân tích được áp dụng

với hệ thống đó.
Hệ thống công trình tiêu động lực phân thành các loại sau đây:
+ Hệ thống đơn: Bao gồm một công trình đầu mối trạm bơm tiêu và một mạng kênh
hoặc đường ống dẫn nước.
+ Hệ thống phức tạp: Bao gồm nhiều công trình đầu mối trạm bơm hoạt động trên một
hệ thống mạng dẫn. Ví dụ hệ thống tiêu Bắc Nam Hà.
+ Hệ thống hỗn hợp. Công trình đầu mối bao gồm các trạm bơm, cống, hồ chứa…hoạt
động trên cùng một mạng dẫn.
+ Hệ thống nhiều cấp: Hệ thống trạm bơm tiêu nhiều cấp trạm bơm như hệ thống tiêu
Bắc Đuống…
15


Với các hệ thống tiêu bằng động lực thì các đại lượng tối ưu sẽ là:
+ Qui mô công trình tối ưu như kích thước kênh mương, ống dẫn, qui mô nhà trạm tối
ưu.
+ Năng lượng tiêu hao bé nhất, hiệu suất máy bơm cao nhất.
Các đại lượng trên sẽ là mục tiêu của bài toán. Các mục tiêu này sẽ đạt được
như thế nào phụ thuộc vào các yếu tố ảnh hưởng.
Một hệ thống chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố. Để lập nên mô hình toán học
nhất thiết phải nhất thiết phải tìm được những yếu tố chủ yếu quyết định bản chất của
hiện tượng và các yếu tố thứ yếu từ đó tiến hành việc đơn giản hóa hệ thống. Để đơn
giản hóa hệ thống có thể lược bỏ hoặc hợp nhất một số yếu tố thứ yếu nhưng nhất thiết
phải tìm được những yếu tố chủ yếu quyết định bản chất của hiện tượng.
d.

Các bài toán cơ bản về hệ thống và hệ thống chỉ tiêu đánh giá
- Thực tế, khi nghiên cứu hệ thống, thường có ba bài toán cơ bản sau:

+ Thiết kế hệ thống theo hệ thống chỉ tiêu nào đó: chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế…

+ Điều khiển hệ thống để đạt được yêu cầu khai thác đã xác định.
+ Phát triển hệ thống, là chiến lược phát triển hệ thống trong tương lai. Bài toán phát
triển hệ thống là bài toán bắt buộc phải giải quyết việc hình thành hệ thống trong
tương lai kéo dài trong nhiều năm.
- Hệ thống chỉ tiêu đánh giá được mô tả và lượng hoá theo dạng khác nhau, có
thể khái quát một số dạng cơ bản như sau:
+ Hệ thống chỉ tiêu đánh giá được mô tả bằng một hoặc một số hữu hạn các đẳng thức
hoặc bất đẳng thức. Các biểu thức đó được viết đối với hàm ra của hệ thống Y(t).
Dạng tổng quát của loại hệ thống chỉ tiêu:
Fj(Y) ≤ bj với j=1, m.

(2.1)

Trong đó F là hàm biểu diễn qua hàm ra của hệ thống với m là số chỉ tiêu trong hệ
thống chỉ tiêu đánh giá.
+ Hệ thống chỉ tiêu đánh giá là một hoặc một số hữu hạn các hàm số mà nó cần được
đưa về cực trị, có dạng (2.2):
Fj(Y) → max(min) với j = 1, hoặc với j = 1,m.
Các hàm Fj(Y) trong trường hợp này được gọi là hàm mục tiêu.

16

(2.2)


Hệ thống chỉ tiêu đánh giá có dạng hỗn hợp, tức là một số chỉ tiêu đánh giá
được mô tả bằng hàm mục tiêu trên, số còn lại đươc mô tả như một ràng buộc của hệ
thống về mục tiêu, có dạng sau:
Fj(Y) → max(min)
Fj(Y) ≤ Sj với j= 1,m

e.

(2.3)

Hệ thống phương pháp luận trong phân tích hệ thống
Phương pháp tối ưu là phương pháp xác định lời giải của hệ thống theo mục

tiêu bằng cách đưa chúng về các bài toán tối ưu.
Phương pháp mô phỏng là phương pháp sử dụng các mô hình mô phỏng để
đánh giá chất lượng của hệ thống khi thiết kế và điều kiển nó. Sự phân tích chất lượng
của hệ thống được tiến hành bằng cách đưa ra tất cả các tình huống hoặc phương án có
thể và phân tích tất cả các phản ứng của hệ thống mà ta quan tâm tương ứng với các
tình huống đặt ra. Theo sự phân tích đó người nghiên cứu lựa chọn nghiệm của bài
toán trong số các tình huống đã được đặt ra. Như vậy, phương pháp mô phỏng chỉ tìm
nghiệm trong tập hợp hữu hạn các tình huống, bởi vậy nghiệm của bài toán có thể
không trùng với nghiệm tối ưu.
Phương pháp tối ưu hoá: phương pháp này kết hợp với phương pháp mô phỏng
được sử dụng song song trong quá trình tìm lời giải tối ưu khi thiết kế và điều khiển hệ
thống. Phương pháp tối ưu là phương pháp cho lời giải tối ưu, còn phương pháp mô
phỏng cho lời giải gần tối ưu. Phương pháp tối ưu hoá là phương pháp xác định lời
giải của hệ thống theo mục tiêu khai thác hệ thống bằng cách lượng hoá chúng thành
các hàm mục tiêu.
Do hạn chế của phương pháp tối ưu như chỉ tìm được nghiệm tối ưu cục bộ do
hạn chế của phương pháp toán học v.v nên có thể bỏ sót các phương án tốt hơn vì vậy
người ta sử dụng phương pháp mô phỏng phân tích lựa chọn bài toán.
Hệ thống các quan điểm và nguyên lý tiếp cận hệ thống bao gồm:
+ Hệ thống các quan điểm: Khi nghiên cứu một hệ thống cần xem xét các qui luật của
hệ thống trong mối quan hệ tương tác giữa các thành phần cấu thành hệ thống và quan
hệ của hệ thống với môi trường tác động lên nó. Quan điểm đó phải được lượng hóa
bằng các mô hình toán học mô tả các quá trình của hệ thống. Động thái và xu thế phát

triển của hệ thống được xác định nhờ các mô phỏng, và qua đó có thể phát hiện các tác
17