Đang tải... (xem toàn văn)
Hồ trung tâm Thành phố Gia Nghĩa, tỉnh Đắk Nông có dòng chảy từ sông Đắk Nông, Sông Đắk Nông hay suối Đắk Nông là phụ lưu cấp 1 của sông Đồng Nai, chảy ở huyện Đắk Song và thành phố Gia Nghĩa tỉnh Đắk Nông, Việt Nam. Sông Đắk Nông dài 92 km, diện tích lưu vực 1112 km², là dòng sông chính chảy qua thành phố Gia Nghĩa. Sông Đắk Nông bắt nguồn từ sườn tây nam dải núi Nâm Nung, chảy hướng tây nam, sau đó là hướng nam qua thành phố Gia Nghĩa. tiếp tục dòng chảy, sông Đắk Nông tiếp nhận dòng Đăk Rti và đổ vào sông Đồng Nai. Mùa mưa ở Tây Nguyên nói chung, tỉnh Đắk Nông nói riêng thường bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 10 (âm lịch), lượng mưa khá lớn làm cho dòng chảy trên sông Đắk Nông khi đổ về Hồ Thượng, Hồ Hạ của Hồ Trung tâm thành phố Gia Nghĩa biến động mạnh, nhanh gây ngập lụt cho khu vực dân cư sinh sống hạ lưu (sau cống xả Hồ Hạ), cụ thể, trong tháng 7 năm 2023, thành phố Gia Nghĩa, tỉnh Đắk Nông đã bị ngập lụt hơn 1 tuần tại các khu vực tổ dân phố 1, 2 phường Nghĩa Trung và một phần phường Nghĩa Tân. Tại bài báo của Báo Đắk Nông có tựa đề “Đi tìm nguyên nhân ngập lụt lớn ở Đắk Nông”, Chủ tịch tỉnh Đắk Nông Hồ Văn Mười đã chỉ rõ: mộ t phầ n nguyên nhân củ a ngậ p lụ t là do sự vậ n hà nh cá c công trì nh hồ đậ p chưa hợ p lý . Bài học kinh nghiệm về xả lũ là rất lớn, tránh việc thông báo liền xả liền thì hậu quả khủng khiếp https:baodaknong.vnditimnguyennhanngaplutlonodaknong158573.html. Chính vì những lý do trên nên em chọn đề tài khi tham gia Cuộc thi Khoa học kỹ thuật cấp tỉnh dành cho học sinh trung học, năm học 2023 – 2024 là: CHẾ TẠO THIẾT BỊ CẢNH BÁO SỚM LŨ ĐỔ VỀ ĐK10A4 VẬN HÀNH CHO HỒ THƯỢNG, HỒ HẠ
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỈNH ĐẮK NÔNG CUỘC THI KHOA HỌC KỸ THUẬT CẤP TỈNH DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC, NĂM HỌC 2023 - 2024 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU DỰ ÁN CHẾ TẠO THIẾT BỊ CẢNH BÁO SỚM LŨ ĐỔ VỀ ĐK10A4 VẬN HÀNH CHO HỒ THƯỢNG, HỒ HẠ CỦA HỒ TRUNG TÂM THÀNH PHỐ GIA NGHĨA LĨNH VỤC DỰ THI: KHOA HỌC TRÁI ĐẤT VÀ MƠI TRƯỜNG Đắk Nơng, tháng 12 năm 2023 Mục lục I Lý chọn đề tài II Giả thuyết khoa học III Tổng quan vấn đề nghiên cứu IV Thiết kế phương pháp nghiên cứu Lựa chọn thiết bị đo, hiển thị: Sơ đồ mạch: Các tính thiết bị ĐK10A4 Rủi ro An toàn 11 V Kết luận 11 Tài liệu tham khảo 15 I Lý chọn đề tài Hồ trung tâm Thành phố Gia Nghĩa, tỉnh Đắk Nơng có dịng chảy từ sông Đắk Nông, Sông Đắk Nông hay suối Đắk Nông phụ lưu cấp sông Đồng Nai, chảy huyện Đắk Song thành phố Gia Nghĩa tỉnh Đắk Nông, Việt Nam Sông Đắk Nông dài 92 km, diện tích lưu vực 1112 km², dịng sơng chảy qua thành phố Gia Nghĩa Sơng Đắk Nơng bắt nguồn từ sườn tây nam dải núi Nâm Nung, chảy hướng tây nam, sau hướng nam qua thành phố Gia Nghĩa tiếp tục dịng chảy, sơng Đắk Nơng tiếp nhận dịng Đăk R'ti đổ vào sơng Đồng Nai Mùa mưa Tây Nguyên nói chung, tỉnh Đắk Nơng nói riêng thường tháng đến tháng 10 (âm lịch), lượng mưa lớn làm cho dịng chảy sơng Đắk Nơng đổ Hồ Thượng, Hồ Hạ Hồ Trung tâm thành phố Gia Nghĩa biến động mạnh, nhanh gây ngập lụt cho khu vực dân cư sinh sống hạ lưu (sau cống xả Hồ Hạ), cụ thể, tháng năm 2023, thành phố Gia Nghĩa, tỉnh Đắk Nông bị ngập lụt tuần khu vực tổ dân phố 1, phường Nghĩa Trung phần phường Nghĩa Tân Tại báo Báo Đắk Nơng có tựa đề “Đi tìm nguyên nhân ngập lụt lớn Đắk Nông”, Chủ tịch tỉnh Đắk Nông Hồ Văn Mười rõ: phần nguyên nhân ngập lụt vận hành cơng trình hồ đập chưa hợp lý Bài học kinh nghiệm xả lũ lớn, tránh việc thông báo liền xả liền hậu khủng khiếp [https://baodaknong.vn/di-tim-nguyen-nhan-ngap-lut-lon-odak-nong-158573.html] Chính lý nên em chọn đề tài tham gia Cuộc thi Khoa học kỹ thuật cấp tỉnh dành cho học sinh trung học, năm học 2023 – 2024 là: CHẾ TẠO THIẾT BỊ CẢNH BÁO SỚM LŨ ĐỔ VỀ ĐK10A4 VẬN HÀNH CHO HỒ THƯỢNG, HỒ HẠ CỦA HỒ TRUNG TÂM THÀNH PHỐ GIA NGHĨA II Giả thuyết khoa học Nếu dịng sơng Đắk Nơng chảy vào Hồ Thượng, sau tràn qua đập tràn hồ Thượng đổ hồ Hạ Hồ hạ có cống xã đáy hạ lưu, nghĩa hồ Hạ xả cạn hồ để đón lũ về, có trường hợp sau xảy ra: - Trường hợp 1(ngưỡng an toàn): Lượng nước đổ tràn qua bờ đập tràn hồ Thượng mức cho phé từ đến A lít/giây, lưu lượng lưu lượng xã qua đáy hồ Hạ đổ hạ lưu không gây ngập úng - Trường hợp (ngưỡng cảnh báo): Lượng nước tràn qua bờ tràn hồ Thượng lớn A lít/ giây Vì mùa mưa nên Hồ hạ xả đáy, khơng tích nước Từ thơng số đo lưu lượng tràn qua đập Q (lưu lượng) = A (Diện tích) x V (vận tốc trung bình); A (diện tích) = R (chiều rộng đạp tràn) x H (chiều cao cột nước tính tràn qua đập tràn) Thì ta có lưu lượng nước Q tràn qua bờ tràn hồ Thượng, đổ hồ Hạ, với khả tích nước hồ Hạ ta biết thời gian hồ Hạ đón lũ trước lũ thực đổ hạ lưu, lúc có cảnh báo sớm đến người dân sinh sống quanh khu vực hạ lưu có nguy ngập lụt, giảm thiệt hại tối đa sức khỏe tài sản cho người III Tổng quan vấn đề nghiên cứu Tìm hiểu cách thức sử dụng để đo lưu lượng nước sông, hồ Lưu lượng nước hay lưu lượng chất lỏng khái niệm để số lượng hay thể tích chất lỏng qua khoảng thời gian định Lưu lượng nước sử dụng để tính lưu lượng qua đường ống, lưu lượng chảy qua kênh kín lưu lượng chảy qua kênh hở Cũng hiểu lưu lượng nước thể tích chất lỏng chảy qua mặt cắt lòng dẫn khoảng thời gian định Khái niệm sử dụng nhiều chuyên ngành kỹ thuật hay công nghiệp để xác định lượng nước tiêu thụ(các nhà máy nước cấp nước), lưu lượng nước thải môi trường(nhà máy xử lý nước thải), lưu lượng cấp kênh mương thủy lợi(lưu lượng kênh hở) Tính lưu lượng dòng chảy dựa vào vận tốc dòng chảy qua tiết diện cụ thể ống đo, ống dẫn…Ví dụ: đo lưu lượng dịng sơng thả trơi vật tính vận tốc trơi khoảng thời gian, đo khoảng cách hai bề mặt sông độ sâu đoạn đo ta tính lưu lượng dịng sơng • Q=vxA Q: Lưu lượng dịng chảy v: Vận tốc dòng chảy A: Tiết diện ống đo, dịng sơng Để tính sức tích nước hồ chứa, ta cần tính thể tích hồ chứa tức cần biết giá trị trung bình độ sâu hồ chiều dài, chiều rộng hồ Khảo sát thực địa, đo đạc thu thập số liệu hồ Trung tâm Thành phố Gia Nghĩa - Đo chiều dài dịng sơng hồ Thượng: hồ Thượng có đường chạy ven bên hồ, ta dùng xe máy lấy số ban đầu contimet xe đầu hồ Thượng, sau chạy xe theo bờ sông đến điểm cuối hồ lấy số cuối Trừ số ta chiều dài tương đối 3,9 Km - Đo độ sâu hồ, ta tiến hành đo độ sâu trung bình vị trí, vị trí lấy điểm, điểm cách mép bờ 5m, điểm hồ, điểm cách mép bên bờ hồ cịn lại 5m, tính trung bình ta thông số điểm Tương tự cho vị trí cịn lại, sau tính trung bình cho cho vị trí ta thơng số độ sâu tương đối là: 2,3 m - Đo độ rộng dòng sơng: Vì lý bờ đập tràn hồ Thượng vị trí đổ xuống hồ Hạ có cơng trình thi công, không cho phép vào nên em tiến hành đo đập tràn đầu nguồn hồ Thượng Vì lý an tồn khơng có thiết bị đo thay nên em chọn cách đo từ bờ, cụ thể sau: Hình Đo chiều rộng dịng sơng Bước 1: Tại vị trí bên bờ sông, ta dựng thẳng đứng điểm A B vng góc với bờ sơng Tiến hành dựng cột điểm C, dóng cho điểm A, B, C thẳng hàng Bước 2: Tạo góc vng điểm C hình Lấy điểm M BC cho MC = m Lấy điểm N hướng hình, cho NC = m Đặt thước đo MN, dịch chuyển điểm N đến MN = m ta góc vng góc C hình tam giác MNC Vì dựa theo định lý Pitago ta có, tam giác vng cạnh huyền tổng bình phương cạnh góc vng, cụ thể 52 = 42 + Bước 3: nối dài cạnh NC điểm D Từ điểm D dóng sang điểm A bên bờ sông ta góc D, dùng thước đo góc D cạnh DC Dùng công tức tang = đối/ kề tam giác vng ta tìm cạnh AC, từ tính độ rộng dịng sơng AB = AC – BC Sau tính cách này, cho ta kết tương đối độ rộng dịng sơng vị trí đập tràn thượng lưu hồ Thượng 95m Số liệu từ Trạm Thủy văn thành phố Gia Nghĩa, thuộc Đài Khí tượng Thủy văn Đắk Nơng (đơn vị thực đo định kỳ hồ Trung tâm thành phố Gia Nghĩa) Theo số liệu thu thập ghi nhận Trạm Thủy văn thành phố Gia Nghĩa cho biết, trước đo lưu lượng dịng chảy hồ trung tâm làm thủ cơng, tức đo tốc độ dòng chảy, đo tiếc diện lòng sơng, sau tính lưu lượng dịng chảy cầu Đắk Nông củ, bị phá bỏ Hiện hồ xây đập tràn nên đo dòng chảy đặt vị trí thượng lưu hồ Thượng Lưu lượng nước mùa khô thường dao động từ đến m 3/s, Trong mùa mưa, thời điểm gây lũ cho phương Nghĩa Trung Nghĩa Tân vừa qua (cuối tháng đầu tháng 8) đạt cao 67 m3/s Tầng suất đo: ngày bình thường đo lần ngày, ngày có nguy lũ tần suất tiếng lần lấy mẫu Giải thuật tổng quát thiết bị cảnh báo lũ sớm cho hồ Trung tâm Thành phố Gia Nghĩa Các thông số bản: - Lưu lượng dịng sơng Đắk Nơng đỉnh lũ ghi nhận 67m3/s Hồ Thượng dài 3,9 km, rộng 95m, sâu 2,3m, sức tích nước 3.900 x 95 x 2,3 = 852 150 m3 Thời gian tích nước từ cạn hồ đến đầy hồ đỉnh lũ 852.150/67 ≈ 12.719 giây ≈ 212 phút ≈ 3,5 Hồ Hạ: dài 1,5Km, rộng 100m, sâu 1,5m, sức tích nước 1.500 x 100 x 1,5 = 225.000 m3 Thời gian tích nước từ cạn đến đầy hồ 225.000/67 ≈ 3.358 giây ≈ 56 phút - Gải thuật thiết bị Cảnh báo sơm lũ Hồ Trung tâm thành phố Gia Nghĩa Hình Sơ đồ đặt thiết bị đo hồ Thượng, hồ Hạ Hình Giải thuật thiết bị Cảnh báo lũ sớm IV Thiết kế phương pháp nghiên cứu Lựa chọn thiết bị đo, hiển thị: Tham khảo cộng đồng Arduino Việt Nam trang website www.arduino.vn em lựa chọn thiết bị sau để thiết kế thiết bị Cảnh báo sớm lũ cho hồ Trung tâm Thành phố Gia Nghĩa, cụ thể sau: - Cảm biến đo mực nước hồ thượng hồ hạ dùng cảm biến siêu âm HC – SR04: - Điện áp: 5V DC - Dòng hoạt động: < 2mA - Mức cao: 5V - Mức thấp: 0V - Góc tối đa: 15 độ - Khoảng cách: 2cm – 450cm (4.5m) - Độ xác: 3mm - Cảm biến lưu lượng nước YF-S201 DN15, để đo tốc độ dòng chảy tràn bờ đập hồ Thượng xuống hồ Hạ – Nguồn: – 24V – Dòng tiêu thụ : < 10mA – Chịu áp lực đến: 1.75Mpa – Lưu lượng đo: – 30 (L/min) – Nhiệt độ hoạt động: < 120 độ C – Độ ẩm: 35% – 90% RH – Kích thước: 61 x 36 x 34mm - Module gửi nhận tin nhắn dùng module SIM 900A - Nguồn cấp đầu vào: 4,5 – V - Module tích hợp khe Sim sử dụng sóng điện thoại - Dòng điện chế độ chờ: 10mA Dòng điện chế độ hoạt động: 100mA – 2A - Modul thu phát âm dùng Module DFPlayer Mini – Tốc độ lấy mẫu (Khz): / 11.025 / 12 / 16 / 22.05 / 24 / 32 / 44.1 / 48 với ngõ 24bit – Hỗ trợ đầy đủ FAT16, FAT32, thẻ TF hỗ trợ tối đa 32Gb – Có thể điều khiển qua chân IO hay chuẩn nối tiếp – Các file âm xếp theo thư mục (tối đa 100 mục) , mục chứa tối đa 255 hát – Âm chỉnh mức - Màn hình hiển thị cho thiết bị dùng Module LCD x 20 – Điện áp hoạt động: 5V – Địa I2C: 0x3F (có thể 0x27 thay đổi theo đơn hàng nhà sản xuất) – Màu: Xanh Dương – Kích thước lỗ bắt ốc: 94mm x 55mm – Kích thước mạch: 98mm x 60mm x 20m - Vi xử lý dùng Module Arduino Mega 2560 để điều khiển 10 - Nguồn ni mạch: 5VDC từ cổng USB nguồn ngồi cắm từ giắc tròn DC (khuyên dùng 7-9VDC để đảm bảo - Số chân Digital: 54 (15 chân PWM) - Số chân Analog: 16 - Giao tiếp UART : UART - Giao tiếp SPI : ( chân 50 -> 53 ) dùng với thư viện SPI Arduino - Giao tiếp I2C : - Ngắt : chân - Bộ nhớ Flash: 256 KB, 8KB sử dụng cho Bootloader - SRAM: KB - EEPROM: KB Xung clock: 16 MHz Tất Shield Arduino Uno chạy với Arduino Mega Sơ đồ mạch kết nối Hình Sơ đồ chân kết nối phần cứng Các tính thiết bị ĐK10A4 - Khi thiết bị khởi động lần để cài đặt thông số từ người dùng Màn hình LCD hiển thị dịng chữ “DANG CHO NHAN SO DIEN THOAI LAM ADMIN” Dùng số điện thoại muốn làm Admin nhắn tin cú pháp: Admin gửi đến số điện thoại gắn thiết bị cảnh báo lũ Nếu thành công số điện thoai từ thiết bị 11 cảnh báo nhắn tin đến người Admin nội dung BẠN LÀ ADMIN đồng thời hình thiết bị dòng chữ “DA NHAN SO ADMIN THANH CONG” Thêm số điện thoại người nhận thông báo, phép thêm số, cách từ số điện thoại người Admin gửi tin nhắn đến thiết bị với cú pháp: dt1 +84********* lúc điện thoại người nhận thông báo cảnh báo lũ nhận tin nhắn từ thiết bị có nội dung “BAN LA NGUOI NHAN CANH BAO LU”, hình hiển thị “DA THEM NGUOI NHAN THONG BAO THANH CONG” Tương tự cho số điện thoại thứ dùng cú pháp: dt2 +84********* - Khi thiết bị cài thông số người quảng trị Admin Khi khởi động, hình hiển thị nội dung số điện thoại làm Admin, sau vài giây hình hiển thị THIET BI DA SAN SANG, người Admin nhận tin nhắn từ thiết bị báo THIET BI DA SAN SANG - Tính người Admin Cài đặt mức lưu lượng nước cảnh báo, cú pháp: @mucnuoc mn (mn số từ 00 đến 99 tương ứng số lít/phút) Tắt cảnh báo tự động, cú pháp @tatcanhbao - Tính chung cho số điện thoại Tra cứu số điện thoại tham gia quản lý thiết bị, cú pháp: @admin Kiểm tra trạng thái thiết bị, cú pháp @trangthai Báo cáo thông số gồm lưu lượng, mực nước hồ, thời gian hồ hạ tích thêm nước, cú pháp: @baocao Bật cảnh báo tự động từ thiết bị, cú pháp: @batcanhbao - Chế độ tự động thiết bị 12 Theo dõi tốc độ nước tràn qua đập tràn hồ Thượng tràn vào hồ Hạ, đo chiều cao mực nước tính từ bờ đập tràn, với thơng số chiều ngang bờ đập có, ta tính lưu lượng nước tràn hồ hạ Khi lưu lượng nước vượt mức lưu lượng cảnh báo mà Admin cài, thiết bị thông số cảnh báo lên hình, phát âm cảnh báo xung quanh khu vực gắn thiết bị, đồng thời gửi tin nhắn đến tất người tham gia quảng lý biết, tin nhắn gửi liên tục đến người quản lý thức biết được, lúc báo cáo cho Admin để dùng số Admin ngắt thông báo Đây yếu tố quang trọng để xác thực xác người có trách nhiệm nhận cảnh báo nguy hiểm, cần có hành động tiếp theo, tránh ý thức chủ quan từ người Rủi ro an toàn Phần thiết bị điện tử, cảm biến, thiết bị thu phát sóng gửi tin nhắn, thiết bị phát âm sử dụng nguồn từ 5VDC đến 12 VDC nên tuyệt đối an tồn Phần mơ hình giả lập hồ Thượng, hồ Hạ dùng composite tuyệt đối an toàn; chân đế để tạo độ cao cho hồ làm bằn sắt, mài góc cạnh, tạo góc tù, khơng gây sát thương, nguy hiểm Phần nước giả lập lũ lưu chuyển hệ thống mơ hình, khơng gây tràn, bắn Phần giả lập lượng nước lũ đổ có sử dụng máy bơm, 01 bơm chế độ nước đổ bình thường, 01 bơm chạy với bơm trước để giả lập mức nước lũ vượt ngưỡng cảnh báo, 02 bơm sử dụng điện xoay chiều 220 V, nhiên, bơm bơm hồ cá cảnh nên nhà sản xuất tính độ an tồn sử dụng mơi trường nước Lưu ý để an toàn tối đa, cắm điện cho bơm, tuyệt đối không đụng tay vào nước, khơng để nước tràn, bắn ngồi V Kết luận Hiện nay, Chính phủ liệt tạo đột phá việc chuyển đổi số tất ngành, lĩnh vực, mặt đời sống xã hội, để tạo nên lực lớn đua công cách mạng 4.0, nhằm thay đổi phương 13 thức sản xuất, tăng suất lao động, kết nối sở liệu… Chính thế, việc thiết kế, chế tạo thiết bị Cảnh báo sớm lũ đổ hạ lưu ĐK10A4 nằm công chuyển đổi số Chính Phủ xu hướng thời đại việc đại hóa cơng tác Thủy văn Thiết bị ĐK10A4 cảnh báo sớm lũ đổ hạ lưu phía đầu nguồn có hồ chứa, lưu giữ lũ Nếu biết trước thể tích hồ chứa lũ (hồ chứa nước thủy điện, hồ thủy lợi…) thiết bị dự báo trước thời gian cịn lại thực lũ đổ hạ lưu, từ cấp lãnh đạo Ban phịng chống thiên tai dễ dàng đưa định đúng, xác Đồng thời cán vận hành Trạm Thủy văn thành phố Gia Nghĩa bớt áp lực, (Cảnh báo có lũ, lấy mẫu từ xa khơng cần đến thực địa), tránh tính chủ quan (do lấy mẫu liên tục thay định kỳ), độ xác công tác lấy mẫu cao Không thế, nhân dân sinh sống làm việc vùng hạ lưu theo dõi thơng tin, có thơng tin cảnh báo sớm người dân có thời gian để di dời tài sản, người đến vùng an toàn./ Mã QR CODE để xem video sản phẩm chế tạo thiết bị cảnh báo sớm lũ đổ ĐK10A4 vận hành cho Hồ Thượng, Hồ Hạ Hồ trung tâm thành phố Gia Nghĩa 14 Một số hình ảnh chế tạo thiết bị cảnh báo sớm lũ đổ ĐK10A4 vận hành cho Hồ Thượng, Hồ Hạ Hồ trung tâm thành phố Gia Nghĩa 15 16 Tài liệu tham khảo 1) https://vi.wikipedia.org/wiki/S%C3%B4ng_%C4%90%E1%BA %AFk_N%C3%B4ng 2) https://baodaknong.vn/di-tim-nguyen-nhan-ngap-lut-lon-o-daknong-158573.html 3) https://truyenhinhdaknong.vn/news/tren-song-dak-nong-tai-tramthuy-van-dak-nong-lu-da-dat-dinh-vao-luc-03h00-ngay-31-7-2023-o-muc59138m-22300.htm 4) http://kttvdaknong.com.vn/daknong/ 5) http://arduino.vn/ 17