Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xây dựng mô hình hiện đại hóa quản lý vận hành hệ thống tưới

1.3 Định hƣớng nghiên cứu xây dựng, phát triển mô hình hiện đại hóa quản lý vận hành hệ thống tƣới Trên cơ sở phân tích, đánh giá tổng hợp các ưu, nhược điểm và những hướng có thể phát h

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGÔ ĐĂNG HẢI

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH HIỆN ĐẠI HÓA

Luận án được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi

Người hướng dẫn khoa học 1 GS TS Bùi Hiếu

Người hướng dẫn khoa học 2 PGS TS Lê Văn Ước

Phản biện 1: PGS TS Hà Lương Thuần

Phản biện 2: TS Lê Văn Chín

Phản biện 3: TS Đinh Thanh Mừng

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại:

Trường Đại học Thủy lợi

175 phố Tây Sơn, Đống Đa, Hà Nội

vào lúc giờ ngày tháng 04 năm 2016

Có thể tìm hiểu Luận án tại:

- Thư viện Quốc gia

- Thư viện Trường Đại học Thủy lợi

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài luận án

1.1 Tính cấp thiết trong thực tiễn

Ở Việt Nam, hiệu quả quản lý khai thác các hệ thống tưới (HTT) chỉ mới đạt 65

- 80% so với thiết kế [3], [4] Hệ số sử dụng nước trên các HTT nói chung nhỏ hơn 0,82 Mặt khác, tình trạng ngập úng cục bộ do cung cấp nước và lấy nước quá thừa ở nhiều hệ thống làm cho năng suất cây trồng giảm sút đáng kể Hầu hết các HTT ở vùng đồng bằng và nhiều HTT ở các vùng đồi núi là những hệ thống động lực Năng lượng tiêu thụ và chi phí quản lý vận hành (QLVH) hàng năm rất lớn Vì vậy, việc quản lý khai thác (QLKT), vận hành hiệu quả các HTT có một ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật rất quan trọng [2], [3], [5]

Yêu cầu nước cho nông nghiệp, dân sinh cũng như các ngành kinh tế khác thường xuyên thay đổi và ngày càng gia tăng Sự cạnh tranh về nước giữa các đối tượng dùng nước sẽ trở nên căng thẳng và phức tạp hơn nhiều Hiện nay, cơ chế kinh tế thị trường tiêu thụ nước ở nước ta đang và sẽ phát triển theo xu hướng “nước là hàng hoá” Do đó, cùng với công tác không ngừng nâng cao hiệu quả QLKT, nhiệm vụ của các công ty QLKT CTTL còn phải đáp ứng tốt dịch vụ cung cấp nước đúng, đủ, kịp thời, tin cậy, linh hoạt và công bằng theo các yêu cầu dùng nước Muốn vậy, công tác QLVH các HTT cần phải được

hiện đại hóa [1], [6], [3], [7]

Trên thế giới, nhiều HTT đã được giám sát và điều khiển (GS&ĐK) tự động từ

xa nhờ các mô hình hiện đại hóa QLVH [1], [8] Tuy vậy, vẫn chưa có mô hình nào có thể ứng dụng thích hợp hoàn toàn cho QLVH HTT trong điều kiện VN

Ở nước ta, mặc dù đã có khá nhiều mô hình hiện đại hóa GS&ĐK các HTT được ứng dụng nhưng hầu hết các mô hình đó chưa đáp ứng được các yêu cầu cung cấp dịch vụ một cách chính xác, tin cậy, linh hoạt, công bằng và khó có thể được áp dụng rộng rãi… Hơn nữa, tất cả các mô hình hiện đại hóa QLVH ở

VN cũng như trên thế giới đều có hạn chế là chỉ hỗ trợ, thực hiện một hoặc vài khâu độc lập nào đó trong công tác quản lý HTT…

Để góp phần thực hiện Nghị quyết IX về “Đẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện đại hoá nông nghiệp và nông thôn” và đề án: “Nâng cao hiệu quả quản lý khai thác công trình thủy lợi hiện có“ của Bộ Nông nghiệp và PTNT, trong những năm tới việc đi sâu nghiên cứu xây dựng mô hình hiện đại hóa QLVH các HTT thích hợp với điều kiện thực tế của nước ta là một nhiệm vụ cấp bách

1.2 Tính cấp thiết về lý luận

Hiện nay và trong tương lai, mục tiêu quản lý khai thác, vận hành các HTT không còn đơn thuần chỉ là phân phối đủ nước theo nhu cầu mà đồng thời còn phải đạt được cả các mục tiêu khác về kinh tế, tài chính, xã hội, môi trường và tiết kiệm tài nguyên nước [1], [3], [8]… Vì vậy, một số giả thiết khoa học và các phương pháp luận tính toán QLKT, vận hành hiện nay do không xét đến các hàm mục tiêu nên không còn hoàn toàn phù hợp với thực tế

Các HTT có nhiệm vụ phải đáp ứng tốt dịch vụ cung cấp nước cho nhiều đối tượng khác nhau có nhu cầu dùng nước thường xuyên thay đổi Về mặt lý thuyết cần phải đề xuất các cơ sở khoa học cũng như phương pháp luận QLVH thời gian thực sao cho HTT đạt được hiệu quả cao nhất

Lý thuyết phân tích hệ thống, lý thuyết tối ưu, lý thuyết quyết định và lý thuyết

dự báo đã được nghiên cứu ứng dụng có hiệu quả trong nhiều ngành kinh tế, khoa học kỹ thuật và xã hội nhưng vẫn chưa được ứng dụng sâu, rộng trong lĩnh vực QLVH các HTT Do đó, cần nghiên cứu ứng dụng những lý thuyết kể

trên mới có thể giải quyết hoàn chỉnh bài toán QLVH các HTT

2 Mục tiêu nghiên cứu

Đề xuất và xây dựng, phát triển một mô hình mới về hiện đại hóa QLVH các HTT thích hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam nhằm nâng cao hiệu quả toàn diện trong QLKT, vận hành HTT và đáp ứng tốt dịch vụ cung cấp nước chính xác, kịp thời, tin cậy, linh hoạt và công bằng cho các đối tượng dùng nước

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là các HTT tự chảy hoặc tưới bằng động lực phục vụ

nông nghiệp, cấp nước cho dân sinh, công nghiệp và các ngành kinh tế khác

Phạm vi nghiên cứu: vấn đề QLVH các HTT bằng kênh hở có công trình đầu

mối là trạm bơm, cống lấy nước; không xét nguồn nước hồi quy, nội đồng

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Trước hết về ý nghĩa khoa học, Luận án đã góp phần phát triển, bổ sung bước đầu các cơ sở khoa học và phương pháp luận trong một số lĩnh vực chuyên sâu:

- Mô hình hóa và giải bài toán lập kế hoạch quản lý khai thác “tối ưu” các HTT theo mô hình toán học quy hoạch phi tuyến đa mục tiêu

- Quản lý vận hành hệ thống tưới theo số liệu quan trắc thực tế (thời gian thực)

- Công nghệ quản lý vận hành HTT thông qua mạng Internet và UMTS…

Về ý nghĩa thực tiễn, sản phẩm của Luận án có thể trợ giúp đắc lực cho các công ty QLKT CTTL, các phòng nông nghiệp,… đưa ra những quyết định đúng đắn nhất về thời vụ gieo trồng, cơ cấu cây trồng và diện tích canh tác, kế hoạch

và thực hiện kế hoạch QLVH,… nhằm nâng cao hiệu quả toàn diện về kinh tế -

kỹ thuật, xã hội, môi trường,…của HTT, sử dụng “tối ưu” tài nguyên đất, nước, cây trồng để đạt được lợi ích thực thu và diện tích canh tác là lớn nhất; sử dụng nước ít nhất; sự thiếu hụt nước so với nhu cầu dùng nước là nhỏ nhất

Ý nghĩa thực dụng nữa là đã tạo ra một bộ công cụ thực hiện và trợ giúp hiện đại hóa QLVH để từng bước tiến tới tự động hoá QLVH tự động từ xa góp phần thực hiện nhiệm vụ công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước

5 Những đóng góp mới của luận án

1 Đề xuất và xây dựng một mô hình mới về hiện đại hóa QLVH HTT có đầy

đủ các chức năng hỗ trợ và thực hiện cả 3 nhiệm vụ: quản lý nước theo số liệu quan trắc thực tế, quản lý công trình và quản lý kinh tế của các công ty QLKT

2 Đề xuất cơ sở khoa học và mô hình hóa bài toán lập kế hoạch QLKT “tối ưu” liên kết với bài toán lập kế hoạch dùng nước, vận hành HTT theo mô hình toán học quy hoạch phi tuyến, đa mục tiêu nhằm đạt được đồng thời 4 mục tiêu

3 Xây dựng và phát triển một số công cụ QLVH theo hướng hiện đại hóa giúp cho người quản lý thực hiện các công việc GS&ĐK theo số liệu quan trắc vào bất cứ lúc nào, từ bất cứ nơi đâu có mạng Internet hay mạng điện thoại di động

4 Cải tiến, phát triển cơ sở khoa học cho mô hình công nghệ SCADA (IP Modem - RTU) sử dụng mạng Internet và mạng viễn thông di động toàn cầu có tính khả thi cao, phù hợp với điều kiện VN và tổng vốn đầu tư không quá 28%

so với hầu hết các mô hình SCADA đang được ứng dụng

5 Xây dựng nền tảng công nghệ cho việc phát triển các công cụ HĐH QLVH thông qua việc tạo ra website http://www.hiendaihoaqlvh.com giúp cho các công ty QLKT có thể tự xây dựng trang web hiện đại hóa QLVH HTT của họ

tự động từ xa ngay cả khi HTT đó vẫn còn đang được QLVH bằng thủ công

6 Cấu trúc của luận án

Luận án gồm 147 trang thuyết minh, 1 trang liệt kê danh mục 10 công trình đã công bố của tác giả, 5 trang liệt kê 82 tài liệu tham khảo) và 54 trang phụ lục Nội dung bao gồm phần mở đầu, phần kết luận và 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới

Trong vòng hơn 30 năm qua đã có nhiều mô hình cùng các phần mềm quản lý

vận hành HTT được xây dựng và phát triển [15], [8], [2] Có thể sơ bộ phân loại

những mô hình QLVH đó thành 3 nhóm khác nhau:

Nhóm 1: Các mô hình lập kế hoạch tưới

Nhóm 2: Các mô hình lập kế hoạch QLVH và giám sát, điều khiển bán tự động Nhóm 3: Các mô hình giám sát và điều khiển tự động từ xa (SCADA)

Trong phần nghiên cứu tổng quan chỉ tập trung đi sâu nghiên cứu những mô hình HĐH QLVH (nhóm 2 và 3)

1.1.1 Các công trình nghiên cứu về mô hình lập kế hoạch QLVH và GS&ĐK bán tự động

Các công trình nghiên cứu về mô hình lập kế hoạch QLVH và GS&ĐK bán tự động nói chung đều xây dựng thuật toán, phần mềm lập kế hoạch tưới, tính toán xác định thông số vận hành các CTTL và thiết lập một số hệ thống GS&ĐK bán tự động tại chỗ các CTTL chủ chốt Luận án đã phân tích, đánh giá tổng quan những công trình nghiên cứu tiêu biểu sau đây:

1 Phân tích và điều khiển hệ thống tưới (INCA)

2 Vận hành hệ thống tưới (IMSOP)

3 Mô hình lập kế hoạch phân phối nước và vận hành (OPDM)

4 Quản lý vận hành kênh tưới (CanalMan)

5 Lập kế hoạch quản lý tưới (IMS)

6 Mô hình đánh giá nước và đất (SWAT)

7 Tính toán tưới cho hệ thống dùng nước mặt và hồ chứa (RUSTIC)

8 Quản lý vận hành hệ thống tưới (OMIS)

9 Quy hoạch cây trồng và vận hành hệ thống tưới (CPOIS)

Từ đó tổng hợp ưu, nhược điểm và khả năng ứng dụng của các mô hình QLVH vào Việt Nam như ở bảng 1.2

1.1.2 Các công trình nghiên cứu về mô hình giám sát và điều khiển tự động từ xa (SCADA)

Hiện nay, các công trình nghiên cứu về mô hình GS&ĐK tự động từ xa đều đi sâu nghiên cứu xây dựng các thuật toán, phần mềm tính toán QLVH và ứng dụng các công nghệ tiên tiến, hiện đại trong việc GS&ĐK tự động các CTTL từ trung tâm điều hành Những công trình nghiên cứu tiêu biểu tiêu biểu:

1 Quản lý dòng chảy và chất lượng nước (FQM)

2 Quản lý vận hành với sự trợ giúp của máy tính (EAO)

3 Hệ thống đo đạc và điều khiển từ xa (TC/TM)

4 Mô hình giám sát và điều khiển Klamath (Klamath SCADA)

5 Giám sát nước - cây trồng và hệ thống thông tin quản lý (CWMIS)

6 Mô hình kết nối đồng ruộng (FarmConnect Model)…

Từ nghiên cứu tổng quan đã tổng hợp ưu, nhược điểm và khả năng ứng dụng của các mô hình SCADA vào Việt Nam như ở bảng 1.2

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Đến những năm cuối của thế kỷ 20 mới có một số công trình nghiên cứu về các

mô hình QLVH theo hướng hiện đại hoá

Từ năm 2001 đến năm 2004, ba đề tài NCKH về hiện đại hóa QLVH thuộc

Chương trình KHCN trọng điểm cấp Bộ: “Nâng cấp, từng bước hiện đại hóa,

đa dạng hóa mục tiêu khai thác sử dụng các CTTL” [3] đã đi sâu nghiên cứu

xây dựng 3 mô hình: SCADA/MAC, VKHTLMB SCADA, VKHTLMN SCADA Từ năm 2008 - 2012, Dự án VWRAP đã nghiên cứu xây dựng 4 mô hình công nghệ SCADA khác là BCEOM1, BCEOM2, HASKONING, BRLI Trong Luận án đã phân tích, đánh giá tổng quan và tổng hợp ưu, nhược điểm cũng như khả năng ứng dụng của các mô hình kể trên như trong bảng 1.2

1.3 Định hướng nghiên cứu xây dựng, phát triển mô hình hiện đại hóa quản lý vận hành hệ thống tưới

Trên cơ sở phân tích, đánh giá tổng hợp các ưu, nhược điểm và những hướng có thể phát huy, khắc phục nêu trong bảng 1.2 cho thấy: mô hình hiện đại hóa QLVH cần được nghiên cứu phát triển theo hướng tiếp cận lý thuyết phân tích

hệ thống; hỗ trợ, thực hiện cả GS&ĐK thủ công, bán tự động, tự động từ xa nhằm đáp ứng cả 3 nhiệm vụ chính trong công tác QLVH…

Bảng 1.2: Tổng hợp những ưu, nhược điểm cơ bản của các mô hình hiện đại hóa QLVH và hướng phát huy, khắc phục

cập đến việc nâng cao hiệu quả toàn diện của HTT Chỉ CPOIS, SCADA/MAC có chức năng lập kế hoạch khai thác với một số mục tiêu

Mô hình hiện đại hóa QLVH cần xem xét giải quyết bài toán quản lý khai thác “tối ưu“ đa mục tiêu

- Để dịch vụ cung cấp nước đạt hiệu quả cao, cần QLVH các HTT theo số liệu quan trắc tức thời

- N/C xây dựng phần mềm HĐHQLVH lồng ghép với những thuật toán điều khiển trong công nghệ SCADA

Cần ứng dụng công nghệ SCADA trên nền tảng Internet và UMTS bằng cách phát triển công nghệ lập trình mạng và các giao thức truyền thông

thường phải nhập ngoại đắt tiền hoặc phải mua theo hợp đồng trọn gói…

N/C các giải pháp khả thi

về phương thức truyền thông, tích hợp SCADA theo xu hướng IP RTU…

ETc và kế hoạch QLVH dựa trên số liệu khí tượng, thủy văn trung bình tháng trong nhiều năm hay với 1 tần suất nào đó nên kết quả thường sai khác so với thực tế [36], [37]

Cần nghiên cứu lựa chọn

và ứng dụng phương pháp thích nghi tính toán dự báo các yếu tố khí tượng, thủy văn trong QLVH với độ chính xác và tin cậy cao hơn hiện nay

hỏi kiến thức, kỹ năng CNTT cao và phải thạo tiếng Anh,…

Mô hình cùng phần mềm phải đơn giản, hỗ trợ theo tình huống (ngữ cảnh)

Định hướng nghiên cứu: Mô hình hiện đại hóa QLVH sẽ bao gồm 6 chức năng:

1 Lập kế hoạch quản lý khai thác tài nguyên ”tối ưu”

2 Lập kế hoạch dùng nước

3 Lập kế hoạch vận hành hệ thống

4 Giám sát và điều khiển hệ thống tự động từ xa

5 Quản lý công trình

6 Đánh giá hiệu quả quản lý vận hành (Quản lý kinh tế)

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nội dung nghiên cứu

1 Nghiên cứu xây dựng mô hình lập kế hoạch quản lý khai thác “tối ưu” hệ thống tưới

2 Nghiên cứu xây dựng mô hình quản lý vận hành hệ thống tưới theo số liệu quan trắc thực tế (thời gian thực)

3 Nghiên cứu hiện đại hóa quản lý vận hành và giám sát, điều khiển hệ thống tưới thông qua mạng Internet và mạng viễn thông di động toàn cầu (Website GS&ĐK, phần mềm HĐH QLVH, cơ sở dữ liệu trực tuyến, )

4 Nghiên cứu ứng dụng, phát triển công nghệ giám sát và điều khiển

Ngoài ra, 2 nội dung dưới đây cũng được đưa vào nghiên cứu kết hợp, lồng ghép với 4 nội dung trên để khép kín chu trình nâng cao hiệu quả QLKT:

5 Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu trực tuyến phục vụ công tác quản lý và vận hành các công trình trên hệ thống tưới

6 Nghiên cứu cải tiến, phát triển bộ công cụ đánh giá hiệu quả quản lý khai thác và hỗ trợ chu trình nâng cao hiệu quả của hệ thống tưới

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu tổng quát trong Luận án này là kết hợp lý luận với thực tiễn: điều tra, thu thập, quan trắc số liệu và thiết lập mô hình, phần mềm tính toán phân tích, mô phỏng trên máy vi tính cũng như trên mạng Internet và UMTS, rồi thử nghiệm kiểm chứng mô hình từng phần thông qua các số liệu đo đạc, quan trắc thực tế về quản lý vận hành các HTT [43]

2.2.1 Phương pháp mô hình hóa

2.2.1.1 Mô hình hóa bài toán quản lý khai thác “tối ưu“ hệ thống tưới

Lập kế hoạch quản lý khai thác ”tối ưu” HTT là bài toán thực tế phức tạp, đòi hỏi phải thiết lập một mô hình và quy trình tối ưu để giải bài toán theo 7 bước:

* Bước 1: Phân tích xác định một cách định tính các mục tiêu cần đạt được

trong QLKT, vận hành các HTT

* Bước 2: Xác định các điều kiện kỹ thuật, kinh tế, xã hội cần thoả mãn

* Bước 3: Xác định sơ bộ các thông số (biến số) có thể biểu thị trạng thái HTT

* Bước 4: Lập sơ đồ khối biểu thị cấu trúc và cơ chế hoạt động của HTT

* Bước 5: Thiết lập những biểu thức toán học biểu thị các hàm mục tiêu thông

qua các biến vào, biến ra và biến điều khiển

* Bước 6: Biểu thị các điều kiện ràng buộc bằng các biểu thức hoặc các bất

đẳng thức toán học, thuỷ lực, thuỷ nông,

Bước 5 và 6 được thực hiện dựa trên cơ sở khoa học, lý thuyết toán học về bài toán quy hoạch phi tuyến đa mục tiêu [54]

* Bước 7: Đưa các hàm mục tiêu và những ràng buộc đã xác định (bước 5 và 6)

về dạng chính tắc để giải bài toán quy hoạch phi tuyến tối ưu đa mục tiêu:

min {F1(X, C, Y), F2(X, C, Y), , Fm(X, C, Y)} (2-1)

C  S

Những năm gần đây, phương pháp tiến hóa sai phân đa mục tiêu (tiếng Anh

ứng dụng ngày càng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới với lý do là có cấu trúc đơn giản, dễ sử dụng, rất thích hợp cho việc lập trình và tính toán song song trên máy vi tính; cho phép tính toán tối ưu tất cả các hàm mục tiêu một cách đồng thời…

2.2.1.2 Mô hình hóa bài toán quản lý vận hành hệ thống tưới theo số liệu quan trắc thực tế

Thực chất của bài toán quản lý vận hành HTT theo số liệu quan trắc thực tế hàng ngày là phải thường xuyên cung cấp nước đúng thời điểm, đúng khoảng thời gian cây trồng cần nước và đủ lượng nước theo nhu cầu sinh trưởng, phát triển (đúng như công thức tưới tăng sản)

- Hàm mục tiêu: Chênh lệch giữa tổng lượng nước do HTT cung cấp tại mặt

ruộng cho cây trồng và tổng nhu cầu nước thực tế của cây trồng phải là nhỏ nhất: | Wcc – Wyc |  Min (2-3)

Trong đó: Wcc là tổng lượng nước do HTT cung cấp tại mặt ruộng

Wyc là tổng nhu cầu nước thực tế ở mặt ruộng của các loại cây trồng

- Ràng buộc chính là về lớp nước mặt ruộng và độ ẩm đất thực tế hàng ngày:

phải luôn luôn nằm trong khoảng cho phép của công thức tưới tăng sản:

[hmin] ≤ hi ≤ [hmax] và [min] ≤ i ≤ [max]

- Các thông số điều khiển trực tiếp là: số máy bơm làm việc, lưu lượng máy

bơm, thời gian bơm nước của mỗi máy bơm; độ mở cửa cống lấy nước,

Cơ sở khoa học cho việc xây dựng mô hình quản lý vận hành HTT theo số liệu quan trắc là dựa trên phương trình cân bằng nước và căn cứ vào các số liệu quan trắc thực tế về lớp nước mặt ruộng (hci) cũng như độ ẩm đất (βci)

2.2.2 Phương pháp dự báo thích nghi các yếu tố khí tượng, thuỷ văn

Hiện nay, ở nước ta cũng như trên thế giới đang sử dụng khá phổ biến một số

phương pháp dự báo KTTV dựa trên các mô hình thống kê hiện đại [60], [61]:

1 Các mô hình dự báo thích nghi

2 Các mô hình vật lý thống kê

Trong Luận án sử dụng ”Các phương pháp thích nghi trong dự đoán ngắn hạn”

để dự báo các yếu tố khí tượng và thuỷ văn nguồn nước

Mô hình ARIMA viết ở dạng ngắn gọn như sau: ao(L).yt = b(L).zt

hay a(L).Ddyt = b(L).zt

Các bước thực hiện phương pháp dự báo thích nghi theo ARIMA(p, d, q):

* Kiểm định tính thuần nhất (tính dừng) của chuỗi số liệu: được thực hiện dựa

trên các đồ thị ACF(k) và PACF(k, k) theo những bước trễ thời gian (k)

* Xác định dạng mô hình thích hợp: Hai tham số p, q được xác định trên cơ sở

phân tích những trị số đầu tiên khác 0 của đồ thị ACF(k), PACF(k, k) và sử dụng 3 tiêu chuẩn đánh giá: Akaike, BIC, HQ

* Ước lượng các hệ số (tham số) trong mô hình: Các hệ số trong mô hình dự

báo là C, ai và bi được xác định theo phương pháp bình phương tối thiểu mở rộng (lặp dưới dạng quét)…

* Kiểm chứng và dự báo theo mô hình ARIMA(p, d, q)…

2.2.3 Phương pháp lập trình

Để đáp ứng những yêu cầu trong tính toán nhanh chóng, kịp thời và ngay lập tức trong QLVH và GS&ĐK, Luận án đã sử dụng phương pháp lập trình mạng Internet là chính Ngôn ngữ lập trình là MS Visual Studio 2012 [62], chủ yếu nhất là Visual C# 2012 và Microsoft ASP.NET 4.5 [63] kết hợp với CSDL MS SQL Server 2012 [64] Trong đó, lập trình websockets được sử dụng nhiều

2.2.4 Phương pháp thí nghiệm, thực nghiệm

Phương pháp thí nghiệm, thử nghiệm và thực nghiệm được sử dụng khi nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ SCADA QLVH các HTT: Các giao thức TCP/IP, Websockets giao tiếp giữa các thiết bị SCADA; Thiết bị truyền thông

IP modem F2X14, vi xử lý F2X64 RTU; Các phần mềm chạy trên môi trường ASP.NET và máy chủ web

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Kết quả nghiên cứu xây dựng mô hình hiện đại hóa QLVH HTT

3.1.1 Mô hình hóa bài toán lập kế hoạch quản lý khai thác ”tối ưu”

3.1.1.1 Mô hình hóa các hàm mục tiêu

* Hàm mục tiêu 1: Tổng lợi ích thực thu do hệ thống tưới mang lại là lớn nhất:

) 1 3 (max }

) M z Cnn ( g Y Yr { S

1

c c,v c,v c,v

v , c v

Trong đó: nv là tổng số vùng đất canh tác trên HTT

nc là tổng số loại cây trồng được tưới trên HTT

Sc,v là diện tích canh tác loại cây trồng thứ c trên vùng đất thứ v (ha)

Yc,v là năng suất của loại cây trồng thứ c trên vùng đất thứ v (tấn/ha)

gc,v là giá bán một tấn sản phẩm của loại cây trồng thứ c trên vùng đất thứ v (triệu đồng/tấn)

Cnnc,v là chi phí sản xuất nông nghiệp cho 1 ha loại cây trồng thứ c trên vùng đất thứ v (triệu đồng/ha)

z là giá thành 1 m3 nước tại mặt ruộng

Mc,v là tổng mức tưới (mức tưới toàn vụ) cho loại cây trồng thứ c trên vùng đất thứ v (m3/ha)

Yrc,v là hệ số năng suất tương đối của loại cây trồng [65] thứ c trên vùng đất thứ

v Yrc,v được xác định theo công thức: Yrc,v = Yc,v / Ymaxc,v

* Hàm mục tiêu 2: Tổng diện tích gieo trồng được tưới trên HTT là lớn nhất:

1 c,vv

1 I

c

n n

3.1.1.2 Các điều kiện ràng buộc

* Những điều kiện ràng buộc về diện tích canh tác:

- Tổng diện tích sẽ gieo trồng các loại cây trồng trên một vùng đất canh tác thứ

v nào đó trong một vụ không được lớn hơn diện tích đất canh tác Sv:

[Smin]c,v ≤ Sc,v ≤ [Smax]c,v (3-6)

* Những ràng buộc về khả năng của công trình đầu mối và nguồn nước:

Ràng buộc về khả năng của các công trình đầu mối bao gồm tất cả những thông

số khống chế về máy bơm, cống lấy nước, kênh dẫn nước

* Những điều kiện ràng buộc về nông nghiệp:

Ngày bắt đầu và kết thúc thời gian gieo trồng của một loại cây trồng trong một mùa vụ nào đó phải nằm trong khoảng cho phép về thời vụ theo nông lịch và điều kiện khí tượng, thuỷ văn:

* Những điều kiện ràng buộc về kinh tế và thị trường:

Những ràng buộc này luôn được kết hợp cùng với các ràng buộc (3-6) về diện tích lớn nhất cho phép [Smax]c,v và diện tích tối thiểu cần canh tác [Smin]c,v

* Những ràng buộc thực tế là các biến quyết định phải là những số không âm: Sc,v  0 (3-8)

Mc,v  0 (3-9)

Tc,v  0 (3-10)

3.1.1.3 Các biến (tham số) quyết định

+ Diện tích trồng trọt mỗi loại cây trồng trên từng loại đất khác nhau ở các vùng đất canh tác khác nhau: Sc,v Tổng số biến quyết định Sc,v đó là nv x nc + Thời gian (ngày bắt đầu) gieo trồng từng loại cây trồng vào đầu mỗi vụ trong năm và thời gian cấp nước cho các đối tượng khác: T0_c,v Tổng số biến quyết định T0_c,v đó là nv x nc + nk với nk là tổng số các đối tượng khác