Hệ thống thủy lợi (HTTL) liên tỉnh có vai trò đặc biệt quan trọng trong sản xuất nông nghiệp và dân sinh tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Các HTTL liên tỉnh phải phục vụ đa mục tiêu cho các nhu cầu dùng nước khác nhau (nông nghiệp, thủy sản, du lịch, môi trường, phòng chống thiên tai, úng ngập, xâm nhập mặn…). Bài viết sẽ giới thiệu các giải pháp để vận hành một cách thông minh các HTTL liên tỉnh tại vùng ĐBSCL dựa trên nền tảng công nghệ Internet of Things (IoT).
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIẢI PHÁP VẬN HÀNH THÔNG MINH HỆ THỐNG THỦY LỢI LIÊN TỈNH TẠI VÙNG ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG Nguyễn Lê Dũng, Bùi Duy Chí, Trung tâm tư vấn PIM Đồn Văn Bình Đại học Quốc tế Việt Đức Trịnh Thế Trường Công ty TNHH MTV KTCTTL Bắc Hưng Hải Tóm tắt: Hệ thống thủy lợi (HTTL) liên tỉnh có vai trị đặc biệt quan trọng sản xuất nông nghiệp dân sinh vùng Đồng sông Cửu Long (ĐBSCL) Các HTTL liên tỉnh phải phục vụ đa mục tiêu cho nhu cầu dùng nước khác (nông nghiệp, thủy sản, du lịch, mơi trường, phịng chống thiên tai, úng ngập, xâm nhập mặn…) Ngày nay, tượng tranh chấp nước địa phương sử dụng chung HTTL diễn ngày gay gắt Để đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững điều kiện biến đổi khí hậu xâm nhập mặn cực đoan diễn ngày bất lợi khó lường, cần nghiên cứu giải pháp để vận hành cách thông minh, linh hoạt cơng trình HTTL nhằm nâng cao suất nước bảo vệ môi trường sinh thái Bài báo giới thiệu giải pháp để vận hành cách thông minh HTTL liên tỉnh vùng ĐBSCL dựa tảng công nghệ Internet of Things (IoT) Từ khóa: IoT, vận hành thơng minh, hệ thống thủy lợi liên tỉnh, Đồng sông Cửu Long Summary: Trans-province hydraulic structure systems have had important roles in agricultural development and livelihoods in the Vietnamese Mekong Delta (VMD) These hydraulic systems provide multi-services to various water users such as agro-aquaculture, recreation, tourism, environmental flow maintenance, natural disaster reduction, and salinity intrusion control However, conflicts among water users and among provinces are increasing due to poor management of trans-province hydraulic systems It is therefore of crucial importance to develop smart, flexible management schemes to enhance water use efficiency, thus supporting sustainable development in the VMD, especially in the era of the increasing impacts of climate change and salinity intrusion In this regard, this paper introduces different smart water management schemes that can be applicable to the VMD based on Internet of Things (IoT) Keywords: IoT, smart management, trans-province hydraulic structure system, Vietnamese Mekong Delta ĐẶT VẤN ĐỀ * Trong năm gần Liên hiệp quốc báo động xu khí hậu ấm dần lên, tượng tan băng cực dâng cao mực nước biển, dẫn đến gia tăng XNM quốc gia nằm ven biển Không ngoại lệ, xâm nhập mặn (XNM) ngày gia tăng hệ thống sông lớn Việt Nam sông MêKong, sông Ngày nhận bài: 19/8/2021 Ngày thơng qua phản biện: 08/11/2021 Hồng - Thái Bình sơng Sài Gịn - Đồng Nai (SG-ĐN) tượng tự nhiên nước biển dâng người xây đập, khai thác cát dẫn đến lòng dẫn ngày bị hạ thấp, tạo điều kiện thơng thống cho nước biển ngày xâm nhập sâu lên thượng lưu Là đồng lớn thứ ba giới, Đồng sông Cửu Long (ĐBSCL) vựa lúa lớn Ngày duyệt đăng: 30/11/2021 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Việt Nam góp phần quan trọng an ninh lương thực giới Những năm gần đây, diễn biến XNM ĐBSCL phức tạp, bất thường có xu hướng đến sớm từ đến tháng so với trước [5] [1] Tần suất XNM ĐBSCL cao năm gần Nếu trước hạn hán XNM diễn 6-7 năm lần (ví dụ 1992, 1998, 2005), giảm xuống cịn 4-5 năm lần thời gian gần (ví dụ 2010, 2015, 2019) [4] Hạn mặn năm 2016 đánh giá nặng nề 100 năm qua, hạn mặn năm 2020 lại cao năm 2016 Đây điều bất thường Có nhiều nguyên nhân dẫn đến gia tăng XNM ĐBSCL, bao gồm: biến đổi khí hậu nước biển dâng [2], điều tiết dòng chảy phía thượng lưu (Mai cộng sự, 2018; Bình cộng 2020), hạ thấp đáy sông (Eslami cộng sự, 2019), sụt lún [6] [7] Do đó, định hướng phát triển ĐBSCL giai đoạn 20122020 định hướng đến 2050 Thủ tướng Chính phủ ban hành đặt mục tiêu đến năm 2050 cần đảm bảo an toàn dân sinh, sản xuất, sở hạ tầng cho khoảng 32 triệu dân chủ động ứng phó với tác động biến đổi khí hậu (BĐKH) nước biển dâng XNM (Bộ Khoa học Công nghệ, 2016) Đặc biệt nước biển dự báo dâng cao đến 100cm vào năm 2100 (so với giai đoạn 1990-2000) XNM dự báo trầm trọng phức tạp Cùng với BĐKH XNM, nhu cầu ngày tăng sử dụng nước đô thị, công nghiệp, môi trường ngày hạn chế lượng nước sử dụng cho sản xuất nơng nghiệp Cho dù có thành tích phủ nhận thời gian qua việc đóng góp vào sản xuất lương thực, phát triển tưới tiêu ĐBSCL bị chậm lại diện tích tưới tiêu úng, nhiễm mặn, khai thác q tải nước ngầm phát triển đô thị đặc biệt hiệu côtác quản lý khai thác (QLKT) Giải pháp để đáp ứng nhu cầu lương thực ngày tăng bối cảnh tài nguyên đất nước có hạn tăng hiệu sử dụng tài nguyên đất nước thông qua giải pháp nâng cao hiệu QLKT công trình thuỷ lợi (CTTL) Để giải vấn đề đặt ra, có hướng nghiên cứu sử dụng, gồm: 1) Nghiên cứu giải pháp cơng trình: nghiên cứu giải pháp cơng trình nhằm ngăn mặn, giữ ngọt, điều tiết dòng chảy… 2) Nghiên cứu thể chế, sách: phân cấp QLKT CTTL, khuyến khích đầu tư, quản lý, khai thác CTTL, tăng cường lực, hiệu hoạt động cho tổ chức, cá nhân tham gia QLKT CTTL… 3) Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ quản lý, điều hành hệ thống thủy lợi nhằm giúp cơng ty khai thác CTTL cấp nước đủ cho trồng cho trình sinh trưởng, đạt sản lượng cao, giảm chi phí vận hành, tránh lãng phí nước Trong năm trước đây, nhà khoa học nhà quản lý tập trung nghiên cứu giải pháp cơng trình thể chế, sách Mặc dù hướng nghiên cứu đến mang lại hiệu tốt tiếp tục nghiên cứu, phát triển có mặt hạn chế Giải pháp (1) yêu cầu chi phí lớn, đặc biệt với cơng trình đầu mối HTTL liên tỉnh Giải pháp (2) có tác động lâu dài, sâu, rộng, ảnh hưởng đến nhiều ngành, lĩnh vưc thành phần xã hội Vì giải pháp (2) thường phải nghiên cứu kỹ, nhiều thời gian để đánh giá hiệu thực Hiện nay, hướng nghiên cứu tập trung vào ứng dụng công nghệ QLKT vận hành CTTL Giải pháp chủ yếu đầu tư phần cứng (các sensor, trạm quan trắc, thiết bị điều khiển) phần mềm ứng dụng Một số phần mềm xây dựng ứng dụng vào thực tiễn nhiều nơi nước Trên thực tế, loại công nghệ mang lại hiệu kinh tế to lớn, giảm tối đa chi phí quản lí vận hành hệ thống tiết kiệm nguồn nước TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Bài báo giới thiệu giải pháp theo hướng nghiên cứu (3) để vận hành cách thông minh HTTL liên tỉnh vùng ĐBSCL áp dụng thành công giới nhằm đánh giá khả ứng dụng vào điều kiện cụ thể HTTL liên tỉnh điển hình ĐBSCL DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 2.1 Dữ liệu nghiên cứu - Thực trạng hệ thống thủy lợi liên tỉnh tham khảo từ báo cáo dự án Xây dựng mơ hình tổ chức quản lý, khai thác hệ thống thủy lợi Cái Lớn – Cái Bé Trung tâm tư vấn PIM, Viện Kinh tế Quản lý thủy lợi thực hiện); - Số liệu số phân tích tình trạng xâm nhập mặn vùng ĐBSCL khai thác từ báo cáo tổng kết công tác đạo, điều hành phòng, chống hạn hán vùng ĐBSCL (2020) Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn; - Số liệu thiệt hại nông nghiệp tỉnh ven biển ĐBSCL đợt hạn mặn năm 2019 - 2020 tỉnh cung cấp, tổng hợp báo cáo dự án Xây dựng mơ hình tổ chức quản lý, khai thác hệ thống thủy lợi Cái Lớn - Cái Bé Trung tâm tư vấn PIM, Viện Kinh tế Quản lý thủy lợi thực hiện; - Các tài liệu liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu cơng bố từ trước đó, nhóm tác giả tổng hợp phân tích quan điểm nhóm tác giả 2.2 Phương pháp nghiên cứu Bài báo phân tích tổng hợp số liệu tài liệu nghiên cứu từ đề tài, dự án có liên quan, từ hạn chế việc vận hành HTTL liên tỉnh ĐBSCL Các HTTL liên tỉnh quản lý, vận hành cách manh mún, nhỏ lẻ, chưa đảm bảo tính đa mục tiêu thiết kế Điều thiếu liên kết tỉnh, đối tượng dùng nước với Với phân tích, tổng hợp chuyên sâu, báo nêu bật vấn đề, rõ điểm cịn thiếu sót, hạn chế chế vận hành HTTL liên tỉnh Sau đó, báo phân tích, tổng hợp giải pháp 3.1 Các vấn đề tồn quản lý, vận hành CTTL liên tỉnh vùng ĐBSCL Vùng ĐBSCL có vai trị đặc biệt quan trọng sản phẩm lúa gạo, trái cây, thủy hải sản Đó thành cơng mà đầu tư cho thấy hướng đắn việc khai thác đồng sông Cửu Long Tuy nhiên, bối cảnh mới, bối cảnh nước biển dâng, BĐKH thách thức giới, việc nghiên cứu tận dụng mặt lợi tự nhiên, sống chung không lệ thuộc vào điều kiện tự nhiên dần trở nên quan trọng hết Hiện ảnh hưởng BĐKH ngày rõ rệt gay gắt, tình hình hạn hán, XNM ngày lấn sâu vào nội đồng làm thiếu nguồn nước tưới ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống người dân; tác động nhiều đến sản xuất nông nghiệp sinh kế tỉnh Đồng sơng Cửu Long Điển hình tình hình XNM năm 2005, 2016 2019 sâu vào nội đồng gây thiệt hại lớn cho sản xuất nông nghiệp, dân sinh hoạt động kinh tế khác (Bảng) Nghiên cứu [4] cho thấy ranh XNM 4g/l dịch chuyển nhanh ngày sâu vào nội địa đồng Phân tích số liệu mặn từ 2007 đến 2017 trạm Sơn Đốc Hương Mỹ cho thấy rằng, mặn tăng với tốc độ 0.2-0.5 PSU/năm Mặc dù mặn năm 2015-2016 đánh giá trầm trọng 90 năm qua [8], mặn năm 2019-2020 chí cịn nghiêm trọng [4] Bảng cho thấy rằng, ngoại trừ sông Vàm Cỏ Đông, mặn năm 2019-2020 tất nhánh sông tăng so với năm 2015-2016, cao tăng thêm km sông Vàm Cỏ Tây Xu hướng mặn tăng nồng độ mà rút ngắn thời gian xuất mặn cực hạn Nếu trước đây, tần suất mặn cực hạn 6-7 năm (ví dụ năm 1992, 1998, 2005) rút TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ ngắn lại cịn khoảng năm (ví dụ 2016, 2020) [4] Bảng 1: Chiều sâu XNM lớn cửa sông vùng ĐBSCL (km) TT Cửa sông Vàm Cỏ Đông Vàm Cỏ Tây Cửa Tiểu Cửa Đại Hàm Luông Cổ Chiên Hậu Cái Lớn 2019-2020 94 135 57 57 78 68 65 62 2015-2016 115 126 50 52 73 65 60 68 Trung bình nhiều năm 75 78 38 40 43 44 41 53 Nguồn: Báo cáo tổng kết công tác đạo, điều hành phòng, chống hạn hán vùng ĐBSCL, 2020 Mặc dù địa phương có phương án chuẩn bị đối phó, XNM năm 2019 - 2020 gây thiệt hại đáng kể cho tỉnh ven biển ĐBSCL, thiệt hại lớn tỉnh Bến Tre, Trà Vinh Cà Mau Tổng thiệt hại nông nghiệp tỉnh ven biển vùng ĐBSCL tổng hợp Bảng Tuy nhiên cần lưu ý rằng, công tác dự báo XNM năm 2019 2020 tốt nên mặn xâm nhập nghiêm trọng năm 2015 - 2016 thiệt hại kinh tế người dân lại thấp Bảng 2: Tổng hợp thiệt hại nông nghiệp tỉnh ven biển đợt hạn mặn năm 2019 - 2020 TT Tỉnh Long An Tiền Giang Bến Tre Trà Vinh Sóc Trăng Bạc Liêu Kiên Giang Cà Mau TỔNG CỘNG Tổng diện tích thiệt hại (ha) 2.746,2 11.675,3 42.705,0 20.831,9 4.126,0 6.455,3 8.547,6 20.546,8 117.634,1 Lúa 2.738,6 8.567,9 5.401,0 20.484,9 4.099,0 252,3 1.598,0 20.495,1 63.636,7 Trong (ha) Cây ăn trái Rau màu 7,7 0,0 2.297,1 810,3 35.246,0 168,0 271,0 76,0 4,0 23,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 51,8 37.825,7 1.129,1 Thủy sản 0,0 0,0 1.890,0 0,0 0,0 6.203,0 6.949,6 0,0 15.042,6 Nguồn: Báo cáo dự án Xây dựng mơ hình tổ chức quản lý, khai thác hệ thống thủy lợi Cái Lớn - Cái Bé Hiện nay, vùng ĐBSCL hình thành hệ thống CTTL có quy mô liên tỉnh (HTTL liên tỉnh) phục vụ đa mục tiêu cho nhu cầu dùng nước khác (nông nghiệp, thủy sản, du lịch, mơi trường, phịng chống thiên tai, úng ngập, XNM…), bao gồm hệ thống CTTL: Vùng Đồng Tháp Mười, Tứ Giác Long Xun, Ơ Mơn – Xà No, Quản Lộ - Phụng Hiệp, Nam Măng Thít, Bảo Định, có hệ thống đầu tư khép kín (Quản Lộ-Phụng Hiệp, Ơ Mơn – Xà No, Nam Măng Thít, Bảo Định) hệ thống tiếp tục đầu tư hoàn thiện (Tứ Giác Long Xuyên, Đồng Tháp Mười) Hiện có thêm 01 hệ thống (Cái Lớn – Cái Bé) hình thành Đặc thù hệ thống thủy lợi vùng ĐBSCL có tính mở, liên thơng nằm xen lẫn hệ thống kênh rạch tự nhiên, số vùng, tiểu vùng đầu tư xây dựng hoàn chỉnh, khép kín để chủ động điều tiết nguồn nước lượng chất lượng nước (ngọt, mặn, lợ) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC phục vụ sản xuất nông nghiệp, chuyển đổi cấu trồng phát triển kinh tế bối cảnh BĐKH XNM Mặc dù hệ thống thủy lợi có quy trình vận hành, nhiên, việc phối hợp điều tiết phân phối nước chưa giải yêu cầu thực tế, có mâu thuẫn nhu cầu sử dụng nước đặc biệt vào mùa khô địa phương đầu nguồn cuối nguồn Do hệ thống thủy lợi có tính liên thơng cao, vùng canh tác theo hệ sinh thái số kênh trục bị nhiễm XNM, nhiễm phèn thường xuyên, số khu vực khơng có nguồn tiếp làm cho nhiều diện tích rau mầu bị ảnh hưởng nghiêm trọng Tình hình tranh chấp ngày gay gắt việc vận hành cơng trình đầu mối nhằm phục vụ kiểm sốt mặn phục vụ trồng lúa nuôi trồng thủy sản, địa phương có mơ hình sản xuất, cấu mùa vụ không đồng Tại hệ thống Nam Măng Thít, cơng tác quản lý, vận hành cơng trình tỉnh Vĩnh Long Trà Vinh thực [9] Cơng trình địa phận tỉnh tỉnh quản lý Do tỉnh có nhu cầu khác nhau, nên vận hành cống Vũng Liêm nảy sinh mâu thuẫn cấp nước tỉnh Trà Vinh Vĩnh Long Ngồi chức cấp nước cơng trình cống Vũng Liêm có ý nghĩa quan trọng giao thông thủy tỉnh Vĩnh Long Điều dẫn tới ngoại trừ giai đoạn độ mặn >1‰ phải đóng cống giai đoạn cịn lại cống để mở để phục vụ giao thông thủy, dẫn đến vùng ven biển tỉnh Trà Vinh không lấy nước nước chảy theo kênh Sài Địn cống Vũng Liêm Trong đó, cơng tác phối hợp quản lý, vận hành CTTL tỉnh hạn chế (chủ yếu trao đổi thông tin qua điện thoại, mạng xã hội), thiếu chế pháp lý Tương tự, hệ thống Quản Lộ-Phụng Hiệp có tính liên thơng cao, tỉnh Bạc Liêu, Sóc Trăng Cà Mau quản lý [10] Việc vận hành cơng trình đầu mối trong mùa khơ phát sinh vấn đề bất cập nhu cầu cấp CÔNG NGHỆ nước ngăn mặn tỉnh Bạc Liêu Sóc Trăng Khi mở cống, nước mặn xâm nhập lên vùng hóa sản xuất lúa vụ tỉnh Sóc Trăng, hay đóng cống để kiểm soát mặn ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn cung cấp nước để pha loãng, giảm nồng độ mặn phục vụ nuôi trồng thủy sản nước lợ Cụ thể, năm 2019 độ mặn tuyến kênh xã Phước Long, Vĩnh Phú Tây, thị trấn Phước Long lên đến 35‰, chí số nơi độ mặn lên tới 40‰ ngưỡng chịu mặn thích hợp cho ni tơm dao động 10-25‰ dẫn đến tôm chết nhiều địa bàn huyện] Từ thấy nhiệm vụ quản lý vận hành hệ thống CTTL liên tỉnh quan trọng Cơng trình thuỷ lợi cần phải vận hành phục vụ cho đa mục tiêu, nhiều ngành nghề đối tượng kinh tế khác đồng thời thông tin phải đúng, đủ, xác kịp thời Vận hành CTTL theo quy trình vận hành đáp ứng phần nhu cầu dùng nước khác (nông nghiệp, thủy sản, môi trường) điều kiện thiếu nguồn nước ngọt, XNM nay, nhiên quy trình vận hành chủ yếu xây dựng dựa sở xác định tần suất định yếu tố khí hậu, nguồn nước, hay độ mặn nên khơng xử lý đúng, đủ, xác kịp thời trước tác động BĐKH Ở khía cạnh kỹ thuật vận hành, đa số cơng trình quản lý cách thủ cơng, trình độ ứng dụng khoa học cơng nghệ cịn thấp Việc đổi mới, áp dụng tiến khoa học kỹ thuật cơng tác quản lý, vận hành CTTL cịn chậm Trong hệ thống có nhiều loại cửa van khác nhau, thiết bị đóng mở với nhiều chủng loại đóng mở thủ cơng; có động điện; số đóng mở xi lanh thủy lực), đại hóa cơng tác vận hành khó khăn Thực tế vận hành cơng trình chủ yếu phụ thuộc vào kinh nghiệm, thiếu công cụ quan trắc, cảnh báo, điều khiển từ xa để vận hành cơng trình cách có hệ thống từ đầu mối đến mặt ruộng hệ thống với Đôi TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ đơn vị quản lý phải cử cán kỹ thuật đến khảo sát cơng trình để định vận hành Đây trở ngại ngành gặp phải cần nghiên cứu chuyển đổi khắc phục Hình miêu tả quy trình để vận hành cơng trình thủy lợi mô thủy lực, thiết bị điều khiển, giám sát từ xa Tuy nhiên, kết nghiên cứu trước chưa đủ để giải hồn tồn tốn đặt cho vùng ĐBSCL rõ Một số nghiên cứu đạt kết gần với mục tiêu đề tài này, nhiên đáp ứng yếu tố Những tồn kết nghiên cứu thực quản lý điều hành hệ thống tưới là: Hình 1: Quy trình để vận hành CTTL Tóm lại, công tác thủy lợi ĐBSCL giai đoạn “chưa thơng minh” Vì vậy, để vận hành CTTL đáp ứng kịp thời nhu cầu sản xuất dân sinh, cần thiết phải thay đổi phương thức quản lý, vận hành cơng trình, quản lý vận hành hệ thống theo hướng “thơng minh” hơn, đáp ứng tiêu chí cơng bằng, linh hoạt xác Trong đó, giải pháp đặt phải kết hợp nhiều loại công nghệ cách đồng bộ, khoa học, tập trung vào giải toán sử dụng nước tối ưu, giám sát, điều khiển cơng trình, thiết bị (trạm bơm, cống…) từ xa, giám sát toàn khu vực canh tác (khí hậu, nước đến nước đi) để hỗ trợ định vận hành cơng trình từ xa Theo đó, cần có cơng cụ thỏa mãn đồng thời yếu tố: (i) Dự báo, đề xuất kịch vận hành cơng trình thơng qua mơ thủy lực; (ii) Phân phối nước tối ưu đáp ứng yêu cầu dùng nước đa mục tiêu, ứng phó BĐKH (iii) Giám sát, điều khiển từ xa thông qua Internet 3.2 Giải pháp vận hành thông minh hệ thống thủy lợi liên tỉnh thích ứng BĐKH, XNM Các nghiên cứu, ứng dụng thực chủ yếu tập trung vào việc xây dựng CSDL kết nối hệ thống giám sát, điều khiển từ xa, để hỗ trợ vận hành CTTL theo quy trình lập sẵn (đóng/mở cơng trình đầu mối sở so sánh mực nước, độ mặn đầu mối nội đồng) Các kết nghiên cứu giải nhiều vấn đề công nghệ, thiết bị như: - Các phần mềm giải vấn đề riêng lẻ, chưa tích hợp để giải tổng hợp vấn đề công tác quản lý điều hành hệ thống tưới, đặc biệt ĐBSCL (giảm nhân công vận hành, giảm tác động BĐKH, đặc biệt XNM, phân phối nước tối ưu, điều hịa lợi ích giải mâu thuẫn địa phương nhu cầu sử dụng nguồn nước…) + Các giải pháp quan trắc có giá trị thực tiễn lắp đặt đầy đủ hệ thống trạm đo trải khắp hệ thống Trong trường hợp phân phối nước cần trạm quan trắc tất cơng trình đầu mối, cống điều tiết, cống lấy nước vào kênh nhánh Điều đồng nghĩa với chi phí thiết bị lớn + Các giải pháp mơ hình xây dựng đơn lẻ, theo kịch cho trước phù hợp việc lập quy hoạch, kế hoạch dài hạn, khó áp dụng vận hành cơng trình + Giải pháp vận hành, giám sát từ xa áp dụng cho cơng trình cụ thể, khó áp dụng cho vận hành hệ thống phân phối nước cho nhiều đối tượng dùng nước - Chưa kết hợp toán phân phối nước tối ưu với công nghệ mô thủy lực, điều khiển từ xa để vận hành thông minh hệ thống thủy lợi đáp ứng yêu cầu sử dụng nước đa mục tiêu, ứng phó với BĐKH - Các giải pháp quan tâm đến đối tượng sử dụng quan, tổ chức QLKT CTTL, mà chưa tạo kết nối với tồn cá nhân, TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC tổ chức liên quan đến hệ thống thủy lợi từ đầu mối tới mặt ruộng, tổ chức thủy lợi sở, nông dân…Trên thực tế, hệ thống thủy lợi thực đạt hiệu đưa nước tới mặt ruộng cách xác, kịp thời linh hoạt Để đưa nước tới mặt ruộng, không cần việc phân phối nước đầu mối (do cơng ty TNHH MTV KTCTTL quản lý) mà cịn cần phối hợp tổ chức thủy lợi sở nơng dân Các hệ thống cần có cách tiếp cận, giải pháp phù hợp với nhiều đối tượng HTTL, với đặc thù khác trình độ chun mơn kỹ thuật, tiềm lực kinh tế, nhận thức, mối quan tâm Điều kết nghiên cứu trước chưa làm Khu vực ĐBSCL có đặc điểm đồng ruộng canh tác khác so với vùng khác nước Tại đây, CTTL chủ yếu tưới tiêu kết hợp, biện pháp tưới nội đồng chủ yếu tưới tràn, diện tích ruộng rộng lớn Mặt khác, nhiều khu vực bị nhiễm mặn ảnh hưởng thủy triều làm cho chế độ thủy lực hệ thống khác Dẫn đến việc điều hành hệ thống tưới tiêu hợp lý phức tạp Hình 2: Ý tưởng trung tâm giải pháp Nhóm tác giả đề xuất giải pháp với sơ đồ tổng thể Hình Theo đó, Hệ thống xây dựng bao gồm mơ hình liên kết với IoT: - Mơ hình thủy lực: Để sử dụng cho việc mơ dịng chảy mạng lưới kênh rạch Các modul thủy động lực (HD) chất lượng nước (AD) sử dụng để mơ CƠNG NGHỆ kịch để dự báo mặn, chế độ thủy lực ngắn, trung dài hạn Các kịch bao gồm ảnh hưởng BĐKH, nước biển dâng, thay đổi cấu sử dụng đất, thay đổi địa hình, địa mạo lịng sơng, thay đổi nhu cầu nước thay đổi điều tiết dòng chảy cơng trình đầu mối Kết mơ nhằm cung cấp sở khoa học cho đề xuất lắp đặt trạm đo phục vụ điều hành hệ thống hỗ trợ vận hành hệ thống vào hoạt động Mơ hình thủy lực ứng dụng với kỳ vọng làm giảm số lượng trạm quan trắc phải lắp đặt hệ thống Với kết hợp mơ hình thủy lực hệ thống SCADA, cần lắp đặt số trạm quan trắc vị trí nút quan trọng Hầu hết vị trí khác hệ thống xác định chế độ thủy lực chất lượng nước thông qua mô thủy lực với độ xác cao liên tục - Mơ hình quản lý kết cấu hạ tầng thủy lợi qua hệ thống GIS trực tuyến (WebGIS): Hệ thông tin GIS Atlas chuyên đề, lập nhằm phục vụ cho công tác quản lý khai thác cơng trình thủy lợi thiết bị đo đạc, giám sát khu vực Đây công cụ hổ trợ việc tìm kiếm, hiển thị, in ấn, cập nhật thông tin liên quan đến thông tin mực nước kênh, mưa, chất lượng nước, mức độ mặn, trạng sản xuất cách nhanh chóng, dễ dàng xác Ngồi cịn liên kết với mơ hình khác mơ hình thủy lực, mơ hình SCADA để thể thông tin trực tuyến không gian, giúp cho nhà quản lý xác định vị trí chất lượng nước, chế độ thủy lực hệ thống cách nhanh chóng Atlas xây dựng tảng phần mềm hệ thông tin địa lý (GIS) ArcGIS chạy Windows 10 hãng ERSI (Mỹ), phần mềm QGIS mã nguồn mở Hệ thống GIS sau xây dựng tải lên Internet để chia sẻ với người dùng thông qua công nghệ WebGIS, tạo mối liên kết phi vật lý, phi không gian cho tất đối tượng (người dùng) HTTL TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Trong hệ thống WebGIS, kiến trúc chấp nhận nhiều kiến trúc lớp (threetier) client-server điển hình mà nhiệm vụ xử lý địa lý phân server side client side Một client điển hình trình duyệt Web Server side bao gồm Web Server, phần mềm WebGIS sở liệu Ngồi ra, module tính tốn nhu cầu nước, lập kế hoạch phân phối nước tích hợp vào WebGIS để thực tác vụ quản lý vận hành hệ thống - Mơ hình SCADA: Hệ thống SCADA bao gồm việc thu thập thông tin, chuyển thông tin trung tâm để thực phân tích điều khiển từ xa cơng trình Hệ thống SCADA kết nối với mơ hình WebGIS để lưu trữ hiển thị tình trạng vận hành cơng trình thơng qua Internet Thơng qua việc kết nối với mơ hình khác IoT, giải hạn chế hệ thống SCADA + Khó làm việc với nhiều định dạng loại thiết bị với cơng nghệ khác nhau, từ mở rộng quy mơ kiểm sốt nâng cao độ linh hoạt; Hình 3: Sơ đồ giải thuật giải pháp Giải pháp đề xuất giải vấn đề tổng thể công tác quản lý, điều hành HTTL, đặc biệt HTTL liên tỉnh, bao gồm: Quản lý hệ thống cơng trình, diện tích tưới dựa cơng nghệ WebGIS, tính tốn nhu cầu tưới, lập kế hoạch tưới, hỗ trợ điều hành hệ thống tưới theo thời gian thực, điều khiển vận hành hệ thống tưới từ xa Theo đó, kết kỳ vọng ứng dụng giải pháp bao gồm: - Sử dụng xác, hiệu quả, tiết kiệm tài nguyên nước; - Góp phần tăng suất giảm phát thải khí nhà kính với canh tác lúa nước tưới tiêu xác; + Thực tế, SCADA quan tâm đến việc kiểm soát (tức thu thập truyền tải liệu cách học), thường gặp khó khăn với việc phân tích hỗ trợ định; hạn chế làm cho SCADA khó áp dụng cho việc tự động hóa vận hành - Tiết kiệm lượng vận hành công trình thủy lợi (điện, dầu vận hành trạm bơm); Với giải pháp đề xuất, 3/4 bước quy trình vận hành CTTL (bước 1, bước bước - Hình) tự động hóa theo mơ hình M2M (Machine to Machine) - tức máy móc giao tiếp với nhau, loại bỏ yếu tố người Theo đó, sơ đồ giải thuật giải pháp thể sau (Hình 3): 3.3 Giải pháp nâng cấp, chuyển đổi cơng trình đáp ứng u cầu điều khiển thông minh - Phát cố để có phương án xử lý kịp thời; tiết kiệm nhân công vận hành CTTL thông qua việc giám sát, điều khiển từ xa Theo đó, để đáp ứng yêu cầu kết nối vận hành từ xa, công trình phải cần đảm bảo yếu tố sau: - Yếu tố lượng: cơng trình đầu mối cần chạy điện (trạm bơm điện, cửa cống có thiết bị đóng mở điện…) Trường hợp có điện lưới sử dụng điện lưới để đảm bảo tính ổn định, cơng trình chưa có điện lưới sử dụng lượng mặt trời (gồm pin, lưu điện thiết bị điều khiển TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC nguồn) - Yếu tố điều khiển: cơng trình cần lắp đặt thiết bị điều khiển PLC, M874-3, S612… - Yếu tố giám sát: Lắp đặt sensor quan trắc mực nước, độ mặn nút quan trọng hệ thống, lắp đặt camera giám sát cơng trình… - Yếu tố kết nối: vị trí cơng trình cần có kết nối Internet qua 3G/4G mạng lan để đảm bảo tín hiệu thơng suốt, liên tục 3.4 Giải pháp tổ chức quản lý đáp ứng yêu cầu điều khiển thông minh HTTL liên tỉnh Để vận hành HTTL liên tỉnh, tước tiên cần thành lập tổ chức để quản lý HTTL liên tỉnh Hiện nay, HTTL liên tỉnh quản lý theo địa giới hành (tỉnh quản lý cơng trình địa phận tỉnh đó) Mặc dù địa phương có phối hợp định, CƠNG NGHỆ nhiên hiệu không cao gây nhiều mâu thuẫn phân tích Tổ chức thành lập đơn vị hồn tồn mới, thành lập sở củng cố, sát nhập với tổ chức có Tuy nhiên, vấn đề trọng tâm tổ chức quản lý phải trực thuộc Bộ NN&PTNT để đảm bảo tính thống liên vùng HTTL liên tỉnh vận hành Điều hoàn toàn phù hợp với quy định Luật Thủy lợi [3] Tiếp đó, tổ chức quản lý khai thác cần thành lập phận kỹ thuật cao, có đủ lực sử dụng thiết bị, công nghệ để vận hành hệ thống Bên cạnh sở hạ tầng thiết yếu (như phòng làm việc, hệ thống máy chủ, thiết bị điều khiển trung tâm, thiết bị theo dõi, giám sát…), Bộ phận kỹ thuật cao cần máy nhân có đủ thành phần Hình Hình 4: Bộ máy nhân Bộ phận kỹ thuật cao KẾT LUẬN Hiện đại hóa quản lý, vận hành cơng trình thủy lợi vấn đề quan tâm Giải pháp đề xuất giải vấn đề tổng thể công tác quản lý, điều hành hệ thống tưới, đặc biệt HTTL liên tỉnh Giải pháp đề xuất nghiên cứu giải pháp tiềm năng, có tính ứng dụng cao thực tiễn Đây sở khoa học tiền đề cho việc nghiên cứu ứng dụng vận hành HTTL liên tỉnh vùng ĐBSCL Tuy nhiên, khuôn khổ nghiên cứu dừng lại mức độ lý luận, số vấn đề chưa đề cập đến: - Vấn đề liệu lớn: áp dụng cho hệ thống có quy mơ liên tỉnh, nhiều số liệu định dạng khác truyền tải, lưu trữ xử lý trung tâm Đây khối lượng liệu vơ lớn Vì vậy, cần phải kết hợp ứng dụng công nghệ Bigdata trường hợp để hỗ trợ xử lý liệu - Giải pháp giải vấn đề tự động hóa 3/4 khâu cơng tác vận hành HTTL TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ (Hình) Để hồn tồn tự động hóa, cần nghiên cứu kết hợp cơng nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) để giải tốn định vận hành cách thơng minh, xác Khi đó, người đóng vai trị giám sát, bảo vệ tài sản, sửa chữa bảo dưỡng xử lý cố (nếu có) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] Binh, D.V., Kantoush, S.A., Saber, M., Mai, N.P., Maskey, S., Phong, D.T., & Sumi, T (2020a) Long-term alterations of flow regimes of the Mekong River and adaption strategies for the Vietnamese Mekong Delta Journal of Hydrology: Regional Studies, 32, 100742 Eslami, S., Hoekstra, P., Trung, N.N., Kantoush, S.A., Binh, D.V., Dung, D.D., Quang, T.T., & Vegt, M.V.D (2019) Tidal amplification and salt intrusion in the Mekong Delta driven by anthropoginic sediment starvation Scientific Reports, 9, 18746 Luật Thủy lợi số 08/2017/QH14 ngày 19/6/2017; Loc, H.H, Binh, D.V, Edward P., Sangam S., Dung T.D., Son V.H., Truc N.H.T, Mai N.P., Chris S., Intensifying saline water intrusion and drought in the Mekong Delta: From physical evidence to policy outlooks, Science of the Total Environment, 757, 143919, 2021 Mai, N.P., Kantoush, S., Sumi, T., Thang, T.D., Trung, L.V., & Binh, D.V (2018) Assessing and adapting the impacts of dams operation and sea level rising on saltwater intrusion into the Vietnamese Mekong Delta Journal of Japan Society of Civil Engineers, Series B1 (Hydraulic Engineering), 74, pp 373–378 Minderhoud, P.S.J., Erkens, G., Pham, V.H., Bui, V.T., Erban, L., Kooi, H., Stouthamer, E (2017) Impacts of 25 years of groundwater extraction on subsidence in the Mekong delta, Vietnam Environmental Research Letters, 12, 064006 Minderhoud, P.S.J., Coumou, L., Erban, L.E., Middelkoop, H., Stouthamer, E., Addink, E.A (2018) The relation between land use and subsidence in the Vietnamese Mekong delta Science of the Total Environment, 634, 715-726 Kantoush, S., Binh, D.V., Sumi, T., Trung, L.V., 2017 Impact of upstream hydropower dams and climate change on hydrodynamics of Vietnamese Mekong Delta Journal of Japan Society of Civil Engineers Ser B1 (Hydraulic Engineering) 73, 109–114 Quyết định số 829/QĐ-BNN-TCTL ngày 04/3/2021 Bộ Nông nghiệp PTNT ban hành Quy trình vận hành hệ thống cơng trình thủy lợi Nam Măng Thít [10] Quyết định số 1332/QĐ-BNN-TCTL ngày 31/3/2021 Bộ Nơng nghiệp PTNT Qui trình vận hành hệ thống thủy lợi Quản Lộ - Phụng Hiệp [11] Trung tâm tư vấn Quản lý Thủy Nơng có tham gia người dân, Viện Kinh tế Quản lý Thủy lợi (2021) Báo cáo dự án Xây dựng mơ hình tổ chức quản lý, khai thác hệ thống thủy lợi Cái Lớn – Cái Bé 10 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 ... từ xa thông qua Internet 3.2 Giải pháp vận hành thông minh hệ thống thủy lợi liên tỉnh thích ứng BĐKH, XNM Các nghiên cứu, ứng dụng thực chủ yếu tập trung vào việc xây dựng CSDL kết nối hệ thống. .. cầu điều khiển thông minh HTTL liên tỉnh Để vận hành HTTL liên tỉnh, tước tiên cần thành lập tổ chức để quản lý HTTL liên tỉnh Hiện nay, HTTL liên tỉnh quản lý theo địa giới hành (tỉnh quản lý... KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC tổ chức liên quan đến hệ thống thủy lợi từ đầu mối tới mặt ruộng, tổ chức thủy lợi sở, nông dân…Trên thực tế, hệ thống thủy lợi thực đạt hiệu