Kỹ thuật và quản lý cấp nước

223 PhÇn 2 Kü thuËt Vµ Qu¶n lý cÊp n­íc 230 231 CH¦¥NG 6 Dù B¸O NHU CÇU DïNG N¦íC 6.1. Sö DôNG N¦íC Vµ Dù B¸O Sö dông n­íc cã thÓ chia thµnh hai nhãm, nhãm ngµnh tiªu thô n­íc, trong ®ã mét phÇn n­íc lÊy tõ c¸c nguån n­íc tù nhiªn nh­ n­íc mÆt hay n­íc ngÇm kh«ng thÓ sö dông ®­îc n÷a bëi nã bÞ bèc h¬i, do tho¸t h¬i n­íc cña thùc vËt, ®­a vµo c¸c s¶n phÈm c«ng nghiÖp vµ s¶n phÈm n«ng nghiÖp, hoÆc sö dông bëi con ng­êi vµ vËt nu«i. Vµ nhãm ngµnh lîi dông n­íc, trong ®ã n­íc lµ ph­¬ng tiÖn cho mét môc ®Ých nµo ®ã. Nhãm ngµnh tiªu thô n­íc bao gåm ®« thÞ, n«ng nghiÖp, c«ng nghiÖp vµ khai th¸c má. Nhãm ngµnh lîi dông n­íc gåm cã sö dông n­íc trong dßng ch¶y nh­ lµ thñy ®iÖn, vËn t¶i vµ gi¶i trÝ. Tõ gãc nh×n kinh tÕ, chóng ta cã kh¶ n¨ng lín nhÊt trong viÖc m« h×nh hãa c¸c h×nh thøc tiªu thô n­íc. C¸c h×nh thøc tiªu thô n­íc ®­îc m« h×nh hãa b»ng c¸c hµm tæn thÊt vµ c¸c h×nh thøc lîi dông n­íc ®­îc m« h×nh hãa b»ng c¸c hµm s¶n l­îng. Sö dông n­íc nãi ®Õn l­îng n­íc sö dông ®Ó ®¹t ®­îc c¸c môc ®Ých kh¸c nhau, nh­ vËy nã lµ mét kh¸i niÖm miªu t¶. Nhu cÇu dïng n­íc lµ danh môc cña c¸c l­îng n­íc ®­îc ng­êi sö dông n­íc sö dông trong mçi ®¬n vÞ thêi gian cho mét gi¸ n­íc cô thÓ, nã lµ mét kh¸i niÖm ph©n tÝch. Sö dông n­íc cho ®« thÞ cã thÓ ®­îc chia thµnh c¸c lo¹i nh­ cho nhµ riªng (nhµ vµ c¨n hé), th­¬ng m¹i (kinh doanh vµ cöa hµng), c¬ quan (tr­êng häc vµ bÖnh viÖn), c«ng nghiÖp, vµ c¸c lo¹i kh¸c (c«ng viªn n­íc, bÓ b¬i, cøu háa). §èi víi sù ph©n phèi n­íc cho c¸c lo¹i sö dông n­íc nµy (hoÆc c¸c lo¹i tiªu thô n­íc), ph¶i ®­îc thªm vµo tæn thÊt do sù rß rØ cña hÖ thèng ph©n phèi n­íc ®Ó quyÕt ®Þnh l­îng n­íc xö lý (hoÆc s¶n xuÊt); sau ®ã, thªm vµo l­îng n­íc hao phÝ do c¸c qu¸ tr×nh xö lý, tõ ®ã tÝnh ®­îc l­îng n­íc lÊy tõ tÊt c¶ 232 c¸c nguån n­íc, hoÆc l­îng n­íc cÊp, cho thµnh phè. Kh«ng gièng nh­ n­íc sö dông trong n«ng nghiÖp, n¬i mµ n­íc lµ ®Çu vµo cña mét hÖ thèng s¶n xuÊt, n­íc sö dông cho ®« thÞ phÇn lín lµ ®¸p øng nhu cÇu cña con ng­êi mµ kh«ng cã mét hÖ qu¶ kinh tÕ trùc tiÕp. N­íc sö dông cho ngµnh c«ng nghiÖp nhÑ n»m trong lo¹i n­íc sö dông cho ®« thÞ, nh­ng mét sè ngµnh c«ng nghiÖp cÇn nhiÒu n­íc nªn cÇn ®­îc nhËn biÕt vµ nghiªn cøu riªng. Quan träng nhÊt trong nh÷ng ngµnh nµy lµ n­íc lµm l¹nh cho nhµ m¸y ph¸t ®iÖn dïng h¬i n­íc. Mét sè ngµnh sö dông nhiÒu n­íc kh¸c lµ läc dÇu, hãa chÊt vµ s¶n xuÊt thÐp, dÖt, s¶n xuÊt thøc ¨n, nghiÒn vµ c¸c nhµ m¸y giÊy. N­íc sö dông cho n«ng nghiÖp gåm cã n­íc dïng cho t­íi ruéng vµ cho ch¨m sãc ®éng vËt, cho ®éng vËt uèng. T­íi dïng nhiÒu n­íc nhÊt, cã thÓ ®­îc ph©n lo¹i thµnh t­íi ngËp, t­íi phun, vµ t­íi nhá giät, tïy thuéc vµo ph­¬ng ph¸p sö dông. Kh¶ n¨ng qu¶n lý vµ vËn hµnh c¸c nhµ m¸y cung cÊp n­íc ®· cã vµ sau ®ã lµ lËp kÕ ho¹ch vµ thiÕt kÕ c¸c nhµ m¸y cung cÊp n­íc míi liªn quan ®Õn kh¶ n¨ng m« t¶ n­íc sö dông cho hiÖn t¹i vµ t­¬ng lai. Thêi ®o¹n dù b¸o cã thÓ lµ giê, ngµy, tuÇn, th¸ng, hoÆc n¨m, phô thuéc vµo vÊn ®Ò cô thÓ. Dù b¸o nhu cÇu dïng n­íc th­êng lµ dù b¸o n­íc sö dông trong t­¬ng lai dùa trªn n­íc sö dông tr­íc ®ã vµ kinh tÕ x· héi, c¸c th«ng sè thêi tiÕt cña qu¸ khø, sö dông n­íc hiÖn t¹i. Nhu cÇu dïng n­íc hoÆc sö dông n­íc cã thÓ biÕn ®æi h»ng giê, h»ng ngµy, h»ng th¸ng, h»ng mïa vµ h»ng n¨m. H×nh 6.1.1 minh häa sù ph©n phèi theo thêi gian cña l­îng n­íc sö dông cña ba thµnh phè cña Mü. C¸c thµnh phè kh¸c nhau cã c¸c nh©n tè kh¸c nhau ¶nh h­ëng ®Õn sù sö dông n­íc. Austin, Texas (h×nh 6.1.1a) cho thÊy sù biÕn ®æi theo mïa cña sö dông n­íc t­¬ng tù nhau. Boca Raton, Florida (h×nh 6.1.1b) cho thÊy sù biÕn ®æi theo mïa Ýt h¬n so víi Austin, Texas; tuy nhiªn, cã sù ph¸t triÓn theo thêi gian trong sè liÖu cña Florida. Xu h­íng cña Allentown, Pennsylvania (h×nh. 6.1.1c) l¹i kh¸c; xu h­íng ph¸t triÓn râ rµng ®Õn kho¶ng 1976 – 1977, sau ®ã gi¶m ®i, ®iÒu nµy cã thÓ ph¶n ¸nh c¸c xu thÕ kinh tÕ vµ xu thÕ d©n c­ trong bang. TÊt c¶ c¸c nguån cung cÊp n­íc hÇu nh­ ®­îc lÊy tõ hai nguån: n­íc mÆt (vÝ dô: s«ng, suèi, hå…) vµ n­íc ngÇm. Ng­êi ta ­íc l­îng hµng ngµy cã h¬n bèn ngh×n tØ gal«ng (t­¬ng ®­¬ng kho¶ng 150 tû m3, 1 gallon = 0,00378533 m3) gi¸ng thñy r¬i trªn 48 bang gi¸p nhau. N­íc Mü sö dông kho¶ng 450 ®Õn 700 tØ gal«ng mçi ngµy (1,7 tû ®Õn 2,6 tû m3) tøc lµ kho¶ng h¬n 10% tæng l­îng gi¸ng thñy (Dzurick, 1988). PhÇn lín l­îng gi¸ng thñy tæng céng, kho¶ng 65%, trë l¹i khÝ quyÓn bëi bèc h¬i vµ sù tho¸t h¬i n­íc cña c©y. XÐt vÒ tæng thÓ tÝch cña n­íc mÆt vµ n­íc ngÇm cã thÓ dïng ®­îc, Mü cã thÓ ®­îc coi lµ mét quèc gia nhiÒu n­íc. Dù b¸o lµ mét ­íc l­îng c¸c tr¹ng th¸i t­¬ng lai cña mét th«ng sè, nã cã bèn biÕn sè: sè l­îng, chÊt l­îng, thêi gian vµ kh«ng gian. Trong dù b¸o nhu cÇu dïng n­íc, th«ng sè quan träng cã thÓ lµ l­îng n­íc sö dông trung b×nh ngµy, l­îng n­íc sö dông nhiÒu nhÊt ngµy, vµ c¸c th«ng sè kh¸c. Trong thiÕt 233 kÕ vµ lËp kÕ ho¹ch cña dù ¸n n­íc, c¸c nh©n tè quan träng nhÊt quyÕt ®Þnh chi phÝ dù ¸n lµ l­îng n­íc cÇn ®Ó tr÷, xö lý, ph©n phèi, vµ l­îng n­íc th¶i cÇn ®­îc thu gom, xö lý vµ lo¹i bá mçi n¨m. §Æc tÝnh, kÝch th­íc, vµ thêi gian ho¹t ®éng cña c¸c nhµ m¸y n­íc trong t­¬ng lai phô thuéc nhiÒu vµo sù sö dông n­íc trong t­¬ng lai vµ sö dông n­íc trong t­¬ng lai nµy ph¶i ®­îc dù b¸o. Bëi vËy, kh¶ n¨ng qu¶n lý vµ vËn hµnh c¸c nhµ m¸y n­íc s½n cã vµ sau ®ã lµ lËp kÕ ho¹ch vµ thiÕt kÕ c¸c nhµ m¸y n­íc míi trong t­¬ng lai cã liªn quan trùc tiÕp ®Õn kh¶ n¨ng m« t¶ sö dông n­íc hiÖn t¹i vµ t­¬ng lai. T­¬ng lai cã thÓ lµ giê, ngµy, tuÇn, th¸ng hoÆc n¨m, phô thuéc vµo tõng vÊn ®Ò cô thÓ. Do quy m« vµ tÇm quan träng cña hÇu hÕt c¸c dù ¸n n­íc, nhu cÇu dïng n­íc th­êng ®­îc dù b¸o trong kho¶ng 15 – 25 n¨m ®èi víi dù b¸o h¹n võa vµ 50 n¨m ®èi víi dù b¸o h¹n dµi. Dù b¸o kh«ng hoµn toµn lµ mét ph­¬ng ph¸p cã tÝnh khoa häc, bëi cã thÓ nãi r»ng, t­¬ng lai kh«ng tån t¹i (Encel vµ c¸c céng sù, 1976). 234 H×nh 6.1.1 C¸c xu thÕ sö dông n­íc th¸ng ë ba thµnh phè cña Mü. (Maidment vµ c¸c céng sù, 1985). Nhu cÇu dïng n­íc ®­îc ®Þnh nghÜa theo c¸c thuËt ng÷ kinh tÕ cã liªn quan víi gi¸ n­íc. Nã kh«ng gièng víi kh¸i niÖm yªu cÇu n­íc (water requirement) sö dông trong ph©n tÝch khoa häc. C¸c dù b¸o nhu cÇu dïng n­íc nªn ®ång thêi ph¶n ¸nh sù thay ®æi c«ng nghÖ trong c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, s¶n phÈm ®Çu ra, nguyªn liÖu th«, xö lý n­íc vµ c¸c ph­¬ng ph¸p xö lý n­íc th¶i, thÞ hiÕu x· héi, vµ c¸c chÝnh s¸ch chung vÒ sö dông n­íc vµ ph¸t triÓn. C¸c nh©n tè nµy rÊt quan träng trong dù b¸o h¹n võa vµ h¹n dµi. MÆt kh¸c, c¸c kÕt qu¶ dù b¸o cã thÓ cã gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh trong viÖc ®­a ra quyÕt 235 ®Þnh. Bëi vËy, c¸c ph­¬ng ph¸p qu¸ ®¬n gi¶n nh­ ngo¹i suy tuyÕn tÝnh cña nhu cÇu dïng n­íc qu¸ khø (cßn ®­îc gäi lµ sù dù b¸o) th­êng kh«ng thÝch hîp cho dù b¸o h¹n dµi. Tuy nhiªn, c¸c ph­¬ng ph¸p nµy vÉn thÝch hîp cho qu¶n lý n­íc trong thêi kú khñng ho¶ng, thêi k× mµ thêi gian dù b¸o ng¾n.Do sù thay ®æi tù nhiªn, liªn tôc cña x· héi, kinh tÕ, vµ chÝnh trÞ trong vïng nªn tån t¹i nhiÒu ®iÒu kh«ng ch¾c ch¾n trong dù b¸o. Lçi trong c¸c dù b¸o sö dông n­íc cã thÓ do nh÷ng gi¶ ®Þnh kh«ng phï hîp khi x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè dù b¸o. Nã bao gåm d©n sè t­¬ng lai, tæ hîp c«ng nghiÖp, vµ mèi quan hÖ gi÷a c¸c gi¸ trÞ cña c¸c th«ng sè m« h×nh, møc sö dông n­íc. BÊt kÓ nguyªn nh©n g×, lçi trong dù b¸o t¹o ra c¸c chi phÝ kinh tÕ vµ chi phÝ m«i tr­êng v­ît møc. Nh÷ng chi phÝ nµy cã thÓ tr¸nh ®­îc b»ng viÖc sö dông nh÷ng ph­¬ng ph¸p dù b¸o tèt h¬n. H¬n n÷a, c¶i tiÕn ph­¬ng ph¸p dù b¸o nhu cÇu dïng n­íc ®­îc dïng ®Ó gi¶i thÝch cho: (1) sù gia t¨ng c¸c m©u thuÉn gi÷a sö dông n­íc vµ ng­êi sö dông n­íc; (2) t¨ng sù nhËn thøc vÒ mèi quan hÖ qua l¹i gi÷a c¸c nguån n­íc kh¸c nhau; vµ (3) t¨ng c¬ héi vµ quy m« ph¸t triÓn tµi nguyªn n­íc. Sö dông n­íc tæng hîp lµ tæng cña sù dïng n­íc c¸c hé dïng n­íc kh¸c nhau cho c¸c môc ®Ých kh¸c nhau. C¸c ph­¬ng ph¸p tæng hîp th­êng che ®Ëy tÊt c¶ nh­ng cã mÉu xu thÕ chung. Lîi thÕ cña viÖc sö dông c¸c ph­¬ng ph¸p kh«ng tæng hîp lµ cã thÓ ®¸nh gi¸ c¸c t¸c ®éng vµo tæng nhu cÇu do thay ®æi trong mçi bé phËn. 6.2. Dù B¸O Sö DôNG N¦íC CHO §¤ THÞ Vµ C¤NG NGHIÖP 6.2.1. Ph©n lo¹i c¸c ph­¬ng ph¸p Dù b¸o nhu cÇu sö dông n­íc ®« thÞ lµ mét nhiÖm vô quan träng cho c¸c c¬ quan khai th¸c vµ qu¶n lý, bao gåm ba ho¹t ®éng cã liªn quan ®Õn nhau. Ho¹t ®éng thø nhÊt lµ qu¶n lý nguån cung cÊp cã liªn quan víi dù b¸o nhu cÇu dïng n­íc ®Ó cã thÓ x¸c ®Þnh quy m«, s¾p xÕp vµ ®Þnh thêi gian cho c¸c ®Çu t­ vµo c¸c nhµ m¸y cung cÊp n­íc míi. Ho¹t ®éng cã liªn quan thø hai lµ qu¶n lý nhu cÇu dïng n­íc, nã x¸c ®Þnh ¶nh h­ëng cña viÖc l¾p ®Æt ®ång hå ®o n­íc, ph¸t hiÖn rß rØ, kiÓm so¸t rß rØ, sù thay ®æi gi¸ c¶, c¸c biÖn ph¸p b¶o tån, vµ chÕ ®é ph©n phèi. Ho¹t ®éng thø ba lµ qu¶n lý nhu cÇu – nguån cÊp, nã sö dông c¸c dù b¸o sö dông n­íc ®Ó hîp nhÊt vµ phèi hîp nguån cung cÊp víi c¸c chÝnh s¸ch qu¶n lý nhu cÇu. Boland vµ c¸c céng sù (1981) ph©n c¸c ph­¬ng ph¸p dù b¸o thµnh 3 lo¹i: (a) c¸c ph­¬ng ph¸p hÖ sè ®¬n, chØ cã duy nhÊt mét biÕn sè; (b) c¸c ph­¬ng ph¸p ®a hÖ sè, cã nhiÒu h¬n mét biÕn sè; vµ (c) c¸c ph­¬ng ph¸p thèng kª hay c¸c ph­¬ng ph¸p c©y sù kiÖn (contigency tree methods). B¶ng 6.2.1 so s¸nh c¸c ph­¬ng ph¸p dù b¸o kh¸c nhau. C¸c biÕn gi¶i thÝch lµ c¸c biÕn ®­îc sö 236 dông ®Ó gi¶i thÝch nhu cÇu dïng n­íc, vÝ dô nh­ d©n sè, gi¸ c¶, thu nhËp vµ l­îng gi¸ng thñy hµng n¨m. PH¦¥NG PH¸P HÖ Sè §¥N: Nh÷ng ph­¬ng ph¸p nµy bao gåm c¸c ph­¬ng ph¸p: b×nh qu©n ®Çu ng­êi, b×nh qu©n kÕt nèi, vµ hÖ sè ®¬n vÞ sö dông. Th­êng th× chØ cã d÷ liÖu vÒ toµn bé l­îng n­íc s¶n xuÊt cho mét thµnh phè cïng víi sè d©n cña thµnh phè lµ cã thÓ cã ®­îc, bëi vËy ph­¬ng ph¸p b×nh qu©n ®Çu ng­êi ®­îc sö dông. Trong nh÷ng tr­êng hîp nµy, mèi t­¬ng quan gÇn ®óng ®­îc sö dông ®Ó ­íc l­îng sö dông n­íc ®« thÞ: Q(t) = u(t)POP(t) (6.2.1) Q(t) lµ sö dông n­íc trung b×nh ngµy, POP(t) lµ d©n sè trong kho¶ng thêi gian t, vµ u(t) lµ sö dông n­íc trung b×nh ngµy cña mçi ng­êi (gallons/ng­êi/ngµy hoÆc lÝt/ng­êi/ngµy). Sö dông ph­¬ng tr×nh (6.2.1), d©n sè POP(t) vµ l­îng sö dông n­íc trung b×nh mçi ng­êi u(t) ph¶i ®­îc ­íc l­îng hoÆc dù ®o¸n tr­íc. §Ó tÝnh ®­îc møc sö dông n­íc lín nhÊt ngµy, lín nhÊt giê, tØ lÖ sö dông b×nh qu©n nhËn ®­îc tõ ph­¬ng tr×nh (6.2.1) ®­îc víi hÖ sè tû lÖ lín nhÊt - trung b×nh n»m trong kho¶ng 1,5 tíi 3,0, Ph­¬ng ph¸p b×nh qu©n ®Çu ng­êi ®­îc sö dông rÊt réng r·i; tuy nhiªn, nã cã nh÷ng thiÕu sãt nghiªm träng nh­ hÇu hÕt c¸c øng dông dù b¸o kh¸c (Boland vµ c¸c céng sù, 1981) bëi v× nã bá qua rÊt nhiÒu c¸c nh©n tè ¶nh h­ëng tíi sö dông n­íc. §ã lµ lo¹i nhµ, diÖn tÝch nhµ, khÝ hËu, c¸c ho¹t ®éng th­¬ng m¹i, thu nhËp, gi¸ c¶… Nh÷ng tiªu chÝ chÝnh cña C¸c nguyªn t¾c vµ h­íng dÉn cña Héi ®ång tµi nguyªn n­íc quèc gia Hoa Kú (1983) chØ ra r»ng c¸c nh©n tè ¶nh h­ëng nµy cÇn ph¶i ®­îc tÝnh ®Õn, vµ ph­¬ng ph¸p ph©n chia c¸c nghµnh dïng n­íc chÝnh hay lµ sù ph©n chia sö dông n­íc bëi c¸c khu vùc sö dông n­íc chñ yÕu còng nªn ®­îc sö dông trong dù b¸o. C¶ hai tiªu chÝ trªn ®Òu ch­a ®­îc thùc hiÖn trong ph­¬ng ph¸p b×nh qu©n ®Çu ng­êi. §Ó c¶i tiÕn ph­¬ng ph¸p b×nh qu©n ®Çu ng­êi, hÖ sè sö dông n­íc trung b×nh mçi ngµy u(t) cã thÓ ph¸t triÓn cho nhiÒu lo¹i sö dông n­íc kh¸c nhau. C¸c hÖ sè còng cã thÓ ph©n chia theo khu vùc ®Þa lý hay theo mïa. Nh­ mét biÕn thÓ cña ph­¬ng ph¸p b×nh qu©n ®Çu ng­êi, n­íc cung cÊp cho thµnh phè hay céng ®ång cã thÓ ­íc l­îng b»ng ph­¬ng ph¸p b×nh qu©n kÕt nèi (per connection method): 1 1 ( ) ( ) ( ) n i i i Q t C t W t     (6.2.2) trong ®ã Wi(t) lµ sö dông n­íc b×nh qu©n ®Çu ng­êi hoÆc b×nh qu©n kÕt nèi n­íc cña sö dông n­íc lo¹i i, Ci(t) lµ sè kÕt nèi tíi hÖ thèng ph©n phèi n­íc cña lo¹i i, i = 1, 2,..., n, vµ  lµ hiÖu suÊt (0 1)  øng víi l­îng n­íc rß rØ vµ tæn thÊt trong qu¸ tr×nh xö lý. §èi víi mét hÖ thèng ®­îc qu¶n lý tèt th×  = 0,9. 237 Ph­¬ng ph¸p trung b×nh kÕt nèi (sè kÕt nèi hoÆc kh¸ch hµng) th­êng cã thuËn lîi lµ dÔ dµng cã ®­îc c¸c d÷ liÖu lÞch sö vÒ sè l­îng kÕt nèi. VÒ c¬ b¶n th× ph­¬ng ph¸p nµy cã nh÷ng ­u ®iÓm vµ nh­îc ®iÓm nh­ cña ph­¬ng ph¸p b×nh qu©n ®Çu ng­êi. Mét ph­¬ng ph¸p mét biÕn sè m« t¶ kh¸c lµ ph­¬ng ph¸p hÖ sè ®¬n vÞ sö dông (unit use coefficient method). VÝ dô vÒ ®¬n vÞ sö dông lµ n­íc sö dông cña mçi c«ng nh©n trong c«ng nghiÖp vµ trong dù b¸o nhu cÇu dïng n­íc th­¬ng m¹i, b×nh qu©n n­íc sö dông trªn mçi ®¬n vÞ ®Êt canh t¸c cña mét vô mïa trong dù b¸o n­íc n«ng nghiÖp. Nh÷ng ph­¬ng ph¸p nµy khi sö dông trong mét dù b¸o kh«ng tæng hîp, dù b¸o mµ c¸c biÕn quan träng kh«ng bÞ bá sãt, cã thÓ ®­îc c¶i tiÕn phï hîp víi C¸c nguyªn t¾c vµ h­íng dÉn cña Héi ®ång tµi nguyªn n­íc quèc gia Hoa Kú (US WRC, 1983). Trong tÊt c¶ mäi tr­êng hîp, c¸c ph­¬ng ph¸p mét hÖ sè dùa vµo sù dù ®o¸n biÕn sè chÝnh vµ hÖ sè ®¬n vÞ sö dông trong t­¬ng lai. Nh÷ng ph­¬ng ph¸p nµy cung cÊp nh÷ng kÕt qu¶ dù b¸o h¹n ng¾n kh¸ tin cËy nh­ng sù thiÕu tin cËy t¨ng lªn trong c¸c dù b¸o h¹n dµi. PH¦¥NG PH¸P §A HÖ Sè: Nh÷ng ph­¬ng ph¸p nµy cã thÓ ph©n lo¹i thµnh m« h×nh yªu cÇu (requirements models) vµ m« h×nh nhu cÇu (demand models). M« h×nh yªu cÇu gåm cã biÕn vËt lý vµ biÕn t©m lý, nh÷ng biÕn nµy t­¬ng quan víi sö dông n­íc nh­ng kh«ng nhÊt thiÕt bao gåm c¶ gi¸ n­íc vµ hé sö dông hoÆc thu nhËp b×nh qu©n ®Çu ng­êi.M« h×nh nhu cÇu dùa trªn nh÷ng lý luËn kinh tÕ vµ chØ bao gåm nh÷ng biÕn t­¬ng quan ®¸ng kÓ víi sö dông n­íc vµ nh÷ng biÕn ®­îc cho r»ng cã quan hÖ nh©n qu¶ víi sö dông n­íc (Boland vµ c¸c céng sù, 1981). VÝ dô, m« h×nh nhu cÇu gåm cã gi¸ vµ thu nhËp céng víi c¸c biÕn m« t¶ kh¸c. B¶ng 6.2.1 So s¸nh c¸c ph­¬ng ph¸p dù b¸o (Boland vµ c¸c céng sù, 1983) C¸c ph­¬ng ph¸p mét hÖ sè C¸c ph­¬ng ph¸p ®a hÖ sè C¸c ph­¬ng ph¸p thèng kª B×nh qu©n ®Çu ng­êi B×nh qu©n kÕt nèi HÖ sè ®¬n vÞ sö dông M« h×nh yªu cÇu M« h×nh nhu cÇu C©y sù kiÖn DÔ dù b¸o, phï hîp víi C¸c nguyªn t¾c vµ h­íng dÉn Kh«ng Kh«ng Khi sö dông trong c¸c dù b¸o kh«ng tæng hîp Khi sö dông trong c¸c dù b¸o kh«ng tæng hîp Khi sö dông trong c¸c dù b¸o kh«ng tæng hîp Cã DÔ ®¸nh gi¸ c¸c biÖn ph¸p b¶o vÖ nguån n­íc Kh«ng Kh«ng Khi sö dông trong c¸c dù b¸o kh«ng tæng hîp Khi sö dông trong c¸c dù b¸o kh«ng tæng hîp Khi sö dông trong c¸c dù b¸o kh«ng tæng hîp Cã Phï hîp víi c¸c nghiªn cøu ban ®Çu Cã Cã Cã Kh«ng, qu¸ phøc t¹p Kh«ng, qu¸ phøc t¹p Kh«ng, qu¸ phøc t¹p Phï hîp víi c¸c øng dông quy ho¹ch dù ¸n Kh«ng Kh«ng Khi sö dông trong c¸c dù b¸o kh«ng tæng hîp Khi sö dông trong c¸c dù b¸o kh«ng tæng hîp Khi sö dông trong c¸c dù b¸o kh«ng tæng hîp Cã L­îng d÷ liÖu cÇn dïng RÊt Ýt RÊt Ýt Võa ph¶i Võa ph¶i tíi lín Võa ph¶i tíi lín Phô thuéc vµo øng dông 238 §é khã cña viÖc thu thËp d÷ liÖu ThÊp ThÊp Tõ thÊp tíi võa ph¶i Võa ph¶i tíi cao Võa ph¶i tíi cao Phô thuéc vµo øng dông Nguån: pháng theo b¶ng III-2. trang III-35, trong Forecasting Assessment. Mét m« h×nh nhu cÇu cho sö dông n­íc hµng n¨m cã thÓ cã d¹ng sau: 0 1 2 3 4 a a a a a Sö dông n­íc hµng n¨m = + (d©n sè) + (gi¸) + (thu nhËp) + (gi¸ng thñy n¨m) (6.2.3) HoÆc ë d¹ng phi tuyÕn tÝnh: 31 2 4 0 ( ( ( ( bb b b bSö dông n­íc hµng n¨m = D©n sè) gi¸) thu nhËp) gi¸ng thñy n¨m) (6.2.4) Sè l­îng vµ kiÓu cña biÕn m« t¶ sö dông trong m« h×nh nhu cÇu hoÆc m« h×nh yªu cÇu biÕn ®æi tõ øng dông nµy ®Õn øng dông kh¸c. C¸c sè liÖu s½n cã, ®é chÝnh x¸c yªu cÇu, vµ ®iÒu kiÖn ®Þa ph­¬ng tÊt c¶ ®Òu cã ¶nh h­ëng tíi sè l­îng vµ kiÓu cña c¸c biÕn m« t¶. Khi øng dông trong c¸c dù b¸o kh«ng tæng hîp c¸c ph­¬ng ph¸p ®a hÖ sè phï hîp víi nh÷ng yªu cÇu cña C¸c nguyªn t¾c vµ h­íng dÉn cña Héi ®ång tµi nguyªn n­íc quèc gia Hoa Kú (1983). Mét lÇn n÷a, ®Ó dù b¸o sö dông n­íc trong t­¬ng lai b»ng ph­¬ng ph¸p ®a hÖ sè, gi¸ trÞ trong t­¬ng lai cña c¸c yÕu tè ngÉu nhiªn cÇn ®­îc dù b¸o b»ng nh÷ng ph­¬ng ph¸p kh¸c. C¸C PH¦¥NG PH¸P C¢Y Sù KIÖN: C¸c ph­¬ng ph¸p nµy ®Ò cËp ®Õn nh÷ng yÕu tè thay ®æi trong dù b¸o sö dông n­íc. Tiªu biÓu lµ mét nÒn t¶ng dù b¸o ®­îc chuÈn bÞ bëi mét trong c¸c ph­¬ng ph¸p trªn, vµ sau ®ã dù b¸o ®­îc söa ®æi ®Ó ph¶n ¸nh tæ hîp cña c¸c yÕu tè thay ®æi. Mét x¸c suÊt chung cña mçi tæ hîp c¸c yÕu tè thay ®æi nµy ®­îc x¸c ®Þnh cho liªn kÕt víi dù b¸o sö dông n­íc. §Ó chän lùa mét ph­¬ng ph¸p dù b¸o cÇn ph¶i xem xÐt víi øng dông dù b¸o cô thÓ. HÇu hÕt c¸c ph­¬ng ph¸p cã thÓ ®­îc sö dông cho dù b¸o sö dông n­íc tæng hîp hµng n¨m. Tuy nhiªn, nÕu dù b¸o sÏ ®­îc sö dông trong thiÕt kÕ cña mét hÖ thèng xö lý vµ ph©n phèi n­íc, th× sù ­íc ®o¸n ch¾c ch¾n vÒ sö dông n­íc lín nhÊt ngµy lµ cÇn thiÕt. ThiÕt kÕ cña bÓ chøa n­íc cung cÊp cã thÓ yªu cÇu c¸c dù b¸o sö dông n­íc mïa hoÆc th¸ng céng víi dù b¸o sö dông n­íc n¨m. Mét sè øng dông dù b¸o kh¸c cã thÓ biÓu hiÖn sù ¶nh h­ëng ë c¸c møc ®é kh¸c nhau cña ph¸t triÓn kinh tÕ ®èi víi sö dông n­íc. Trong lo¹i øng dông nµy, m« h×nh cÇn bao gåm c¶ c¸c biÕn kinh tÕ cÇn thiÕt. Tãm l¹i, ph­¬ng ph¸p dù b¸o cÇn sö dông tèt nhÊt d÷ liÖu cã ®­îc, tõ ®ã cung cÊp th«ng tin vÒ yªu cÇu sö dông n­íc cho qu¸ tr×nh thiÕt kÕ s¬ bé. 6.2.2. D¹ng chung cña m« h×nh Mét m« h×nh vÒ nhu cÇu sö dông n­íc th«ng th­êng cã thÓ ®­îc biÓu diÔn nh­ sau: 239 1 2(. .. ..... )kQ f x x x є  (6.2.5) trong ®ã f lµ hµm cña c¸c biÕn m« t¶ x1, x2... xk, vµ ε lµ sai sè ngÉu nhiªn (biÕn ngÉu nhiªn) m« t¶ ¶nh h­ëng chung lªn Q cña tÊt c¶ nh÷ng yÕu tè thay ®æi mµ ch­a ®­îc ®Ò cËp ®Õn râ rµng bëi c¸c biÕn m« t¶ xi. Sai sè ngÉu nhiªn ε ®­îc cho lµ cã kú väng b»ng 0, ph­¬ng sai lµ mét h»ng sè, vµ c¸c sai sè t­¬ng quan cã kú väng cña εi . εj b»ng 0, §èi víi c¸c øng dông thùc tÕ, m« h×nh nhu cÇu dïng n­íc kh«ng cã d¹ng gi¶i tÝch nh­ ®· suy diÔn mµ th­êng cã tÝnh chÊt céng, nh©n, hoÆc c¶ hai tÝnh chÊt nµy. M« h×nh nhu cÇu ®iÓn h×nh th­êng cã d¹ng tuyÕn tÝnh, l«garÝt, b¸n loga, lÇn l­ît nh­ sau: 0 1 1 ... єk kQ a a x a x     (6.2.6) hoÆc 0 1 1ln ln ... ln єk kQ b b x b x     (6.2.7) hoÆc 0 1 1ln ... ln єk kQ c c x c x     (6.2.8) Nh÷ng d¹ng m« h×nh nhu cÇu nµy cho phÐp ­íc l­îng dÔ dµng c¸c th«ng sè cña m« h×nh, a0,.. ak, b0,.. bk, vµ c0,.. ck, b»ng c¸ch sö dông ph©n tÝch håi quy víi gi¶ thiÕt c¸c biÕn m« t¶ ®­îc x¸c ®Þnh mét c¸ch ®éc lËp tõ c¸c biÕn phô thuéc. NÕu c¸c biÕn m« t¶ bao gåm c¸c thø nguyªn kh¸c cña nhu cÇu dïng n­íc th× ®iÒu kiÖn vÒ sù ®éc lËp trªn kh«ng ®­îc tháa m·n. VÝ dô, nÕu l­îng n­íc ®ßi hái vµ gi¸ n­íc ®Òu ®­îc x¸c ®Þnh trong cïng mét tiÕn tr×nh, th× ®ã lµ mét lçi x¸c ®Þnh ®ång thêi. Trong phÇn 6.3, lý thuyÕt vÒ ph©n tÝch håi quy sö dông ph­¬ng ph¸p sai sè b×nh ph­¬ng nhá nhÊt ®Ó ­íc l­îng th«ng sè m« h×nh dùa trªn bé sè liÖu ®· cho sÏ ®­îc giíi thiÖu. 6.2.3. C¸c lo¹i d÷ liÖu §Ó x©y dùng ®Ò c­¬ng vÒ m« h×nh nhu cÇu dïng n­íc, cÇn nhiÒu lo¹i d÷ liÖu kh¸c nhau cña c¸c biÕn m« t¶. Trong thùc tÕ, c¸c lo¹i d÷ liÖu cã s½n quyÕt ®Þnh c¸c biÕn nµo cã thÓ sö dông ®­îc trong m« h×nh dù b¸o. B¶ng 6.2.2 liÖt kª mét sè d÷ liÖu ®iÓn h×nh vµ c¸c nguån cã thÓ cã. 6.3. C¸C M¤ H×NH HåI QUY DïNG CHO Dù B¸O Sö DôNG N¦íC 6.3.1. Kh¸i niÖm håi quy dïng cho dù b¸o sö dông n­íc RÊt nhiÒu nghiªn cøu kinh nghiÖm trong c¸c bµi to¸n hÖ thèng nguån n­íc cã liªn quan tíi viÖc thiÕt lËp mèi quan hÖ gi÷a c¸c ph¶n øng cña hÖ thèng vµ c¸c yÕu tè t¸c ®éng vµo hÖ thèng. VÝ dô, c¸c nhµ thñy v¨n häc th­êng liªn kÕt c¸c ®Æc ®iÓm cña dßng ch¶y mÆt nh­ dßng ch¶y lín nhÊt, hoÆc 240 l­îng dßng ch¶y mÆt víi c¸c ®Æc ®iÓm khÝ t­îng vµ ®Þa lý cña l­u vùc nh­ l­îng m­a, c­êng ®é gi¸ng thñy, kÝch th­íc l­u vùc, khu vùc thµnh thÞ... Trong dù b¸o nhu cÇu dïng n­íc, c¸c kü s­ tµi nguyªn n­íc mong muèn x©y dùng mét m« h×nh liªn kÕt sö dông n­íc víi c¸c yÕu tè t­êng minh nh­ x· héi, d©n sè, kinh tÕ vµ thñy v¨n. TÝnh tõ "t­êng minh" ®­îc sö dông v×, trong rÊt nhiÒu c¸c nghiªn cøu kinh nghiÖm, mèi quan hÖ nh©n – qu¶ kh«ng ®­îc hiÓu hoµn toµn thÊu ®¸o. Tuy nhiªn, sù ph¸t triÓn cña nh÷ng quan hÖ kinh nghiÖm gióp cho nh÷ng nhµ ph©n tÝch cã nh÷ng hiÓu biÕt s©u s¾c vÒ ho¹t ®éng cña hÖ thèng. Ph©n tÝch håi quy th­êng hay sö dông ph­¬ng ph¸p thèng kª ®Ó nghiªn cøu vµ m« h×nh hãa nh÷ng quan hÖ kinh nghiÖm nµy. Nã ®­îc øng dông réng r·i hÇu nh­ trong mäi lÜnh vùc cña kü thuËt vµ khoa häc. §Ó minh häa cho kh¸i niÖm ph©n tÝch håi quy, gi¶ sö r»ng c¸c kü s­ cña thµnh phè cña Austin, Texas ph¸t triÓn mét m« h×nh ®Ó dù b¸o sö dông n­íc trong t­¬ng lai. NhiÖm vô ®Çu tiªn lµ nhËn biÕt c¸c yÕu tè cã thÓ ¶nh h­ëng ®Õn sö dông n­íc cã thÓ cã, nh­ng kh«ng chØ giíi h¹n trong ®ã nh­ quy m« d©n sè, gi¸ n­íc, thu nhËp b×nh qu©n, vµ l­îng gi¸ng thñy hµng n¨m. Khi c¸c yÕu tè ®· ®­îc x¸c ®Þnh, d÷ liÖu ®­îc thu thËp cho c¸c yÕu tè kh¸c nhau theo thêi gian ®­îc tr×nh bµy trong b¶ng 6.3.1. Cã thÓ t­ëng t­îng lµ tæng l­îng n­íc sö dông hµng n¨m cho Austin lµ kÕt qu¶ tæng hîp c¸c ¶nh h­ëng cña rÊt nhiÒu yÕu tè. §Ó dïng cho môc ®Ých minh häa, ph­¬ng ph¸p b×nh qu©n ®Çu ng­êi ®­îc sö dông ®Ó nghiªn cøu mèi quan hÖ gi÷a tæng l­îng sö dông n­íc hµng n¨m víi d©n sè. §­¬ng nhiªn, trùc gi¸c cho chóng ta biÕt sö dông n­íc hµng n¨m sÏ t¨ng nh­ khi d©n sè t¨ng. Tuy nhiªn, mét c©u hái h÷u Ých h¬n lµ t¹i sao sö dông n­íc thay ®æi t­¬ng øng víi quy m« d©n sè. NÕu mèi quan hÖ nh­ thÕ nµy cã thÓ ®­îc thiÕt lËp, kü s­ vµ nh÷ng ng­êi nghiªn cøu quy ho¹ch thµnh phè cã thÓ dù ®o¸n ®­îc l­îng n­íc sö dông cho sù t¨ng tr­ëng d©n sè biÕt tr­íc, ®Ó cã thÓ cung cÊp n­íc ®Çy ®ñ. B­íc ®Çu tiªn ®Ó thiÕt lËp mèi quan hÖ nh­ thÕ nµy lµ vÏ biÓu ®å ph©n bè: quy m« d©n sè (trªn trôc hoµnh) víi l­îng n­íc sö dông t­¬ng øng (trªn trôc tung) nh­ h×nh vÏ 6.3.1. C¸c ®iÓm trong h×nh vÏ 6.3.1 biÓu hiÖn mét møc ®é ph©n t¸n, tuy nhiªn, cã thÓ nh×n thÊy ®­îc mét xu thÕ h­íng lªn kh¸ râ rµng. B­íc tiÕp theo lµ x©y dùng mét hµm to¸n häc ®Ó m« t¶ xu thÕ ®i lªn cña sö dông n­íc t­¬ng øng víi quy m« d©n sè. Cã thÓ gi¶ thiÕt r»ng sö dông n­íc, Q, cho thµnh phè cña Austin t­¬ng quan tuyÕn tÝnh víi d©n sè cña thµnh phè, POP. D©n sè nµy cã thÓ ®­îc m« t¶ bëi ph­¬ng tr×nh sau: 0 1Q POP   (6.3.1) trong ®ã 0 lµ giao ®iÓm vµ 1 lµ ®é dèc cña ®­êng th¼ng. Ph­¬ng tr×nh (6.3.1) lµ m« h×nh tÊt ®Þnh mµ trong ®ã sö dông n­íc (Q) ®­îc x¸c ®Þnh ®¬n trÞ bëi d©n sè (POP). Trong thùc tÕ, c¸c ®iÓm d÷ liÖu trong h×nh 6.3.1 kh«ng chÝnh x¸c lµ n»m th¼ng hµng, v× vËy ph­¬ng tr×nh (6.3.1) ®­îc söa thµnh: 0 1 єQ POP    (6.3.2a) 241 hoÆc: 0 1 єy x    (6.3.2b) trong ®ã y lµ Q, x lµ POP, vµ  lµ sai sè giíi h¹n biÓu thÞ sù kh¸c nhau gi÷a sö dông n­íc quan tr¾c (Q hay y) vµ gi¸ trÞ ­íc l­îng bëi ph­¬ng tr×nh ®­êng th¼ng 0 1( )POP  . Nãi theo c¸ch kh¸c, sai sè gi¶i thÝch cho sù kh«ng hoµn toµn ®óng cña m« h×nh ®­a ra víi sè liÖu quan tr¾c. Nguyªn nh©n g©y nªn c¸c sai sè nµy cã thÓ n¶y sinh do sai sè ®o ®¹c, m« h×nh kh«ng ®Çy ®ñ, vµ do ¶nh h­ëng cña nh÷ng yÕu tè kh¸c lªn sö dông n­íc. Ph­¬ng tr×nh (6.3.2) lµ mét m« h×nh håi quy tuyÕn tÝnh. BiÕn y ®­îc gäi lµ biÕn phô thuéc (hoÆc kÕt qu¶) vµ biÕn x lµ biÕn ®éc lËp (hoÆc biÕn håi quy). ChÝnh x¸c h¬n, ph­¬ng tr×nh (6.3.2) lµ m« h×nh håi quy tuyÕn tÝnh ®¬n gi¶n bëi v× nã chØ cã mét biÕn ®éc lËp. Sù më réng th­êng thÊy cña ph­¬ng tr×nh (6.3.2) lµ cã nhiÒu h¬n mét biÕn ®éc lËp, nã ®­îc gäi lµ m« h×nh håi quy tuyÕn tÝnh béi. Cã thÓ ®­îc biÓu diÔn d­íi d¹ng: 0 1 1 ... єk ky x x       (6.3.3) Khi mµ d¹ng cña m« h×nh ®· ®­îc gi¶ ®Þnh, giai ®o¹n tiÕp theo cña ph©n tÝch håi quy lµ ­íc l­îng c¸c hÖ sè håi quy, nh÷ng th«ng sè ch­a biÕt cña m« h×nh. Sö dông sè liÖu quan tr¾c cho c¸c biÕn phô thuéc vµ c¸c biÕn ®éc lËp. ViÖc lµm cho m« h×nh phï hîp víi sè liÖu yªu cÇu mét tiªu chuÈn ®o møc ®é phï hîp. Tiªu chuÈn th­êng ®­îc sö dông nhÊt dùa trªn nguyªn t¾c b×nh ph­¬ng nhá nhÊt, sÏ ®­îc m« t¶ ë sau. Trong giai ®o¹n ­íc l­îng th«ng sè m« h×nh, ng­êi ph©n tÝch cÇn nghiªn cøu tØ mØ sù thÝch hîp cña m« h×nh vµ chÊt l­îng cña sù phï hîp. B­íc nµy lµ cÇn thiÕt ®Ó b¶o ®¶m m« h×nh håi quy h÷u Ých trong thùc tÕ vµ ®óng víi lý thuyÕt. KiÓm tra sù thÝch hîp cña m« h×nh lµ mét b­íc quan träng ®Ó x¸c ®Þnh mäi thiÕu sãt tiÒm Èn trong m« h×nh vµ cã thÓ dÉn tíi thay ®æi vµ c¶i tiÕn m« h×nh. Ph¸t triÓn mét m« h×nh gåm mét biÕn phô thuéc vµ nhiÒu biÕn ®éc lËp (hay biÕn håi quy) b»ng ph©n tÝch håi quy lµ mét qu¸ tr×nh lÆp ®i lÆp l¹i. Sù thµnh c«ng trong viÖc ph¸t triÓn mét m« h×nh hîp lý phô thuéc rÊt lín vµo kü n¨ng cña ng­êi ph©n tÝch: dÞch m« h×nh vµ liªn hÖ ho¹t ®éng cña m« h×nh víi tiÕn tr×nh d­íi sù ph©n tÝch tØ mØ. Tr­íc khi gi¶i thÝch vÒ mÆt kü thuËt, cã mét vµi kh¸i niÖm quan träng trong ph©n tÝch håi quy mµ chóng ta cÇn biÕt. C¸c m« h×nh håi quy th­êng th× kh«ng bao hµm mét quan hÖ nh©n qu¶ gi÷a c¸c biÕn tham gia. Quan hÖ nh©n qu¶ gi÷a c¸c biÕn nªn ®­î