GIẢI PHÁP VẬN HÀNH THÔNG MINH HỆ THỐNG THỦY LỢI LIÊN TỈNH TẠI VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG - Full 10 điểm

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ T ẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 1 GIẢI PHÁP VẬN HÀNH THÔNG MINH HỆ THỐNG THỦY LỢI LIÊN TỈNH TẠI VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Nguyễn Lê Dũng, Bùi Duy Chí, Trung tâm tư vấn PIM Đoàn 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 trò đặc biệt quan trọng trong sản xuất nông nghiệp và dân sinh tại vùng Đồng bằng sông Cửu L ong (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…) Ngày nay, hiện tượng tranh chấp nước giữa các địa phương sử dụng chung HTTL đang diễn ra ngày càng gay gắt Để đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững trong điều kiện biến đổi khí hậu và xâm nhập mặn cực đoan đang diễn ra ngày càng bất lợi và khó lường, cần nghiên cứu giải pháp để vận hành một cách thông minh, linh hoạt các công trình trong HTTL nhằm nâng cao năng suất nước và bảo vệ môi trường sinh thái Bài báo 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) Từ khóa: IoT, vận hành thông minh, hệ thống thủy lợi liên tỉnh, Đồng bằng 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 1 ĐẶ T V ẤN ĐỀ * Trong những năm gần đây Liên hiệp quốc đã báo động về xu thế khí hậu ấm dần lên, hiện tượng tan băng ở 2 cực và sự dâng cao mực nước biển, dẫn đến gia tăng XNM tại các quốc gia nằm ven biển Không ngoại lệ, xâm nhập mặn (XNM) ngày càng gia tăng tại các hệ thống sông lớn ở Việt Nam như sông MêKong, sông Ngày nhận bài: 19/8/2021 Ngày thông qua phản biện: 08/11/2021 Hồng - Thái Bình và sông Sài Gòn - Đồng Nai (SG- ĐN) do hiện tượng tự nhiên như nước biển dâng và con người như xây đập, khai thác cát dẫn đến lòng dẫn ngày càng bị hạ thấp, tạo điều kiện thông thoáng cho nước biển ngày càng xâm nhập sâu lên thượng lưu Là đồng bằng lớn thứ ba trên thế giới, Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vựa lúa lớn Ngày duyệt đăng: 30/11/2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ T ẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 2 nhất Việt Nam và góp phần quan trọng trong an ninh lương thực của thế giới Những năm gần đây, diễn biến XNM ở ĐBSCL phức tạp, bất thường và có xu hướng đến sớm từ 1 đến 2 tháng so với trước đây [5] [1 ] Tần suất XNM ở ĐBSCL cũng cao hơn trong những năm gần đây Nếu như trước kia hạn hán và XNM diễn ra 6- 7 năm một lần (ví dụ 1992, 1998, 2005), thì nay giảm xuống còn 4 - 5 năm một lần trong thờ i gian gần đây (ví dụ 2010, 2015, 2019) [4] Hạn mặn năm 2016 được đánh giá là nặng nề nhất trong 100 năm qua, nhưng hạn mặn năm 2020 lại còn cao hơn cả năm 2016 Đây là điều rất bất thường Có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự gia tăng XNM ở ĐBSCL, bao gồm: biến đổi khí hậu và nước biển dâng [2 ], điều tiết dòng chảy phía thượng lưu (Mai và cộng sự, 2018; Bình và cộng sự 2020), hạ thấp đáy sông (Eslami và cộng sự, 2019), sụt lún [6] [7 ] Do đó, định hướng phát triển của ĐBSCL giai đoạn 2012 - 2020 và định hướng đến 2050 do Thủ tướng Chính phủ ban hành đã đặt ra mục tiêu đến năm 2050 cần đảm bảo an toàn dân sinh, sản xuất, cơ sở hạ tầng cho khoảng 32 triệu dân và chủ động ứng phó với các tác động của biến đổi khí hậu (BĐKH) như nước biển dâng và XNM (Bộ Khoa học và Công nghệ, 2016) Đặc biệt khi nước biển được dự báo sẽ dâng cao đến 100cm vào năm 2100 (so với giai đoạn 1990 -2000) thì XNM được dự báo là sẽ trầm trọng hơn và rất phức tạp Cùng với BĐKH và XNM, nhu cầu ngày càng tăng của sử dụng nước đô thị, công nghiệp, môi trường ngày càng hạn chế lượng nước có thể sử dụng cho sản xuất nông nghiệp Cho dù có được những thành tích không thể phủ nhận trong thời gian qua trong việc đóng góp vào sản xuất lương thực, phát triển tưới tiêu tại ĐBSCL đang bị chậm lại do mất diện tích tưới tiêu vì úng, nhiễm mặn, khai thác quá tải nước ngầm và sự phát triển của đô thị và đặc biệt là hiệu quả côtác quản lý khai thác (QLKT) Giải pháp duy nhất để đáp ứng nhu cầu lương thực ngày càng tăng trong bối cảnh tài nguyên đất và nước có hạn là tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên đất và nước thông qua các giải pháp nâng cao hiệu quả QLKT các công trình thuỷ lợi (CTTL) Để giải quyết vấn đề đặt ra, có 3 hướng nghiên cứu chính đã được sử dụng, gồm: 1) Nghiên c ứ u các gi ả i pháp công trình: nghiên c ứ u các gi ả i pháp công trình nh ằm ngăn mặ n, gi ữ ng ọt, điề u ti ế t dòng ch ảy… 2) Nghiên c ứ u v ề th ể ch ế , chính sách: phân c ấ p QLKT CTTL, khuy ến khích đầu tư, quả n lý, khai thác CTTL, tăng cường năng lự c, hi ệ u qu ả ho ạt độ ng cho các t ổ ch ứ c, cá nhân tham gia QLKT CTTL… 3) Nghiên c ứ u, ứ ng d ụ ng công ngh ệ trong qu ả n lý, điề u hành h ệ th ố ng th ủ y l ợ i nh ằ m giúp các công ty khai thác CTTL có th ể c ấp nước đủ cho cây tr ồng cho quá trình sinh trưởng, đạ t s ả n lượ ng cao, gi ả m chi phí v ậ n hành, tránh lãng phí nướ c Trong những năm trước đây, các nhà khoa học và nhà quản lý tập trung nghiên cứu các giải pháp về công trình và thể chế, chính sách Mặc dù các hướng nghiên cứu này đến nay đã mang lại những hiệu quả tốt và tiếp tục được nghiên cứu, phát triển nhưng cũng có mặt hạn chế Giải pháp (1) yêu cầu chi phí lớn, đặc biệt là với các công trình đầu mối của HTTL liên tỉnh Giải pháp (2) có tác động lâu dài, sâu, rộng, ảnh hưởng đến nhiều ngành, lĩnh vưc và thành phần trong xã hội Vì vậy giải pháp (2) thường phải được nghiên cứu kỹ, và mất nhiều thời gian để đánh giá được hiệu quả thực sự Hiện nay, hướng nghiên cứu mới đang tập trung vào ứng dụng công nghệ trong QLKT và vận hành CTTL Giải pháp chủ yếu là đầu tư về phần cứng (các sensor, trạm quan trắc, thiết bị điều khiển) và phần mềm ứng dụng Một số phần mềm đã được xây dựng và ứng dụng vào thực tiễn ở nhiều nơi trên cả nước Trên thực tế, các loại công nghệ đã mang lại hiệu quả kinh tế to lớn, giảm tối đa chi phí quản lí vận hành hệ thống và tiết kiệm nguồn nước KHOA HỌC CÔNG NGHỆ T ẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 3 Bài báo này sẽ giới thiệu các giải pháp theo hướng nghiên cứu (3) để vận hành một cách thông minh các HT TL liên tỉnh tại vùng ĐBSCL 2 D Ữ LI ỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C Ứ U 2 1 D ữ li ệ u nghiên c ứ u - Th ự c tr ạ ng các h ệ th ố ng th ủ y l ợ i liên t ỉ nh đượ c tham kh ả o t ừ báo cáo d ự án Xây d ự ng mô hình t ổ ch ứ c qu ả n lý, khai thác h ệ th ố ng th ủ y l ợ i Cái L ớ n – Cái Bé do Trung tâm tư vấ n PIM, Vi ệ n Kinh t ế và Qu ả n lý th ủ y l ợ i th ự c hi ệ n); - S ố li ệ u và m ộ t s ố phân tích v ề tình tr ạ ng xâm nh ậ p m ặ n t ại vùng ĐBSCL đượ c khai thác t ừ báo cáo t ổ ng k ế t công tác ch ỉ đạo, điề u hành phòng, ch ố ng h ạn hán vùng ĐBSCL (2020) củ a B ộ Nông nghi ệ p và Phát tri ể n nông thôn; - S ố li ệ u v ề thi ệ t h ạ i v ề nông nghi ệ p các t ỉ nh ven bi ển ĐBSCL đợ t h ạ n m ặn năm 2019 - 2020 do các t ỉ nh cung c ấp, đượ c t ổ ng h ợ p t ạ i báo cáo d ự án Xây d ự ng mô hình t ổ ch ứ c qu ả n lý, khai thác h ệ th ố ng th ủ y l ợ i Cái L ớ n - Cái Bé do Trung tâm tư vấ n PIM, Vi ệ n Kinh t ế và Qu ả n lý th ủ y l ợ i th ự c hi ệ n; - Các tài li ệu liên quan đến lĩnh vự c nghiên c ứu đã đượ c công b ố t ừ trước đó, do nhóm tác gi ả t ổ ng h ợp phân tích trên quan điể m c ủ a chính nhóm tác gi ả 2 2 P hương pháp nghiên cứ u Bài báo phân tích tổng hợp số liệu và tài liệu nghiên cứu từ các đề tài, dự án có liên quan, từ đó chỉ ra những hạn chế trong việc vận hành các HTTL liên tỉnh ở ĐBSCL Các HTTL liên tỉnh hiện nay được quản lý, vận hành một cách manh mún, nhỏ lẻ, chưa đảm bảo được tính đa mục tiêu như thiết kế Điều này là do thiếu sự liên kết giữa các tỉnh, giữa các đối tượng dùng nước với nhau Với các phân tích, tổng hợp chuyên sâu, bài báo nê u bật được các vấn đề, chỉ rõ những điểm còn thiếu sót, hạn chế trong cơ chế vận hành HTTL liên tỉnh hiện nay Sau đó, bài báo phân tích, tổng hợp các giải pháp đã được áp dụng thành công trên thế giới nhằm đánh giá khả năng ứng dụng vào điều kiện cụ thể ở những HTTL liên tỉnh điển hình ở ĐBSCL 3 K Ế T QU Ả NGHIÊN C Ứ U VÀ TH Ả O LU Ậ N 3 1 Các v ấn đề t ồ n t ạ i trong qu ả n lý, v ậ n hành CTTL liên t ỉ nh t ại vùng ĐBSCL Vùng ĐBSCL có vai trò đặc biệt quan trọng về những sản phẩm lúa gạo, trái cây, thủy hải sản Đó là những thành công đối với những gì mà chúng ta đã đầu tư và cho thấy hướng đi đúng đắn đối với việc khai thác đồng bằng sông Cửu Long Tuy nhiên, trong bối cảnh mới, bối cảnh về nước biển dâng, BĐKH đang thách thức cả thế giới, việc nghiên cứu và tận dụng những mặt lợi của tự nhiên, sống chung nhưng không lệ thuộc vào điều kiện tự nhiên đang dần trở nên quan trọng hơn bao giờ hết Hiện nay ảnh hưởng của BĐKH ngày càng rõ rệt và gay gắt, tình hình hạn hán, XNM ngày càng lấn sâu vào nội đồng làm thiếu nguồn nước tưới ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của người dân; tác động nhiều đến sản xuất nông nghiệp và sinh kế của các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long Điển hình là tình hình XNM các năm 2005, 2016 và 2019 đi sâu vào nội đồng gây thiệt hại lớn cho sản xuất nông nghiệp, dân sinh và các hoạt động kinh tế khác ( Bảng) Nghiên cứu của [4 ] cũng cho thấy ranh XNM 4g/l đang dịch chuyển nhanh và ngày càng sâu vào trong nội địa của đồng bằng Phân tích số liệu mặn từ 2007 đến 2017 tại trạm Sơn Đốc và Hương Mỹ cho thấy rằng, mặn tăn g với tốc độ 0 2 - 0 5 PSU/năm Mặc dù mặn năm 2015- 2016 được đánh giá là trầm trọng nhất trong 90 năm qua [8 ], mặn năm 2019 -2020 thậm chí còn nghiêm trọng hơn [4 ] Bảng 1 cho thấy rằng, ngoại trừ sông Vàm Cỏ Đông, mặn năm 2019 - 2020 ở tất cả các nhánh sông đều tăng so với năm 2015 - 2016, cao nhất là tăng th êm 9 km trên sông Vàm Cỏ Tây Xu hướng mặn không những tăng về nồng độ mà còn rút ngắn về thời gian xuất hiện mặn cực hạn Nếu như trước đây, tần suất mặn cực hạn là 6 - 7 năm (ví dụ năm 1992, 1998, 2005) thì hiện nay rút KHOA HỌC CÔNG NGHỆ T ẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 4 ngắn lại còn khoảng 4 năm (ví dụ 201 6, 2020) [4] B ả ng 1: Chi ề u sâu XNM l ớ n nh ấ t t ạ i các c ửa sông vùng ĐBSCL (km ) TT Cửa sông 2019 - 2020 2015 - 2016 Trung bình nhiều năm 1 Vàm Cỏ Đông 94 115 75 2 Vàm Cỏ Tây 135 126 78 3 Cửa Tiểu 57 50 38 4 Cửa Đại 57 52 40 5 Hàm Luông 78 73 43 6 Cổ Chiên 68 65 44 7 Hậu 65 60 41 8 Cái Lớn 62 68 53 Ngu ồ n: Báo cáo t ổ ng k ế t công tác ch ỉ đạo, điề u hành phòng, ch ố ng h ạ n hán vùng ĐBSCL, 2020 M ặc dù các địa phương đã có phương án chu ẩ n b ị đối phó, XNM năm 2019 - 2020 cũng đã gây thiệ t h ại đáng kể cho các t ỉ nh ven bi ể n ĐBSCL, trong đó thiệ t h ạ i l ớ n nh ấ t là các t ỉ nh B ế n Tre, Trà Vinh và Cà Mau T ổ ng thi ệ t h ạ i nông nghi ệ p các t ỉ nh ven bi ển vùng ĐB SCL đượ c t ổ ng h ợp như Bả ng 2 Tuy nhiên c ần lưu ý r ằ ng, do công tác d ự báo XNM năm 2019 - 2020 t ố t nên m ặ c dù m ặ n xâm nh ậ p nghiêm tr ọng hơn năm 2015 - 2016 nhưng thiệ t h ại đố i v ớ i n ề n kinh t ế và ngườ i dân l ạ i th ấp hơn B ả ng 2: T ổ ng h ợ p thi ệ t h ạ i nông nghi ệ p các t ỉ nh ven bi ển đợ t h ạ n m ặn năm 2019 - 2020 TT Tỉnh Tổng diện tích thiệt hại (ha) Trong đó (ha) Lúa Cây ăn trái Rau màu Thủy sản 1 Long An 2 746,2 2 738,6 7,7 0,0 0,0 2 Tiền Giang 11 675,3 8 567,9 2 297,1 810,3 0,0 3 Bến Tre 42 705,0 5 401,0 35 246,0 168,0 1 890,0 4 Trà Vinh 20 831,9 20 484,9 271,0 76,0 0,0 5 Sóc Trăng 4 126,0 4 099,0 4,0 23,0 0,0 6 Bạc Liêu 6 455,3 252,3 0,0 0,0 6 203,0 8 Kiên Giang 8 547,6 1 598,0 0,0 0,0 6 949,6 7 Cà Mau 20 546,8 20 495,1 0,0 51,8 0,0 TỔNG CỘNG 117 634,1 63 636,7 37 825,7 1 129,1 15 042,6 Ngu ồ n: Báo cáo d ự án Xây d ự ng mô hình t ổ ch ứ c qu ả n lý, khai thác h ệ th ố ng th ủ y l ợ i Cái L ớ n - Cái Bé Hiện nay, vùng ĐBSCL đã hình thành 6 hệ thống CTTL có quy mô liên tỉnh (HTTL liên tỉnh) 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, XNM…), bao gồm hệ thống CTTL: Vùng Đồng Tháp Mười, Tứ Giác Long Xuyên, Ô Môn – Xà No, Quản Lộ - Phụng Hiệp, Nam Măng Thít, Bảo Định, trong đó có 4 hệ thống được đầu tư khép kín (Quản Lộ - Phụng Hiệp, Ô Môn – Xà No, Nam Măng Thít, Bảo Định) và 2 hệ thống tiếp tục đầu tư hoàn thiện (Tứ Giác Lo ng Xuyên, Đồng Tháp Mười) Hiện có thêm 01 hệ thống (Cái Lớn – Cái Bé) đang được hình thành Đặc thù của hệ thống thủy lợi của vùng ĐBSCL là có tính mở, liên thông và nằm xen lẫn trong các hệ thống kênh rạch tự nhiên, một số vùng, tiểu vùng được đầu tư xây dựng hoàn chỉnh, khép kín để chủ động điều tiết nguồn nước cả về lượng và chất lượng nước (ngọt, mặn, lợ) KHOA HỌC CÔNG NGHỆ T ẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 5 phục vụ sản xuất nông nghiệp, chuyển đổi cơ cấu cây trồng và phát triển kinh tế trong bối cảnh BĐKH và XNM Mặc dù các hệ thống thủy lợi đều có quy trình vận hành, tuy nhiên, việc phối hợp điều tiết phân phối nước chưa giải quyết được yêu cầu thực tế, có sự mâu thuẫn nhu cầu sử dụng nước đặc biệt vào mùa khô ở các địa phương đầu nguồn và cuối nguồn Do các hệ thống thủy lợi có tính liên thông cao, ở vùng canh tác theo hệ sinh thái ngọt một số kênh trục chính đã bị nhiễm XNM, nhiễm phèn thường xuyên, trong khi đó một số khu vực không có nguồn tiếp ngọt làm cho nhiều diện tích rau mầu bị ảnh hưởng nghiêm trọng Tình hình tranh chấp ngày càng gay gắt trong việc vận hành các công trình đầu mối nhằm phục vụ kiểm soát mặn phục vụ trồng lúa và nuôi trồng thủy sản, do các địa phương có mô hình sản xuất, cơ cấu mùa vụ không đồng nhất Tại hệ thống Nam Măng Thít, công tác quản lý, vận hành công trình do 2 tỉnh Vĩnh Long và Trà Vinh cùng thực hiện [9 ] Công trình trên địa phận tỉnh nào do tỉnh đó quản lý Do các tỉnh có n hu cầu khác nhau, nên khi vận hành cống Vũng Liêm đã nảy sinh mâu thuẫn về cấp nước ngọt giữa tỉnh Trà Vinh và Vĩnh Long Ngoài ch ức năng cấp nướ c thì công trình c ống Vũng Liêm cũng có ý nghĩa quan trọng đố i v ớ i giao thông th ủ y c ủ a t ỉnh Vĩnh Long Điều đó d ẫ n t ớ i ngo ạ i tr ừ nh ững giai đoạn độ m ặn >1‰ phả i đóng cống thì các giai đoạ n còn l ạ i c ống để m ở để ph ụ c v ụ giao thông th ủ y, d ẫn đế n vùng ven biển của tỉnh Trà Vinh không lấy được nước ngọt do nước chảy theo kênh Sài Đòn ra cống Vũng Liêm Trong khi đó, công tác phối hợp về quản lý, vận hành CTTL giữa 2 tỉnh còn rất hạn chế (chủ yếu là trao đổi thông tin qua điện thoại, mạng xã hội), thiếu cơ chế pháp lý Tương tự, hệ th ố ng Qu ả n L ộ -Ph ụ ng Hi ệ p có tính liên thông cao, do các t ỉ nh B ạ c Liêu, Sóc Trăng và Cà Mau quả n lý [10] Việc vận hành các công trình đầu mối trong trong mùa khô phát sinh các vấn đề bất cập về nhu cầu cấp nước ngọt và ngăn mặn giữa tỉnh Bạc Liêu và Sóc Trăng Khi m ở c ống, nướ c m ặ n s ẽ xâm nh ậ p lên vùng ng ọ t hóa s ả n xu ấ t lúa 3 v ụ c ủ a t ỉnh Sóc Trăng, hay khi đóng cống để ki ể m soát m ặn nhưng sẽ ảnh hưở ng tr ự c ti ếp đế n ngu ồ n cung c ấp nướ c ng ọt để pha loãng, gi ả m n ồng độ m ặ n ph ụ c v ụ nuôi tr ồ ng th ủ y s ản nướ c l ợ C ụ th ể, năm 2019 độ m ặ n trên các tuy ế n kênh xã Phước Long, Vĩnh Phú Tây, thị tr ấn Phướ c Long đã lên đến 35‰, thậ m chí m ộ t s ố nơi độ m ặn đã lên tới 40‰ trong khi ngưỡ ng ch ị u m ặ n thích h ợ p cho nuôi tôm ch ỉ dao độ ng 10- 25‰ d ẫn đế n tôm ch ế t khá nhi ều trên đị a bàn huy ệ n] Từ đó có thể thấy nhiệm vụ quản lý và vận hành các hệ thống CTTL liên tỉnh là rất quan trọng Công trình thuỷ lợi cần phải vận hành phục vụ cho đa mục tiêu, nhiều ngành nghề và đối tượng kinh tế khác nhau đồng thời thông tin phải đúng, đủ, chính xác và kịp thời Vận hành các CTTL theo các quy trình vận hành như hiện nay đáp ứng được phần nào nhu cầu dùng nước khác nhau (nông nghiệp, thủy sản, môi trường) trong điều kiện thiếu nguồn nước ngọt, XNM hiện nay, tuy nhiên quy trình vận hành chủ yếu được xây dựng dựa trên cơ sở xác định một tần suất nhất định của các yếu tố khí hậu, nguồn nước, hay độ mặn nên không xử lý được đúng, đủ, chính xác và k ịp thời trước sự tác động của BĐKH Ở khía cạnh kỹ thuật vận hành, đa số các công trình này được quản lý bằng cách thủ công, trình độ ứng dụng khoa học công nghệ còn thấp Việc đổi mới, áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật trong công tác quản lý, vận hành CT TL còn chậm Trong hệ thống có nhiều loại cửa van khác nhau, các thiết bị đóng mở với nhiều chủng loại đóng mở b ằ ng th ủ công; có động cơ điệ n; s ố ít đóng mở b ằ ng xi lanh th ủ y l ự c), vì v ậ y hi ện đạ i hóa công tác v ậ n hành là r ấ t khó khăn Thực tế vận hành công trình chủ yếu phụ thuộc vào kinh nghiệm, thiếu các công cụ quan trắc, cảnh báo, điều khiển từ xa để vận hành công trình một cách có hệ thống từ đầu mối đến mặt ruộng và giữa các hệ thống với nhau Đôi KHOA HỌC CÔNG NGHỆ T ẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 6 khi các đơn vị quản lý phải cử cán bộ kỹ thuật đến khảo sát tại công trình để ra quyết định vận hành Đây là trở ngại ngành đang gặp phải cần nghiên cứu chuyển đổi khắc phục Hình dưới đây miêu tả quy trình để vận hành một công trình thủy lợi hiện nay Hình 1 : Quy trình để vận hành một CTTL hiện nay Tóm lại, công tác thủy lợi của ĐBSCL đang ở giai đoạn “chưa thông minh” Vì vậy, để vận hành CTTL đáp ứng kịp thời nhu cầu sản xuất và dân sinh, cần thiết phải thay đổi phương thức quản lý, vận hành công trình, quản lý vận hành hệ thống theo hướng “thông minh” hơn, đáp ứng được các tiêu chí công bằng, linh hoạt và chính xác Trong đó, giải pháp đặt ra là phải kết hợp nhiều loại công nghệ một cách đồng bộ, khoa học, tập trung vào giải quyết bài toán sử dụng nước tối ưu, giám sát, điều khiển các công trình, thiết bị (trạm bơm, cống…) từ xa, giám sát toàn bộ khu vực canh tác (khí hậu, nước đến nước đi) để hỗ trợ ra quyết định vận hành công trình từ xa Theo đó, cần có một công cụ thỏa mãn được đồng thời 3 yếu tố: (i) Dự báo, đề xuất kịch bản vận hành công trình thông qua mô phỏng thủy lực ; (ii) Phân phối nước tối ưu đáp ứng yêu cầu dùng nước đa mục tiêu, ứng phó BĐKH và (iii) Giám sát, điều khiển từ xa thông qua Internet 3 2 Gi ả i pháp v ậ n hành thông minh h ệ th ố ng th ủ y l ợ i liên t ỉ nh thích ứng BĐKH, XNM Các nghiên cứu, ứng dụng đã thực hiện chủ yếu tập trung vào việc xây dựng CSDL và kết nối hệ thống giám sát, điều khiển từ xa, để hỗ trợ vận hành CTTL theo quy trình đã lập sẵn (đóng/mở công trình đầu mối trên cơ sở so sánh mực nước, độ mặn tại đầu mối và trong nội đồng) Các kết quả nghiên cứu đã giải quyết được nhiều vấn đề về công nghệ, thiết bị như: mô phỏng thủy lực, thiết bị điều khiển, giám sá t từ xa Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu trước đó vẫn chưa đủ để giải quyết hoàn toàn bài toán đặt ra cho vùng ĐBSCL như đã chỉ rõ ở trên Một số nghiên cứu đã đạt kết quả gần với mục tiêu của đề tài này, tuy nhiên mới chỉ đáp ứng được 1 hoặc 2 yếu tố Những tồn tại chính của các kết quả nghiên cứu đã thực hiện trong quản lý điều hành hệ thống tưới hiện nay là: - Các ph ầ n m ề m ch ỉ gi ả i quy ết đượ c các v ấ n đề riêng l ẻ, chưa tích hợp để gi ả i quy ế t t ổ ng h ợ p các v ấn đề trong công tác qu ản lý điề u hành h ệ th ố ng tưới, đặ c bi ệt là đố i v ới ĐBSCL (giả m nhân công v ậ n hành, gi ảm tác độ ng c ủa BĐKH, đặ c bi ệ t là XNM, phân ph ối nướ c t ối ưu, điề u hòa l ợ i ích và gi ả i quy ế t mâu thu ẫ n gi ữa các đị a phương về nhu c ầ u s ử d ụ ng ngu ồn nước…) + Các gi ả i pháp quan tr ắ c ch ỉ có giá tr ị th ự c ti ễ n khi l ắp đặt đầy đủ h ệ th ố ng tr ạm đo tạ i tr ả i kh ắ p h ệ th ống Trong trườ ng h ợ p phân ph ố i nướ c c ầ n tr ạ m quan tr ắ c t ạ i t ấ t c ả các công trình đầ u m ố i, c ống điề u ti ế t, c ố ng l ấy nướ c vào các kênh nhánh Điều này đồng nghĩa vớ i chi phí thi ế t b ị là r ấ t l ớ n + Các gi ải pháp mô hình đượ c xây d ựng đơn l ẻ , theo k ị ch b ản cho trướ c ch ỉ phù h ợ p trong vi ệ c l ậ p quy ho ạ ch, k ế ho ạ ch trong dài h ạ n, khó áp d ụ ng trong v ậ n hành công trình + Gi ả i pháp v ậ n hành, giám sát t ừ xa có th ể áp d ụ ng cho t ừ ng công trình c ụ th ể, nhưng khó áp d ụ ng cho v ậ n hành c ả h ệ th ố ng và phân ph ố i nướ c cho nhi ều đối tượng dùng nướ c - Chưa kế t h ợp đượ c bài toán phân ph ối nướ c t ối ưu vớ i các công ngh ệ mô ph ỏ ng th ủ y l ự c, điề u khi ể n t ừ xa để v ậ n hành thông minh h ệ th ố ng th ủ y l ợi đáp ứ ng yêu c ầ u s ử d ụ ng n ướ c đa mụ c tiêu, ứ ng phó v ới BĐKH - Các gi ả i pháp ch ỉ quan tâm đến đối tượ ng s ử d ụng là các cơ quan, tổ ch ứ c QLKT CTTL, mà chưa tạo đượ c k ế t n ố i v ớ i toàn b ộ các cá nhân, KHOA HỌC CÔNG NGHỆ T ẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 7 t ổ ch ức liên quan đế n h ệ th ố ng th ủ y l ợ i t ừ đầ u m ố i t ớ i m ặ t ru ộng, như tổ ch ứ c th ủ y l ợ i cơ sở , nông dân…Trên thự c t ế , h ệ th ố ng th ủ y l ợ i ch ỉ th ự c s ự đạ t hi ệ u qu ả khi đưa được nướ c t ớ i m ặ t ru ộ ng m ộ t cách chính xác, k ị p th ờ i và linh ho ạ t Để đưa nướ c t ớ i m ặ t ru ộ ng, không ch ỉ c ầ n vi ệ c phân ph ối nướ c ở đầ u m ố i (do công ty TNHH MTV KTCTTL qu ả n lý) mà còn c ầ n s ự ph ố i h ợ p c ủ a các t ổ ch ứ c th ủ y l ợi cơ sở và nông dân Các h ệ th ố ng c ầ n có cách ti ế p c ậ n, gi ả i pháp phù h ợ p v ớ i nhi ều đối tượ ng trên HTTL, v ớ i nh ữ ng đặ c thù khác nhau v ề trình độ chuyên môn k ỹ thu ậ t, ti ề m l ự c kinh t ế , nh ậ n th ứ c, m ố i quan tâm c hính Điề u này các k ế t qu ả nghiên c ứu trướ c đây chưa làm đượ c Khu vực ĐBSCL có đặc điểm đồng ruộng và canh tác rất khác so với các vùng khác của cả nước Tại đây, các CTTL chủ yếu là tưới tiêu kết hợp, biện pháp tưới nội đồng chủ yếu là tưới tràn, diện tích thửa ruộng rộng lớn Mặt khác, nhiều khu vực bị nhiễm mặn và ảnh hưởng bởi thủy triều làm cho chế độ thủy lực trong hệ thống rất khác Dẫn đến việc điều hành hệ thống tưới tiêu một các hợp lý là rất phức tạp Hình 2 : Ý tưởng trung tâm của giải pháp Nh óm tác giả đề xuất một giải pháp với sơ đồ tổng thể như Hình dưới đây Theo đó, Hệ thống sẽ được xây dựng bao gồm 3 mô hình chính được liên kết với nhau bởi IoT: - Mô hình th ủ y l ự c: Để s ử d ụ ng cho vi ệ c mô ph ỏ ng dòng ch ả y trong m ạng lướ i kênh r ạ ch Các modul th ủy độ ng l ự c (HD) và ch ất lượ ng nướ c (AD) s ẽ đượ c s ử d ụng để mô ph ỏ ng các k ị ch b ản để d ự báo m ặ n, ch ế độ th ủ y l ự c trong ng ắ n, trung và dài h ạ n Các k ị ch b ả n bao g ồ m ảnh hưở ng c ủa BĐKH, nướ c bi ể n dâng, thay đổi cơ cấ u s ử d ụng đất, thay đổi đị a hình, đị a m ạo lòng sông, thay đổ i nhu c ầu nướ c và thay đổi điề u ti ế t dòng ch ả y c ủa các công trình đầ u m ố i K ế t qu ả mô ph ỏ ng nh ằ m cung c ấp cơ sở khoa h ọc cho đề xu ấ t l ắp đặ t m ớ i các tr ạm đo ph ụ c v ụ điề u hành h ệ th ố ng và h ỗ tr ợ v ậ n hành khi h ệ th ống đi vào hoạt độ ng Mô hình th ủ y l ực đượ c ứ ng d ụ ng v ớ i k ỳ v ọ ng làm gi ả m s ố lượ ng tr ạ m quan tr ắ c ph ả i l ắp đặ t trên h ệ th ố ng V ớ i s ự k ế t h ợ p gi ữ a mô hình th ủ y l ự c và h ệ th ố ng SCADA, ch ỉ c ầ n l ắp đặ t m ộ t s ố tr ạ m quan tr ắ c t ạ i các v ị trí nút quan tr ọ ng H ầ u h ế t v ị trí khác trên h ệ th ố ng s ẽ được xác đị nh ch ế độ th ủ y l ự c và ch ất lượng nướ c thông qua mô ph ỏ ng th ủ y l ự c v ới độ chính xác cao và liên t ụ c - Mô hình qu ả n lý k ế t c ấ u h ạ t ầ ng th ủ y l ợ i qua h ệ th ố ng GIS tr ự c tuy ế n (WebGIS): H ệ thông tin GIS là m ột Atlas chuyên đề, đượ c l ậ p ra nh ằ m ph ụ c v ụ cho công tác qu ả n lý và khai thác các công trình th ủ y l ợ i và thi ế t b ị đo đạ c, giám sát trong khu v ực Đây là công cụ h ổ tr ợ trong vi ệ c tìm ki ế m, hi ể n th ị , in ấ n, c ậ p nh ậ t các thông tin liên quan đế n các thông tin v ề m ực nướ c kênh, mưa, chấ t lượng nướ c, m ức độ m ặ n, hi ệ n tr ạ ng s ả n xu ấ t m ộ t cách r ấ t nhanh chóng, d ễ dàng và chính xác Ngoài ra nó còn có th ể liên k ế t v ới các mô hình khác như mô hình thủ y l ự c, mô hình SCADA để th ể hi ệ n các thông tin tr ự c tuy ế n trên không gian, giúp cho nhà qu ả n lý xác định đượ c v ị trí và ch ất lượng nướ c, ch ế độ th ủ y l ự c trong h ệ th ố ng m ộ t cách nhanh chóng Atlas này đượ c xây d ự ng trên n ề n t ả ng ph ầ n m ề m h ệ thông tin đị a lý (GIS) ArcGIS ch ạ y trên n ề n Windows 10 c ủ a hãng ERSI (M ỹ ), ph ầ n m ề m QGIS mã ngu ồ n m ở H ệ th ố ng GIS sau khi xây d ự ng s ẽ đượ c t ải lên Internet để chia s ẻ v ớ i ngườ i dùng thông qua công ngh ệ WebGIS, t ạ o ra m ố i liên k ế t phi v ậ t lý, phi không gian cho t ấ t c ả các đối tượng (ngườ i dùng) trong HTTL KHOA HỌC CÔNG NGHỆ T ẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 8 Trong các h ệ th ố ng WebGIS, ki ến trúc đượ c ch ấ p nh ậ n nhi ề u nh ấ t là ki ế n trúc 3 l ớ p (three- tier) client- server điển hình mà trong đó nhiệ m v ụ x ử lý địa lý đượ c phân v ề server side và client side M ột client điể n hình là m ộ t trình duy ệ t Web Server side bao g ồ m m ộ t Web Server, ph ầ n m ềm WebGIS và cơ sở d ữ li ệ u Ngoài ra, các module tính toán nhu c ầu nướ c, l ậ p k ế ho ạ ch phân ph ối nướ c s ẽ đượ c tích h ợ p vào WebGIS để th ự c hi ệ n tác v ụ qu ả n lý v ậ n hành h ệ th ố ng - Mô hình SCADA: H ệ th ố ng SCADA bao g ồ m vi ệ c thu th ậ p thông tin, chuy ể n thông tin v ề trung tâm để th ự c hi ệ n các phân tích và điề u khi ể n t ừ xa công trình H ệ th ố ng SCADA s ẽ đượ c k ế t n ố i v ới mô hình WebGIS để lưu trữ và hi ể n th ị tình tr ạ ng v ậ n hành c ủ a các công trình thông qua Internet Thông qua vi ệ c k ế t n ố i v ớ i các mô hình khác b ằ ng IoT, s ẽ gi ả i quy ết đượ c h ạ n ch ế c ủ a h ệ th ố ng SCADA là + Khó làm vi ệ c v ớ i nhi ều đị nh d ạ ng và lo ạ i thi ế t b ị v ớ i công ngh ệ khác nhau, t ừ đó mở r ộ ng đượ c quy mô ki ểm soát và nâng cao độ linh ho ạ t; + Th ự c t ế , SCADA ch ỉ quan tâm đế n vi ệ c ki ể m soát (t ứ c là ch ỉ thu th ậ p và truy ề n t ả i d ữ li ệ u m ộ t cách cơ họ c), do v ậy thườ ng g ặ p khó khăn vớ i vi ệ c phân tích và h ỗ tr ợ ra quy ết đị nh; h ạ n ch ế này đã làm cho SCADA khó áp dụ ng cho vi ệ c t ự độ ng hóa v ậ n hành Với giải pháp đề xuất, 3/4 bước của quy trình vận hành một CTTL (bước 1, bước 2 và bước 4 - Hình ) sẽ được tự động hóa theo mô hình M2M (Machine to Machine) - tức là máy móc sẽ giao tiếp với nhau, loại bỏ yếu tố con người Theo đó, sơ đồ giải thuật của giải pháp được thể hiện như sau ( Hình 3): Hình 3 : Sơ đồ giải thuật của giải pháp Giải pháp được đề xuất sẽ giải quyết được các vấn đề tổng thể trong công tác quản lý, điều hành HTTL, đặc biệt là các HTTL liên tỉnh, bao gồm: Quản lý hệ thống công trình, diện tích tưới dựa trên công nghệ WebGIS, tính toán 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, các kết quả kỳ vọng khi ứng dụng giải pháp sẽ bao gồm: - Sử dụng chính xác, hiệu quả, tiết kiệm tài nguyên nước; - Góp phần tăng năng suất và giảm phát thải khí nhà kính nhất là với canh tác lúa nước do tưới tiêu chính xác; - Tiết kiệm năng lượng vận hành công trình thủy lợi (điện, dầu vận hành trạm bơm); - Phát hiện sự 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 3 3 Gi ả i pháp nâng c ấ p, chuy ển đổ i công trình đáp ứ ng yêu c ầu điề u khi ể n thông minh Theo đó, để đáp ứng được yêu cầu kết nối và vận hành từ xa, các công trình phải cần đảm bảo các yếu tố sau: - Yếu tố về năng lượng: các công trình đầu mối cần được chạy bằng điện (trạm bơm điện, cửa cống có thiết bị đóng mở điện…) Trường hợp đã có điện lưới thì sử dụng ngay điện lưới để đảm bảo tính ổn định, tại các công trình chưa có điện lưới có thể sử dụng năng lượng mặt trời (gồm tấm pin, bộ lưu điện và thiết bị điều khiển KHOA HỌC CÔNG NGHỆ T ẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 9 nguồn) - Yếu tố điều khiển: tại các công trình cần lắp đặt thiết bị điều khiển như PLC, M874 -3, S612… - Yếu tố giám sát: Lắp đặt các sensor quan trắc mực nước, độ mặn tại các nút quan trọng trên hệ thống, lắp đặt camera giám sát tại công trình… - Yếu tố kết nối: tại vị trí công trình cần có kết nối Internet qua 3G/4G hoặc mạng lan để đảm bảo tín hiệu thông suốt, liên tục 3 4 Gi ả i pháp v ề t ổ ch ứ c qu ản lý đáp ứ ng yêu c ầu điề u khi ể n thông minh HTTL liên t ỉ nh Để vận hành một HTTL liên tỉnh, tước tiên cần thành lập một tổ chức để quản lý HTTL liên tỉnh đó Hiện nay, các HTTL liên tỉnh đang được quản lý theo địa giới hành chính (tỉnh nào quản lý công trình trên địa phận tỉnh đó) Mặc dù các địa phương vẫn có sự phối hợp nhất định, tuy nhiên hiệu quả không cao và gây ra nhiều mâu thuẫn như đã phân tích ở trên Tổ chức được thành lập có thể là một đơn vị hoàn toàn mới, hoặc thành lập trên cơ sở củng cố, sát nhập với các tổ chức hiện có Tuy nhiên, vấn đề trọng tâm l à tổ chức quản lý phải trực thuộc Bộ NN&PTNT để đảm bảo tính thống nhất và liên vùng của HTTL liên tỉnh khi vận hành Điều này hoàn toàn phù hợp với quy định của Luật Thủy lợi [3] Tiếp đó, trong tổ chức quản lý khai thác cần thành lập bộ phận kỹ thuật cao, có đủ năng lực sử dụng thiết bị, công nghệ để vận hành hệ thống Bên cạnh cơ sở hạ tầng thiết yếu (như phòng làm việc, hệ thống máy chủ, thiết bị điều khiển trung tâm, các thiết bị theo dõi, giám sát…), Bộ phận kỹ thuật cao sẽ cần bộ máy nhân sự có đủ các thành phần như Hình 4 dưới đây Hình 4 : Bộ máy nhân sự của Bộ phận kỹ thuật cao 4 K Ế T LU Ậ N Hiện đại hóa quản lý, vận hành các công trình thủy lợi đang là vấn đề được quan tâm hiện nay Giải pháp đề xuất sẽ giải quyết được các vấn đề tổng thể trong công tác quản lý, điều hành hệ thống tưới, đặc biệt là các HTTL liên tỉnh Giải pháp đề xuất trong nghiên cứu này là một giải pháp tiềm năng, có tính ứng dụng cao trong thực tiễn Đây sẽ là cơ sở khoa học tiền đề cho việc nghiên cứu ứng dụng vận hành các HTTL liên tỉnh tại vùng ĐBSCL Tuy nhiên, trong khuôn khổ nghiên cứu này chỉ dừng lại ở mức độ lý luận, vì thế một số vấn đề chưa được đề cập đến: - V ấn đề d ữ li ệ u l ớ n: khi áp d ụ ng cho m ộ t h ệ th ố ng có quy mô liên t ỉ nh, r ấ t nhi ề u s ố li ệ u và ở các đị nh d ạ ng khác nhau s ẽ đượ c truy ề n t ả i, lưu trữ và x ử lý ở trung tâm Đây sẽ là m ộ t kh ố i lượ ng d ữ li ệ u vô cùng l ớ n Vì v ậ y, c ầ n ph ả i k ế t h ợ p ứ ng d ụ ng công ngh ệ Bigdata trong trườ ng h ợp này để h ỗ tr ợ x ử lý d ữ li ệ u - Gi ả i pháp m ớ i gi ả i quy ế t v ấn đề t ự độ ng hóa c ủ a 3/4 khâu trong công tác v ậ n hành m ộ t HTTL KHOA HỌC CÔNG NGHỆ T ẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 10 (Hình ) Để hoàn toàn t ự độ ng hóa, c ầ n nghiên c ứ u k ế t h ợ p công ngh ệ trí tu ệ nhân t ạo (AI) để gi ả i quy ết đượ c bài toán ra quy ết đị nh v ậ n hành m ộ t cách thông minh, chính xác Khi đó, con ngườ i ch ỉ đóng vai trò giá m sát, b ả o v ệ tài s ả n, s ử a ch ữ a b ảo dưỡ ng và x ử lý s ự c ố (n ế u có) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] 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 [2] 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 [3] Lu ậ t Th ủ y l ợ i s ố 08/2017/QH14 ngày 19/6/2017; [4] 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 [5] 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 [6] 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 [7] 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 [8] 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 [9] Quy ết đị nh s ố 829/QĐ -BNN-TCTL ngày 04/3/2021 c ủ a B ộ Nông nghi ệ p và PTNT v ề ban hành Quy trình v ậ n hành h ệ th ố ng công trình th ủ y l ợi Nam Măng Thít [10] Quy ết đị nh s ố 1332/QĐ -BNN-TCTL ngày 31/3/2021 c ủ a B ộ Nông nghi ệ p và PTNT v ề Qui trình v ậ n hành h ệ th ố ng th ủ y l ợ i Qu ả n L ộ - Ph ụ ng Hi ệ p [11] Trung tâm tư vấ n Qu ả n lý Th ủ y Nông có s ự tham gia c ủa ngườ i dân, Vi ệ n Kinh t ế và Qu ả n lý Th ủ y l ợ i (2021) Báo cáo d ự án Xây d ự ng mô hình t ổ ch ứ c qu ả n lý, khai thác h ệ th ố ng th ủ y l ợ i Cái L ớ n – Cái Bé

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIẢI PHÁP VẬN HÀNH THÔNG MINH HỆ THỐNG THỦY LỢI LIÊN TỈNH TẠI VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG 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, môi trường, phòng 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 công 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 cơng nghệ Internet of Things (IoT) Từ khóa: IoT, vận hành thông 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 * Hồng - Thái Bình sơng Sài Gòn - Đồng Nai (SG-ĐN) tượng tự nhiên nước biển Trong năm gần Liên hiệp quốc dâng người xây đập, khai thác cát báo động xu khí hậu ấm dần lên, dẫn đến lòng dẫn ngày bị hạ thấp, tạo điều tượng tan băng cực dâng cao mực kiện thông thoáng cho nước biển ngày nước biển, dẫn đến gia tăng XNM quốc xâm nhập sâu lên thượng lưu gia nằm ven biển Không ngoại lệ, xâm nhập mặn (XNM) ngày gia tăng hệ thống Là đồng lớn thứ ba giới, Đồng sông lớn Việt Nam sông MêKong, sông sông Cửu Long (ĐBSCL) vựa lúa lớn Ngày nhận bài: 19/8/2021 Ngày duyệt đăng: 30/11/2021 Ngày thông qua phản biện: 08/11/2021 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Việt Nam góp phần quan trọng an tăng hiệu sử dụng tài nguyên đất nước ninh lương thực giới Những năm gần thông qua giải pháp nâng cao hiệu đây, diễn biến XNM ĐBSCL phức tạp, bất QLKT cơng trình thuỷ lợi (CTTL) thường có xu hướng đến sớm từ đến tháng so với trước [5] [1] Tần suất XNM Để giải vấn đề đặt ra, có hướng nghiên ĐBSCL cao năm gần cứu sử dụng, gồm: Nếu trước hạn hán XNM diễn 6-7 năm lần (ví dụ 1992, 1998, 2005), 1) Nghiên cứu giải pháp cơng trình: nghiên giảm xuống 4-5 năm lần thời cứu giải pháp cơng trình nhằm ngăn mặn, gian gần (ví dụ 2010, 2015, 2019) [4] Hạn giữ ngọt, điều tiết dòng chảy… mặn năm 2016 đánh giá nặng nề 100 năm qua, hạn mặn năm 2020 2) Nghiên cứu thể chế, sách: phân cấp lại cịn cao năm 2016 Đây điều bất QLKT CTTL, khuyến khích đầu tư, quản lý, thường Có nhiều nguyên nhân dẫn đến gia khai thác CTTL, tăng cường lực, hiệu tăng XNM ĐBSCL, bao gồm: biến đổi khí hoạt động cho tổ chức, cá nhân tham gia hậu nước biển dâng [2], điều tiết dòng chảy QLKT CTTL… phía thượng lưu (Mai cộng sự, 2018; Bình cộng 2020), hạ thấp đáy sông (Eslami 3) Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ quản cộng sự, 2019), sụt lún [6] [7] Do đó, định lý, điều hành hệ thống thủy lợi nhằm giúp hướng phát triển ĐBSCL giai đoạn 2012- công ty khai thác CTTL cấp nước đủ cho 2020 định hướng đến 2050 Thủ tướng trồng cho q trình sinh trưởng, đạt sản Chính phủ ban hành đặt mục tiêu đến năm lượng cao, giảm chi phí vận hành, tránh lãng phí 2050 cần đảm bảo an toàn dân sinh, sản xuất, nước sở hạ tầng cho khoảng 32 triệu dân chủ động ứng phó với tác động biến đổi khí Trong năm trước đây, nhà khoa học hậu (BĐKH) nước biển dâng XNM (Bộ nhà quản lý tập trung nghiên cứu giải Khoa học Công nghệ, 2016) Đặc biệt pháp cơng trình thể chế, sách Mặc nước biển dự báo dâng cao đến 100cm dù hướng nghiên cứu đến mang vào năm 2100 (so với giai đoạn 1990-2000) lại hiệu tốt tiếp tục nghiên XNM dự báo trầm trọng cứu, phát triển có mặt hạn chế Giải phức tạp pháp (1) yêu cầu chi phí lớn, đặc biệt với cơng trình đầu mối HTTL liên tỉnh Giải Cùng với BĐKH XNM, nhu cầu ngày pháp (2) có tác động lâu dài, sâu, rộng, ảnh tăng sử dụng nước đô thị, công nghiệp, môi hưởng đến nhiều ngành, lĩnh vưc thành phần trường ngày hạn chế lượng nước sử xã hội Vì giải pháp (2) thường phải dụng cho sản xuất nông nghiệp Cho dù có nghiên cứu kỹ, nhiều thời gian để thành tích khơng thể phủ nhận thời đánh giá hiệu thực gian qua việc đóng góp vào sản xuất lương thực, phát triển tưới tiêu ĐBSCL Hiện nay, hướng nghiên cứu tập trung bị chậm lại diện tích tưới tiêu úng, vào ứng dụng công nghệ QLKT vận nhiễm mặn, khai thác tải nước ngầm hành CTTL Giải pháp chủ yếu đầu tư phát triển đô thị đặc biệt hiệu côtác phần cứng (các sensor, trạm quan trắc, thiết bị quản lý khai thác (QLKT) Giải pháp điều khiển) phần mềm ứng dụng Một số để đáp ứng nhu cầu lương thực ngày tăng phần mềm xây dựng ứng dụng vào bối cảnh tài nguyên đất nước có hạn 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 áp dụng thành công giới nhằm đánh giá nghiên cứu (3) để vận hành cách thông minh khả ứng dụng vào điều kiện cụ thể HTTL liên tỉnh vùng ĐBSCL HTTL liên tỉnh điển hình ĐBSCL DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN CỨU 3.1 Các vấn đề tồn quản lý, vận 2.1 Dữ liệu nghiên cứu hành CTTL liên tỉnh vùng ĐBSCL - Thực trạng hệ thống thủy lợi liên tỉnh Vùng ĐBSCL có vai trị đặc biệt quan trọng tham khảo từ báo cáo dự án Xây dựng mô sản phẩm lúa gạo, trái cây, thủy hải sản hình tổ chức quản lý, khai thác hệ thống thủy lợi Đó thành cơng mà Cái Lớn – Cái Bé Trung tâm tư vấn PIM, đầu tư cho thấy hướng Viện Kinh tế Quản lý thủy lợi thực hiện); đắn việc khai thác đồng sông Cửu Long Tuy nhiên, bối cảnh mới, bối cảnh - Số liệu số phân tích tình trạng xâm nước biển dâng, BĐKH thách thức nhập mặn vùng ĐBSCL khai thác từ báo giới, việc nghiên cứu tận dụng mặt cáo tổng kết công tác đạo, điều hành phòng, lợi tự nhiên, sống chung không lệ chống hạn hán vùng ĐBSCL (2020) Bộ thuộc vào điều kiện tự nhiên dần trở nên Nông nghiệp Phát triển nông thôn; quan trọng hết Hiện ảnh hưởng BĐKH ngày rõ rệt gay gắt, tình - Số liệu thiệt hại nông nghiệp tỉnh hình hạn hán, XNM ngày lấn sâu vào nội ven biển ĐBSCL đợt hạn mặn năm 2019 - 2020 đồng làm thiếu nguồn nước tưới ảnh hưởng trực tỉnh cung cấp, tổng hợp báo cáo tiếp đến đời sống người dân; tác động nhiều dự án Xây dựng mơ hình tổ chức quản lý, khai đến sản xuất nông nghiệp sinh kế thác hệ thống thủy lợi Cái Lớn - Cái Bé tỉnh Đồng sơng Cửu Long Điển hình Trung tâm tư vấn PIM, Viện Kinh tế Quản tình hình XNM năm 2005, 2016 2019 lý thủy lợi thực hiện; sâu vào nội đồng gây thiệt hại lớn cho sản xuất nông nghiệp, dân sinh hoạt động kinh tế - Các tài liệu liên quan đến lĩnh vực nghiên khác (Bảng) Nghiên cứu [4] cho thấy cứu công bố từ trước đó, nhóm tác ranh XNM 4g/l dịch chuyển nhanh giả tổng hợp phân tích quan điểm ngày sâu vào nội địa đồng nhóm tác giả Phân tích số liệu mặn từ 2007 đến 2017 trạm Sơn Đốc Hương Mỹ cho thấy rằng, mặn tăng 2.2 Phương pháp nghiên cứu với tốc độ 0.2-0.5 PSU/năm Mặc dù mặn năm 2015-2016 đánh giá trầm trọng Bài báo phân tích tổng hợp số liệu tài liệu 90 năm qua [8], mặn năm 2019-2020 nghiên cứu từ đề tài, dự án có liên quan, từ chí cịn nghiêm trọng [4] Bảng cho hạn chế việc vận hành thấy rằng, ngoại trừ sông Vàm Cỏ Đông, mặn HTTL liên tỉnh ĐBSCL Các HTTL liên tỉnh năm 2019-2020 tất nhánh sông quản lý, vận hành cách manh tăng so với năm 2015-2016, cao tăng mún, nhỏ lẻ, chưa đảm bảo tính đa mục thêm km sông Vàm Cỏ Tây Xu hướng tiêu thiết kế Điều thiếu liên mặn tăng nồng độ mà rút kết tỉnh, đối tượng dùng nước ngắn thời gian xuất mặn cực hạn Nếu với Với phân tích, tổng hợp chuyên trước đây, tần suất mặn cực hạn 6-7 năm sâu, báo nêu bật vấn đề, rõ (ví dụ năm 1992, 1998, 2005) rút điểm cịn thiếu sót, hạn chế chế vận hành HTTL liên tỉnh Sau đó, báo phân tích, tổng hợp giải pháp 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 2019-2020 2015-2016 Trung bình nhiều năm Vàm Cỏ Đơng 94 115 75 Vàm Cỏ Tây 135 126 78 Cửa Tiểu 57 50 38 Cửa Đại 57 52 40 Hàm Luông 78 73 43 Cổ Chiên 68 65 44 Hậu 65 60 41 Cái Lớn 62 68 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 tổng hợp Bảng Tuy nhiên cần lưu chuẩn bị đối phó, XNM năm 2019 - 2020 ý rằng, công tác dự báo XNM năm 2019 - gây thiệt hại đáng kể cho tỉnh ven biển 2020 tốt nên mặn xâm nhập nghiêm ĐBSCL, thiệt hại lớn tỉnh trọng năm 2015 - 2016 thiệt hại đối Bến Tre, Trà Vinh Cà Mau Tổng thiệt hại với kinh tế người dân lại thấp nông nghiệp tỉnh ven biển vùng ĐBSCL Bảng 2: Tổng hợp thiệt hại nông nghiệp tỉnh ven biển đợt hạn mặn năm 2019 - 2020 TT Tỉnh Tổng diện tích Trong (ha) thiệt hại (ha) Long An Lúa Cây ăn trái Rau màu Thủy sản Tiền Giang 2.746,2 2.738,6 0,0 Bến Tre 11.675,3 8.567,9 7,7 0,0 0,0 Trà Vinh 42.705,0 5.401,0 Sóc Trăng 20.831,9 20.484,9 2.297,1 810,3 1.890,0 Bạc Liêu 4.126,0 4.099,0 0,0 Kiên Giang 6.455,3 252,3 35.246,0 168,0 0,0 Cà Mau 8.547,6 1.598,0 20.546,8 20.495,1 271,0 76,0 6.203,0 TỔNG CỘNG 117.634,1 63.636,7 6.949,6 4,0 23,0 0,0 0,0 0,0 15.042,6 0,0 0,0 0,0 51,8 37.825,7 1.129,1 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 No, Nam Măng Thít, Bảo Định) hệ thống thống CTTL có quy mơ liên tỉnh (HTTL liên tiếp tục đầu tư hoàn thiện (Tứ Giác Long tỉnh) phục vụ đa mục tiêu cho nhu cầu dùng Xuyên, Đồng Tháp Mười) Hiện có thêm 01 hệ nước khác (nông nghiệp, thủy sản, du lịch, thống (Cái Lớn – Cái Bé) hình thành mơi trường, phịng chống thiên tai, úng ngập, XNM…), bao gồm hệ thống CTTL: Vùng Đồng Đặc thù hệ thống thủy lợi vùng ĐBSCL Tháp Mười, Tứ Giác Long Xun, Ơ Mơn – Xà có tính mở, liên thơng nằm xen lẫn No, Quản Lộ - Phụng Hiệp, Nam Măng Thít, hệ thống kênh rạch tự nhiên, số vùng, Bảo Định, có hệ thống đầu tư tiểu vùng đầu tư xây dựng hồn chỉnh, khép kín (Quản Lộ-Phụng Hiệp, Ơ Mơn – Xà 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 CÔNG NGHỆ phục vụ sản xuất nông nghiệp, chuyển đổi nước ngăn mặn tỉnh Bạc Liêu cấu trồng phát triển kinh tế bối Sóc Trăng Khi mở cống, nước mặn xâm cảnh BĐKH XNM nhập lên vùng hóa sản xuất lúa vụ tỉnh Sóc Trăng, hay đóng cống để kiểm soát Mặc dù hệ thống thủy lợi có quy trình vận mặn ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn hành, nhiên, việc phối hợp điều tiết phân phối cung cấp nước để pha loãng, giảm nồng độ nước chưa giải u cầu thực tế, có mặn phục vụ ni trồng thủy sản nước lợ Cụ mâu thuẫn nhu cầu sử dụng nước đặc biệt vào thể, năm 2019 độ mặn tuyến kênh xã mùa khô địa phương đầu nguồn cuối Phước Long, Vĩnh Phú Tây, thị trấn Phước nguồn Do hệ thống thủy lợi có tính liên Long lên đến 35‰, chí số nơi độ thông cao, vùng canh tác theo hệ sinh thái mặn lên tới 40‰ ngưỡng chịu mặn số kênh trục bị nhiễm XNM, nhiễm thích hợp cho ni tơm dao động 10-25‰ phèn thường xuyên, số khu vực dẫn đến tôm chết nhiều địa bàn huyện] khơng có nguồn tiếp làm cho nhiều diện tích rau mầu bị ảnh hưởng nghiêm trọng Tình hình Từ thấy nhiệm vụ quản lý vận hành tranh chấp ngày gay gắt việc vận hành hệ thống CTTL liên tỉnh quan trọng cơng trình đầu mối nhằm phục vụ kiểm sốt Cơng trình thuỷ lợi cần phải vận hành phục vụ mặn phục vụ trồng lúa nuôi trồng thủy sản, cho đa mục tiêu, nhiều ngành nghề đối tượng địa phương có mơ hình sản xuất, cấu mùa kinh tế khác đồng thời thông tin phải vụ không đồng đúng, đủ, xác kịp thời Vận hành CTTL theo quy trình vận hành Tại hệ thống Nam Măng Thít, cơng tác quản lý, đáp ứng phần nhu cầu dùng nước khác vận hành cơng trình tỉnh Vĩnh Long Trà (nông nghiệp, thủy sản, mơi trường) Vinh thực [9] Cơng trình địa điều kiện thiếu nguồn nước ngọt, XNM phận tỉnh tỉnh quản lý Do tỉnh có nay, nhiên quy trình vận hành chủ yếu nhu cầu khác nhau, nên vận hành cống xây dựng dựa sở xác định tần suất Vũng Liêm nảy sinh mâu thuẫn cấp nước định yếu tố khí hậu, nguồn nước, tỉnh Trà Vinh Vĩnh Long Ngoài hay độ mặn nên không xử lý đúng, đủ, chức cấp nước cơng trình cống Vũng xác kịp thời trước tác động Liêm có ý nghĩa quan trọng giao BĐKH thơng thủy tỉnh Vĩnh Long Điều dẫn tới ngoại trừ giai đoạn độ mặn >1‰ phải Ở khía cạnh kỹ thuật vận hành, đa số cơng đóng cống giai đoạn cịn lại cống để mở trình quản lý cách thủ cơng, trình để phục vụ giao thơng thủy, dẫn đến vùng ven độ ứng dụng khoa học cơng nghệ cịn thấp Việc biển tỉnh Trà Vinh không lấy nước đổi mới, áp dụng tiến khoa học kỹ thuật nước chảy theo kênh Sài Đòn cống cơng tác quản lý, vận hành CTTL cịn Vũng Liêm Trong đó, cơng tác phối hợp chậm Trong hệ thống có nhiều loại cửa van quản lý, vận hành CTTL tỉnh hạn khác nhau, thiết bị đóng mở với nhiều chế (chủ yếu trao đổi thông tin qua điện thoại, chủng loại đóng mở thủ cơng; có động mạng xã hội), thiếu chế pháp lý điện; số đóng mở xi lanh thủy lực), đại hóa cơng tác vận hành khó Tương tự, hệ thống Quản Lộ-Phụng Hiệp có khăn Thực tế vận hành cơng trình chủ yếu phụ tính liên thơng cao, tỉnh Bạc Liêu, Sóc thuộc vào kinh nghiệm, thiếu công cụ quan Trăng Cà Mau quản lý [10] Việc vận hành trắc, cảnh báo, điều khiển từ xa để vận hành cơng trình đầu mối trong mùa khơ cơng trình cách có hệ thống từ đầu mối đến phát sinh vấn đề bất cập nhu cầu cấp mặt ruộng hệ thống với Đơi 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 mô thủy lực, thiết bị điều khiển, giám sát đến khảo sát cơng trình để định vận từ xa Tuy nhiên, kết nghiên cứu trước hành Đây trở ngại ngành gặp phải cần chưa đủ để giải hồn tồn tốn nghiên cứu chuyển đổi khắc phục Hình đặt cho vùng ĐBSCL rõ miêu tả quy trình để vận hành cơng Một số nghiên cứu đạt kết gần với mục trình thủy lợi tiêu đề tài này, nhiên đáp ứng yếu tố Hình 1: Quy trình để vận hành CTTL Những tồn kết nghiên cứu Tóm lại, cơng tác thủy lợi ĐBSCL giai thực quản lý điều hành hệ thống đoạn “chưa thơng minh” Vì vậy, để vận hành tưới là: CTTL đáp ứng kịp thời nhu cầu sản xuất dân sinh, cần thiết phải thay đổi phương thức quản lý, - Các phần mềm giải vấn vận hành cơng trình, quản lý vận hành hệ thống đề riêng lẻ, chưa tích hợp để giải tổng hợp theo hướng “thông minh” hơn, đáp ứng vấn đề cơng tác quản lý điều hành hệ tiêu chí cơng bằng, linh hoạt xác Trong thống tưới, đặc biệt ĐBSCL (giảm đó, giải pháp đặt phải kết hợp nhiều loại công nhân công vận hành, giảm tác động BĐKH, nghệ cách đồng bộ, khoa học, tập trung vào đặc biệt XNM, phân phối nước tối ưu, điều giải toán sử dụng nước tối ưu, giám sát, hịa lợi ích giải mâu thuẫn địa điều khiển cơng trình, thiết bị (trạm bơm, phương nhu cầu sử dụng nguồn nước…) cống…) từ xa, giám sát toàn khu vực canh tác (khí hậu, nước đến nước đi) để hỗ trợ định + Các giải pháp quan trắc có giá trị thực vận hành cơng trình từ xa tiễn lắp đặt đầy đủ hệ thống trạm đo trải khắp hệ thống Trong trường hợp phân phối Theo đó, cần có cơng cụ thỏa mãn nước cần trạm quan trắc tất cơng trình đồng thời yếu tố: (i) Dự báo, đề xuất kịch đầu mối, cống điều tiết, cống lấy nước vào vận hành công trình thơng qua mơ thủy kênh nhánh Điều đồng nghĩa với chi phí lực; (ii) Phân phối nước tối ưu đáp ứng yêu cầu thiết bị lớn dùng nước đa mục tiêu, ứng phó BĐKH (iii) Giám sát, điều khiển từ xa thông qua Internet + Các giải pháp mô hình xây dựng đơn lẻ, theo kịch cho trước phù hợp 3.2 Giải pháp vận hành thông minh hệ thống việc lập quy hoạch, kế hoạch dài hạn, khó thủy lợi liên tỉnh thích ứng BĐKH, XNM áp dụng vận hành cơng trình Các nghiên cứu, ứng dụng thực chủ yếu tập trung vào việc xây dựng CSDL kết nối + Giải pháp vận hành, giám sát từ xa áp hệ thống giám sát, điều khiển từ xa, để hỗ trợ dụng cho cơng trình cụ thể, khó áp vận hành CTTL theo quy trình lập sẵn dụng cho vận hành hệ thống phân phối (đóng/mở cơng trình đầu mối sở so sánh nước cho nhiều đối tượng dùng nước mực nước, độ mặn đầu mối nội đồng) Các kết nghiên cứu giải - Chưa kết hợp tốn phân phối nước nhiều vấn đề cơng nghệ, thiết bị như: 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 toàn cá nhân, TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ tổ chức liên quan đến hệ thống thủy lợi từ đầu kịch để dự báo mặn, chế độ thủy lực mối tới mặt ruộng, tổ chức thủy lợi sở, ngắn, trung dài hạn Các kịch bao gồm nông dân…Trên thực tế, hệ thống thủy lợi ảnh hưởng BĐKH, nước biển dâng, thay thực đạt hiệu đưa nước tới mặt đổi cấu sử dụng đất, thay đổi địa hình, địa ruộng cách xác, kịp thời linh hoạt mạo lịng sơng, thay đổi nhu cầu nước thay Để đưa nước tới mặt ruộng, không cần việc đổi điều tiết dòng chảy cơng trình đầu phân phối nước đầu mối (do công ty TNHH mối Kết mô nhằm cung cấp sở MTV KTCTTL quản lý) mà cần phối khoa học cho đề xuất lắp đặt trạm đo hợp tổ chức thủy lợi sở nông dân phục vụ điều hành hệ thống hỗ trợ vận hành Các hệ thống cần có cách tiếp cận, giải pháp phù hệ thống vào hoạt động hợp với nhiều đối tượng HTTL, với đặc thù khác trình độ chun mơn kỹ Mơ hình thủy lực ứng dụng với kỳ vọng thuật, tiềm lực kinh tế, nhận thức, mối quan tâm làm giảm số lượng trạm quan trắc phải lắp đặt Điều kết nghiên cứu trước hệ thống Với kết hợp mô hình thủy chưa làm lực hệ thống SCADA, cần lắp đặt số Khu vực ĐBSCL có đặc điểm đồng ruộng trạm quan trắc vị trí nút quan trọng Hầu canh tác khác so với vùng khác hết vị trí khác hệ thống xác định nước Tại đây, CTTL chủ yếu tưới tiêu kết chế độ thủy lực chất lượng nước thông qua hợp, biện pháp tưới nội đồng chủ yếu tưới tràn, mơ thủy lực với độ xác cao liên diện tích ruộng rộng lớn Mặt khác, nhiều tục khu vực bị nhiễm mặn ảnh hưởng thủy triều làm cho chế độ thủy lực hệ thống - Mơ hình quản lý kết cấu hạ tầng thủy lợi qua khác Dẫn đến việc điều hành hệ thống tưới tiêu hệ thống GIS trực tuyến (WebGIS): Hệ thông hợp lý phức tạp tin GIS Atlas chuyên đề, lập nhằm phục vụ cho công tác quản lý khai thác Hình 2: Ý tưởng trung tâm giải pháp cơng trình thủy lợi thiết bị đo đạc, giám Nhóm tác giả đề xuất giải pháp với sơ đồ sát khu vực Đây công cụ hổ trợ tổng thể Hình Theo đó, Hệ thống việc tìm kiếm, hiển thị, in ấn, cập nhật thơng xây dựng bao gồm mơ hình tin liên quan đến thơng tin mực nước liên kết với IoT: kênh, mưa, chất lượng nước, mức độ mặn, - Mơ hình thủy lực: Để sử dụng cho việc mô trạng sản xuất cách nhanh chóng, dễ dịng chảy mạng lưới kênh rạch dàng xác Ngồi cịn liên Các modul thủy động lực (HD) chất lượng kết với mơ hình khác mơ hình thủy lực, nước (AD) sử dụng để mô mơ hình SCADA để thể thơng 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 Hình 3: Sơ đồ giải thuật giải pháp chấp nhận nhiều kiến trúc lớp (three- tier) client-server điển hình mà nhiệm Giải pháp đề xuất giải vụ xử lý địa lý phân server side vấn đề tổng thể công tác quản lý, điều client side Một client điển hình trình hành HTTL, đặc biệt HTTL liên tỉnh, bao duyệt Web Server side bao gồm Web gồm: Quản lý hệ thống công trình, diện tích tưới Server, phần mềm WebGIS sở liệu dựa công nghệ WebGIS, tính tốn nhu cầu tưới, lập kế hoạch tưới, hỗ trợ điều hành hệ Ngoài ra, module tính tốn nhu cầu nước, thống tưới theo thời gian thực, điều khiển vận lập kế hoạch phân phối nước tích hợp hành hệ thống tưới từ xa Theo đó, kết vào WebGIS để thực tác vụ quản lý vận kỳ vọng ứng dụng giải pháp bao gồm: hành hệ thống - Sử dụng xác, hiệu quả, tiết kiệm tài - Mơ hình SCADA: Hệ thống SCADA bao nguyên nước; gồm việc thu thập thông tin, chuyển thông tin trung tâm để thực phân tích điều - Góp phần tăng suất giảm phát thải khiển từ xa cơng trình Hệ thống SCADA khí nhà kính với canh tác lúa nước kết nối với mơ hình WebGIS để lưu trữ tưới tiêu xác; hiển thị tình trạng vận hành cơng trình thơng qua Internet Thơng qua việc kết nối với - Tiết kiệm lượng vận hành cơng trình mơ hình khác IoT, giải thủy lợi (điện, dầu vận hành trạm bơm); hạn chế hệ thống SCADA - Phát cố để có phương án xử lý kịp + Khó làm việc với nhiều định dạng loại thời; tiết kiệm nhân công vận hành CTTL thông thiết bị với công nghệ khác nhau, từ mở rộng qua việc giám sát, điều khiển từ xa quy mơ kiểm sốt nâng cao độ linh hoạt; 3.3 Giải pháp nâng cấp, chuyển đổi cơng trình đáp ứng yêu cầu điều khiển thông minh + Thực tế, SCADA quan tâm đến việc kiểm soát (tức thu thập truyền tải Theo đó, để đáp ứng yêu cầu kết nối liệu cách học), thường gặp khó vận hành từ xa, cơng trình phải cần đảm bảo khăn với việc phân tích hỗ trợ định; yếu tố sau: hạn chế làm cho SCADA khó áp dụng cho việc tự động hóa vận hành - Yếu tố lượng: cơng trình đầu mối cần chạy điện (trạm bơm điện, cửa Với giải pháp đề xuất, 3/4 bước quy trình cống có thiết bị đóng mở điện…) Trường hợp vận hành CTTL (bước 1, bước bước có điện lưới sử dụng điện lưới để - Hình) tự động hóa theo mơ hình M2M đảm bảo tính ổn định, cơng trình chưa có (Machine to Machine) - tức máy móc giao điện lưới sử dụng lượng mặt trời tiếp với nhau, loại bỏ yếu tố người Theo (gồm pin, lưu điện thiết bị điều khiển đó, sơ đồ giải thuật giải pháp thể sau (Hình 3): TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ nguồn) nhiên hiệu không cao gây nhiều mâu thuẫn phân tích Tổ chức - Yếu tố điều khiển: cơng trình cần lắp thành lập đơn vị hoàn toàn mới, đặt thiết bị điều khiển PLC, M874-3, thành lập sở củng cố, sát nhập với S612… tổ chức có Tuy nhiên, vấn đề trọng tâm tổ chức quản lý phải trực thuộc Bộ - Yếu tố giám sát: Lắp đặt sensor quan trắc NN&PTNT để đảm bảo tính thống liên mực nước, độ mặn nút quan trọng hệ vùng HTTL liên tỉnh vận hành Điều thống, lắp đặt camera giám sát cơng trình… hồn tồn phù hợp với quy định Luật Thủy lợi [3] - Yếu tố kết nối: vị trí cơng trình cần có kết nối Internet qua 3G/4G mạng lan để đảm Tiếp đó, tổ chức quản lý khai thác cần bảo tín hiệu thơng suốt, liên tục thành lập phận kỹ thuật cao, có đủ lực sử dụng thiết bị, công nghệ để vận hành hệ 3.4 Giải pháp tổ chức quản lý đáp ứng yêu thống Bên cạnh sở hạ tầng thiết yếu (như cầu điều khiển thông minh HTTL liên tỉnh phòng làm việc, hệ thống máy chủ, thiết bị điều khiển trung tâm, thiết bị theo dõi, giám Để vận hành HTTL liên tỉnh, tước tiên cần sát…), Bộ phận kỹ thuật cao cần máy thành lập tổ chức để quản lý HTTL liên tỉnh nhân có đủ thành phần Hình 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, Hình 4: Bộ máy nhân Bộ phận kỹ thuật cao KẾT LUẬN Tuy nhiên, khuôn khổ nghiên cứu dừng lại mức độ lý luận, số vấn đề Hiện đại hóa quản lý, vận hành cơng trình chưa đề cập đến: thủy lợi vấn đề quan tâm Giải pháp đề xuất giải - Vấn đề liệu lớn: áp dụng cho hệ vấn đề tổng thể công tác quản lý, điều thống có quy mơ liên tỉnh, nhiều số liệu hành hệ thống tưới, đặc biệt HTTL liên định dạng khác truyền tải, tỉnh Giải pháp đề xuất nghiên cứu lưu trữ xử lý trung tâm Đây khối giải pháp tiềm năng, có tính ứng dụng lượng liệu vơ lớn Vì vậy, cần phải kết cao thực tiễn Đây sở khoa học hợp ứng dụng công nghệ Bigdata trường tiền đề cho việc nghiên cứu ứng dụng vận hợp để hỗ trợ xử lý liệu hành HTTL liên tỉnh vùng ĐBSCL - Giải pháp giải vấn đề tự động hóa 3/4 khâu công tác vận hành HTTL TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ (Hình) Để hồn tồn tự động hóa, cần nghiên cứu cách thơng minh, xác Khi đó, người kết hợp cơng nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) để giải đóng vai trị giám sát, bảo vệ tài sản, sửa chữa toán định vận hành bảo dưỡng xử lý cố (nếu có) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] 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 [2] 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 [3] Luật Thủy lợi số 08/2017/QH14 ngày 19/6/2017; [4] 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 [5] 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 [6] 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 [7] 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 [8] 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 [9] 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 Nông 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 CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021