Toàn văn luận án Nghiên cứu xây dựng mô hình bơm tưới hợp lý cho vùng đồng bằng sông Cửu Long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN TIẾN THÁI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH BƠM TƯỚI HỢP LÝ VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN TIẾN THÁI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH BƠM TƯỚI HỢP LÝ VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Chuyên ngành: Quy hoạch quản lý tài nguyên nước Mã số: 62-62-30-01 Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Lê Chí Nguyện PGS.TS Nguyễn Tuấn Anh HÀ NỘI, NĂM 2016 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan công trình nghiên cứu thân tác giả Các số liệu, kết trình bày luận án trung thực, phần công bố tạp chí khoa học chuyên ngành, phần lại chưa công bố công trình nghiên cứu khác.Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận án Nguyễn Tiến Thái i LỜI CÁM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới: GS.TS Lê Chí Nguyện PGS.TS Nguyễn Tuấn Anh Những người thầy tận tình hướng dẫn giúp đỡ tác giả suốt trình thực luận án Tác giả xin trân trọng cảm ơn ý kiến trao đổi khoa học nhà khoa học tham dự buổi hội thảo mở rộng luận án tiến sĩ tác giả Tác giả xin trân trọng cảm ơn nhận xét bổ ích thành viên Hội đồng bảo vệ cấp sở luận án tiến sĩ tác giả Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Thủy lợi, Phòng Đào tạo đại học Sau đại học, Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, Bộ môn Kỹ thuật hạ tầng Phát triển nông thôn, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trình nghiên cứu Tác giả xin cảm ơn gia đình bạn bè động viên tác giả suốt tình thực luận án Một lần nữa, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tất giúp đỡ quý báu Tác giả luận án Nguyễn Tiến Thái ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH viii  DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU x  MỞ ĐẦU 1  Tính cấp thiết đề tài 1  Mục đích nghiên cứu .2  Đối tượng phạm vi nghiên cứu 2  Nội dung nghiên cứu .2  Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 3  Ý nghĩa khoa học thực tiễn 4  Những đóng góp luận án 4  Bố cục luận án 4  CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6  1.1 Tổng quan toán quy hoạch, thiết kế tối ưu 6  1.1.1 Ngoài nước 6  1.1.2 Trong nước 10  1.2 Tổng quan tình hình sử dụng máy bơm xây dựng trạm bơm ĐBSCL 12  1.2.1 Về xây dựng trạm bơm .12  1.2.2 Về loại máy bơm 14  1.2.3 Hình thức kết cấu nhà trạm 16  1.2.4 Quản lý vận hành .18  1.3 Tổng quan điều kiện tự nhiên vùng ĐBSCL 19  1.3.1 Quá trình hình thành ĐBSCL 19  1.3.2 Địa hình 22  1.3.3 Mạng lưới sông rạch 23  1.3.3.1 Hệ thống sông rạch thiên nhiên .23  1.3.3.2 Hệ thống kênh đào 23  1.3.4 Địa chất .25  1.3.5 Đất đai - Thổ nhưỡng 26  iii 1.3.6 Đặc điểm mưa 27  1.3.7 Đặc điểm thủy triều .27  1.4 Một số kết luận rút từ phần tổng quan .28  CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÔ HÌNH BƠM TƯỚI HỢP LÝ 31  2.1 Cơ sở lý thuyết phân tích hệ thống ứng dụng nghiên cứu xây dựng mô hình bơm tưới hợp lý 31  2.1.2 Nguyên lý tiếp cận hệ thống 32  2.1.3 Phương pháp mô phương pháp tối ưu hóa phân tích hệ thống 33  2.1.4 Hệ thống tiêu đánh giá 34  2.2 Mô hình mô .35  2.2.1 Khái niệm mô .35  2.2.2 Những đặc trưng cần phản ánh xây dựng mô hình mô mô hình bơm tưới .36  2.2.3 Thiết lập mô hình mô mô hình bơm tưới 36  2.3 Bài toán tối ưu mô hình bơm tưới 37  2.3.1 Bài toán tìm cực tiểu cực đại 37  2.3.2 Một số khái niệm 37  2.3.2.1 Biến (hay biến chính) .38  2.3.2.2 Ràng buộc (hay điều kiện ràng buộc) 38  2.3.2.4 Hàm mục tiêu 38  2.3.3 Đặt toán 40  2.3.4 Lựa chọn phương pháp giải toán tối ưu 40  2.3.4.1 Phương pháp quét có biến điều khiển .41  2.3.4.2 Phương pháp quét có nhiều biến điều khiển 43  2.4 Thiết lập bước nghiên cứu xây dựng mô hình bơm tưới hợp lý 45  2.5 Lựa chọn hàm mục tiêu 46  2.5.1 Các tiêu tối ưu để xây dựng hàm mục tiêu 46  2.5.1.1 Chỉ tiêu tối ưu chi phí tĩnh 47  2.5.1.2 Chỉ tiêu tối ưu chi phí động 49  iv 2.5.1.3 Chỉ tiêu tối ưu lợi nhuận .50  2.5.1.4 Chỉ tiêu tối ưu giá trị 50  2.5.2 Lựa chọn tiêu tối ưu làm hàm mục tiêu 50  2.5.3 Điều kiện ràng buộc hàm mục tiêu .50  2.5.4 Các biến số hàm mục tiêu .51  2.5.4.1 Nhóm biến số không điều khiển 51  2.5.4.2 Nhóm biến số điều khiển 52  2.6 Cách xác định thành phần hàm mục tiêu 53  2.6.1 Tổng chi phí xây dựngđơn vị .53  2.6.1.1 Chi phí xây dựng công trình đầu mối trạm bơm 53  2.6.1.2 Chi phí xây dựng hệ thống kênh mương 54  2.6.2 Chi phí quản lý hàng năm bình quân đơn vị .55  2.6.2.1 Chi phí lượng 56  2.6.2.2 Chi phí lương 61  2.6.2.3 Chi phí sửa chữa thường xuyên .61  2.6.2.4 Chi phí quản lý doanh nghiệp 62  2.7 Thuật toán bước giải toán tối ưu mô hình bơm tưới 62  2.7.1 Trình tự thực tính toán sơ đồ khối trường hợp (hình 2.8) .62  2.7.21 Trình tự thực tính toán sơ đồ khối trường hợp (hình 2.9) 63  2.8 Lập chương trình tính toán 66  2.9 Kết luận chương 66  CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỂ XÂY DỰNG MÔ HÌNH BƠM TƯỚI HỢP LÝ VÙNG ĐBSCL 69  3.1 Mô thông số mô hình bơm tưới 69  3.1.1 Cột nước bơm tưới .69  3.1.1.1 Cột nước địa hình 69  3.1.1.2 Cột nước bơm tưới 75  3.1.2 Loại máy bơm loại hình nhà trạm bơm 76  3.1.3 Lưu lượng trạm bơm 77  3.1.4 Diện tích trạm bơm phụ trách .79  v 3.1.5 Hình dạng khu tưới 80  3.2 Mô quan hệ chi phí xây dựng trạm bơm với số tổ máy bơm 80  3.2.1 Thiết kế trạm bơm 82  3.2.2 Lập chi phí xây dựng theo số tổ máy bơm 82  3.3 Mô quan hệ chi phí xây dựng kênh mương với lưu lượng trạm bơm 86  3.3.1 Bố trí hệ thống kênh mương 86  3.3.2 Thiết kế hệ thống kênh mương 87  3.3.3 Lập chi phí xây dựng 87  3.3.4 Tìm mối quan hệ chi phí xây dựng kênh mương với lưu lượng trạm bơm 88  3.3.4.1.Phân tích tương quan chi phí xây dựng kênh mương với lưu lượng trạm bơm .88  3.3.4.2 Xây dựng hàm quan hệ chi phí xây dựng kênh mương với lưu lượng trạm bơm .88  3.4 Các số liệu đầu vào mô hình 91  3.4.1 Số liệu để tính chi phí lượng .91  3.4.2 Số liệu để tính chi phí lương .93  3.4.3 Số liệu để tính chi phí sửa chữa thường xuyên 93  3.4.4 Số liệu để tính chi phí quản lý doanh nghiệp 94  3.4.5 Các số liệu khác 94  3.5 Kết mô hình bơm tưới hợp lý cho ĐBSCL (trường hợp 1) 94  3.5.1 Khu ven sông Tiền sông Hậu .94  3.5.1.1 Khu cao không ngập úng 94  3.5.1.2 Khu địa hình trung bình ngập nông .95  3.5.1.3 Khu địa hình cao ngập sâu 95  3.5.2 Khu chua nội địa Đồng Tháp Mười 96  3.5.3 Khu chua Tứ Giác Long Xuyên 96  3.5.4 Khu mặn bán đảo Cà Mau 96  3.5.4.1 Khu mặn có khả tiếp nước từ sông Hậu 96  3.5.4.2 Khu mặn khả tiếp nước từ sông Hậu 97  vi 3.6 Áp dụng chương trình tính toán cho vùng tưới có quy mô xác định (trường hợp 2) 97  3.6.1 Mô tả khái quát vùng tính toán 97  3.6.2 Các thông số đầu vào vùng tính toán 97  3.6.3 Kết tính toán 98  3.7 Kết luận chương 101  KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .103  DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 105  TÀI LIỆU THAM KHẢO 106  vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1 Đầu bơm sử dụng trạm bơm điện Tiền Giang 14  Hình Đầu bơm tự chế - Máy bơm nước ( Mộc hóa – Long An) 15  Hình Tổ máy bơm - Trạm bơm Văn Giáo .15  Hình Trạm bơm tự xây người dân huyện Ô Môn – Thành phố Cần Thơ .16  Hình Trạm bơm xã Tiết - An Giang 17  Hình Trạm bơm tăng áp 3-2 -An Giang 17  Hình Các cửa sông sông Tiền sông Hậu 20  Hình Hình ảnh vùng biển cổ ĐBSCL cách 5000 đến 6000 năm 21  Hình Bản đồ vùng ĐBSCL ngày 21  Hình 10 Ban đồ địa hình ĐBSCL .22  Hình 11 Hệ thống sông ĐBSCL 24  Hình 12 Hệ thống sông, kênh rạch ĐBSCL .24  Hình 13 Diện phân bố trầm tích amQII2-3 ĐBSCL 25  Hình 14 Bản đồ đất vùng ĐBSCL 26  Hình 15 Bản đồ đẳng trị mưa năm ĐBSCL .27  Hình 16 Đường trình mực nước triều tiêu biểu ĐSCL 28  Hình Sơ đồ khối phương pháp quét 42 Hình 2 Quét với bước quét trở lại thay đổi .43  Hình Quét không gian hai chiều với bước không đổi 44  Hình Quét không gian hai chiều với bước thay đổi 45  Hình Sơ đồ bước nghiên cứu xây dựng mô hình bơm tưới hợp lý 47  Hình Sơ đồ khối tính bình quân gia quyền lượng tiêu thụ cho trường hợp .59  Hình Sơ đồ khối tính bình quân gia quyền lượng tiêu thụ cho trường hợp .60  Hình Sơ đồ thuật toán quét hàm mục tiêu C*p = C*p(f,n,h,p) 64  Hình Sơ đồ khối thuật toán quét hàm mục tiêu C*p = C*p(p) 65  Hình 10 Giao diện khởi động chương trình 67  viii 3.5.2 Khu chua nội địa Đồng Tháp Mười Bảng 23 Kết mô hình bơm tưới tối ưu khu chua nội địa ĐTM Dạng khu tưới Loại Hb Q1m η Nb Qtrạm Diện tích Tổng chi Loại phí đơn vị nhà (VNĐ/ha) trạm máy Số máy (m) (m3/s) (%) (KW) (m3/s) 10HTĐ80 2.3 0.210 67.0 7.07 0.630 331.6 14,664,164 II 10HTĐ80 2.3 0.210 67.0 7.07 0.630 331.6 15,188,350 II 10HTĐ80 2.3 0.210 67.0 7.07 0.630 331.6 14,969,890 II (ha) 3.5.3 Khu chua Tứ Giác Long Xuyên Bảng 24 Kết mô hình bơm tưới tối ưu khu chua TGLX Dạng khu tưới Loại η Diện tích Tổng chi phí đơn vị (ha) (VNĐ/ha) 0.440 308.0 6,323,688 3.34 0.440 308.0 6,534,871 3.34 0.440 308.0 6,453,537 Hb Q1m máy Số máy (m) (m3/s) 200HH200 2.2 0.110 71.0 3.34 200HH200 2.2 0.110 71.0 200HH200 2.2 0.110 71.0 Nb Qtrạm (%) (KW) (m3/s) Loại nhà trạm Kiểu móng tách rời 3.5.4 Khu mặn bán đảo Cà Mau 3.5.4.1 Khu mặn có khả tiếp nước từ sông Hậu Bảng 25 Kết mô hình bơm tưới tối Dạng khu tưới Loại η Diện tích Tổng chi phí đơn vị (ha) (VNĐ/ha) Hb Q1m máy Số máy (m) (m3/s) 10HTĐ80 2.3 0.210 67.0 7.07 0.630 412.1 11,526,454 10HTĐ80 2.3 0.210 67.0 7.07 0.630 412.1 11,948,167 10HTĐ80 2.3 0.210 67.0 7.07 0.630 412.1 11,772,414 96 N Qtrạm (%) (KW) (m3/s) Loại nhà trạm II 3.5.4.2 Khu mặn khả tiếp nước từ sông Hậu Bảng 26 Kết mô hình bơm tưới tối ưu Dạng khu tưới Loại η Diện tích Tổng chi phí đơn vị (ha) (VNĐ/ha) 0.440 334.8 5,607,447 3.34 0.440 334.8 5,801,735 3.34 0.440 334.8 5,726,908 Q1m máy Số máy Hb (m) (m3/s) 200HH200 2.2 0.110 71.0 3.34 200HH200 2.2 0.110 71.0 200HH200 2.2 0.110 71.0 Nb Qtrạm (%) (KW) (m3/s)   3.6 Áp dụng chương trình tính toán cho vùng tưới có quy mô xác định (trường hợp 2) Chọn hệ thống trạm bơm Ông Cha, huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang để tính toán 3.6.1 Mô tả khái quát vùng tính toán Hệ thống trạm bơm Ông Cha thuộc tiểu khu Long Điền A1, nằm địa phận hành xã Long Điền A thuộc huyện Chợ Mới tỉnh An Giang Phía Bắc giáp sông Tiền, phía Nam giáp xã Long Điền B, phía Đông giáp thị trẫn Mỹ Luông Diện tích đất nông nghiệp trạng 355ha, 260ha trồng lúa 45ha trồng màu, hợp tác xã Long Điền quản lý Toàn tiểu vùng có đê bao khép kín đảm bảo sản xuất vụ, tạo điều kiện tăng vòng quay đất, góp phần tăng thu nhập cho người dân vùng Vị trí đặt trạm bơm thuộc ấp Long Hòa ấp Long Bình, xã Long Điền A, trạm bơm lấy nước sông Tiền để cung cấp nước tưới cho loại trồng vùng [63] 3.6.2 Các thông số đầu vào vùng tính toán - Diện tích vùng tính toán: ω = 355ha [63] - Mưa, địa hình, lượng bốc chuẩn(ET0), hệ số trồng Kc, hệ số tưới thiết kế (qtk): Dựa vào vị trí địa lý vùng tính toán, ta thấy hệ thống trạm bơm Ông Cha nằm kẹp sông Tiền sông Hậu, thuộc tiểu khu địa hình cao ngập sâu Do tài liệu lấy giống trường hợp ứng với khu địa hình cao ngập sâu - Mực nước: trạm thủy văn Vàm Nao 97 Loại nhà trạm Kiểu móng tách rời - Cao trình mặt ruộng đại diện A0 = 2.1m [63] - Cột nước thiết kế: Htk = Hđhtk + ∑hms (3.9) Trong đó: Htk: cột nước thiết kế Hđhtk: cột nước địa hình thiết kế Hđhtk = Zbttk - Zbhtk = 3.1 - (-0.26) = 3.36 (m) Zbttk : mực nước bể tháo thiết kế [63] Zbhtk: mực nước bể hút thiết kế [63] ∑hms: tổng tổn thất cột nước đường ống hút ống đẩy, chọn ∑hms=1m Thay giá trị vào công thức (3.9) ta tìm cột nước thiết kế là: Htk = 3.36 +1 = 4.36 (m) - Hình dạng khu tưới: Dựa vào hình 3.11, nhận thấy khu tưới có dạng gần giống hình chữ nhật có cạnh dài vuông góc với tuyến công trình trạm bơm - Các tài liệu lại lấy giống trường hợp 3.6.3 Kết tính toán Bảng 27 Kết mô hình bơm tối ưu cho trạm bơm Ông Cha Loại η N Qtrạm Hb Q1m Máy Số máy (m) (m /s) (%) (KW) (m /s) HL400-5 4.36 0.139 80.3 0.695   98 7.40 Tổng chi phí đơn vị (VNĐ/ha) 13,166,364 Loại nhà trạm Kiểu móng tách rời   Ngguồn: Việnn bơm thhiết bị thủyy lợi - Viện Khoa học Thủy lợi Việt V Nam (22011) Hình h 10 Bảản đồ vị trí trạm bơm m điện Ôn ng Cha 99   Ngguồn: Việnn bơm thhiết bị thủyy lợi - Viện Khoa học Thủy lợi Việt V Nam (22011) Hình 11 Hình dạng d khu tưới trạm m bơm điện n Ông Cha a 100 3.7 Kết luận chương Chương vận dụng luận khoa học trình bày chương để áp dụng xây dựng mô hình bơm tưới hợp lý vùng ĐBSCL Qua trình xây dựng tác giả rút số nhận xét sau: Loại máy bơm vừa nhỏ giới hạn mô hình nghiên cứu (bảng 3.3) thông qua kết mô cột nước bơm tưới bối cảnh thực tế ĐBSCL điều kiện địa hình, địa chất, mạng lưới sông kênh điều kiện kinh tế người dân Từ loại máy bơm mô xác định chi phí xây dựng trạm bơm theo phương án tổ máy bơm từ đến (từ bảng 3.4 đến bảng 3.12) Các số liệu bảng điều kiện ràng buộc hàm mục tiêu Đối với trường hợp chưa biết diện tích lưu lương trạm bơm lưu lượng trạm bơm xác định theo phương án loại máy bơm lựa chọn phù hợp với ĐBSCL, số tổ máy bơm từ đến cột nước bơm tiểu vùng ĐBSCL (công thức 3.3) Có lưu lượng trạm bơm ứng với phương án tìm diện tích trạm bơm phụ trách tương ứng (công thức 3.5) Còn trường hợp biết diện tích trạm bơm phụ trách số tổ máy bơm xác định theo phương án loại máy bơm cột nước bơm vùng nghiên cứu (công thức 3.4) Như loại máy bơm thông số quan trọng, tác động chi phối đến hầu hết thông số mô hình bơm tưới Các khu tưới ĐBSCL hình thành hệ thống sông kênh tạo có hình dạng khác Dựa vào điều tra thực tế đồ hệ thống sông kênh, tác giả mô khu tưới ĐBSCL thành 03 dạng là: (1) khu tưới dạng hình vuông; (2) khu tưới dạng hình chữ nhật có cạnh dài song song với tuyến công trình trạm bơm; (3) khu tưới dạng hình chữ nhật có cạnh dài vuông góc với tuyến công trình trạm bơm Từ có cở sở để bố trí hệ thống kênh mương ứng với cấp diện tích khác Sau mô chi phí xây dựng kênh mương với lưu lượng trạm bơm dạng công thức toán học (công thức 3.6, 3.7 3.8) Ba công thức toán học sử dụng làm điều kiện ràng buộc hàm mục tiêu 101 Kết mô tìm điều kiện ràng buộc biến hàm mục tiêu phi tuyến đơn mục tiêu, miền xác định biến nhận giá trị theo miền Như toán gọi tối ưu rời rạc Về kết mô hình Loại máy bơm tối ưu có công suất động (Nđc ≤ 22KW) Số tổ máy bơm tối ưu trạm nằm khoảng từ 02 đến 04 tổ máy, phổ biến 03 tổ máy Kết phù hợp với thực tế ĐBSCL (phụ lục 1) Diện tích trạm bơm phụ trách vùng nằm khoảng từ 276.3ha đến 412.1ha Như kết phù hợp với thực tế ĐBSCL có quy mô tưới phổ biến từ 50ha đến 500ha (phụ lục 1) Cùng vùng tưới tổng chi phí đơn vị khu tưới dạng hình vuông có giá trị nhỏ nhất, thông số hình dạng khu tưới tối ưu cho ĐBSCL hình vuông Do vùng chua nội địa Đồng Tháp Mười có hệ số tưới lớn (qtk = 1.33l/s.ha), vùng bán đảo Cà Mau có hệ số tưới nhỏ (qtk = 0.92l/s.ha) Điều dẫn đến vùng mặn bán đảo Cà Mau khả tiếp nước từ sông Hậu có tổng chi phí đơn vị nhỏ ngược lại vùng chua nội địa Đồng Tháp Mười có chi phí đơn vị lớn 102 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận Luận án “ Nghiên cứu xây dựng mô hình bơm tưới hợp lý vùng ĐBSCL” hướng tiếp cận để giải vấn đề thực tế ĐBSCL, đặc biệt bối cảnh Nhà nước quan tâm đến vấn đề quy hoạch thiết kế xây dựng trạm bơm điện vừa, nhỏ cánh đồng mẫu lớn cho vùng ĐBSCL Với hướng nghiên cứu chọn, luận án giải số vấn đề phương pháp luận mô hình toán, xác lập toán, áp dụng mô hình vào thí dụ thực tiễn, giải toán phân tích kết Từ kết nghiên cứu luận án, rút số kết luận đây: Dựa quan điểm, nguyên lý phương pháp lý thuyết phân tích hệ thống toán tối ưu, thiết lập bước xây dựng mô hình bơm tưới hợp lý theo nguyên lý tiếp cận bước, liên tiếp làm rõ mục tiêu toán Đầu tiên xác định mục tiêu toán, sau đưa giải pháp thực nhằm đạt mục tiêu đề cuối áp dụng xây dựng mô hình bơm tưới hợp lý vùng ĐBSCL Các giải pháp thực sở thực tiễn vùng nghiên cứu, sử dụng phương pháp mô hình hóa phương pháp tối ưu để tìm lời giải tối ưu Bằng luận có tính khoa học thực tiễn, đề xuất hướng tiếp cận mối quan hệ hệ thống trạm bơm với mục tiêu hiệu kinh tế Trên sở đó, mục tiêu biểu diễn thành hàm mục tiêu tổng chi phí đơn vị nhỏ nhất, thỏa mãn điều kiện ràng buộc nhiệm vụ đặt hệ thống trạm bơm Từ phân tích mối quan hệ biện chứng thông số hàm mục tiêu nhằm đưa hàm mục tiêu dạng (công thức 2.17 2.18) Do tính chất đặc điểm hàm mục tiêu có dạng phi tuyến ràng buộc đơn mục tiêu nên phương pháp tối ưu sử dụng để giải toán phương pháp quét với bước thông số không đổi Thực chất phương pháp quét dò tìm cực trị, bước quét nhỏ kết xác 103 Miền xác định, điều kiện ràng buộc thông số đầu vào mô hình xác định theo phương pháp mô phỏng, phản ánh nhiệm vụ khai thác hệ thống trạm bơm tưới điều kiện biên hệ thống nghiên cứu Đặc biệt thiết lập công thức giải tích để tính chi phí xây dựng kênh mương theo lưu lượng trạm bơm cho 03 dạng khu tưới khác (công thức (3.6), (3.7) (3.8)) Công thức ứng dụng công tác quy hoạch thiết kế hệ thống kênh mương vùng ĐBSCL Phần mềm xác định mô hình bơm tưới hợp lý lập ngôn ngữ C# (đọc Csharp) công cụ NET Đây ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng đại, kế thừa ưu điểm ngôn ngữ lập trình C, C++ Java C# ngôn ngữ lập trình đánh giá dễ học có tính ưu việt cao Phần mềm ứng dụng vào thực tế công tác quy hoạch thiết kế trạm bơm tưới vùng ĐBSCL Đã áp dụng mô hình phương pháp giải cho vùng ĐBSCL hệ thống trạm bơm thực tế trạm bơm Ông Cha thuộc huyện Chợ Mới tỉnh An Giang Mô hình phản ánh mối quan hệ bên hệ thống trạm bơm, đồng thời mô tả mối quan hệ hiệu kinh tế Mô hình đáp ứng thực tiễn đặt công tác quy hoạch, thiết kế hệ thống trạm nước ta Đặc biệt ĐBSCL chưa có quy hoạch trạm bơm điện, trạm bơm xây dựng manh mún, nhỏ lẻ, tự phát, sử dụng máy bơm dầu có công suất nhỏ chiểm tỷ trọng lớn Do kết xác định thông số tối ưu mô hình bơm tưới hợp lý sử dụng để lập quy hoạch trạm bơm điện cho vùng ĐBSCL II Kiến nghị - Mô hình toán tối ưu hệ thống trạm bơm tưới nêu luận án đáp ứng yêu cầu thực tế ứng dụng quy hoạch, thiết kế, xây dựng trạm bơm điện cho vùng ĐBSCL - Công thức giải tích tính chi phí kênh mương lập luận án sử dụng công tác, quy hoạch, thiết kế hệ thống kênh mương vùng ĐBSCL - Tiếp tục nghiên cứu mô hình bơm xét đến ảnh hưởng biến đổi khí hậu, mực nước biển dâng 104 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ Nguyễn Tiến Thái, Lê Chí Nguyện, Nguyễn Tuấn Anh, “Nghiên cứu đề xuất thông số yêu cầu cho máy bơm phục vụ tưới tiêu vùng ĐBSCL”, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi môi trường số 36, trang 19 - 20, - 2012 Nguyễn Tiến Thái, Lê Chí Nguyện, Nguyễn Tuấn Anh, “Nghiên cứu xác định mô hình bơm hợp lý cho vùng ĐBSCL”, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi môi trường số 36, trang 21 - 23, - 2012 Lê Chí Nguyện, Nguyễn Tiến Thái, Triệu Ánh Ngọc, “Phương pháp tính toán cột nước bơm tưới - tiêu vùng ĐBSCL”, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi môi trường số 31, trang 107 - 109, 12 - 2010 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Viện Quy hoạch thủy lợi miền Nam, "Quy hoạch tổng thể thủy lợi ĐBSCL điều kiện biến đổi khí hậu nước biển dâng," 2012 [2] Cục Trồng trọt - Bộ Nông nghiệp PTNT, Giới thiệu giống thời vụ sản xuất lúa ĐBSCL.: Nhà xuất Nông nghiệp, thành phố Hồ Chí Minh, 2006 [3] Joseph B Franzini, David L Freyberg, George Tchobanoglous Ray K Linsley, Water Resources Engineering.: McGRAW - HILL INTERNATIONAL EDITTIONS, 1992 [4] Foufoula – Georgiou, E., anh P K Kitanidis, "Gradient Dynamic Programming for Stochastic Optimal Control of Multidimentional Water Resources System," Water Resources Research, vol 24, pp 1345 – 1359, Aug 1998 [5] Singiresu S Rao, Engineering Optimization – Theory anh Practice, Third Edition ed., John Wiley & Sons, Inc., New York – Chichester Brisbane – Toronto – Singapore A Wiley– Interscience Publication, Ed., 1996 [6] Veerakcuddy Rajasekaram, "Risk Based Optimal Reservoir Operation for Irrigation System: Mae Klong Irrigation Project, Thailand," Thailand, PhD Thesis AIT 1996 [7] Inmaculada Pulido-Calvo and Juan Carlos Gutiérrez-Estrada, "Optimal design of pumping stations of inland intensive fishfarms," 2006 [8] Andrzej Karbowskia, Kamil Krawczyk, Krzysztof Malinowskia and Alnoor Allidina Jacek Błaszczyk, "Optimal Pump Scheduling for Large Scale Water Transmission System by Linear Programming," 2012 [9] Zhenyu Yang and Hakon Borsting, "Optimal Scheduling and Control of a MultiPump Boosting System," 2010 [10] Aristotelis Mantoglou and Maria Papantoniou, "Optimal design of pumping networks in coastal aquifers using sharp interface models," 2008 [11] Hoàng Tụy, "Tối ưu khoa học kỹ thuật kinh tế đời sống," Tạp chí Tia Sáng - Bộ Khoa học Công nghệ, 2007 [12] Hoàng Lâm Viện, "Quy mô trạm bơm loại hình máy bơm phù hợp cho tưới tiêu Việt Nam," Đề tài cấp Nhà nước 1978 [13] Lê Chí Nguyện, "Nghiên cứu quy mô trạm bơm loại hình máy bơm thích hợp 106 cho tưới, tiêu vùng ĐBSCL tương ứng với kịch quy hoạch phát triển," Tạp chí Nông nghiệp Phát triển nông thôn, pp 69-72, May 2009 [14] Bùi Văn Hức, "Xác định mực nước sông thiết kế hợp lý để xây dựng trạm bơm tưới tiêu nước," Hà Nội, Luận án tiến sĩ 1993 [15] Dương Thanh Lượng, "Hệ số tiêu thiết kế tối ưu trạm bơm cho vùng trồng lúa đồng Bắc Bộ - Việt Nam," Sofia, Luận án tiến sĩ 1997 [16] Phạm Thị Hoài, "Phân vùng tưới tối ưu hệ thống thủy nông Văn Giang," Hà Nội, Luận văn thạc sỹ 2001 [17] Nguyễn Tuấn Anh, "Nghiên cứu xác định phương án bố trí quy mô hợp lý trạm bơm tưới vùng cao," Hà Nội, Luận văn thạc sỹ 2003 [18] Nguyễn Tiến Thái, Nguyễn Tuấn Anh, Lê Chí Nguyện, "Nghiên cứu xác định mô hình bơm hợp lý cho vùng ĐBSCL," Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi môi trường, vol 36, pp 21 - 23, Mar 2012 [19] Lê Chí Nguyện, "Dự án Điều tra đánh giá thực trạng sử dụng máy bơm trạm bơm phục vụ sản xuất nông, ngư nghiệp vùng ĐBSCL," 2009 [20] Tổng cục Thủy lợi, "Báo cáo đánh giá thực trạng tổ chức hoạt động tổ chức hợp tác dùng nước," 2012 [21] Trần Đặng Hồng, "Thử tìm giải pháp thủy lợi vùng ĐBSCL," Reading (UK) 2009 [22] Nguyễn Sinh Huy, "Nghiên cứu sở khoa học đề xuất biện pháp ứng phó cho ĐBSCL đảm bảo việc phát triển điều kiện biến đổi khí hậu - nước biển dâng," Đề tài cấp Nhà nước 2004 [23] Nguyễn Thị Nụ, Ngô Quang Toàn, "Nghiên cứu đặc tính địa chất công trình đất loại sét yếu thuộc trầm tích Halocen trung - thượng phân bố ĐBSCL phục vụ xây dựng đường," Tạp chí địa chất số, vol 333, 2013 [24] Viện Quy hoạch Thiết kế Nông nghiệp, "Bản đồ đất vùng ĐBSCL, tỷ lệ 1/25.000," Hà Nội, 1978 [25] Viện Khoa học khí tượng thủy văn Môi trường, "Dự án tác động biến đổi khí hậu lên tài nguyên nước biện pháp thích ứng ĐBSCL," 2010 [26] Viện Kỹ thuật biển, "Bảng dự tính thủy triều năm 2015," 2015 [27] Ngô Trọng Thuận, "Dòng chảy mùa cạn ĐBSCL," Tuyển tập báo cáo hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện Khoa học Khí tượng thủy văn Môi trường 107 [28] Hà Văn Khối, Quy hoạch quản lý nguồn nước.: Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội, 2005 [29] N Moi Xeep, Các vấn đề toán học phân tích hệ thống Moskva, 1981 [30] Kirilova F M Gabaxov R., Các phương pháp tối ưu hóa.: Nhà xuất Minsk, 1981 [31] B M Kagan I Hemintern, Các phương pháp thiết kế tối ưu.: Nhà xuất Năng lương, Moskva, 1980 [32] E P Galianhin, Tối ưu hóa phân phối nước cho hệ thống tưới Leningrat, 1981 [33] Fiacco M Kormik, Quy hoạch phi tuyến Moskva: Nhà xuất “Mir”, 1972 [34] Khimmeblau, Quy hoạch phi tuyến ứng dụng Moskva: Nhà xuất “Mir”, 1975 [35] Dương Thanh Lượng, "Tối ưu hóa đối tượng kỹ thuật," Bài giảng cho học viên cao học nghiên cứu sinh, Trường đại học Thủy lợi 2012 [36] Dương Thanh Lượng, "Xác định hệ số tiêu tối ưu cho lúa tiêu động lực," Tạp chí Khoa học Thủy lợi Môi trường, vol 7, p 144, 2003 [37] Nguyễn Ngọc Bích, Nguyễn Văn Tích, Nguyễn Công Tùng, Hoàng Lâm Viện, Máy bơm trạm bơm.: Nhà xuất từ điển Bách khoa, 2006 [38] Bộ Nông nghiệp PTNT, "Hướng dẫn xây dựng định mức kinh tế kỹ thuật công tác quản lý khai thác bảo vệ công trình thủy lợi," Quyết định 2891/QĐBNN-TL 2009 [39] Lê Chí Nguyện, Nguyễn Tiến Thái, Triệu Ánh Ngọc, "Phương pháp tính toán cột nước bơm tưới - tiêu vùng ĐBSCL," Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi môi trường, vol 31, pp 107 - 109, Dec 2010 [40] Lê Chí Nguyện, "Nghiên cứu giải pháp xây dựng mô hình bơm trạm bơm hợp lý phục vụ nông nghiệp nuôi trồng thủy sản vùng ĐBSCL," Đề tài cấp Bộ 2015 [41] Lê Sâm, Thủy nông ĐBSCL.: Nhà xuất Nông nghiệp, 1996 [42] Phạm Ngọc Hải, Bùi Hiếu, Tống Đức Khang, Quy hoạch thiết kế hệ thống thủy lợi.: Trường đại học thủy lợi, 2005 [43] Tiêu chuẩn Việt Nam - Tiêu chuẩn Xây dựng, "Công trình thủy lợi, hệ thống tưới tiêu, yêu cầu thiết kế," TCVN 4118 - 2012, 2012 108 [44] Quốc hội nước cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam, "Luật tổ chức Chính phủ," Luật số 32/2001/QH10 2001 [45] Quốc hội nước cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam, "Luật Xây dựng," Luật số 50/2014/QH13 2014 [46] Chính phủ, "Quản lý chi phí chi phí đầu tư xây dựng," Nghị định số 32/2015/NĐCP 2015 [47] Tiêu chuẩn Việt Nam, "Công trình thủy lợi, trạm bơm tưới tiêu, yêu cầu thiết kế công trình thủy công," TCVN 8423 - 2010, 2010 [48] Nguyễn Sung, Sổ tay thiết kế trạm bơm vừa nhỏ.: Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội, 1987 [49] Chính phủ, "Quản lý chi phí đầu tư xây dựng công trình," Nghị định số 112/2009/NĐ-CP 2009 [50] Bộ Xây dựng, "Hướng dẫn lập quản lý chi phí đầu tư xây dựng công trình," Thông tư số 04/2010/TT-BXD 2010 [51] Bộ Xây dựng, "Hướng dẫn phương pháp xác định giá ca máy thiết bị thi công xây dựng công trình," Thông tư số 06/2010/TT-BXD 2010 [52] Bộ Xây dựng, "Hướng dẫn xác định đơn giá nhân công quản lý chi phí đầu tư xây dựng," Thông tư số 01/2015/TT-BXD 2010 [53] Bộ Xây dựng, "Định mức chi phí quản lý dự án tư vấn đầu tư xây dựng công trình," Quyết định số 957/QĐ-BXD 2010 [54] Sở xây dựng thành phố Cần Thơ, "Công bố đơn giá xây dựng công trình địa bàn thành phố Cần Thơ," số 81/QĐ-SXD 2014 [55] Sở xây dựng thành phố Cần Thơ, "Thông báo giá vật liệu xây dựng tháng 10 năm 2015," Số 10/SXD - QLCLXD 2015 [56] Bộ Tài nguyên Môi trường, "Bản đồ địa hình ĐBSCL," 2009 [57] Bộ Công thương, "Quy định giá bán điện," Quyết định số 2256/QĐ-BCT 2015 [58] Bộ Nông nghiệp PTNT, "Quy định lực tổ chức cá nhân tham gia quản lý khai thác công trình thủy lợi," Thông tư số 40/2011/TT-BNNPTN 2011 [59] Chính phủ, "Quy định hệ thống thang lương chế độ phụ cấp lương công ty Nhà nước," Nghị định số 205/2004/NĐ-CP 2004 [60] Chính phủ, "Quy định mức lương tối thiểu vùng người lao động làm việc công ty, doanh nghiệp, hợp tác xã, tổ hợp tác, trang trại, hộ gia đình, cá nhân 109 tổ chức khác Việt Nam có thuê mướn lao động," Nghị định số 182/2013/NĐ-CP 2013 [61] Bộ Nông nghiệp PTNT, "Quy định chế độ sử dụng chi phí cho sửa chữa thường xuyên tài sản cố định doanh nghiệp khai thác công trình thủy lợi," Quyết định số 211/1998/QĐ-BNN-QLN 1998 [62] Bộ Nông nghiệp PTNT, "Định mức mức kinh tế kỹ thuật công tác quản lý khai thác công trình thủy lợi Công ty TNHH thành viên khai thác công trình thủy lợi Bắc Nam Hà quản lý," Quyết định 4870/QĐ-BNN-TCTL 2014 [63] Viện bơm thiết bị thủy lợi - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, "Dự án đầu tư xây dựng trạm bơm tưới Ông Cha, huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang," 2011 110 [...]... lập và giải bài toán xác định mô hình bơm tưới hợp lý trên cơ sở lý thuyết phân tích hệ thống và thuật toán tối ưu - Đề xuất được mô hình bơm hợp lý dựa trên chỉ tiêu chi phí động đơn vị nhỏ nhất cho các vùng đặc trưng của ĐBSCL - Xây dựng được phần mềm tính toán “Chương trình xác định mô hình bơm hợp lý phục vụ cho công tác quy hoạch, thiết kế hệ thống trạm bơm tưới 8 Bố cục của luận án Lời cảm ơn Mở... xác định mô hình bơm tưới hợp lý là một vấn đề cần được xác định trên cơ sở khoa học, đảm bảo các yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật và phù hợp với tình hình thực tế của ĐBSCL Vì vậy đề tài Nghiên cứu xây dựng mô hình bơm tưới hợp lý vùng ĐBSCL” là đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1 Định nghĩa về mô hình bơm tưới hợp lý: là tổ hợp các thông số tối ưu về quy mô diện tích, lưu lượng trạm bơm phụ trách,... địa hình bơm tưới khu chua nội địa ĐTM 73  Hình 3 5 Bản đồ cột nước địa hình bơm tưới khu chua TGLX 74  Hình 3 6 Bản đồ cột nước địa hình bơm tưới khu mặn bán đảo Cà Mau 74  Hình 3 7 Bản đồ cột nước địa hình bơm tưới vùng ĐBSCL .75  Hình 3 8 Hình dạng khu tưới .80  Hình 3 9 Quan hệ giữa chi phí xây dựng kênh mương với lưu lượng trạm bơm 90  Hình 3 10 Bản đồ vị trí trạm bơm điện... phụ trách, cột nước bơm, loại máy bơm, số máy bơm trong một trạm, hiệu suất bơm, công suất bơm và loại hình nhà máy bơm 2 Mục đích nghiên cứu Thiết lập được bài toán mô hình bơm tưới hợp lý, nhằm xác định được các thông số tối ưu của mô hình về quy mô diện tích, lưu lượng trạm bơm phụ trách, số máy bơm trong một trạm, loại máy bơm, cột nước bơm, hiệu suất bơm và loại hình nhà máy bơm Nhằm ứng dụng trong... .95  Bảng 3 22 Kết quả mô hình bơm tưới tối ưu khu ngọt địa hình cao ngập sâu 95  Bảng 3 23 Kết quả mô hình bơm tưới tối ưu khu chua nội địa ĐTM 96  Bảng 3 24 Kết quả mô hình bơm tưới tối ưu khu chua TGLX 96  Bảng 3 25 Kết quả mô hình bơm tưới tối 96  Bảng 3 26 Kết quả mô hình bơm tưới tối ưu .97  Bảng 3 27 Kết quả mô hình bơm tối ưu cho trạm bơm Ông Cha .98  x MỞ ĐẦU... vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Mô hình bơm tưới hợp lý bao gồm các thông số về quy mô diện tích, lưu lượng trạm bơm phụ trách, số máy bơm trong một trạm, loại máy bơm, cột nước bơm, hiệu suất bơm và loại hình nhà máy bơm - Phạm vị nghiên cứu: Vùng ĐBSCL, không xét đến biến đổi khí hậu mực nước biển dâng Sử dụng các loại máy bơm trong nước đang được dùng phổ biến ở ĐBSCL 4 Nội dung nghiên cứu. .. đến nghiên cứu mô hình bơm tưới hợp lý Từ đó làm cơ sở để thiết lập và lựa chọn phương 2 pháp xây dưng mô hình bơm tưới phù hợp - Lựa chọn hàm mục tiêu của bài toán tối ưu dựa trên chỉ tiêu đánh giá hiệu quả kinh tế của dự án Mục tiêu và điều kiện ràng buộc, một mặt phản ánh đúng thực tế hoạt động của các hệ thống trạm bơm, mặt khác đáp ứng yêu cầu trong công tác nghiên cứu và xây dựng hệ thống trạm bơm. .. phí xây dựng và thiết bị phương án máy bơm 300HH260 84  Bảng 3 7 Chi phí xây dựng và thiết bị phương án máy bơm HL1200-3 .84  Bảng 3 8 Chi phí xây dựng và thiết bị phương án máy bơm HTĐ800-3 84  Bảng 3 9 Chi phí xây dựng và thiết bị phương án máy bơm 10HTĐ80 .85  Bảng 3 10 Chi phí xây dựng và thiết bị phương án máy bơm1 2HTĐ115 85  Bảng 3 11 Chi phí xây dựng và thiết bị phương án máy bơm HTĐ1200-3... Địa hình, địa chất, nguồn nước và tập quán canh tác của người dân vùng ĐBSCL để đề xuất một số kiểu trạm bơm lắp ghép dùng cho ĐBSCL [18] Đây mới chỉ là một thông số tối ưu trong bài toán xây dựng mô hình bơm tưới hợp lý, các thông số khác chưa được tác giả nghiên cứu như: Dạng khu tưới, quy mô diện tích trạm bơm phụ trách, lưu lượng trạm bơm, số máy bơm, loại máy bơm trong một trạm, cột nước bơm và... Chương I Tổng quan Chương II Nghiên cứu xây dựng phương pháp xác định mô hình bơm tưới hợp lý Chương III Áp dụng phương pháp để xây dựng mô hình bơm tưới hợp lý vùng ĐBSCL 4 Kết luận và kiến nghị Danh mục các tài liệu khoa học đã công bố Danh mục các tài liệu tham khảo 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về bài toán quy hoạch, thiết kế tối ưu 1.1.1 Ngoài nước Nói đến toán tối ưu, chúng ta phải kể đến ... lý mô hình bơm tưới, làm kim nam thực đề án Với nhận xét trên, thấy việc nghiên cứu xây dựng mô hình bơm tưới hợp lý vùng ĐBSCL hướng cần thiết đáp ứng yêu cầu thực tế cho vùng 30 CHƯƠNG 2: NGHIÊN... người nghiên cứu quan tâm [28,32] 35 2.2.2 Những đặc trưng cần phản ánh xây dựng mô hình mô mô hình bơm tưới Điều kiện địa hình, chế độ thủy văn, mạng lưới sông kênh nghiên cứu mô hình mô cột... trạm bơm tưới Bố cục luận án Lời cảm ơn Mở đầu Chương I Tổng quan Chương II Nghiên cứu xây dựng phương pháp xác định mô hình bơm tưới hợp lý Chương III Áp dụng phương pháp để xây dựng mô hình bơm