Ứng dụng công nghệ đo mưa tự động thời gian thực trong vận hành tưới cho hệ thống thủy nông bắc hưng hải

LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đề tài luận văn làm hướng dẫn khoa học PGS.TS Lê Văn Chín.Trong q trình làm tơi có tham khảo tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm tin cậy cấp thiết đề tài Các tài liệu trích dẫn rõ nguồn gốc tài liệu tham khảo thống kê chi tiết Những nội dung kết trình bày Luận văn trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn cơng trình Nếu vi phạm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày tháng 11năm 2017 TÁC GIẢ Nguyễn Quốc Việt i LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật tài nguyên nước với đề tài “Ứng dụng công nghệ đo mưa tự động thời gian thực vận hành tưới cho hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải” q trình nghiên cứu, cố gắng khơng ngừng thân giúp đỡ, động viên khích lệ thầy, cơ, bạn bè đồng nghiệp người thân Qua trang viết tác giả xin gửi lời cảm ơn tới người giúp đỡ thời gian học tập, nghiên cứu khoa học vừa qua Đặc biệt, xin chân thànhbày tỏ lời cảm ơn trân trọng đến PGS.TS Lê Văn Chín tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành làm luận văn Xin chân thành cảm ơn tồn thể q thầy, Bộ mơn Kỹ thuật Quản lý tưới, khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, Trường Đại học Thuỷ lợi tận tình truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt trình học tập thực luận văn Xin chân thành cảm ơn Công ty TNHH MTV KTCTTL Bắc Hưng Hải; Các đơn vị liên quan giúp đỡ tơi nhiều từ q trình khảo sát, xây dựng tốn đến góp ý hiệu chỉnh hệ thống; đặc biệt phối hợp kiểm tra, thử nghiệm, sử dụng đánh giá kết nghiên cứu cho q trình làm luận văn Cuối cùngtơi xin chân thành cảm ơn gia đình, đơn vị cơng tác đồng nghiệp hỗ trợ tơitrong suốt q trình học tập thực luận văn Hà Nội, ngày tháng 11năm 2017 TÁC GIẢ Nguyễn Quốc Việt 2 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỞ ĐẦU 1 Sự cần thiết đề tài 1.1 Sơ lược hệ thống Bắc Hưng Hải 1.2 Sự cần thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu .3 Phương pháp nghiên .3 cứu 4.1 Cách tiếp cận 4.2 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải 1.1.1 Đặc điểm tự nhiên 1.1.2 Đặc điểm địa hình 1.1.3 Đặc điểm đất đai, thổ nhưỡng .5 1.1.4 Đặc điểm khí hậu 1.1.5 Hệ thống kênh 1.1.6 Hệ thống cơng trình .9 1.2 Tổng quan nghiên cứu đo mưa giải pháp đo mưa giới 11 1.3 Tổng quan nghiên cứu giải pháp đo mưa ngành thủy lợi Việt Nam .14 1.4 Tổng quan giải pháp đo mưa thực tế hệ thống Bắc Hưng Hải .17 1.4.1 Sơ lược thiết bị đo mưa thủ công sử dụng Bắc Hưng Hải (vũ lượng kế) 17 1.4.2 Cách lắp đặt hướng dẫn sử dụng 18 3 CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VẬN HÀNH TƯỚI CỦA HỆ THỐNG BẮC HƯNG HẢI 21 2.1 Cách vận hành cấp nước mùa khô 21 2.1.1 Nguyên tắc chung cấp nước: .21 4 2.1.2 Đánh giá cách vận hành: .21 2.2 Cách vận hành hệ thống mùa mưa: .25 2.2.1 Nguyên tắc chung: .25 2.2.2 Đánh giá cách vận hành: .25 2.3 Đánh giá tồn trình vận hành hệ thống có mưa: .31 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐO MƯA TỰ ĐỘNG THỜI GIAN THỰC TRONG VẬN HÀNH TƯỚI CHO HỆ THỐNG 33 3.1 Giới thiệu công nghệ đo mưa tự động công ty Bắc Hưng Hải sản xuất 33 3.1.1 Thiết bị khí .34 3.1.2 Thiết bị điện tử 40 3.1.3 Nguyên lý làm việc .45 3.2 Bố trí lắp đặt thiết bị đo mưa tự động hệ thống 47 3.2.1 Hiện trạng trạm khí tượng thủy văn khu vực 47 3.2.2 Chế độ mưa lưu vực 47 3.2.3 Kiểm định lại điểm lắp đặt trạm Công ty 54 3.3 Xây dựng quan hệ giữ lượng mưa mực nước cho điểm chốt thời gian có mưa 57 3.3.1 Sơ lược phân vùng tiêu hệ thống .57 3.3.2 Sơ lược quan hệ lượng mưa mực nước điểm đại diện 59 3.3.3 Xây dựng quan hệ lượng mưa mực nước mặt ruộng 62 3.4 Đề xuất giải pháp vận hành tưới cho vùng Hải Dương thời gian có mưa 65 3.4.1 Hướng dẫn cài đặt .66 3.4.2 Hướng dẫn sử dụng .67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .69 Kết luận .69 Kiến nghị 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ TÍNH TỐN .72 PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM CHO THIẾT BỊ ĐO MƯA TỰ ĐỘNG .85 5 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Nhiệt độ trung bình tháng, nhiều năm khu vực Bắc Hưng Hải Bảng 1.2 Độ ẩm tương đối trung bình tháng nhiều năm lưu vực Bắc Hưng Hải Bảng 1.3 Số nắng trung bình tháng, năm khu vực Bắc Hưng Hải Bảng 1.4 Tốc độ gió trung bình tháng, năm khu vực Bắc Hưng Hải Bảng 2.1.Bảng thống kê mực nước trung bình, max, điểm chốt thời đoạn cấp nước tưới trước năm 2004 .21 Bảng 2.2.Bảng thống kê mực nước trung bình, max, điểm chốt thời đoạn cấp nước tưới sau năm 2004 23 Bảng 2.3.Bảng thống kê mực nước lượng mưa thời điểm đổ ải năm 2007 .24 Bảng 2.4.Bảng thống kê mực nước trung bình thượng lưu điểm chốt hệ thống từ ngày 1/3 đến ngày 3/5/2007 24 Bảng 2.5.Bảng thống kê mực nước max, min, TB nhiều năm điểm chốt hệ thống vào mùa mưa trước năm 2004 25 Bảng 2.6.Bảng thống kê mực nước TB thượng lưu điểm chốt hệ thống thời đoạn từ ngày 18/7 đến ngày 20/7/2004 26 Bảng 2.7.Bảng thống kê lượng mưa, mực nước max, min, TB nhiều năm điểm chốt hệ thống vào mùa mưa trước năm 2004 .27 Bảng 2.8.Bảng thống kê mực nước Max, Min TB nhiều năm điểm chốt hệ thống vào mùa mưa sau năm 2004 28 Bảng 2.9.Bảng thống kê mực nước từ ngày 2/8/2016 đến ngày 6/8/2016 29 Bảng 2.10.Bảng thống kê lượng mưa từ ngày 03/8/2016 đến ngày 06/8/2016 30 Bảng 2.11.Bảng thống kê hoạt động cống 30 Bảng 3.1 Các trạm khí tượng trơng khu vực Bắc Hưng Hải 47 Bảng 3.2 Lượng mưa ngày lớn thực đo số trạm lưu vực 51 Bảng 3.3 Mật độ lưới trạm nhỏ cần phải có lưu vực (theo WMO) .54 (Minimum density of precipitation stations (WMO) 54 Bảng 3.4 Kết tính tốn chiều sâu mực nước mặt ruộng tương ứng với lượng 6 mưa thiết kế trạm Hải Dương vụ chiêm 63 Bảng 3.5 Kết tính toán chiều sâu mực nước mặt ruộng tương ứng với lượng mưa thiết kế trạm Hải Dương vụ mùa 63 7 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Thiết bị đo cường độ mưa .11 Hình 1.2 Thiết bị đo mưa kiểu khối lượng 12 Hình 1.3 Thiết bị đo mưa kiểu tự ghi 12 Hình 1.4 Thiết bị đo mưa thủ cơng người nơng dân ruộng 13 Hình 1.5 Thiết bị đo mưa bánh xe 13 Hình 1.6 Thiết bị đo mưa quang học có ống khói .13 Hình 1.7 Thiết bị đo mưa không dây 14 Hình 1.8 Thiết bị đo mưa đại 14 Hình 1.9 Thùng đo mưa thủ cơng .15 Hình 1.10 Thiết bị đo mưa Laser .16 Hình 1.1 Thiết bị đo mưa thủ công 17 Hình 1.2 Thiết bị đo mưa lắp đặt thực tế 19 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý vi điều khiển AVR .42 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn điện 42 Hình 3.3 Sơ đồ ngun lý khối đo tín hiệu vào .43 Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý khối đo tín hiệu vào .43 Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý khối truyền tin SIM800A (sms gprs) .44 Hình 3.6 Bảng điện tử hồn thành 44 Hình 3.7 Lượng mưa tháng trung bình nhiều năm Gia Lâm - TP.Hà Nội 48 Hình 3.8 Lượng mưa tháng trung bình nhiều năm TP Hưng Yên 48 Hình 3.9 Lượng mưa tháng trung bình nhiều năm Ân Thi- Hưng Yên 49 Hình 3.10 Lượng mưa tháng trung bình nhiều năm Cẩm Giàng - Hải Dương 49 Hình 3.11 Lượng mưa tháng trung bình nhiều năm TP Hải Dương 50 Hình 3.12 Lượng mưa tháng trung bình nhiều năm Lương Tài - Bắc Ninh .50 Hình 3.13 Bản đồ bố đẳng trị mưa năm2004 .52 Hình 3.14 Bản đồ bố đẳng trị mưa trung bình nhiều năm 53 Hình 3.15 Bản đồ bố trí trạm đo mưa lưu vực 56 Hình 3.16 Quan hệ lượng mưa Xuân Quan mực nước thượng lưu Kênh Cầu 59 8 tháng năm 2004 đến tháng năm 2004 59 9 Hình 3.17 Quan hệ lượng mưa Xuân Quan mực nước thượng lưu Kênh Cầu 60 năm 2004 .60 Hình 3.18 Quan hệ lượng mưa Cầu Xe mực nước thượng lưu Cầu Xe 60 (từ ngày 30/8/2013 đến 6/9/2013) 60 Hình 3.19 Quan hệ lượng mưa Cầu Xe mực nước thượng lưu Cầu Xe 61 năm 2013 .61 Hình 3.20 Biểu đồ quan hệ chiều sâu mực nước mặt ruộng lượng mưa trạm Hải Dương vào vụ chiêm 64 Hình 3.21 Biểu đồ quan hệ chiều sâu mực nước mặt ruộng lượng mưa trạm Hải Dương vào mùa 64 Hình 3.22 Sơ đồ tính tốn vận hành cống theo lượng mưa 65 Hình 3.23 Sơ đồ khối tính tốn vận hành đóng mở cống 66 Hình 3.23 Hình ảnh bảng nhập số liệu đầu vào cho bảng tính tốn chế độ tưới 66 Hình 3.24 Nhập số liệu thời gian 67 Hình 3.25 Sơ đồ vận hành tưới tự động tương lai 70 viii Cô G ng i a a a i 30 40 50 60 70 80 91 10 11 21 31 41 51 61 71 81 92 02 12 22 đ o n s i n h t r n g 08 08 08 08 08 08 08 80 08 08 08 08 08 08 08 08 08 08 08 08 01 01 01 01 01 01 01 10 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 (mm) L K E Eư c T Tợ cn 5g ,1 ,4 ,5 ,7 ,1 ,4 ,5 ,7 ,1 ,4 ,5 ,7 ,1 ,4 ,5 ,7 ,1 ,4 ,5 ,7 ,1 ,4 ,5 ,7 ,1 ,4 ,5 ,7 1, 4, 5, 7, ,1 ,4 ,5 ,7 1, 4, 5, 7, ,1 ,4 ,5 ,7 1, 4, 5, 7, ,1 ,4 ,5 ,7 1, 4, 5, 7, ,1 ,4 ,5 ,7 1, 4, 5, 7, ,1 ,4 ,5 ,7 1, 4, 5, 7, ,1 ,4 ,5 ,7 ,1 ,4 ,5 ,7 , , , , L ợ n g1 00 1, 40 ,1 ,0 ,4 ,0 6, 60 6, 30 ,0 ,1 ,2 ,6 ,5 ,1 1, 05 1, max S (mm) M L ự ứ c t p h t 1n 09 0, 2, 0, 9, 0, 2, 0, 7, 0, 5, 0, 2, 0, 15, 4, 09 40 13, 4, 09 90 82, 0, 5, 0, 99, 0, 5, 0, 94, 0, 2, 0, 96, 0, 0, 0, 9, 0, , 81 Cô G ng i a a a i 08 08 08 08 08 08 08 80 08 08 08 08 08 08 08 08 08 08 08 08 Làm đòng - Ngậm sữa đ 42 o 52 62 72 82 93 03 01 10 20 30 40 50 60 70 80 91 01 11 21 01 01 01 01 01 01 01 10 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 (mm) L K E Eư c T Tợ cn 5g ,1 ,4 ,5 ,7 ,1 ,4 ,4 ,6 ,1 ,4 ,4 ,6 ,1 ,4 ,4 ,6 ,1 ,4 ,4 ,6 ,1 ,4 ,4 ,6 ,1 ,4 ,4 ,6 1, 4, 4, 6, ,1 ,4 ,4 ,6 1, 4, 4, 6, ,1 ,4 ,4 ,6 1, 4, 4, 6, ,1 ,4 ,4 ,6 1, 4, 4, 6, ,1 ,4 ,4 ,6 1, 4, 4, 6, ,1 ,4 ,4 ,6 1, 4, 4, 6, ,1 ,4 ,4 ,6 ,1 ,4 ,4 ,6 , , , , L ợ n g6 51 31 76 48 ,6 ,0 ,0 0, ,0 ,0 ,0 ,0 ,0 ,0 1, 70 ,0 ,9 ,2 ,6 , max S (mm) M L ự ứ c t p h t 1n 01 86 01 1, 01 05 01 82 01 0, 09 0, 3, 0, 87, 0, 1, 0, 84, 0, 8, 0, 92, 0, 5, 0, 89, 0, 3, 0, 93, 0, 7, 0, 91, 0, 4, 0, 9, 0, 0, , 82 Cô G ng i a a a i đ o n s i n h t r L K E Eư c T Tợ cn 1 4g 08 01 ,1 ,4 ,4 ,6 08 01 ,1 ,3 ,3 ,5 08 01 ,1 ,3 ,3 ,5 08 01 ,1 ,3 ,3 ,5 08 01 ,1 ,3 ,3 ,5 08 01 ,1 ,3 ,3 ,5 08 01 ,1 ,3 ,3 ,5 80 10 1, 3, 3, 5, 08 01 ,1 ,3 ,3 ,5 08 01 ,1 ,3 ,3 ,5 08 01 , ,3 ,3 ,5 08 01 ,0 ,3 ,3 ,5 08 01 ,0 ,3 ,3 ,5 08 01 ,0 ,3 ,3 ,5 08 01 ,0 ,3 ,3 ,5 08 01 ,0 ,3 ,3 ,5 08 01 ,0 ,3 ,3 ,5 08 01 ,0 ,3 ,3 ,5 08 01 ,0 ,3 ,3 ,5 0 , , , , Ngậm sữa - Thu hoạch 41 51 61 71 81 92 02 21 22 32 42 52 62 72 82 93 00 10 20 (mm) L ợ n g6 99 ,0 ,0 ,0 ,0 ,0 ,0 1, 24 ,0 ,0 6, 20 ,0 ,0 ,3 ,0 ,0 ,0 , max S (mm) M L ự ứ c t p h t 1n 01 32 09 0, 4, 0, 8, 0, 0, 3, 7, 0, 1, 0, 96, 0, 3, 0, 2, 0, 6, 0, 1, 3, 09 80 4, 0, 9, 0, 2, 4, 09 0, 4, 0, 9, 0, 3, , 83 Cô G ng i a a a i 40 50 60 đ o n s 08 08 08 (mm) K E c T 01 01 01 0 ,0 ,0 ,0 , ,3 ,3 ,3 , L Eư Tợ cn 3g ,3 ,5 ,3 ,5 ,3 ,5 5, 8, L ợ n g1 54 ,0 ,0 9, max S (mm) M L ự ứ c t p h t 9n 4, 0, 3, 0, 2, 7, 40 4, 84 PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM CHO THIẾT BỊ ĐO MƯA TỰ ĐỘNG Hình PL1.1 Khối khởi động GSM 85 Hình PL1.2 Khối khởi động Time 86 Hình PL1.3 Khối tạo modul đếm sử dụng Timer 87 Hình PL1.4 Khối send Data 88 Hình PL1.5 Khối thời gian, ngày tháng năm 89 Hình PL1.5 Khối chế độ tưới tưng ứng với thời gian 90 Hình PL1.7 Khối điều hành cơng trình theo lượng mưa 91 ... .31 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐO MƯA TỰ ĐỘNG THỜI GIAN THỰC TRONG VẬN HÀNH TƯỚI CHO HỆ THỐNG 33 3.1 Giới thiệu công nghệ đo mưa tự động công ty Bắc Hưng Hải sản xuất 33 3.1.1... tồn vận hành tưới hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải; 3 - Xây dựng mối quan hệ lượng mưa mực nước hệ thống lắp thiết bị đo lượng mưa tự động thời gian 1h/lần; - Ứng dụng công nghệ đo mưa tự động thời. .. nguyên nước với đề tài Ứng dụng công nghệ đo mưa tự động thời gian thực vận hành tưới cho hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải q trình nghiên cứu, cố gắng khơng ngừng thân giúp đỡ, động viên khích lệ