Đang tải... (xem toàn văn)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNTTRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
NGO ĐĂNG HAI
NGHIÊN CỨU XÂY DUNG MO HÌNH HIEN ĐẠI HOA
QUAN LY VẬN HANH HE THONG TƯỚI
LUAN AN TIEN SI KY THUAT
HÀ NỘI, NAM 2016
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNTTRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
NGO DANG HAL
NGHIÊN CỨU XÂY DUNG MO HÌNH HIỆN ĐẠI HÓA.QUAN LÝ VẬN HANH HE THONG TƯỚI
Chuyên ngành: QUY HOẠCH VA QUAN LÝ TAI NGUYÊN NƯỚC.
Mã số: 62-62-30-01
NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HỌC 1 GS TS Bai Hiểu
2 PGS TS Lê Văn Ước
HA NỘI, NAM 2016
Trang 3LỜI CAM DOAN
“Tác giả luận án xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Cáckết quả nghiên cứu và những kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từbất kỳ một nguồn tai liệu nảo và dưới bắt cứ hình thức nào Việc tham kháo, trích dẫncác nguồ ti liu đã được ghỉ rỡ nguồn ti liệu tham khảo đúng qu định.
“Tác giả luận án
"Ngô Ding Hải
Trang 4LỜI CẢM ON
và PGS, TS Lê Văn Ước đã“Tác giả luận án xin trân trong cảm ơn GS TS Bùi Hiế
tan tin hướng dẫn tác giả nghiên cửu và hoàn thành Luận án tiến sĩ này
“Tác giả xin chân (hành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Thủy lợi, Phòng Đào
tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Kỹ thuật tải nguyên nước, Bộ môn Kỹ thuật tài
nguyên nước đã tạo điều kiện thuận lợi, nhiệt inh giúp đờ và động viên tắc giả trong
qua trình nghĩcứu, thực hiện luận án
Tác gi luận ân cũng xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, bạn b và gia din đã hổ
trợ, động viên, chín sé khó khăn trong suốt thời gian nghiên cứu, làm luận án.
Trang 5MỤC LỤCLỠI CAM DOAN.
LỚI CẢM ON.
MỤC LUC.
DANH MỤC CÁC HINH VE, DO THỊDANH MỤC CÁC BANG BIEUDANH MỤC CÁC TỪ VIET TAT.
.6 Cấu trúc của luận án
CHƯƠNG | TONG QUAN VE VAN DE NGHIÊN CỨU.1.1 Tổng quan tỉnh hình nghiên cứu trên thé giới
LAA — Các công trình ng
giảm sắt điều khiến bản tự động,
11.1 Khối quat chung
1112 tiệmT113 Han chế
11-14 Phạm vi dip dụng và tả năng ứng dang vào Việt Nam
+ Nhận xế và đánh giá
n cứu về mô hình lập kế hoạch quản lý vận hành và9
1s1.1.2 Cc công tinh nghiên cứu về mô hình giám sắt và điều khiển t động từxa (SCADA),
1.1221 Khải quất chung1122 Uwdiém
20211221 Các công trình nghiên cứu vỀ mô hình lập kế hoạch quản lý vận hành và
giám sit, điều khién bán tự động,
1.2.1.1 Quân lý điều hành HTTN Ban Hoài (QLDH Dan Hoài
1.2.12 Hệ thông bản tự động quản ý điều hành HTTN Thạch Nham,
12.13 Quản lý điều hành HTTN Bác Hung Hải (QLDH Bắc Hung Hải)
23
Trang 61214 Nghién cứu cái tiến mô lình IMSOP để đu hành phân phối nước họp By
năng cao higu qua sử dung nước của hệ thing tưới bằng bom ở đẳng bằng sóng Hing
(Mo hình IMSOP cái tản 24
1.2.2 Các công trình nghiên cứu về mô hình giám sit và điều khiên tự động từxa 24
1.2.2.1 Nghiên cứu áp dung Khoa học cũng nghệ tiền tiến từng bước biện đại hoá công
tác quản lệ đi hành hệ thẳng thư nồng Phù Sa, Hà Ty (Mô hình SCADA/MAC) 241.2.2.2 Nghiên cứu áp dụng khoa học cũng nghệ tiên tiến trong quân lý vận hành hệthông thuỷ nông Áp Bắc - Nam Hủng (Mô hành VKHTLMB SCADA) 26
1.2.23 Nghiên cứu xây dựng hệ thông thông tin quản lý diều hành hệ thông thuỷ lợiGo Công (Mô hình VKHTLMN SCADA) 2
(M2 hình BCEOMI §CADẠ) 28
1224 Báo cáo thiết kế chỉ tiết SCADA Yên Lá
1225 Bảo cáo thiết kế chỉ tiết SCADA Cầu Sơn - Ciim Som và Ké Gỗ (Mô hìnhBCEOM2 SCADA) 29122.6 Hiện dai hỏa hệ thing tưới Phú Ninh và Đá Bàn (Mô hình HASKONING
SCADA) soe 5 ; 30
12.2.7 Hệ thong SCADA cho kênh chink Dẫu Tieng và hệ thông tưới Cũ Chi (Mô hìnhBRLISCADA} 30
* Nhận xét và đánh giá 3113 Định hướng nghiên cứu xây dựng, phát triển mô hình hiện đại hóa quản lý
vận hành hệ thống tưới 32Kết luận chương 1 35
CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3721 Nội dung nghiên cứu 372.2 Phương pháp nghiên cứu 4522.1 Phương pháp mô hinh hóa 452.2.1 M6 hình hỏa Bài toán quản lề khai thắc "đổi va" hệ thông tưới a
22.1.2 Ma hình hỏa bài tản quản I vận hành hệ thing tdi theo số iệu quan tắctine 33
2.2.2 Phương pháp dự bảo thích nghĩ các yếu tổ khí tượng, thuỷ văn ST22.3 Phương pháp lập trình “02.24 Phương pháp thí nghiệm, thực nghiệm 60
Trang 731.15 Kết quả nghiên cứu phat tiển thuật toán lập ké hoạch quản lý khai thúc "
tau hệ thông trới ' : “931.1.6 Kết quả xay dựng phần mém lập ké hoạch quản lý khai thác "tôi ưu" hệ thẳng
tưới 7
* Nhận xét và đánh giá 53.1.2 Kết quả nghiên cứu xây dựng mô hình quản lý vận hành hệ thống tưới.theo số liệu quan trắc thực tế (thời gian thực) 5
3121 Kết quả nghiên cứu xây đựng bộ công cự giảm sit, cập nhật số liệt quan trắc
thee lễ 75
3122 Kết qua nghiên cứ vay đựng bộ công cụ điều khiến hệ thông trới tự động texa 931.23 Kết qua xây đựng phần mềm quan lý vận hành hệ thẳng tưới theo số liên quantrắc thực tế SỈ3.13 Kết quả nghiên cứu hiện đại hoa quân lý vận hành và giám sét, điều
"khiển hệ thống tưới thông qua mạng Internet và hệ thông viễn thông di động toàn
dang được quản lý vận hành bằng thủ công và giai doạn quá độ tiễn tới tự động hóa 893414 Kết quả nghiên cứu ứng dụng, phit triển công nghệ giảm sắt và điềukhiển hệ thông tưới 9Ị
SIA Két quá phát triển, ứng dung công nghệ giảm sắt và điều kiên HTT theo
"hưởng tnuyàn thông hiện đại và la chọn tết bj GSADK đi lên lợp lý sĩ
3142 Kế quả nghiên cửu xây dựng bộ công cụ thực hiện hiện đại hóa quản lý vận.
“hành miễn phí cho các công ty OLKT CTTL 333.1.5 Kết quả nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu trực tuyển phục vụ công tác
quản lý các công trình trên hệ thông tưới 94
3.1.6 Kết quả nghiên cứu cải tiễn, phát triển bộ công cụ đánh giá hiệu quảquản lý khai thác và hỗ trợ chu trình nâng cao hiệu quả của hệ thống tưi Đ6
3.1.6.1 Cải tiến, phát triển bộ chỉ số đãnh giá hiệu quả quân lý Khai thác HTT 9
5.162 Xây dong công cụ nh gi cức chỉ số hiệu quả và hỗ tr củu tah năngcao hiệu quả quản lý khai thác các HTT 1003.7 Kết quả tổng hợp và liên kết các thành phần trong mô hình hiện đại hóaqin lý vận hành hệ hổng tưới 1023.2 Kết quê ứng dung mô hình hiện đại hồn quản lý vận hành hệ thông tưới 1043.2.1 Bia diém img dụng mô hình 1043.22 Kết qua lap kế hoạch quản lý khai thc "tối ưu” hệ thống tưới Phủ Sa 1083.22.1 Các sổ liệu đâu vào 108
3222 Kế quả ứng dụng mỏ hình lập ké hoạch quản lý khai thác "tối wu tai HTT
Thủ Sơ „3
Trang 8323 _ Kết quả ứng đụng mô hình quản lý vận hành hệ thống tưới theo số liệuquan tắc thực tẾ 125
.32.11 KẾT quả th toán liên định mổ hình quân l vận hành hệ thẳng tưới bằng các34 lig quan trắc năm 2017 12s
32.32” Kết quả ting dung mồ hình quản lý vận hành hệ thẳng mui theo số lg quan
tắc the 16
3.24 Két quả ứng dung công nghệ hiện đại hỏa quản lý vận hành, GS&ĐK hệ
thống tưới thông qua mạng Internet và hệ thống viễn thông di động toàn cả 129.3241 Kế quả ing dụng website hign dại hia quan lý vộn hành hệ thing mái
3.2.6 Kết qua xây dựng co sở dữ liệu trực tuyển phục vụ công tác quản lý các
công trình trên hệ thông tưới Phủ Sa 13532.7 Kết quả ứng dung bộ công cụ đình giá các chỉ số hiệu quả và hỗ trợ chutrình nâng cao hiệu quả quản lý khai thác HTT Phù Sa 136Kết luận chương 3 137KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 138
1 Kết luận 138
2 Kiến nghị M40DANH MỤC CÁC CÔNG TRINH ĐÃ CONG BO KET QUA NGHIÊN CỨU CUAĐÈ TÀI LUẬN AN 142TÀI LIỆU THAM KHAO H3PHỤ LUC 148Phy lục 1: Thông tin chỉ tiết về các mô hình hiện đại hóa QLVH các HTT 148Phụ lục 2: Các số liệu khí tượng, thủy văn: chế d tưới và tà lều liên quan đến quảnlý khái thác của Công ty TNHH MTV Thủy lợi Sông Tích 156Phụ lục 3: Két qua tỉnh toán dự báo khí tượng, thủy văn theo mô hình ARIMA 175Phụ lục 4: Các kết quả tính toán chỉ tit về lập kể hoạch khai thác "tối wu” HTT 80Phy lục 5: Những sơ đồ thuật toán và các chương trình phần mềm chính 194
Trang 9Hình 2.4: Sơ đồ khối xây dựng và dự báo theo mô hình ARIMA(p, d, q) 59
Hình 3.1: Tổng mức tưới thay đổi khi dịch chuyển thời vụ ieo trồng 653.2: Thu ton tiến ha sai phân da mục tiêu mổ rộng 12Hình 33: Giao áo số các biển quyết định của bài toán BHình 34: Giao ai toán "tối uu và nhập các số liệu đầu và 73
Hình 3.5: Giao diện tính toán các biển quyết định Tụ Siow Moy và chế độ tới 74
Hình 3.6: Giao diện tính toán các phương án tối ưu Pareto 74Hình 3.7: So đồ thuật toán cập nhập các sổ liệu quan tr 16inh 3.8: Mô hình quản lý vin hành hg thống tưới theo sé liệu quan trắc T7Hình 39: Giao diện website dùng cho cập nhật các dữ iệu quan trắc bằng thủ công 78
Hình 3.10: Sơ đồ thuật toán tính toán quản lý vận hành HITT theo số liệu quan trắc 30
Hình 3.11: Giao dign trang web hp:fAxww.hiendaihoaqlvh com s2ih 3.12: Giao diện va các trình đơn của trang "Mô hình HĐH quan lý vận hành” 83Hình 3.13: Trang cập nhật các yếu tổ khí tượng từ chuyên mục Dự báo thai ft 3.14: Cấu trúc cơ sở dữ liệu hiện dại hóa quản lý vận hành HTT 84Hình 3.15: Cơ sở dữ liệu OnMs về vận hành công trình 85
3.16: Cập nt, lưu trữ và truy xuất các dữ liệu trên trang chủ 85giám st và số tham số cin điều kin.86nhập tên các chỉ s cin điều khiển K7Hình 3.19: Sơ đồ thuật giải phần mềm HĐHQLLVH 88
Hình 3.21: Giao điện trang web "Giám sát và Điều khiến" 90
Hình 3.22: Phương thức cập nhật số liệu khí tượng, thay văn qua mạng Internet, 90
Hình 3.23; Các chức năng vi xử lý của modem IP F2164 3G RTU 91Hình 3.24: Cấu trúc mạng GS&DK sử dụng modem F2X64 và F2X14 9in 3.25: Thiết lập hệ thông giám sắt và điều khiển 9Hình 3.26: Củu trúc của cơ sở đữ liệu và những thông sé quản lý các 95
Hình 3.27: Tính toán bộ chỉ số hiệu quả va so sánh với các chỉ tiêu phdn đắt I01
Hình 3.28: Mô hình hiện đại hóa quản lý vận hành hệ thông tưới 103
Hình 3.30: Giao diện kết quả mô hình hóa, thit lập bà toán lập ké hoạch usHình 3.31: Tính toán chế độ tưới cho các loại cây trồng 117Hình 3.32: Kết quả tính toán các biến quyết định Tụ, Sosy Mey hE độ tưới 118
Trang 10Hình 3.33: Kết qu tỉnh toán xác định các phương ân tối trụ Pareto nộHình 3.34: Kết quả tỉnh toán xác định các biến quyết định "tối ru" lại
3.35: Cam biến do mục nước sông Hồng trước cổng Phù Sa 126
Hình 3.36: Cảm biến do mục nước bể xa tram bơm Phủ Sa 127
Hình 3.37: Thiết bị điều khién IP Modem - RTU F216 tại trạm bơm Phủ Sa 127Hình 3.38: Dồ thị cập nhật quá tình lớp nước mặt ruộng và độ âm đất tại HTT Phù Sa128Hình 3.39: Website bttp:/www.hiendathoaglvh.com cung cấp, phố biến các thông tin,tài liệu phục vụ công tác hiện đại hóa tưới trên toàn quốc 130
‘inh 3.40: Cong cụ hỗ trợ triển khai và thực hiện công tác hiện đại hoa 130Hình 3.41: Giao diện hướng dẫn triển khai, thực hiện công tá hiện đại hóa QLVH.131
Hình 3.42: Giao diện QLVH và giảm sit, điều khiển HTT trên Website hiện đại hóa"dp/qewwv hiendiihoaqlvh com, 132Hình 3.43: Giao điện quản lý công tinh trực tuyến (Bản đồ số ha và cơ sở dữ liệu)13sHình 3.44; Công cụ theo đối lich duy tu, sửa chữa định kỳ và nhắc việc tự động 135ng dung bộ công cụ đánh giá các chỉ 136
Trang 11DANH MỤC CÁC BANG BIEU
Bảng 1.1; Phân loại và những tính năng cơ bản của các mô hình hiện đại hóa quản lýân hành HTT được áp dụng phổ bin trên thể giới 10Bảng 1.2: Tổng hợp những ưu, nhược điểm cơ bản của các mô hình hiện đại hóaQLVH và hướng phát huy, khắc phục 3Bảng 3l: 20 chỉ số hiệu quả được lựa chọn và sửa đổi từ các chỉ sổ củaenchMariing in ligation and Drainage Sector 97Bảng 3.2: Bộ chi số (mở rộng) đánh giá hiệu quả quản lý khai thác HTT 99
Bang 3.3: Nhiệt độ không khí khu vực Phù Sa (°C) 106
Bảng 3.4: Độ âm không khí khu vực Phù Sa (%) 106Bảng 35: Lượng bốc hơi do bằng ông Piche (mm) 106Bảng 36: Thống kê các yếu 6 khí tượng và mực nước theo năm 109
Bang 3.7: Kết qua xác định tham số p, q và các thông số cho các mô hình 110
Bang 3.8; Lịch lay nước (xa nước) phục vụ gieo cấy vụ Đông - Xuân 2013 - 2014 113Bảng 39: Các ti liệu về nông nghiệp 113Bang 3.10: Kết qua tinh toán các in quyết dịnh "tối tu về thd vụ gieo trồng 120Bảng 3.11: Các hàm mục tiêu theo phương ân ti ưu Pareto li
Bang 3.12: So sánh, đánh giá các kết quả tính toán và số liệu QLVH 122
Bảng 3.13: Quá tình lưu lượng yêu cầu cho vụ chiêm 2014 tại đầu HTT Phù Sa 123Bảng 3.14: Kế hoạch vận hành HTT Phù Sa trong vụ chiêm 2014 124Bảng 3.15: Thời gian sinh trưởng và công thức tưổi ting sin 125Bảng 3.16: Các chỉ tiêu cơ lý của đắt khu vực Phù Sa 125
Bảng 3.17: Lượng nước tưới còn thiếu va ước tinh hệ số năng suất tương đi 129
Bang 3.18: Chi phí xây dựng hệ thống SCADA Yên Lập theo dự toán của VWRAP.
(Bản gốc tiéng Anh) 133
Bảng 3.19: Chi phí xây dựng hệ thống SCADA Yên Lập theo dự toán của VWRAP(Dich từ bản gốc sang tiếng Vie), 134Bảng 3.20: Chi phí trực tiếp xây dựng hệ thống SCADA Yên Lập theo công nghệ mớiSCADA (IP Modem - RTU) đã được nghiên cứu đề xuất 134
Trang 12DANH MỤC CÁC TU VIET TAT
‘The Asian Development Bank (Ngân hing phát triển châu A)Cơ sở da liệu
Co sở dữ liệu quan hệĐại học Thuỷ lợi
Exploitation Assistée Par Ordinateur (Quản lý khai thác với sự trợgiúp của my tính)
‘The Food and Agriculture Organization of the United Nations (Tổchức Lương thực và Nông nghiệp cũa Liên hợp quốc)
Flow and Quality Management (Quản lý ding chảy và chất lượngnước)
Giám sắt và Điều khiểnHiện đại hóa
Hệ thông
Hệ thing conHệ thống tưới
Hệ thông thuỷ lợiHỆ thống thuỷ nôngHệ thống tới tiêuHop tác xa
‘The International Commission on Irigation and Drainage (Uy bantưới tiêu Quốc tế)
The Intemational Institute for Applied Systems Analysis (Việnphân tích hệ thống ứng dụng Quốc té)
Invigation Network Control and Analysis (Điễu khiển và phân tíchhệ thống tưới)
Kế hoạch dùng nướcKhoa học và kỹ thuật
Khoa học thuỷ lợiKhí tượng thuỷ văn.
Mô hình
Mỗ phỏng
Trang 13Mô hình phân tích điều khiển
Multi-Criteria Decision Analysis (Phân ích quyết định đa chỉ tiêu)Nghi
Ngân hang dữ liệu
Supervisory Contgl And Data Acquisition (Giám sát điều khiếnvà thu thập đữ liệu)
Simulation of Irrigation Canals (Mô phông các nh trổ)
Scheme Irrigation Management Information System (Hệ thôngthông tin quan If hệ thống tưới)
The United Nations Educational, Scientific and CulunlOrganization (Tô chức Giáo dục, Khoa học và Văn hoá của Liên.
hợp quốc).
‘The World Bank (Ngân hàng Thể giới)
Trang 14từ nơi cung cấp đến nơi sử dụng hao phí từ 40% đến 50% [1], [2]
6 Việt Nam, hiệu quả quản lý khai thác các hệ thống tưới (LITT) chỉ mới đạt 65 - 80%so với thiết kế [3], |4J, Hệ số sử dụng nước trên các hệ thống tưới nói chung nhỏhơn 0,82 Mặt kh
thửa ở nhiều hệ thống làm cho năng su
HITT ở vùng đồng bing và nhiều HTT ở các ving đồi núi là những hệ thống động lực.ng phís„ inh trạng ngập ứng cục bộ do cung cấp nước và lấy nước quảcây trồng giảm sút đáng kể Hầu hết các
Nang lượng tiêu thụ và chỉ phí quản lý vận hành (QLVH) hàng năm rất lớn ~
nước cũng chính là lãng phí tiền của Vì vậy, đủ ở nơi thừa nước hay thiếu nước thìviệc quản lý khai thác, vận hành hiệu quả các HTT, sử dụng nước tiết kiệm, hợp lý đểdap ứng các yêu cầu dùng nước và tránh tỉnh trang lãng phí nước có một ý nghĩa kinhtế kỹ thuật rất quan trọng [2], [3] [5]
Yêunước cho nông nghiệp, din sinh cũng như các ngành kinh tế khác thường.
xuyên thay đổi và ngây cảng gia tăng Trong khi đó, do ảnh hưởng của biển đổi khí
hậu, nguồn nước ngày một trở nên khan hiểm Sự cạnh tranh về nước giữa các đốitượng dùng nước bao gồm cả những hộ ding nước nông nghiệp sẽ trở nên căng thẳngvà phức tạp hơn nhiều Hiện nay, cơ chế kinh té thi trường tiêu thy nước ở nước tadang và sẽ phát tiễn theo xu hướng “nước là hing hoá” như ở các nước phát tiễn Dođồ, cùng với công tác không ngùng ning cao hiệu quả quản lý khai thác và vận hànhHT, nhiệm vụ của các công ty quản lý khai thác công trình thủy lợi (QLKT CTTL)còn phải đáp ứng tốt dịch vụ cung cấp nước đúng, đủ, kịp thời, tin cậy, linh hoạt vàcông bằng theo yêu cầu của các loại cây trồng và cia những hộ dùng nước khác, Muốn
Vậy, công tác quản lý vận hành các hệ thông tưới cần phải được hiện đại hóa [1], |6].131.171
Trang 15“rên thé gsi, từ vải chục năm ở lại đây công tác quản lý vận hành các HTT theo
hướng hiện đại hóa đã được nhiều nước, nhiều tổ chức va nhiễu nhà khoa học quan
tâm nghiên edu, ứng dụng Ở những nước phát trién và một số nước dang phát tnhiều HTT đã được trang bị hiện đại và được QLVH, giám sắt điều khiển tự động từxa nhờ việc sử dụng các mô hình hiện đại hóa quản lý vận hành nhằm nâng cao hiệu
ích khai thác các HTT và hiệu quả của dịch vụ cung cấp nước (1), |8] Tuy vậy, mỗi
mô hình hiện đại hóa quản lý vận hành đó chỉ có những tinh năng và u, nhược điểmcũng như phạm vi ứng dung rier 1g của nó, Mặt khác, phần lớn ching được xi dựngchỉ dé áp dung cho một HITT cu thé có những điều kiện riêng biệt về tự nhiễn, xã hộicanh tác nông nghiệp, phương thức quản lý khác nhau, nên chưa có mô hình nàođược coi la hoàn chỉnh có thể ứng dung thích hợp hoàn toàn cho quản lý vận hành cácHTT trong điều kiện Việt Nam,
© nước ta, từ hơn chục năm nay, một số chương trình, dé tài nghiên cứu cing các dựán ning cấp, hiện đại hóa QLVH các HTTL đã và đang được thực hiện với sự trợ giúpkỹ thuật và tải chính tử clổ chức quốc
'Ngân hàng Thể giới (WB) Ba
Ê như Ngân hàng phát triển châu Á (ADB),
chú ý là Dự án hỗ trợ thủy lợi Việt Nam (VWRAP)
do WB tài trợ, đã thực hiện nâng cấp và hiện đại hóa tưới cho 6 hệ thông tưới lớn [9]:Yên Lap, Cầu Sơn - Cắm Son, Ké Gỗ, Phú Ninh, Đá Bin, Diu Tiếng Hiện may, trêntoàn quốc mặc dù đã có khá nhiều mô hình hiện đại hóa giám sát và điều khiển.(GS&ĐK) các HTT nhưng hầu hết các mô hình đồ chưa hoàn toàn ph hợp với điềukiện thực tế, chưa dip ứng được các yêu cầu cung cắp dịch vụ một cách chính xác, tincây, linh hoạt, công bằng và khó cỏ thé được ấp dụng rộng rã với lý do chỉnh là vốnđầu tư khả lớn, trang thiết bị phải nhập ngoại đt tiền, GS&DK chỉ hỗ trợ và độc lậpvới tinh toán quan lý vận hành HTT, không hỗ trợ GS&ĐK qua mạng Internet Hơn.nữa, tất cả các mô hình hiện đại héa QLVH ở Việt Nam cũng như trên thể giới đều có
hạn chế là chỉ hỗ trợ, thực hiện một hoặc vài khâu độc lập ndo đó trong công tác quản.
lý HITT nên khó có thể đáp ứng được yêu cầu nâng cao hiệu quả toàn diện của HTT và
cung cắp tất các dịch vụ về nước heo yêu cầu
Nâng cao hiệu quả quản lý vận hành các HTT là một trong những nhiệm vụ quan trọng.hàng đầu của ngành thủy lợi Việt Nam Để án: “Nang cao hiệu quả quản lý khai tháccông trình thủy lợi hiện có* (tháng 4/2014) có nhắn mạnh: “BG Nông nghiệp và PTNT
Trang 16xác định nivụ năng cao hiệu quả hoạt động của các công trình thủy lợi hiện có
phục vụ tốt sản xuất nông nghiệp, dân sinh, kinh t - xã hội là nhiệm vụ trọng tâm và
«quan trọng nhất hiện nay” Mo hình quản lý vận hành hợp lý luôn luôn đồng vai tròtiên quyết trong việc nâng cao hiệu quả QLVH các HTT Để góp phần thực hiện Nghị
quyết về “Đẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện đại hoá nông nghiệp và nông thôn ” (Hội
nghị Trung ương 5 Khoá 1X), trong những năm tới việc di siu nghiên cứu xây dựng
mô hình hiện đại hóa QLVH các HTT thích hợp với điều kiện thực t 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 khai thả“quản lý vận hành các HTT không còndon thuần chỉ là phân phối đủ nước theo nhu cầu ma đồng thời còn phải đạt được cảcác mục tiêu khác về kinh tế, tài chính, xã hội, môi trường và tiết kiệm tải nguyênnước [1], [3], 8l Các mục tiêu đỏ lại thường cạnh tranh với nhau, thậm chỉ côn mau
thuẫn lẫn nhau và không thé so sánh với nhau vi không có cùng thứ nguyên [3], [10]
Vi vây, một số giả thiết Khoa học vả các phương pháp luận tinh toán quan lý khai thắc,vận hành hiện nay do không xét đến bất cứ một him mục tiêu nào hoặc chỉ xét mộthàm mục tiêu duy nhất là không còn hoản toàn phù hợp với thực tế.
“Các HTT có nhiệm vụ phải dip ứng tốt dịch vụ cung cấp nước cho nhiều đối tượngkhác nhau có nhu cầu nước thường xuyên thay đổi Mặt khác, các yếu tổ khí tượng,thủy văn luôn thay đổi và hiện trạng, năng lực của các CTTL cũng thay đổi Do đó, đồihỏi phải vận hành HITT một cách nh hoạt, kip thời để đáp ứng, phủ hợp với những sựthay đổi nêu trên, VỀ mặt lý thuyết cin phối để xuất các cơ sở khoa học cũng nhưphương pháp luận QLVH thời gian thực sao cho HTT đạt được hiệu quả cao nhất, Mặt
khác, còn phải nghiên cứu ứng dụng các phương pháp tinh toán dự bảo khí tượng, thuỷ.văn chính xác hơn để công tc quản lý diễu hành sát với thục t hơn [11], 12]
Lý thuyết phân tích hệ thống, lý thuyết tối ưu, lý thuyết quyết định, lý thuyết điều.khiển và lý thuyết dự bảo đã được nghiên cầu ứng dụng có hiệu quả trong nhiều ngành
kinh tế, khoa học kỹ thuật và xã hội nhưng vẫn chưa được ứng dụng
Tinh vực QLVH, GS&DK các HTT Hệ thống tưới thuộc loại hệ thông lớn phúc tạp,rộng trong
Trang 17phân cấp và đa mục tiêu Nếu không nghiên cứu ứng dụng tổng hợp những phương,pháp luận của các lý thuyết kể trên sẽ khó có thể giải quyết hoàn chỉnh, trọn vẹn bàitoán quân lý khai thác, điều khiển các HITT Với sự phát tiến như vũ bão của côngnghệ thông tn, truyền thông, tự động hóa thì việc cập nhật những tiền bộ trong các lýthuyết nêu trên và nghiên cứu ứng dụng các mô hình hiện đại hóa trong QLVH cácHITT là một đồi hỏi cắp thiết cho công cuộc dy mạnh công nghiệp hod, hiện đại hoá
đất nước.
“Tôm lại: Tính cấp thiết của để tả luận án là xuất phát từ thực tẾ hiện nay đang đôi hồiphải đi sâu nghiên cứu xây đựng mô hình hiện đại hóa QLVH các HTT nhằm "nâng‘cao hiệu quả quản lý khai thác công trình thủy lợi hiện có* để góp phan thực hiện côngcuộc “Bay mạnh công nghiệp hoá, hiện dai hoá nông nghiệp và nông thon ” Về mặt
lý luận, đòi hỏi mô hình hiện đại hóa QLVH đó phải được xây dựng dựa trên các cơ so
khoa học và phương pháp luận tiên iễn, hiện đại trong quản lý vận hanh HTT, lý
thuyết tối ưu, lý thuyết quyết định, lý thuyết điều khiển với nề tang là ứng dung công
nghệ thông tin và truyén thông, tự động hóa.
2 Mye tiêu nghiên cứu.
Me tiêu nghiên cứu của dé tài luận án "Nghiên cứu xây dựng mô hình hiện đại hóaquản lý vận hành hệ thống tưới" là đề xuất và xây dựng, phit triển một mô hình mớivề hign đại hóa quản lý vận hành các hệ thống tưới thích hợp với điều kiện thực tế ở'Việt Nam nhằm nâng cao hiệu quả toàn diện trong quản lý khai thác, vận hảnh HTT và.4p ứng tốt dich vụ cung cắp nước chính xác, kịp thi, tin cây, linh hoạt và công bằngcho các đổi tượng đùng nước,
3 Đối trợng và phavi nghiên cứu
di tương nghiền cử trong luận ân này là các hệ thống tưới tự chảy hoặc tưới bằngđộng lực thông thường có quy mô nhỏ và vừa phục vụ nông nghiệp, cấp nước cho dinsinh, công nghiệp và các ngành kinh tế khác,
Pham vi nghiên cứu của đề tài luận án chủ yếu giải quyết bài toán về quản lý vận hành.
ic HTT bằng kênh hở có công trình đầu mối là cổng lấy nước hoặc trạm bơm hay cả
Trang 18cổng và tram bơm, Nguồn cung cái ống có thé là sông, suối, hỗ chứatài không đề cập đến các HTT bán tự chảy vùng chịu ảnh hưởng của thuỷ triều vànguồn nước bị nhiễm mặn ĐỀ ải luận án không giải quyết mỗi quan hệ giữa tưới với
tiêu nước và vấn dé sử dụng các trạm bơm cục bộ (đã chiến) bơm nước từ sông hay từ.các nguồn nước nội đồng (nước hồi quy, nước ao hỏ, ) cũng như việc trừ nước, tiêuthoát nước trong hệ thống.
4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Luận án: *Nghiên cứu xây dựng mô hình hiện đại hóa quan lý vận hành hệ thống tưới"6 ý nghĩa khoa học và thực tiễn rt quan trong đối với công tác nâng cao hiệu quảquản lý khai thác công trình thủy lợi dé góp phan thực biện công cuộc "Đẩy mạnhsông nghiệp hoá, hiện đại hoá nông nghiệp vi nông thôn "
Trước hết về ý nghĩa khoa học, Luận én sé góp phần phát tiễn, bổ sung bước đầu các
sơ sở khoa học và phương phip luận trong một số lĩnh vực chuyên sâu:
= Mô hình hồa và giải bài toán lập kế hoạch quản ý khai thác "tối ưu” các HTT
~ Quản lý vận hành hệ thống tưới theo thời gian thực tế, tức thời.
~ Công nghệ giám sit và điều khiển theo hướng hiện đại hóa
ý nghĩa thực tiễn, sản phẩm của Luận án có thể trợ giúp đắc lực cho các công tyquản lý khai thác CTTL, các phỏng nông nghiệp và các hợp tác xã nông nghiệp, hội
ding nước có được những thông tin cần thiết, kip thời để đưa ra những quyết địnhđúng din nhất về thời vụ gieo trồng, cơ cầu cây trồng và diện tích canh tác, kế hoạchvà thực hiện kế hoạch ding nước, kế hoạch QLVH, nhằm nâng cao hiệu quả toàn
điện v kinh «2 kỹ thuật, xã hội, môi trường,
- Sử dụng nguyên dit, nước, cây trồng đề đạt được lợi ích thực thu và điện
tích canh tá là lớn nhất ig kiệm, sử dụng nước ít nhất; sự thiếu hụt nước so với nucầu ding nước là nhỏ nhất
- Phân phối nước kịp thi, chính xác và linh hoạt đáp ứng yêu cầu của các đổi lượngdùng nước, nâng cao năng suất cây trồng, tiết kiệm nước.
~ Giảm thiểu các chỉ phí quản lý vận hành nhờ có những thông tin giám sắt tức thời và
các công cụ điều khiển chính xác tử xa theo thời gian thực,
Trang 19` nghĩa thực tiễn cuối cũng của Luận án là đã tạo ra một bộ công cụ thực hiện và trợ
giúp hiện đại hóa QLVH các HIT góp phan thực hiện ĐỀ án 784 của Bộ NN&PTNT
“Ning cao hiệu quả quản lý khai thắc công trình thủy lợi hiện có" DS cũng chính làsông cụ và eơ sở quan trong bước đầu dé từng bước tin tới tự động hoá QLVH vàgiám sát, điều khiển từng khâu hoặc toàn bộ quá trình quản lý vận hành nhằm góp.phần thục hiện công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại ho đất nước.
5, Những đóng góp mới của luận án
Luận án đã:
1 ĐỀ xuất và xây dựng một mô hình mới về hiện dại hóa quản lý vận hảnh hệ thốngtưới có đầy đủ các chức năng hỗ trợ và thực h gn cả 3 nhiệm vụ: quản lý nước theo sốliệu quan trắc thực tẾ(bao gồm giảm sit, điều kid tự động từ xa và thủ công), quảnlý công trình và quản lý kinh tế của các công ty quan lý khai thác công trình thủy lợi.2 BE xuất oo sở khoa học và xây dựng thuật toin, phần mém cũng cée công cụ hiệndai để mô hình hóa bài toán lập kế hoạch quản lý khai thác "tối uu" liên kết với các bàitoán lập kế hoạch dùng nước, kế hoạch vận hành HTT theo mô bình quy hoạch phituyển đa mục tiêu và giải bằng phương pháp tiến héa sai phân da mục
nhằm đạt được đồng thời 4 mục tiêu:
~ Lợi ch thực thu do HTT mang lạ là lớn nhất
~ Tổng lượng nước trới là ít nhất
~ Tổng diện tích đất canh tác được tưới là lớn nhất.
- Sự thiếu hụt giữa lượng nước mà HT có thể cung cấp so với yêu cầu nước là nhỏnhất (hay năng suất cây trồng giảm sút là ít nhat).
3 Xây dụng và phát tiển bộ công cụ quản lý vận hành hệ thống tưới theo hướng hiện
đại hoa: website p://www hiendaihoaglvh.com với các giao diện web giám sắt điều
khiển và quản lý vận hình phn mềm hiện đại hóa tinh toán QLVII3GS&ĐK, cơ sởcdữ liệu trực tuyển (online) giúp cho người quản lý thực hiện các công việc giám sátvà điều khiển HTT của họ theo số liều quan trắc thực tế vào bắt cứ lúc nào, từ bắt cứnoi đầu có mạng Internet hoặc mạng điện thoại di động Cai tiễn, phát triển công nghệ
giám sit và điều khiển SCADA (IP Modems - RTUS) trên cơ sở sử dụng mạng Internet
Trang 20và mạng viễn thông di động toàn cầu có tinh khả thi cao với loại thiết bị vỉ điều khiểnE2X64 RTU được tich hợp chức năng IP modem không dây (modem giao thứcIntemet) phù hợp với điễu kiện Việt Nam và tổng vốn đầu tr không quá 28% so vớihầu hết các mô hình SCADA đang được img dung ở nước ta Đẳng thời, đã xây dựngcơ sở nền ting công nghệ cho việc phát triển các công cụ hiện đại hóa QLVH,
'GS&ĐK các HTT thông qua việc tạo ra website hp:/Avwrw hiendaihoagivh.com (theo
mô hình điện toán đám mây) cung cấp miễn phí bộ công cụ trực tuyển giúp cho các
sông ty quản lý khai thác CTTL có thể tự xây đựng trang web hiện đại hỏa QLVH,
GS&DK tự động từ xa hệ thống tưới của họ ngay cá khi HITT đó vẫn còn dang được
“quản lý vận bành bing thủ công Mặt khác, website hup://www hiendaihoaglvh comcòn cung cấp các thông tin, kiến thức và tà liệu dio tạo về hiện dai hóa tuổi nói chungvà hiện đại hóa QLVH các HTT nói riêng.
6 Cấu trúc của luận án
Luận án gồm 147 trang thuyết minh (ong đó có 52 hình vẽ và đồ thị, 22 bảng biểuminh họa, 1 trang liệt kê danh mục 10 công trình đã công bổ của tác giả về kết quảnghiên cứu của đỀ ti luận dn, 5 trang liệt ké 82 tải lệu tham khảo) và 54 trang phụ
Nội dung bao gồm phần mờ đầu, phần kết luận và 3 chương:
“Chương 1: Tổng quan về vấn để nghiên cứu
“Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu.“Chương 3: Kắt quả nghiên cứu và thảo luận
Trang 21CHUONG1 TÔNG QUAN VE VAN ĐÈ NGHIÊN CUU
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thé giới
Cho đến cuối thập niên 70 của thé ky trước, việc tính toán quản lý vận hành các hệ
thông tưới vẫn còn dựa trên những gia thiết đơn giản hỏa, xem xét các bài toán QLVH,một cách độc kp riêng rẻ, không chủ ý đến tính hệ thông vốn có của các HTT Côngtác vận hình và quản lý các HTT chủ yếu dựa vào kính nghiệm và những kế hoạchdùng nước (KHDN) đã được lập sỉ
mưa, t lưu lượng dòng chảy nào đó; rồi hiệu chính lại kế hoạch và các thông số.‘vin hành trong quá trình thực hiện KHDN [13] [14] [2]
trước ứng với một mức bảo đảm tưới hay tần suất
“Trong vòng hơn 30 năm qua đã có nhiều mô hình cùng các phần mém quản lý vậnhành HTT được xây dựng và phát triển [15], [8] [2] Bang | (PL1) trong phụ lục 1 cóthống kê những mô hình QLVH tiêu biểu Có thé sơ bộ phân loại những mô hìnhQLVH đó thành 3 nhóm khác nhau dựa trên các tinh năng cơ bản của chúng:
Nhóm 1: Các mé hình lập ké hoạch tưới Đây là nhóm các mô hình chỉ có chức năng,tinh toán lập kế hoạch phân phối nước tưới nhằm trợ giúp cho QLVH tha công
Nhóm 2: Cúc mé hình lập kế hoạch quản lý vận hành và giảm sắt, điều khiển bán tự.động Đỏ là những mô hình không những có chức năng lập kế hoạch tưới như nhóm 1mà còn cho phép tính toán xác định thông số vận hành các công trình thủy lợi (CTTL)và giảm sit, điễu khiển bán tự động tại chỗ một số CTL,
Nhóm 3: Các m6 hình giám sát và điều khiển tự động từ xa (SCADA) Nhóm mô hìnhsế hoạch vận hành các CTTL,này thường có đầy đủ các chức năng lập kế hoạch tưới
đồng thời cho phép theo dõi, thu thập số liệu và vận hành các CTTL tự động từ trungtâm giám st và điều khiển
“Trong phan nghiên cứu tổng quan này chỉ tập trung đi sâu nghiên cứu những mô hình'QLVH thuộc nhóm 2 và nhóm 3 Đó là các mô hình QLVH theo hướng hiện đại hóatưới (hay có thé viết gon hơn là: các mô hình hiện đại hóa QLVH) Khải niệm hiện đạihóa tưới ở đây được hiểu theo định nghĩa mi các nhà khoa học và các chuyên gia tríthể giới đã thống nhất như sau (1), 2
Trang 22dại hod tưới là một quá tình ning cắp cả về kỹ thuật và quản lý (chứ Khong
phải chi là sự cải iénledi tạo dom thuẫn) các hệ thông tưới với mục tiêu là nâng cao
hiệu quả sử dung các nguồn lực (lao động, nguồn nước, kinh tế, mỗi trường) và địchvw cung cắp nước cho cúc đối tương dùng nước'
'Các mô hình - phần mềm hiện đại hóa QLVH điễn bình được thống kệ, phân loại dựatrên những tính năng cơ bản của chúng như trong bảng 1.1
Sau đây là những kết quả nghiên cứu tổng quan về các công trình nghiên cứu có liên
‘quan đến việc xây dựng và phát triển các mô hình hiện đại hóa quản lý vận hành HTT:
tiêu biểu đã được it ké trong bảng 1.1
1.1.1 Các công trình nghiên cứu về mô hình lập kế hoạch quản lý vận hành vàgiám si, diều khiên bản tự động
LLL Khải quất chúng
khiễn bán tự động nói chung đều xây dụng thuật toán, phn mềm lập kế hoạch tưới,sông trinh nghiên cứu vé mô hình lập kể hoạch quản lý vận hành và giám sit, điềutinh toán xác định thông số vận hành các công trình thủy lợi và thiết lập một sốthống giám sát, điều khiển bán tự động tại chỗ các CTTL chủ chốt Những mô hình
như thể thường được ứng dụng ở những HTT có quy mô lớn hoặc chưa có điều kiệnHDH toàn bộ hệ thống Trong mục này sẽ trình bày tổng quan về đặc tinh, chức năng.cla một số m6 hình tiêu biểu đã được công bé thông qua các công tình nghiên cứu
của các tổ chức và các nhà khoa học trên th giới
1 Phân tích và điều khiển hệ thing tưới (INCA - Irrigation Network Control and
“Trong công trình nghiên cứu này, Công ty HR Wallingford (Vương quốc Anh) đã xâydmg và phát triển mô hình INCA (từ năm 1980) Các chức ning chỉnh của INCA [8]bao gồm:
- Lập và hiệu chỉnh kế hoạch tưới, kế hoạch vận hành công tỉnh đầu mỗi và và cácsông trình phân phối, điều tiết nước trên kênh,
~ Tính yêu cầu nước của các kênh cấp 3 ứng với những cơ cầu cây trồng khác nhau.= Có thể theo đỡi lớp nước mặt ruộng, độ âm đất và mực nước tại các công trình đầumỗi, công trình phân phối nước.
~ Giám sát và điều khiển bán tự động công trình đầu mi.~ Đánh giá hiệu quả của hệ thong tưới.
Trang 23Bảng 1.1: Phân loại và những tinh năng cơ bản của các mô hình hiện đại hóa quản lý
vn hành HTT được áp dụng phổ biển trên thé giới
(Cie tinh năng (có liên quan) của các mô hình,
Lập kế hoạch sử dụng hiệu quả | Lap ké | Lập kế | Giám | Quản | Quản
TT Mô hình ‘ede nguồn tài nguyễn hoạch | hoạch | sat va lý jlýkinh | Ghi
tưới |QLVH điều | công chúTả | Tỉ | T | gần | và | Miến | th
en | ngện | nguyên | phối |GSDK | te
Se | nước | cây | aude) | MmAV | động
tring động | exe
o @ offs | 6 |0 |8 |ø |au Lan
I Các mô hình lập ké hoạch quản lý vận hành và giảm sát, diéu khién bản tự động.
1 [inca x ]z o2 | sor vote
+ oPpst zl 24 | Canavan ve
5 MS vote
| swar ở |.
1 Ìnusne ⁄x[v Le |« “ows ý | v fe o3 leo ø Ý | v fe
2 Che mô hình giám rà đu kHỂuự động exe
¡ [ro 4 v [v][z2 | BAO y tele3 ÌTENMSsem y fei
1 | Riana SCADA y fei
5 | ewnis ytvle
© | FurmConnet y fv
* Ghi chú: (7) là ky hiệu biểu thi mô hình không có đầy đủ tính năng được nêu ở tiêuđề cột đó,
Trang 242 Van lành hệ thing tưới IMSOP - Irrigation Main System Operation)
Cong tình nghi cứu này đã xây dựng và phát triển mô hình IMSOP (từ năm 1987)nhằm mô phỏng việc vận hinh các hệ thống kênh phân phi nước tưới và hỗ trợ chosông tic QLVH các HTT [8] Cau trúc của mô hình bao gém 3 thành phin (modules):~ Module bốc thoát hơi nước (ETM): tính toán bốc thoát hơi nước tiềm năng (ETo) vàbốc thoát hơi nước của cây trồng (ETe) dựa trên các số liệu khí tượng
~ Module yêu cầu tưới (IRM): tinh toán yêu cầu tưới của từng kênh cấp 3 theo từngất nước do thắmtun dựa vào cường độ bốc thoát hơi nước, lượng mưa hiệu quả, tổn
trên kênh và ở mặt ung
~ Module vận hành hệ thống (SOM): tính din yêu cầu tưới của các kênh cấp 3 tinhững cửa lấy nước và tính toán lưu lượng yêu cầu tai các mặt cit cần thiết trên hệthống kênh Từ đó tính toán xác định độ mở các cửa công lấy nước Dong thời, mộtchương trình con cho phép lập kế hoạch lấy nước từ hd chứa và tinh toán mực nước:
trong hỗ chứa.
4 Mé lành lập kế hoạch phân phổi nước và vận hành (OPDM ~ Operation PlanningDistribution Model)
Mô hình OPDM do Bộ môn Kỹ thuật sinh học và tưới
Kỳ thiết lập và phát triển từ năm 1996 Mô hình này có chức năng tinh toán vận hảnh,
“Trường Đại học Utah, Hoa
phân tích và mô phỏng các HTT cho phép tính toán xác định độ mở cửa lấy nước của
các loại cống có hình dạng khác nhau.
'OPDM có thể ước tinh mức giảm năng suất cây trồng do mức độ thiểu hụt nước trong
vũng rễ cây, do nước và đất bị nhiễm mãn, do ngập úng, Điều này cho phép tinhtoán, đánh giá về hiệu quả quản lý vận hành HTT.
4 Quản lý vận hành kênh tưới (CanalMan ~ Canal Management)
“Trong công trình nghiên cứu này, Bộ môn Kỹ thuật sinh học và tưới tiêu (Trường Đại
học Utah, Hoa Kỷ) đã thiết lập và phát triển mô hình CanalMan, Mô hình này cho
phép mô phóng thủy lực dòng chay không én định trong hệ thống kênh hở phân nhánh.“Các chức năng chính của nó bao gồm [l6]
~ Lập kế hoạch tưới và kế hoạch vận hành các công ình thủy lợi bằng thủ công~ Tính toán các thông số vận hành tự động hóa các công trình tại chỗ
~ Thiết lập sơ đỏ và tinh toán, quan lý các công trình tự động điều tiết.
in
Trang 25'Về thực chất, mô hình CanalMan chính là phiên bản cải tiền, phát triển từ các mô hình.[EADY [17], UNSTEADY, PDM [18], [19] và OPDM.
3 Lập kể hoạch quân lý tới (IMS Irigation Management Scheduling)
Với công trinh nghiên cứu này, Bộ môn quản lý nước, Trường Đại học Cranfield của
Anh quốc đã xây dụng và phát triển mô bình lập kế hoạch tưới hàng ngày Mô hình
này có các chức năng chuyên biệt
~ Quan trắc các số liệu về thời tihàng ngày.
~ Cho phép xác định thời gian bắt đầu phải tưới trong lần tưới sắp tới và phương thứchiệu chính kể hoạch tưới khỉ có mua
IMS chỉ được thiết lập cho việc quản lý HTT canh tác trồng cây trồng cạn4 Mô hình dinh giả nước và đắt (SWAT - Soil and Water Assessment Too!)
SWAT là một trong số 20 mô hình (rên tổng số 123 mô hình và phần mềm được giới
thiệu tại Hội nghị Quốc tế về ứng dụng máy tinh trong nông nghiệp tổ chức vào thing
10 năm 1998 ở Hoa Kỳ) có chỗ trọng nhiễu đến QLVH các HTT kênh hở
“Cấu trúc của mô hình bao gồm các module thành phần về thuỷ văn, khí tượng, cây
trồng, tưới và chuyển nước, chất lượng nước (ph sa, nhiệt độ nước), nước mgm [20]2 Tinh toản tới cho hệ thống ding nước mặt và nước hỗ chữa (RUSTIC ~ TheRunoft, Storage Irigation Calculator)
Mô hình RUSTIC được phat triển hoàn chỉnh vào năm 1994, Nó là công cụ hỗ trợ khá.hiệu quả cho cả thiết kế và lập kể hoạch quản lý các HITT Ban di, RUSTIC được x‘ung chỉ với mục đích tinh toán tưới cho các HITT nhỏ ở Australia nhưng chỉ vài năm
sau nó đã được bỗ sung thêm các chức năng khác như
- Tỉnh toán lựa chọn thời vụ, cơ cầu cây trồng hợp lý
~ Đánh giá hiệu qua quán lý vận hành các HTT.
$ Quản ý vận hành hệ thông tưới (OMIS - Operational Management of IrrigationSystems)
‘Tir năm 1992 - 1993 Viện Thay lực Delft đã nghiên cứu xây dựng và phát triển môhình OMIS Các qué trình tinh toán: cân bằng nước mặt ruộng, lập kế hoạch canh tắc,yêu cầu nước và kế hoạch phân phối nước tưới đều được mô hình hóa theo hướng tiếpcận hệ thing và hướng tới tự động điều khiển các công trình từ xa [8] OMIS cho phéplập kế hoạch đầu vụ tưới với một him mục tiêu tổng lợi ích thực thụ là lớn nhất
Trang 269 Quy hoạch cấy trồng và vận hành hệ thẳng tưới (CPOIS - Crop Planning andOperation of Irrigation System)
Kết quả nghiên cứu (CPOIS) cho phép mô hình hóa việc lập kế hoạch tưới và vậnhành hệ thống theo bài toán quy hoạch tuyỂn tính đa mục tiêu Cụ thể với 2 him mụctiêu là tổng lợ ch thực thủ và tông diện ích cây trồng được tưới là lớn nhất
CPOIS cho phép cập nhật, giám sát hing ngày các yêu ổ khi tượng, thủy văn nguồnnước và lưu lượng, mực nước tai các công tình phân phối nước
11.12 Uũ điểm
- Hầu hết các mô hình QLVH và GS&DK đều có chức năng lập và hiệu chỉnh kếhoạch tưới, kế hoạch vận hành hệ thông dựa trên những số liệu quan trắc thực tế hảng.ngày v
sắc công trình, vị tí cằn thiết Chi có một vài mô hình là không đo đạc giám st lớptượng, lớp nước mặt mộng, độ âm trong ing đất nuối cây vi mực nước tinước mặt ruộng và độ âm đắt hàng ngày như IMSOP, CanalMan, RUSTIC.
= Chức năng giám sắt và điều khiển bán tự động chủ yếu được thực hiện tạ chỗ đố vớiing trình điều tiết nước chủ chốt và các công trình điều tiết, đo.sông trình đầu mỗi,
nước tự động theo nguyên lý thủy lực Do đó, các mô hình QLVH và GS&DK thườngkhông đỏi hỏi kinh phi đầu tư lớn, tập trung và dé áp dụng.
~ Các mô hình lập ké hoạch quản lý vận hành và giám sắt, điều khiển bản tự động trên
thể giới đều có xu hướng tự nhiên được nâng cấp, phát triển theo hướng tiếp cận hệ
thống và hướng tới tự động giám sắt, điều khiển các công trình từ xa như mô hìnhOMIS, SWAT.
1.1.13 Hạn chế
- Bốc thoát hơi nước tiém năng (ETo) và bốc thoát hơi nước của cây trồng (ETe) đượctinh toán từ các số liệu khí tượng trung bình nhiều năm hoặc ứng với một tin suất nhấtđịnh Từ đó, kết quả lập kế hoạch tưới và kế hoạch vận hành hệ thống thường khắc khánhiều so với thực tế QL.VIH
- Hầu hết các mô hình lập kế hoạch quản lý vận hành và giám sắt, digu khiển bán tựđộng tên thể giới chỉcó tính năng tinh toán xác định độ mử ea cổng lấy nước Chỉcómô hình có nh năng tính toán xác định điểm công tác của mấy bơm và hỗ tgdiều khiển tự động tram bơm ti chỗ như mô hình RUSTIC Nói chung, chỉ phí quản
lý vận hin các tram bơm trên thể giới cũng như ở nước ta thường là kha lớp Vì vậy,
3
Trang 27sắc mô hình lập kế hoạch vận hành HITT cần chi trong thích đáng đến vige lập kếhoạch vận hành và giám sát, điều khiển trạm bơm.
~ Dai hỏi phái xây dung một số công trình do đạc và dihình OMIS, OPDM,
tiết tự động thủy lực như mô~ Phan lớn các module bổ trí, mô phỏng hệ thong tưới khá phức tạp, đòi hỏi người sirdung phải có kỹ năng, kiến thức sâu về đồ họa, lập trình và cơ sở dữ liệu, vi dụ nhưmô hình INCA, OPDM, RUSTIC.
~ Trên thé đới, đã có một số mô hình giải quyết bài oán QLVH đa mục iêu kh lập kếhoạch đầu vụ tưới, chẳng hạn như mô hình CPOIS xem xét 2 mục tigu: tổng lợi Íchthực thu và tổng diện tích cây trồng được tưới phải là lớn nhất Tuy vậy, số các mô.hình lập kế hoạch quản lý vận hành và giảm sát, điều khiển bán tr động có đưa vào
một hàm mục tiêu vẫn chưa nhiều Hơn nữa, hàm mục tiêu duy nhất đó chủ yếu sao
cho HTT đạt được tổng lợi ích thực thu là lớn n Thực tế ở Việt Nam cho thấy:ngoài mục itu kinh tf, công tác quan lý vận hành các HTT còn phải đt được các mụctiêu quan trọng khác về hiệu quả khai thác và
tài nguyên nước, tải nguyên.
1-1-4 Phạm vi áp dụng và Khả năng ứng dung vào Vigt Nam
~ Các mô hình QLVH và GS&DK bán tự động thích hợp cho việc tính toán vận hànhcác HTT có quy mô vừa và lớn Nõ được ứng dụng rộng rãi cho nhiều HTT ở Si
Lanka, Thái Lan, Bangladesh, Philippines, Jamaica, Trung Quốc, Thổ Nhĩ Kỳ, An Độ,
Zimbabwe, Ai Cập, Hoa Kỳ,
~ Một số mô hình không thích hợp với điều kiện quản lý ở nước ta như OPDM vì nó
đổi hỏi phải cổ các số liệu thí nghiệm vỀ mức giảm sin và him số nước thực vật hoặc
mô hình CanalMan, SWAT không cho pháp tỉnh toán nhủ edu nước của cây trồng hay
IMS chi có thể áp dụng cho các HTT canh tác cây trồng cạn.
- Có thể cải tiễn, phát triển các mô hình theo hướng hiện đại hóa GS&DK để ứng dung
vào Việt Nam nhưng đòi hỏi phải có các chuyên gia tin học lành nghé và cần phái tổ.chức các lớp dio tạo, tập huỗn chuyên sâu cho các cần bộ kỹ thuật và nhà quản lý:CChing hạn như mô hình IMSOP đã được ứng dung ở bệ thống thủy nông La Khê, ViệtNam nhưng các chức năng còn hạn chế và cin phải đầu tr nhiễu kinh phí để nâng cấpthành mô hình GS&DK tự động từ xa.
Trang 28+ Nhận xét và đánh giá
Từ các kết quả nghiên cứu tổng quan và qua việc phân tích wu, nhược điểm, phạm vi4p dung và khả năng ứng dung của các mô hình lập kế hoạch QLVH và giám sắt, điềukhiển bán tự động trên đây cho thấy:
~ Để ứng dụng được các mô hình lập và hichỉnh kế hoạch vận hành HTT dựa trên.những số liệu quan tắc thực tẾ hàng ngày vào Việt Nam sẽ đồi hỏi đầu tư nguồn kinh
phi lớn Do đó, can phải đi sâu nghiên cửu tìm ra các giải pháp hợp lý, khả thi nhất về
phương thức và loại thit bị truyền thông tin cho hệ thing do đạc giám sát hùng ngày:~ Kết quả lập kế hoạch tưới và kế hoạch vận hành HTT đựa vào bốc thoát hơi nước củacay tring (ET©) được tỉnh toán ừ các số liệu khí tượng trung binh nhiễu năm hoặc ứngvới một tin suất nhất định thường khác khá nhiều so với thực tế QL.VH Vi vậy, yêucu nghiên cứu sử dụng một phương pháp khác đảng tin cậy hơn để tinh toán dự báosổ lệ khí tượng là ắt cần thết cho công tie quản lý vận hành các HTT.
~ Các mô hình lập kế hoạch QLVH và giám sát, điều khiển bản tự động trên thé giớiđều có xu hưởng tự nhiên được ning cấp, phát tiễn theo hướng tiếp cận hệ thống vàhướng tới tự động giám sát điều khiển các công trình từ xa (như mô hình OMIS)Những nhận xét và đánh giá nêu trên cùng với kết quả ph tích au nhược điểm chung
đã gợi ý một số định hưởng quan trọng cho việc nghiên cứu phát triển mô hình hiện
dại hóa quản lý vận hành các HTT ở Việt Nam như sau:
~ Mô hình hiện đại héa quản lý vận hành cần có chức năng quan tc giám sắt sự thayđổi của các yếu tố khí tượng, lớp nước mặt ruộng, độ dm trong ting đất nuôi cây vàmực nước tai ác công trình, vỉ trí in thiết, Hệ thông giám sit ci phải đơn giản, tiện
lợi, tin cậy và giá thành thấp, Sử dụng các công trình điều tiết, đo nước tự động theo
hu đó,"nguyên ý thủy lực sẽ là một rong những yếu tổ góp phần đạt được các yêu
= Cần nghiên cứu lựa chọn một phương pháp tinh toán dự bảo các yếu tổ khi tượng.thủy văn với độ chính xác và tin cậy cao hơnnay
- Cần thiết phải nghiên cứu bai toán quy hoạch da mục tiêu: không chỉ một mục tiêu.
kinh tế mà cá các mục tiêu về hiệu quả sử dụng tài nguyên nước - đắt - cây trồng.
Xô hình hiện đại hóa quan lý vận hình cần được định hướng phát triển theo hướng
tiếp cận hệ thống và từng bước tiến tới giám sắt, điều khiển tự động từ xa
Trang 29112 Các công trình nghiên cứu vé mô hình giám sắt và điều khiễn tự động từ xa
1.1.3.1 Khái quit chung
Hiện nay, các công trình nghiên cứu về mô hình giám sát và điều khi tự động từ xa
đều đi sâu nghiên cứu xây đựng các thuật toán, phần mém tính toán quản lý vận hànhvà ứng dụng các công nghệ tiên tiến, hiện đại trong việc giám sắt, điều khién tự động,các CTL từ trung tâm điều hành Dưới đây sẽ trình bày tổng quan vẻ đặc tính, chức.năng của một số mô hình SCADA tiêu biểu đã được công bổ thông qua các công trình.nghiên cứu trên thể giới.
1 Quản lý đồng chay và chất lượng nước (FOM - Flow and Quality Management)‘Tir những năm 1980, với các kết quả nghiên cứu về quản lý đồng chảy và chất lượngnước, Công ty Rubicon Systems của Australia đã xây dựng và phát tiển mô hìnhFOM Mô hình dé gồm 3 module chính [21]
~ Lập kế hoạch tưới (Irigaton Planning Module)
~ Mô phòng (Simulation) hệ thing tưới
~ Giám sát (Surveillance) và điều khiển tự động các công trình thủy lợi từ xa
Module lập kế hoạch tưới có chức năng hàng ngây cập nhật yêu cầu đăng nước do cáchộ ding nước đặt hing thông qua mạng điện thoại chuyên dùng có lip đặt hệ thôngIVR kết nối với cơ sở dữ liệu lưu tữ trong máy chủ ở trung tâm điều khiển Trên cơ sởđó, module nảy sẽ lập kế hoạch vận hành HTT vy, hoạt động cia hệ thongSCADA đạt hiệu quả cao, thường xuyên đáp ứng được các yêu cầu dùng nước.
2 Quân lý vận hành với sự trợ giúp của máy tinh (EAO - Exploitation Assiuée parOndinateur)
Với công trình nghiên cứu này, Hiệp hội quản lý kênh Provence của Pháp đã xây dụng
và phát triển mô hình EAO Mô hình này được áp dụng khá thành công va hiệu quá.
trong việc quản ý điều hành HTL Provence cung cắp nước cho cả một ving rộng lớnthuộc miễn Bắc nước Pháp.
EAO cho phép giám sắt và điều khiễn các công trình thủy lợi tự động từ một rung tâmGS&ĐK (CGTC - Centre Général de Tếlécontrôle) vả từ một số trạm lẻ Việc vậnhành cúc công tình phân phối, điều tết nước trên hệ thống tưới được thực hiện theonguyên ắc điề khiến “di ưu
Trang 303 Hệ thing đo đục và điều khiển từ xu (TC/TM - Tele-Control/Tele-Metering System)“Trong công tỉnh nghiên cứu nảy, Trường Đại học Quốc gia Seoul đã thiết lập mô hình
TCITM để trợ giúp cho việc quản lý điều hành tự động hệ thống tưới Macho ở Hàn
“Quốc Mô hình được đưa vào sử dụng tử cuỗi năm 1997 với 3 hệ thông thành phầm
~ Hệ thống thu thập thông tin, truyền thông theo phương thức điện thoại qua modem
(thiết bị định tuyển trên mạng Internet) và quản lý thông tin- Hệ thống trợ giúp cho việc lập kế hoạch ti.
~ Hệ thông trợ giúp ra quyết định QLVH (sử dụng kỹ thuật cuốn trình đơn - menu).4 Mé hành giảm sắt và điều khiển Klamath (Klamath SCADA)
Mô hình Klamath SCADA do Trung tim đảo tạo và nghiên cứu tưới thuộc Trường Đạihọc Bách khoa California (Hoa Kỳ) xây dựng và phát triển từ năm 2001 Thiết bị điềukhiễn bao gém cả các RTU và PLC Phin mém SCADA dược viết bằng ngôn ngữ lậptrình LookOut, Thiết bị truyền thông được sử dụng là các bộ thu phát vô tuyển trải phốSM (sir dụng pin năng lượng mặt ri) [1]
Klamath SCADA có chức năng tinh toán bốc thoát hơi nước của cây trồng và lập kế
"hoạch tưới nên các thông s6 điều khign công trình khổ sắt với yêu cầu thực tẾ.
5 Giám sắt nước - cậy tring và hệ thng thông tin quản lý (CWMIS - Crop-Water
Monitoring and Information System)
'Với các kết quả nghiên cứu về hệ thông giám sát nước và cây trồng, Trung tâm nghiêncứu tải nguyên nước thuộc Trường Đại học Utah (Hoa Kỷ) đã xây dựng và phát tiểnmột mô hình mới là CWMIS, Nó cho phép theo d6i diễn biển lớp nước mặt ruộng vàđộ âm tong đắt thông qua vệ nh
Hình 1.1: Diễn biển lớp nước mặt mộng và độ ấm đắt được quan trc từ vệ tỉnh
7
Trang 31Cin bộ quản lý hệ thống tưới và người nông din có thể tinh được thổi gian cũng như
lượng nước ein tưới trong vòng 16 ngày tiếp theo [22], [23]
CWMIS được thực hiện hoàn toàn trên mạng Internet va sử dụng công nghệ GoogleMaps nên nỗ rất thuận tiện và đễ dàng cho người sử dụng Có thể sử dụng mô hìnhthông qua điện thoại di động.
6 Mo hình kết nỗi đồng ruộng (FarmConnect Model)
Mô hình FarmConnect mới được Công ty Rubicon xây dụng và phát triển gần đây“Các module phân cứng và phin mém của FarmConneet được thiết kể, xây dựng đồngbộ (tích hợp) và thực hiện thông qua mạng Internet Mô hình này cho phép giám sát
tinh tang cây trồng và quản lý hệ thống tưới tự động từ xa nhờ những cảm biến độ âm,
mực nước và thiết bị di khiến tự động các của lấy nước [24] 251
Hình 1.2: FarmConnect giám sát va thông báo độ ẩm đất từ vệ tỉnh
112.2 Viediém
~ Hầu hết sác mô hình SCADA đều có chức năng giám sit những sé liệu quan trắcđịnh kỷ (từ vài giây, 10 phút, 15 phút hoặc lâu hơn) về các yêu tổ khí tượng, lớp nước:
mặt ruông, độ âm trong ting đắt nuôi cây và mục nước tại các công trình, vị tí cằm
thi Do đó, kết qua lập và hiệu chỉnh kế hoạch tưới, kế hoạch vận hành hệ thống kháchính xác, có thể đáp ứng tốt các địch vụ cung cắp nước, hiệu quả QLVH cao.
- Phin mềm SCADA thường được thế Ê và xây dựng bằng các bộ công cụ lập trình
SCADA chuyên dụng của những hãng phần mềm nỗi tiếng thé giới nên có độ tin cậy
cao, dễ ding kết nối với các bộ vi xử lý có chuin đầu vào ra (U0) khác nhau,
Trang 32Các mô hình SCADA trên thể giới chủ yếu sử dụng công nghệ truyền thông vô tuyểnvà cố xu thé rắt rõ rột trong việc khai thác tiệt để tỉnh ưu việt về truyền thông củamạng Internet cũng như mạng thông tin di động toàn cầu (UMTS 3G/4G)
1.123 Hạn chế
~ Phin mém tính toán SCADA hẳu như hoàn toàn độc lập với phẩn mềm quản QLVHén khó có thể đáp ứng kịp thời yêu cầu QLVH khi nhu cầu ding nước và khả năng.cung cấp của nguồn nước thay đổi nhanh chồng,
~ Hiện nay, hầu hết các mô hình công nghệ SCADA chi chủ yếu thực hiện các chức"năng "tự nhiên" của chúng là giám sát và điều khiển HTT theo một mục tiêu duy nhấtsao cho cung cấp đủ nước mà chưa chú trong đến mục tiêu hiệu quả tổng thể của HT,- Kinh phi đầu tu và duy tri, bao đưỡng các hệ thông SCADA lớn
~ Những trang thiết bị truyền thông, GS&DK trong các mô hình SCADA ở nước ngoàitiếng như Allen Bradley, Nationalphần lớn đều là nhập ngoại, đất tiền từ các hang ni
Intumens, Siemens, Motorola Hơn nữa, nhiều trang thiết bị đó phải di kèm vớidịch vụ kỹ thuật ton gối như mô bình CWMIS, FarmConnect và các phần mém đấttiền ding cho lập tình SCADA, Intemet từ những hãng nổi tiếng như Wonderware(iTouch), National Intruments (LookOu0, Interlution,
1.1.24 Pham ví áp dung và khả năng ứng dụng vào Viết Nam
- Các mô hình SCADA chủ yến được áp dụng nhiều ở các quốc gia phát iển như HoaKỳ, Pháp, Ue,
- Nhiều mô hình SCADA không có chức năng tinh toán nhu cầu nước của các loại cây
trồng trên đồng ruộng như FQM, BAO, TC/TM, nên không có triển vọng ứng dụng
trong điều kiện Việt Nam, Một số mô hình khác như CWMIS, EarmConncot cũng ít cókhả năng áp dụng được vi đồi hỏi phải giám sắt qua vệ tính và hầu hết các thiết bịGS&DK đều phải mua của Rubicon và nhập ngoại
- VỀ mặt kỹ thuật có thể cải tiến và ứng dụng mô hình FQM cho các HTT nhỏ và vừa
phí đầu tư sẽ lớn Dự án “Nâng cao năng lực vận hành và duy tu.
ở nước la nhưng o
bảo dưỡng các hg thống thủy lợi" ~ TA No.1968-VIE (TA: ) do Ngân hàng phát triểnchâu A ti trợtrước đây đã bước đầu nghiên cứu ứng dụng mô hình FOM ở HITTL BắcNghệ An và IITTL Sông Chu nhưng thấy khó khả thi và phải dừng lại
19
Trang 33- C6 thể áp dụng TC/TM cho các HTT nhỏ ở nước ta khi chưa có đủ điều kiện đầu tư
xây dựng hệ thống SCADA hoàn chính nhưng cằn phải đảm bảo các trang thiết bị điều
khiển, đo đạc tự động, truyền thông có thé được sử dụng rệt để khi có điều kiệnhoàn chỉnh hệ thống SCADA.
+ Nhận xét và đánh giá
Voi những kết quả nghiên cứu tổng quan và phân tích wu, nhược điểm trên đây của các
mô hình giám sát và di
khiến tự động từ xa, có thể rút ra các nhận xét, đánh giá sau
~ Trên thé giới, mỗi một mô hình SCADA được xây dựng thường chỉ là để áp dụngcho một HTT cụ thể biệt Chưa có mô hình SCADA thíchhợp nào có thé ứng dung tực tiếp trong điều kiện Việt Nam.
' những điều kiện rid
~ Ở nước ta, quả trình và tốc độ ứng dung các công nghệ mới, hiện đại nói chung và
ứng dụng công nghệ SCADA nói riêng thưởng rất chậm Vì vậy, muốn phát huy
những tinh năng wu việt của công nghệ SCADA trong quản lý vận hành các HTT cần
phải định hướng nghiên cứu sao cho với những HTT được quan trắc, vận hành thủcông; rồi cả những HTT được quan tắc, vận hành bán tự động vẫn có thể được
hệ thống SCADA.và giảm sắt, điều khiễn nhờ các chức năng có th
- Phin mim SCADA cần được nghiên cứu thiết kế và xây dựng đồng bộ với phần
mềm quản lý vận hành HTT mới có thé đáp ứng được những yêu cầu lưu trữ, truy cập,xử lý thông tin nhanh chống và GS&DK tứ thời dựa trên các s liệu quan trắc
~ Hiện nay, các mô hình công nghệ SCADA chỉ chủ yếu thực hiện các chức năng “tựnhiên" của chúng lả giám svà điều khién HTT sao cho cung cấp đủ nước mà chưa.chú trọng đến mye tiêu hiệu quả toàn diện của HTT Do đó, ở nước ta cần nghiên cứu
SCADA tin cậy, linh hoạt
- Cần nghiên cứu phát triển các mô hình SCADA theo xu hướng khai thác triệt để tính
xây dựng mô hình hiện đại hóa theo định hướng công ngh
tụ việt về truyền thông của mạng Internet cũng như mạng thông tin di động toàn cầu.Tir các nhận xế, đánh giá trên diy cho thấy: việc nghiên cứu xây dựng mô hình hiệnđại hóa quản lý vận hành HTT ở Việt Nam cần theo định hướng công nghệ SCADAtin cây, khi th, tim lợi, nội dia hóa và gi thành thấp
Trang 341:2 Tổng quan nh hình nghiên cứu ở Vigt Nam
“Trước năm 1990, ở nước ta hầu như chưa có công trình khoa học nào đi sâu nghiêncứu về các mô hình quản lý vận hành HTT theo hướng tiếp cận hiện đại hoá.
"Đến những năm cuối của thé ky 20 mới có một số mô hình QLVH theo hướng hiện đại
hoá được xây dựng, phát triển và áp dung vào thực tế QLVH các HTT, chẳng han như
các mô hình quản lý điều hành: HTTN Dan Hoài, HTTN Thạch Nham, HTTN BắcHưng Hải, HTTN Sông Chu, và mô hình IMSOP được cải tiến, áp dụng thực tế ởHTTN La Khê Thực chất đó là các mô hình lập kế hoạch vận hành và hỗ trợ bán tựđộng giám sắt, điều khiển tại chỗ.
Từ năm 2001 đến năm 2004, ba dé tài NCKH về hiện đại hóa QLVH thuộc Chương
trình KHCN trọng điểm cấp Bộ: “Nang cáp, từng bước hiện đại hỏa, da dạng hoa
mục tiêu khai thắc sử dung các công trình thủy lợi" |3] đã di sâu nghiên cứu xây
đựng 3 mô hình công nghệ SCADA: SCADA/MAC, VKHTLMB SCADA,VKHTLMN SCADA Ba mé hình SCADA đó được triển khai áp dụng lần đầu tạiHTTN Pha Sa, HTTN Ap Bắc ~ Đông Anh, HTTN Go Công (Tiền Giang).
Từ năm 2008 đến năm 2012, Dự án 16 trợ thủy lợi Việt Nam (VWRAP) đã nghiêncứu thiết kể, xây dựng 4 mô hình công nghệ SCADA khác là BCEOMI SCADA
(được ứng dụng ở HTT Yên Lập, BCEOM2 SCADA (được ứng dụng ở HTT Cầu Som
- Cim Sơn và HTT Ké Gỗ), HASKONING SCADA (được ứng dụng ở HTT Phú
Ninh, Đá Bản), BRLI SCADA (được ứng dụng ở HTTL Dau Tiếng).
Dưới đây sẽ trình bảy khái quit vỀ các công trình nghiên cửu cũng như ưu nhượcđiểm và khả năng ứag dụng của các mô hình QLVH kể trên.
12.1 Các công trình nghiên cửu về mô hình lập kế hoạch quản lýgiám si, điều khiên bán tự động
2.11 Quản lý điều hành HTTN Dan Hoài (QLDH Dan Hoài
CChối năm 1995, đề ải nghiên cứu về quản lý điều hành nay được hoàn thành và đưavào áp dung tai HTTN Đan Hoài (ác giá của Luận ấn này đã tham gia thiết lập, xâymg mô hình QLĐH với vai trò là chủ nhiệm hạng mục "Điều hành hệ thông tưới")Mô hình QLDH Đan Hoài có các chức năng chính là lập kế hoạch tưới, kế hoạch vận.hành bệ thống và hỗ trợ giám sit, vận hình tr động trạm bơm Dan Hoài, cổng lấynước đầu mỗi Bá Giang.
2
Trang 35a) Un điểm:
~ Mô hình cho phép tinh toán nhu cầu nước mặt ruộng của các loại cây trồng.
~ Trạng thái lớp nước mặt ruộng và động thái âm trong đất được tính toán, mô phỏngliên tục theo năm nông lịch nên có thé đáp ứng được yêu cầu thực tẾ trong công tác
quan trắc, theo đði và vận hành các công trình.
- Các kết quả được phân tích từ mô hình đã bước đầu cho phép người quản lý ra các
“quyết định nhanh chóng và điều hành HITT hiệu quả hơn,
5) Hạn chế:
Mô hình QLDH Đan Hoài tuy đã mô hình hóa bài toán lập kế hoạch quản lý khai thácing với 7 him mục tiêu nhưng lại chưa đưa vào các hàm mục tiêu cụ thể khi lập.Ê hoạch vận hành hệ thống
©) Phạm vi và khả năng ứng dụng:
~ Mô hình đã được ấp dụng ở HTTN Dan Hoải và HTTN Nha trình - Lâm Cấm,
= Có thé áp dụng khá phù hợp cho các HIT nhỏ và vừa ở Việt Nam khi chưa có điềukiện sây dựng hệ thống GS&DK tự động từ xa
1.2.12 Hệ thing bán tự động quản lý điều hành HTTN Thạch Nham
Trong công trình nghiên cứu này, mô hình quản lý điều hành bán tự động HTTN
“Thạch Nham được xây dựng và đơn ra ứng dụng trong năm 1998, Đồ là sản phẩmnghiên cứu phối hợp của một số giảng viên, cán bộ Trường Đại học Thuỷ lợi, Trungtâm dự báo khí tượng thuỷ văn Quốc gia, Viện Khí tượng thuỷ văn và Công ty Quan lý:khai thác CTTL tinh Quảng Ngãi.
Mô hình có các chức năng trợ giúp cho việc điều hành trên cơ sở: giải quyết 3 bài toán.
sơ bản được dit ra rong công tic quản lý nước ở HTTN Thạch Nham [26] [27]
~ Lập kế hoạch sử đụng nước
~ Quản lý vận hành hệ thống trong ma mưa lũ
~ Điễu hành hệ thống phục vụ cấp nước trong mùa kiệt
4) Un điểm:
~ VỀ cơ bản, mô hình được xây dựng trên quan điểm của lý thuyết phân tích hệ thống.- Các số liệu khi tượng, thủy văn đầu vào mô hình được tinh toán từ mô hình ARIMA,
nên khá phủ hợp với thực tế
Trang 36~ Cho phép tinh toán nhu cầu nước của nhiều loại cây trồng
~ Mô hình đã bước đầu cho phép người quản lý ra các quyết định điều hành HTT đạthiệu quả cao hơn [28],
~ Số liệu khí tượng, thủy văn tính theo trung bình tháng nên không phù hợp với việclập kế hoạch quan lý vận hành HTT.
~ Mô hình phải sử dụng kết hợp với 2 mô hình khác của nước ngoài là STATISTICA,HEC-RAS nền phần mềm đi kẻm có các giao diện và phông chữ bằng tiếng Anh chưa
được Việt hoá nên không thuận tiện và khó sử dụng đối với cán bộ, nhân viên của các
công ty quản ý khai thác CTTL.6) Phạm ví và khả năng áp dựng
~ Mô hình chỉ mới được áp dung 6 HTTN Thạch Nham.
- số khả năng áp dụng rộng rãi vi mô hình này được xây dụng chỉ nhằm giải quyếtbài toán QLVH cụ thể ở Thạch Nham.
1.2.1.3 Quản ý điu hành HTTN Bắc Hưng Hải (OLDH Bắc Hưng Hải)
“Từ cuỗi năm 1998, một số chuyên gia thuộc Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn,
“Trường Đại học Thuy lợi và Viện Nghiên cửu Khoa học Thuy lợi đã nghiên cứu thiết
lập một mô hình mới phục vụ cho việc điều hành HTTN Bắc Hưng Hải Mô hình da đisâu tiếp cận lý thuyết phân ích hệ thông và mô phỏng các trang thái đồng chảy trên hệthing khá thích hợp Chúc năng chính của mô hình là lập kế hoạch vận hành và hỗ trợgiám sit, vận hành tự động các cổng lấy nước.
Trang 37‘b) Hạn chế:
Mô hình QLDH Bắc Hưng Hai sử dụng hệ thống tryén dữ liệu qua mạng điện thoạisông cộng, day là gii pháp truyền dữ liệu phổ biển nhất, chỉ phí it nhất và ph hợp vớimặt bing công nghệ thời điểm đó nhưng có hạn chế là tốc độ truyền tin hiệu GS&DKthường bị trễ và khi đó không đáp ứng kịp thời yêu cẳu của công tác QLVH thực tế.©) Pham vi và khả năng áp dung:
~Mô hình mới chỉ được áp dụng ở HTTN Bắc Hưng Hải.
- Không có khả năng áp dụng rộng rãi vì hiện nay rit ític HTT sử dung mạng điệnthoại công cộng phục vụ cho công tác GS&DK bán tự động.
12.14 Nghiên cứu cải tiễn mô hình IMSOP dé điều hành phân phối nước hợp.ning cao hiệu quả sử dụng nước của hệ thống tưới bằng bơm ở đồng bằngsông Hằng (Mô hình IMSOP cdi tến)
Mô hình IMSOP cải tiến thực chất là mô hình IMSOP của nước ngoài được nghiêncứu cải tiến để áp dụng vào HTTN La Khê Nói chung, các ưu nhược điểm của mô.
hình này như đã đượcbảy chi tiết trong phần 1.1 Ở đây chỉ nhắn mạnh mộiuu điểm chính vả kha năng ứng dụng của nó khi đã được cải tiến [29].
Xô hình cho phép tính toán, mô phỏng các HTT lớn với nhiều loại cây tring vã các
đối tượng sử dụng nước khác nhau.
~ Các số iệu khí tượng, thiy văn được cập nhật hing ngày: kết quả tinh toán như cầunước của các loại cây trồng trơng đối chính xác cỏ thể dip ứng vé cơ bản các yêu cầutrong tính toán quản lý vận hành HTT.
- Mé hình đã được áp dụng ở HTTN La Khê và bước đầu triển khai ở HT Đan Hoài
~ HMSOP cỏ thé tiếp tục được cải tiến, phát triển thinh mô hình GS&DK tự động tử.
xa sử dung công nghệ Internet trong điều kiện Việt Nam.
1.2.2 Các công trình nghiên cứu về mô hình giám sát và điều khiển tự động từ xa1.2.2.1 Nghiên citu áp dung khoa học công nghệ tiên tiến từng bước hiện đại hod
công tác quản lý điều hành hệ thong thuỷ nông Phi Sa, Hà Tây (Mô hình
Sản phẩm của đề ti NCKH trong điểm cấp Bộ: "Nghiên cứu áp dung khoa học côngnghệ tiên tiển từng bước hiện đại hoá công tác quản lý điều hành hệ thống thuỷ nôngPhù Sa, Hà Tây" là mô hình SCADA/MAC được hoàn thiện và ấp dụng lẫn đâu tiên
Trang 38tai HTTN Phi Sa vào năm 2002 Mô hình và phần mém SCADA/MAC đã được Bộ
Khoa học và Công nghệ, Uy ban Nhân dan Thành phố Ha Nội và Uỷ ban Nhân dân
“Thành phố Hỗ Chi Minh cắp gi
'Hội chợ Công nghệ và Thiết bị Việt Nam - TechMart 2003 theo Quyết định số 1969
/QD-BKHCN ngày 14/10/2003 Tác giả của luận án này là chủ nhiệm dé tải nói trên
và cũng chính là ti giả của mô hình SCADA/MAC,
- Thanh phần thứ hai: "Lập ké hoạch quản lý tưới" là công cụ tính toán nhủ cầu nước
của các loại cây trồng và lập kế hoạch dùng nước.
- Thành phần thứ ba: "Lập kế hoạch quản lý vận hành HITT” có chức năng tính toncác thông số vận bành các công trình thủy lợi và GS&ĐK tự động tại chỗ.
~ Thành phần thứ 4: "Giám sit và điều khiển tự động từ xa (SCADA)” cho phép thếlập hệ thống SCADA quan trắc, theo dõi lớp nước mặt ruộng, độ ẩm trong ting đất
nuôi cây, các yếu tổ khí tượng chính, mực nước tại những vị trí
đồng, mỡ và độ mử cửa cổng: trang thái bật, tt các máy bom cùng với chức năngđiều khiển các cửa công và máy bom,.
- Thanh phin thứ 5: "Đánh giá hiệu quả quản lý vận hành HTT" bằng phin mém trực
tuyến OIBS chạy trên mạng Internet, cho phép tỉnh toán ra 4 nhóm chỉ số về: vận
hành, kinh tế, tai chính và môi trưởng.4) Ui điểm:
- Mô hình SCADA/MAC được xây dựng, phát triển dựa trên các mô hình và hệ thống,
giám sát, điều khiển: FQM, Goulburn Murray SCADA của Australia; Klamath
SCADA của Hoa Kỳ, Mekorolh SCADA của Israel Vì
SCADA/MAC có các ưu điểm như của mô hình FQM và Clamath SCADA đã được.i x8 oot bin
nêu trong phin 1.1.2 Ngoài ra, nổ côn có những ưu điểm khác được ligt kẻ dưới diy~ Mô hình sử đụng ngôn ngữ lập tinh Microsoft Visual Basie và hệ quản tri cơ sở dữliệu Microsoft SQL Server để lập trình SCADA nên giá thành rẻ và hoàn toàn chủ.động phát tiễn.
35
Trang 39- Pha n sit và điều khilớn thiết bị gi (cảm biến và PLC) cĩ thể mua của các hãng,
nổi tiếng như Omron (Nhật Bản), Istee (Hàn Quốc) với chất lượng tin cậy và giá cả
hợp lý (chỉ bằng khộng 1/3 + 1⁄4 so với mua của các hing châu Âu, châu Mỹ).
- Giao điện phần mềm SCADA cĩ thé được hiễn thi, giám sit và điều khiễn từ xa qua
mạng Internet nhờ phần mềm PCAnywhere Do đĩ, các cán bộ lãnh đạo cơng ty và
phịng kỹ thuật cĩ thể sử dụng những thơng tin GS&DK tức thời, phục vụ kịp thổi cho
việc ra quyết định khi cần thiết,
Năm 2010 hệ thing SCADA/MAC được
(Ninh Thuật(SM)
1g dụng thử nghiệm ở HTTN Phước Thiệnkh đồ sử dụng hệ thống trun thơng vơ tuyển qua các modem tri phổ5) Nhược điểm: Kinh phi đầu tư và duy trì hệ thống GS&ÐK khá lớn, nhất ki khi sửdụng hệ thống truyền thơng của hãng Motorola bao gồm CPM-M MOSCAD,MOSCAD RTUs, GM 300, GM 332, ee thiết bị chống sớt và phí thuê bao tins.©) Phạm vì và khả năng ứng đụng:
“Cổ thể áp dụng tốt cho các HTT tương tự như HTT Phù Sa và cổ tính tu việt khi cầnxây dung lắp đặt hệ thống GS&DK ở các ving khơng cĩ mạng điện thoại cơng cộngvà Internet.
12.2.2 Nghiên cu áp đụng khoa học cơng nghệ tiên tin trong quản ý vận hành hệthẳng thu nơng Ap Bắc - Nam Hang (Mơ hình VKHTLMB SCADA)
“Cơng trình nghiên cứu nay do Viện khoa học thủy lợi miễn Bắc (trước đây) thực hiện.Sản phim là mơ hình VKHTLMB SCADA được nghiên cứu xây dựng và phát triển
chủ yêu đựa trên các mơ hình - bệ thing SCADA của các nước châu Âu và được ứng
dụng lần đầu tại HTN Ap Bắc - Nam Héng (Đơng Anh, Hà Nội)Mơ hình VKHTLMB SCADA gồm cĩ 3 thành phần chính [3]~ Trung tâm GS&DK.
~ Hệ thống truyền thơng tin hữu tuyển thơng qua các máy điện thoại quay số của Việt
Nam Các giao diện GS&DK chỉ được hiển thị tạ trung tâm GS&DK Gin đ
hình GS&ĐK này được cải tiến và chuyển din sang dùng hệ thơng truyền thơng võ
~ Các thiđt bị đầu cuỗi (RTU, PL và cảm biển), Một số thiết bị vi xử lý được ci tiếnin khoa học thủy lợi miễn Bắc (trước đây) tự ch tạo
Trang 40a) Un điểm:
~ Kinh phí đầu tư và duy trì bg théng GS&ÐK không nhiều, thết bị để kiếm và dễ thay
thé, Công nghệ truyền dữ liệ tận dụng được thé mạnh truyễn thống của nền tảng hạting mạng điện thoại công công chi phí quản lý, duy tu bảo dưỡng hoàn toàn dongành Bưu chính Viễn thông đảm nhiệm.
~ Các trang thiết i cổ thể tự sản xuất với gi thành tương đổiÐ) Nhược điềm.
- Phin mềm SCADA độc lập với phin mém QLVH HITT nên mô hình này kém linhhoạt, xử lý thông tn châm chap không dip ứng được yêu cầu GS&DK tức thời.
~ Các thông in giảm sắt vé mực nước, độ mở công, trọng thi làm việc của mấy bơmva lệnh điều khiển được truyền qua mạng điện thoại ên mắt thời gian quay số, tốc độtruyền chậm, chu kỳ quét thường không được liên tục do hiện tượng trễ tín hiệu và.hải quay số hi, Các in hiệu trayén qua mạng điện thoại có cÍ lượng không én định
và đ bị nh hưởng của các nhiễu do thi it và các yếu tổ bắt thường
~ Cán bộ lãnh đạo công ty không được cung cấp, cập nhật các thông tin GS&ÐK mộtcách tức thời, các cơ sở dữ liệu được lưu trữ thường thưaigián doan, khó phục vụ kịp
ời cho người quản lý ra quyết định khi khẩn.
- Không chủ động được các trang thếtbị truyền thông tin,
~ Thường các thiết bị GS&DK có chất lượng và tuổi thọ không cao,
~ Mạng điện rộng (WAN),
27