BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGÔ ĐĂNG HẢI

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH HIỆN ĐẠI HÓA
QUẢN LÝ VẬN HÀNH HỆ THỐNG TƢỚI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGÔ ĐĂNG HẢI

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH HIỆN ĐẠI HÓA
QUẢN LÝ VẬN HÀNH HỆ THỐNG TƢỚI

Chuyên ngành:

QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƢỚC


ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ...................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU...................................................................................ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................x
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án ..................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................................4
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ...............................................................................4
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .....................................................................................5
5. Những đóng góp mới của luận án ...............................................................................6
6. Cấu trúc của luận án ....................................................................................................7
CHƢƠNG 1
1.1

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................................8

Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới ..................................................8

1.1.1
Các công trình nghiên cứu về mô hình lập kế hoạch quản lý vận hành và
giám sát, điều khiển bán tự động .............................................................................9
1.1.1.1
1.1.1.2
1.1.1.3

1.2.1.2
1.2.1.3

Quản lý điều hành HTTN Đan Hoài (QLĐH Đan Hoài) ................................. 21
Hệ thống bán tự động quản lý điều hành HTTN Thạch Nham ......................... 22
Quản lý điều hành HTTN Bắc Hưng Hải (QLĐH Bắc Hưng Hải) .................. 23

iii


1.2.1.4 Nghiên cứu cải tiến mô hình IMSOP để điều hành phân phối nước hợp lý,
nâng cao hiệu quả sử dụng nước của hệ thống tưới bằng bơm ở đồng bằng sông Hồng
(Mô hình IMSOP cải tiến) ............................................................................................... 24

1.2.2
xa

Các công trình nghiên cứu về mô hình giám sát và điều khiển tự động từ
.................................................................................................................24

1.2.2.1 Nghiên cứu áp dụng khoa học công nghệ tiên tiến từng bước hiện đại hoá công
tác quản lý điều hành hệ thống thuỷ nông Phù Sa, Hà Tây (Mô hình SCADA/MAC)..... 24
1.2.2.2 Nghiên cứu áp dụng khoa học công nghệ tiên tiến trong quản lý vận hành hệ
thống thuỷ nông Ấp Bắc - Nam Hồng (Mô hình VKHTLMB SCADA) ............................ 26
1.2.2.3 Nghiên cứu xây dựng hệ thống thông tin quản lý điều hành hệ thống thuỷ lợi
Gò Công (Mô hình VKHTLMN SCADA) ......................................................................... 27
1.2.2.4 Báo cáo thiết kế chi tiết SCADA Yên Lập (Mô hình BCEOM1 SCADA) ......... 28
1.2.2.5 Báo cáo thiết kế chi tiết SCADA Cầu Sơn - Cấm Sơn và Kẻ Gỗ (Mô hình
BCEOM2 SCADA) ........................................................................................................... 29
1.2.2.6 Hiện đại hóa hệ thống tưới Phú Ninh và Đá Bàn (Mô hình HASKONING

.......................................................................................................................... 53

2.2.2

Phƣơng pháp dự báo thích nghi các yếu tố khí tƣợng, thuỷ văn .............57

2.2.3

Phƣơng pháp lập trình .............................................................................60

2.2.4
Phƣơng pháp thí nghiệm, thực nghiệm ...................................................60
Kết luận chƣơng 2 .........................................................................................................61
CHƢƠNG 3

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...................................62

3.1 Kết quả nghiên cứu xây dựng mô hình hiện đại hóa quản lý vận hành hệ
thống tƣới...................................................................................................................62
3.1.1
tƣới

Mô hình hóa bài toán lập kế hoạch quản lý khai thác ”tối ƣu” hệ thống
.................................................................................................................62

3.1.1.1
3.1.1.2
3.1.1.3
3.1.1.4


.......................................................................................................................... 81

3.1.3
Kết quả nghiên cứu hiện đại hóa quản lý vận hành và giám sát, điều
khiển hệ thống tƣới thông qua mạng Internet và hệ thống viễn thông di động toàn
cầu
.................................................................................................................82
3.1.3.1 Trang web hiện đại hóa quản lý vận hành hệ thống tưới ................................. 82
3.1.3.2 Cơ sở dữ liệu trực tuyến ................................................................................... 84
3.1.3.3 Kết quả xây dựng giao diện giám sát, điều khiển và phần mềm hiện đại hóa
quản lý vận hành hệ thống tưới ....................................................................................... 86
3.1.3.4 Kết quả nghiên cứu từng bước hiện đại hóa giám sát, điều khiển cho các HTT
đang được quản lý vận hành bằng thủ công và giai đoạn quá độ tiến tới tự động hóa .. 89

3.1.4
Kết quả nghiên cứu ứng dụng, phát triển công nghệ giám sát và điều
khiển hệ thống tƣới ................................................................................................91
3.1.4.1 Kết quả phát triển, ứng dụng công nghệ giám sát và điều khiển HTT theo
hướng truyền thông hiện đại và lựa chọn thiết bị GS&ĐK đi kèm hợp lý ....................... 91
3.1.4.2 Kết quả nghiên cứu xây dựng công cụ thực hiện hiện đại hóa quản lý vận hành
miễn phí cho các công ty QLKT CTTL ............................................................................ 93

3.1.5
Kết quả nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu trực tuyến phục vụ công tác
quản lý các công trình trên hệ thống tƣới ..............................................................94
3.1.6
Kết quả nghiên cứu cải tiến, phát triển bộ công cụ đánh giá hiệu quả
quản lý khai thác và hỗ trợ quy trình nâng cao hiệu quả của hệ thống tƣới..........96
3.1.6.1 Cải tiến, phát triển bộ chỉ số đánh giá hiệu quả quản lý khai thác HTT ......... 96
3.1.6.2 Xây dựng bộ công cụ đánh giá các chỉ số hiệu quả và hỗ trợ nâng cao hiệu quả

Phụ lục 1: Thông tin chi tiết về các mô hình hiện đại hóa QLVH các HTT ...............148
Phụ lục 2: Các số liệu khí tƣợng, thủy văn; chế độ tƣới và tài liệu liên quan đến quản
lý khai thác của Công ty TNHH MTV Thủy lợi Sông Tích ........................................156
Phụ lục 3: Kết quả tính toán dự báo khí tƣợng, thủy văn theo mô hình ARIMA .......175
Phụ lục 4: Các kết quả tính toán chi tiết về lập kế hoạch khai thác “tối ƣu” HTT .....180
Phụ lục 5: Những sơ đồ thuật toán và các chƣơng trình phần mềm chính ..................194

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Diễn biến lớp nƣớc mặt ruộng và độ ẩm đất đƣợc quan trắc từ vệ tinh ........17
Hình 1.2: FarmConnect giám sát và thông báo độ ẩm đất từ vệ tinh ............................18
Hình 1.3: Cấu trúc tổng thể của mô hình hiện đại hóa quản lý vận hành HTT.............34
Hình 2.1: HTT với cấu trúc phân cấp, đa mục tiêu và nhiều ngƣời ra quyết định ........48
Hình 2.2: Mô hình cấu trúc tổng quát bài toán quản lý khai thác HTT ........................49
Hình 2.3: Cấu trúc HTT và mối quan hệ hữu cơ giữa các thành phần ..........................50
Hình 2.4: Sơ đồ khối xây dựng và dự báo theo mô hình ARIMA(p, d, q)....................59
Hình 3.1: Tổng mức tƣới thay đổi khi dịch chuyển thời vụ gieo trồng.........................65
Hình 3.2: Thuật toán tiến hóa sai phân đa mục tiêu mở rộng .......................................72
Hình 3.3: Giao diện khai báo số các biến quyết định của bài toán ...............................73
Hình 3.4: Giao diện thiết lập bài toán “tối ƣu“ và nhập các số liệu đầu vào ................73
Hình 3.5: Giao diện tính toán các biến quyết định T0_c,v, Sc,v, Mc,v và chế độ tƣới .......74
Hình 3.6: Giao diện tính toán các phƣơng án tối ƣu Pareto ..........................................74
Hình 3.7: Sơ đồ thuật toán cập nhập các số liệu quan trắc ............................................76
Hình 3.8: Mô hình quản lý vận hành hệ thống tƣới theo số liệu quan trắc ...................77
Hình 3.9: Giao diện website dùng cho cập nhật các dữ liệu quan trắc bằng thủ công ..78
Hình 3.10: Sơ đồ thuật toán tính toán quản lý vận hành HTT theo số liệu quan trắc ...80
Hình 3.11: Giao diện trang web http://www.hiendaihoaqlvh.com................................82
Hình 3.12: Giao diện và các trình đơn của trang “Mô hình HĐH quản lý vận hành” ..83

Hình 3.39: Website http://www.hiendaihoaqlvh.com cung cấp, phổ biến các thông tin,
tài liệu phục vụ công tác hiện đại hóa tƣới trên toàn quốc ..........................................130
Hình 3.40: Công cụ hỗ trợ triển khai và thực hiện công tác hiện đại hóa ...................130
Hình 3.41: Giao diện hƣớng dẫn triển khai, thực hiện công tác hiện đại hóa QLVH .131
Hình 3.42: Giao diện QLVH và giám sát, điều khiển HTT trên Website hiện đại hóa
http://www.hiendaihoaqlvh.com .................................................................................132
Hình 3.43: Giao diện quản lý công trình trực tuyến (Bản đồ số hóa và cơ sở dữ liệu)
.....................................................................................................................................135
Hình 3.44: Công cụ theo dõi lịch duy tu, sửa chữa định kỳ và nhắc việc tự động......135
Hình 3.45: Kết quả ứng dụng bộ công cụ đánh giá các chỉ số hiệu quả .....................136

viii


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Phân loại và những tính năng cơ bản của các mô hình hiện đại hóa quản lý
vận hành HTT đƣợc áp dụng phổ biến trên thế giới......................................................10
Bảng 1.2: Tổng hợp những ƣu, nhƣợc điểm cơ bản của các mô hình hiện đại hóa
QLVH và hƣớng phát huy, khắc phục ...........................................................................33
Bảng 3.1: 20 chỉ số hiệu quả đƣợc lựa chọn và sửa đổi từ các chỉ số của
“BenchMarking in Irrigation and Drainage Sector“......................................................97
Bảng 3.2: Bộ chỉ số (mở rộng) đánh giá hiệu quả quản lý khai thác HTT ...................99
Bảng 3.3: Nhiệt độ không khí khu vực Phù Sa (oC) ....................................................106
Bảng 3.4: Độ ẩm không khí khu vực Phù Sa (%) .......................................................106
Bảng 3.5: Lƣợng bốc hơi đo bằng ống Piche (mm) ....................................................106
Bảng 3.6: Thống kê các yếu tố khí tƣợng và mực nƣớc theo năm ..............................109
Bảng 3.7: Kết quả xác định tham số p, q và các thông số cho các mô hình ...............110
Bảng 3.8: Lịch lấy nƣớc (xả nƣớc) phục vụ gieo cấy vụ Đông - Xuân 2013 – 2014 .113
Bảng 3.9: Các tài liệu về nông nghiệp .........................................................................113
Bảng 3.10: Kết quả tính toán các biến quyết định “tối ƣu” về thời vụ gieo trồng, .....120

ĐHTL

Đại học Thuỷ lợi

EAO

Exploitation Assistée Par Ordinateur (Quản lý khai thác với sự trợ
giúp của máy tính)

FAO

The Food and Agriculture Organization of the United Nations (Tổ
chức Lƣơng thực và Nông nghiệp của Liên hợp quốc)

FQM

Flow and Quality Management (Quản lý dòng chảy và chất lƣợng
nƣớc)

GS&ĐK

Giám sát và Điều khiển

HĐH

Hiện đại hóa

HT

Hệ thống

IIASA

The International Institute for Applied Systems Analysis (Viện
phân tích hệ thống ứng dụng Quốc tế)

INCA

Irrigation Network Control and Analysis (Điều khiển và phân tích
hệ thống tƣới)

KHDN

Kế hoạch dùng nƣớc

KH&KT

Khoa học và kỹ thuật

KHTL

Khoa học thuỷ lợi

KTTV

Khí tƣợng thuỷ văn

MH

Mô hình



Nxb

Nhà xuất bản

OPDM

Operation Planning Distribution Model (Mô hình lập kế hoạch
phân phối và vận hành)

PDM

Planning Distribution Model (Mô hình lập kế hoạch phân phối
nƣớc)

QL&ĐH

Quản lý và điều hành

QLKT

Quản lý khai thác

QLVH

Quản lý vận hành

SCADA

Supervisory Control And Data Acquisition (Giám sát điều khiển

Ở Việt Nam, hiệu quả quản lý khai thác các hệ thống tƣới (HTT) chỉ mới đạt 65 - 80%
so với thiết kế [3], [4],… Hệ số sử dụng nƣớc trên các hệ thống tƣới nói chung nhỏ
hơn 0,82. Mặt khác, tình trạng ngập úng cục bộ do cung cấp nƣớc và lấy nƣớc quá
thừa ở nhiều hệ thống làm cho năng suất cây trồng giảm sút đáng kể... Hầu hết các
HTT ở vùng đồng bằng và nhiều HTT ở các vùng đồi núi là những hệ thống động lực.
Năng lƣợng tiêu thụ và chi phí quản lý vận hành (QLVH) hàng năm rất lớn – lãng phí
nƣớc cũng chính là lãng phí tiền của. Vì vậy, dù ở nơi thừa nƣớc hay thiếu nƣớc thì
việc quản lý khai thác, vận hành hiệu quả các HTT, sử dụng nƣớc tiết kiệm, hợp lý để
đáp ứng các yêu cầu dùng nƣớc và tránh tình trạng lãng phí nƣớc có một ý nghĩa kinh
tế - kỹ thuật rất quan trọng [2], [3], [5].
Yêu cầu nƣớc cho nông nghiệp, dân sinh cũng nhƣ các ngành kinh tế khác thƣờng
xuyên thay đổi và ngày càng gia tăng. Trong khi đó, do ảnh hƣởng của biến đổi khí
hậu, nguồn nƣớc ngày một trở nên khan hiếm. Sự cạnh tranh về nƣớc giữa các đối
tƣợng dùng nƣớc bao gồm cả những hộ dùng nƣớc nông nghiệp sẽ trở nên căng thẳng
và phức tạp hơn nhiều. Hiện nay, cơ chế kinh tế thị trƣờng tiêu thụ nƣớc ở nƣớc ta
đang và sẽ phát triển theo xu hƣớng “nƣớc là hàng hoá” nhƣ ở các nƣớc phát triển. Do
đó, cùng với công tác không ngừng nâng cao hiệu quả quản lý khai thác và vận hành
HTT, 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 nƣớc đúng, đủ, kịp thời, tin cậy, linh hoạt và
công bằng theo yêu cầu của các loại cây trồng và của những hộ dùng nƣớc khác. Muốn
vậy, công tác quản lý vận hành các hệ thống tƣới cần phải đƣợc hiện đại hóa [1], [6],
[3], [7].
1


Trên thế giới, từ vài chục năm trở lại đây công tác quản lý vận hành các HTT theo
hƣớng hiện đại hóa đã đƣợc nhiều nƣớc, nhiều tổ chức và nhiều nhà khoa học quan
tâm nghiên cứu, ứng dụng. Ở những nƣớc phát triển và một số nƣớc đang phát triển,
nhiều HTT đã đƣợc trang bị hiện đại và đƣợc QLVH, giám sát điều khiển tự động từ
xa nhờ việc sử dụng các mô hình hiện đại hóa quản lý vận hành nhằm nâng cao hiệu

phục vụ tốt sản xuất nông nghiệp, dân sinh, kinh tế - xã hội là nhiệm vụ trọng tâm và
quan trọng nhất hiện nay”. Mô hình quản lý vận hành hợp lý luôn luôn đóng vai trò
tiên 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 ƣơng 5 Khoá IX), trong những năm tới việc đi sâu nghiên cứu xây dựng
mô hình hiện đại hóa QLVH các HTT thích hợp với điều kiện thực tế của nƣớc ta là
một nhiệm vụ cấp bách.
1.2. Tính cấp thiết về lý luận
Hiện nay và trong tƣơng lai, mục tiêu khai thác, quản lý vận hành các HTT không còn
đơn thuần chỉ là phân phối đủ nƣớc theo nhu cầu mà đồng thời còn phải đạt đƣợc cả
các mục tiêu khác về kinh tế, tài chính, xã hội, môi trƣờng và tiết kiệm tài nguyên
nƣớc [1], [3], [8]…Các mục tiêu đó lại thƣờng cạnh tranh với nhau, thậm chí còn mâu
thuẫn lẫn nhau và không thể so sánh với nhau vì không có cùng thứ nguyên [3], [10].
Vì vậy, một số giả thiết khoa học và các phƣơng pháp luận tính toán quản lý khai thác,
vận hành hiện nay do không xét đến bất cứ một hàm mục tiêu nào hoặc chỉ xét một
hàm mục tiêu duy nhất là không còn hoàn toàn phù hợp với thực tế.
Các HTT có nhiệm vụ phải đáp ứng tốt dịch vụ cung cấp nƣớc cho nhiều đối tƣợng
khác nhau có nhu cầu nƣớc thƣờng xuyên thay đổi. Mặt khác, các yếu tố khí tƣợng,
thủy văn luôn thay đổi và hiện trạng, năng lực của các CTTL cũng thay đổi. Do đó, đòi
hỏi phải vận hành HTT một cách linh hoạt, kịp thời để đáp ứng, phù hợp với những sự
thay đổi nêu trên. Về mặt lý thuyết cần phải đề xuất các cơ sở khoa học cũng nhƣ
phƣơng pháp luận QLVH thời gian thực sao cho HTT đạt đƣợc hiệu quả cao nhất. Mặt
khác, còn phải nghiên cứu ứng dụng các phƣơng pháp tính toán dự báo khí tƣợng, thuỷ
văn chính xác hơn để công tác quản lý điều hành sát với thực tế hơn [11], [12].
Lý thuyết phân tích hệ thống, lý thuyết tối ƣu, lý thuyết quyết định, lý thuyết điều
khiển và lý thuyết dự báo đã đƣợc nghiên cứu ứng dụng có hiệu quả trong nhiều ngành
kinh tế, khoa học kỹ thuật và xã hội nhƣng vẫn chƣa đƣợc ứng dụng sâu, rộng trong
lĩnh vực QLVH, GS&ĐK các HTT. Hệ thống tƣới thuộc loại hệ thống lớn phức tạp,

3


4


cống và trạm bơm. Nguồn cung cấp nƣớc cho hệ thống có thể là sông, suối, hồ chứa.
Đề tài không đề cập đến các HTT bán tự chảy vùng chịu ảnh hƣởng của thuỷ triều và
nguồn nƣớc bị nhiễm mặn. Đề tài luận án không giải quyết mối quan hệ giữa tƣới với
tiêu nƣớc và vấn đề sử dụng các trạm bơm cục bộ (dã chiến) bơm nƣớc từ sông hay từ
các nguồn nƣớc nội đồng (nƣớc hồi quy, nƣớc ao hồ,...) cũng nhƣ việc trữ nƣớc, tiêu
thoát nƣớc trong hệ thống.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Luận án: “Nghiên cứu xây dựng mô hình hiện đại hóa quản lý vận hành hệ thống tƣới”
có ý nghĩa khoa học và thực tiễn rất quan trọng đối với công tác nâng cao hiệu quả
quản lý khai thác công trình thủy lợi để góp phần thực hiện công cuộc “Đẩy mạnh
công nghiệp hoá, hiện đại hoá nông nghiệp và nông thôn…”.
Trƣớc hết về ý nghĩa khoa học, Luận án sẽ góp phần phát triển, bổ sung bƣớc đầu các
cơ sở khoa học và phƣơng pháp luận trong một số lĩnh vực chuyên sâu:
- Mô hình hóa và giải bài toán lập kế hoạch quản lý khai thác “tối ƣu” các HTT.
- Quản lý vận hành hệ thống tƣới theo thời gian thực tế, tức thời.
- Công nghệ giám sát và điều khiển theo hƣớng hiện đại hóa…
Về ý nghĩa thực tiễn, sản phẩm của Luận án có thể trợ giúp đắc lực cho các công ty
quản lý khai thác CTTL, các phòng nông nghiệp và các hợp tác xã nông nghiệp, hội
dùng nƣớc có đƣợc những thông tin cần thiết, kịp thời để đƣa ra những quyết định
đúng đắn nhất về thời vụ gieo trồng, cơ cấu cây trồng và diện tích canh tác, kế hoạch
và thực hiện kế hoạch dùng nƣớc, kế hoạch QLVH,… nhằm nâng cao hiệu quả toàn
diện về kinh tế - kỹ thuật, xã hội, môi trƣờng,…của HTT:
- Sử dụng “tối ƣu” tài nguyên đất, nƣớc, cây trồng để đạt đƣợc lợi ích thực thu và diện
tích canh tác là lớn nhất; tiết kiệm, sử dụng nƣớc ít nhất; sự thiếu hụt nƣớc so với nhu
cầu dùng nƣớc là nhỏ nhất.
- Phân phối nƣớc kịp thời, chính xác và linh hoạt đáp ứng yêu cầu của các đối tƣợng

- Tổng lƣợng nƣớc tƣới là ít nhất.
- Tổng diện tích đất canh tác đƣợc tƣới là lớn nhất.
- Chênh lệch giữa lƣợng nƣớc mà HTT có thể cung cấp so với yêu cầu nƣớc là nhỏ
nhất (hay năng suất cây trồng giảm sút là ít nhất).
3. Xây dựng và phát triển một số công cụ quản lý vận hành hệ thống tƣới theo hƣớng
hiện đại hóa: giao diện website giám sát, điều khiển và quản lý vận hành, phần mềm
hiện đại hóa tính toán QLVH+GS&ĐK, CSDL trực tuyến (online),… giúp cho ngƣời
quản lý thực hiện các công việc giám sát và điều khiển HTT của họ theo số liệu quan
trắc thực tế vào bất cứ lúc nào, từ bất cứ nơi đâu có mạng Internet hoặc mạng điện
thoại di động.

6


4. Cải tiến, phát triển cơ sở khoa học cho mô hình công nghệ giám sát và điều khiển
SCADA (IP Modems - RTUs) sử dụng mạng Internet và mạng viễn thông di động toàn
cầu có tính khả thi cao với loại thiết bị vi điều khiển F2X64 RTU đƣợc tích hợp chức
năng IP modem không dây (modem giao thức Internet) phù hợp với điều kiện Việt
Nam và tổng vốn đầu tƣ không quá 28% so với hầu hết các mô hình SCADA đang
đƣợc ứng dụng ở nƣớc ta.
5. Xây dựng cơ sở nền tảng công nghệ cho việc phát triển các công cụ QLVH,
GS&ĐK các HTT thông qua việc tạo ra trang web http://www.hiendaihoaqlvh.com
(theo mô hình điện toán đám mây), đồng thời cung cấp các thông tin, kiến thức và tài
liệu đào tạo về hiện đại hóa tƣới nói chung và hiện đại hóa QLVH các HTT nói riêng.
Đặc biệt, trang web này còn cung cấp miễn phí bộ công cụ trực tuyến giúp cho các
công ty quản lý khai thác CTTL có thể tự xây dựng trang web hiện đại hóa QLVH,
GS&ĐK tự động từ xa hệ thống tƣới của họ ngay cả khi HTT đó vẫn còn đang đƣợc
quản lý vận hành bằng thủ công…
6. Cấu trúc của luận án
Luận án gồm 147 trang thuyết minh (trong đó có 52 hình vẽ và đồ thị, 22 bảng biểu

động. Đó là những mô hình không những có chức năng lập kế hoạch tƣới nhƣ nhóm 1
mà còn cho phép tính toán xác định thông số vận hành các công trình thủy lợi (CTTL)
và giám sát, điều khiển bán tự động tại chỗ một số CTTL.
Nhóm 3: Các mô hình giám sát và điều khiển tự động từ xa (SCADA). Nhóm mô hình
này thƣờng có đầy đủ các chức năng lập kế hoạch tƣới, kế hoạch vận hành các CTTL,
đồng thời cho phép theo dõi, thu thập số liệu và vận hành các CTTL tự động từ trung
tâm giám sát và điều khiển (GS&ĐK).
Trong phần 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 hƣớng hiện đại hóa
tƣới (hay có thể viết gọn hơn là: các mô hình hiện đại hóa QLVH). Khái niệm hiện đại
hóa tƣới ở đây đƣợc hiểu theo định nghĩa mà các nhà khoa học và các chuyên gia trên
thế giới đã thống nhất nhƣ sau [1], [2]:
8


“Hiện đại hoá tƣới là một quá trình nâng cấp cả về kỹ thuật và quản lý (chứ không
phải chỉ là sự cải tiến/cải tạo đơn thuần) các hệ thống tƣới với mục tiêu là nâng cao
hiệu quả sử dụng các nguồn lực (lao động, nguồn nƣớc, kinh tế, môi trƣờng) và dịch
vụ cung cấp nƣớc cho các đối tƣợng dùng nƣớc“.
Các mô hình - phần mềm hiện đại hóa QLVH điển hình đƣợc thống kê, phân loại dựa
trên những tính năng cơ bản của chúng nhƣ 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 đƣợc liệt kê trong bảng 1.1.
1.1.1 Các công trình nghiên cứu về mô hình lập kế hoạch quản lý vận hành và
giám sát, điều khiển bán tự động
1.1.1.1 Khái quát chung
Các công trình nghiên cứu về mô hình lập kế hoạch quản lý vận hành và giám sát, điều
khiển bán tự động nói chung đều xây dựng thuật toán, phần mềm lập kế hoạch tƣới,
tính toán xác định thông số vận hành các công trình thủy lợi và thiết lập một số hệ


Lập kế hoạch sử dụng hiệu quả
các nguồn tài nguyên
Tài
nguyên
đất

Tài
nguyên
nƣớc

Tài
nguyên
cây
trồng

(3)

(4)

(5)

Lập kế
hoạch
tƣới
(phân
phối
nƣớc)

Lập kế


(8)

(9)

(10)

(11)

1. Các mô hình lập kế hoạch quản lý vận hành và giám sát, điều khiển bán tự động
1

INCA





2

IMSOP





3

OPDM


RUSTIC







()

8

OMIS







()

9

CPOIS









3

TC/TM System







4

Klamath SCADA







5

CWMIS





chƣơng trình con cho phép lập kế hoạch lấy nƣớc từ hồ chứa và tính toán mực nƣớc
trong hồ chứa.
3. Mô hình lập kế hoạch phân phối nước và vận hành (OPDM – Operation Planning
Distribution Model)
Mô hình OPDM do Bộ môn Kỹ thuật sinh học và tƣới tiêu, Trƣờng Đại học Utah, Hoa
Kỳ thiết lập và phát triển từ năm 1996. Mô hình này có chức năng tính toán vận hành,
phân tích và mô phỏng các HTT cho phép tính toán xác định độ mở cửa lấy nƣớc của
các loại cống có hình dạng khác nhau.
OPDM có thể ƣớc tính mức giảm năng suất cây trồng do mức độ thiếu hụt nƣớc trong
vùng rễ cây, do nƣớc và đất bị nhiễm mặn, do ngập úng,… Điều này cho phép tính
toán, 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 tƣới tiêu (Trƣờng Đại
học Utah, Hoa Kỳ) đã thiết lập và phát triển mô hình CanalMan. Mô hình này cho
phép mô phỏng thủy lực dòng chảy không ổn định trong hệ thống kênh hở phân nhánh.
Các chức năng chính của nó bao gồm [16]:
- Lập kế hoạch tƣới và kế hoạch vận hành các công trình thủy lợi bằng thủ công.
- Tính toán các thông số vận hành tự động hóa các công trình tại chỗ.
- Thiết lập sơ đồ và tính toán, quản lý các công trình tự động điều tiết…
11


Về thực chất, mô hình CanalMan chính là phiên bản cải tiến, phát triển từ các mô hình
STEADY [17], UNSTEADY, PDM [18], [19] và OPDM.
5. Lập kế hoạch quản lý tưới (IMS - Irrigation Management Scheduling)
Với công trình nghiên cứu này, Bộ môn quản lý nƣớc, trƣờng Đại học Cranfield của
Anh quốc đã xây dựng và phát triển mô hình lập kế hoạch tƣới hàng ngày (IMS). Mô
hình này có các chức năng chuyên biệt:
- Quan trắc các số liệu về thời tiết hàng ngày.
- Cho phép xác định thời gian bắt đầu phải tƣới trong lần tƣới sắp tới và phƣơng thức