Header Page 1 of 148.

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
Footer Page 1 of 148.


Header Page 2 of 148.

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

Header Page 4 of 148.

LỜI CẢM ƠN
Tác giả luận án xin trân trọng cảm ơn GS.TS. Bùi Hiếu và PGS.TS. Lê Văn Ƣớc đã
tận tình hƣớng dẫn tác giả nghiên cứu và hoàn thành Luận án tiến sĩ này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trƣờng Đại học Thủy lợi, Phòng Đào
tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Kỹ thuật tài nguyên nƣớc, Bộ môn Kỹ thuật tài
nguyên nƣớc đã tạo điều kiện thuận lợi, nhiệt tình giúp đỡ và động viên tác giả trong
quá trình nghiên cứu, thực hiện luận án.
Tác giả luận án cũng xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình đã hỗ
trợ, động viên, chia sẻ khó khăn trong suốt thời gian nghiên cứu, làm luận án.

Footer Page 4 of 148.

ii


Header Page 5 of 148.

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

1.1.2.4

Khái quát chung ............................................................................................... 16
Ưu điểm ............................................................................................................ 18
Hạn chế ............................................................................................................. 19
Phạm vi áp dụng và khả năng ứng dụng vào Việt Nam ................................... 19

 Nhận xét và đánh giá ..................................................................................................20
1.2

Tổng quan tình hình nghiên cứu ở Việt Nam .................................................21

1.2.1
Các công trình nghiên cứu về mô hình lập kế hoạch quản lý vận hành và
giám sát, điều khiển bán tự động……….. .............................................................21
1.2.1.1
1.2.1.2
1.2.1.3
Footer Page 5 of 148.

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


Header Page 6 of 148.
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

2.1

Nội dung nghiên cứu.......................................................................................37

2.2

Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................45

2.2.1

Phƣơng pháp mô hình hóa .......................................................................45

2.2.1.1
2.2.1.2
thực tế

Mô hình hóa bài toán quản lý khai thác “tối ưu“ hệ thống tưới...................... 45
Mô hình hóa bài toán quản lý vận hành hệ thống tưới theo số liệu quan trắc
.......................................................................................................................... 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

ưu“ hệ thống tưới............................................................................................................. 69
3.1.1.6 Kết quả xây dựng phần mềm lập kế hoạch quản lý khai thác “tối ưu“ hệ thống
tưới
.......................................................................................................................... 73

* Nhận xét và đánh giá: .................................................................................................75
3.1.2
Kết quả nghiên cứu xây dựng mô hình quản lý vận hành hệ thống tƣới
theo số liệu quan trắc (thời gian thực) ...................................................................75
3.1.2.1
thực tế
3.1.2.2
xa
3.1.2.3
trắc

Kết quả nghiên cứu xây dựng bộ công cụ giám sát, cập nhật số liệu quan trắc
.......................................................................................................................... 75
Kết quả nghiên cứu xây dựng bộ công cụ điều khiển hệ thống tưới tự động từ
.......................................................................................................................... 79
Kết quả xây dựng phần mềm quản lý vận hành hệ thống tưới theo số liệu quan
.......................................................................................................................... 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

3.2.1

Địa điểm ứng dụng mô hình ..................................................................104

3.2.2

Kết quả lập kế hoạch quản lý khai thác ”tối ƣu” hệ thống tƣới Phù Sa 108

3.2.2.1 Các số liệu đầu vào ........................................................................................ 108
3.2.2.2 Kết quả ứng dụng mô hình lập kế hoạch quản lý khai thác "tối ưu“ tại HTT
Phù Sa ........................................................................................................................ 115

Footer Page 7 of 148.

v


Header Page 8 of 148.

3.2.3
Kết quả ứng dụng mô hình quản lý vận hành hệ thống tƣới theo số liệu
quan trắc thực tế ..................................................................................................125
3.2.3.1 Kết quả tính toán kiểm định mô hình quản lý vận hành hệ thống tưới bằng các
số liệu quan trắc năm 2011............................................................................................ 125
3.2.3.2 Kết quả ứng dụng mô hình quản lý vận hành hệ thống tưới theo số liệu quan
trắc thực tế ..................................................................................................................... 126

3.2.4
Kết quả ứng dụng công nghệ hiện đại hóa quản lý vận hành, GS&ĐK hệ
thống tƣới thông qua mạng Internet và hệ thống viễn thông di động toàn cầu ...129

Phụ lục 5: Những sơ đồ thuật toán và các chƣơng trình phần mềm chính ..................194

Footer Page 8 of 148.

vi


Header Page 9 of 148.

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 ................................82
Hình 3.12: Giao diện và các trình đơn của trang “Mô hình HĐH quản lý vận hành” ..83
Hình 3.13: Trang cập nhật các yếu tố khí tƣợng từ chuyên mục Dự báo thời tiết ........84

Hình 3.37: Thiết bị điều khiển IP Modem - RTU F2164 tại trạm bơm Phù Sa ..........127
Hình 3.38: Đồ thị cập nhật quá trình lớp nƣớc mặt ruộng và độ ẩm đất tại HTT Phù Sa
.....................................................................................................................................128
Hình 3.39: Website 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
.................................................................................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

Footer Page 10 of 148.

viii


Header Page 11 of 148.

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


The Asian Development Bank (Ngân hàng phát triển châu Á)

CSDL

Cơ sở dữ liệu

CSDLQH

Cơ sở dữ liệu quan hệ

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)


Hệ thống tƣới tiêu

HTX

Hợp tác xã

ICID

The International Commission on Irrigation and Drainage (Uỷ ban
tƣới tiêu Quốc tế)

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

NC

Nghiên cứu

NHDL

Ngân hàng dữ liệu

NN&PTNT

Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

NQĐ

Ngƣời ra quyết định

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)


hợp quốc)

WB

The World Bank (Ngân hàng Thế giới)

Footer Page 13 of 148.

xi


Header Page 14 of 148.

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
1.1. Tính cấp thiết trong thực tiễn
Theo số liệu thống kê, đánh giá của Liên hợp quốc và Ngân hàng Thế giới cho thấy:
Chỉ khoảng 45 - 65% lượng nước tưới đến được với cây trồng. Ở nhiều quốc gia, nƣớc
từ nơi cung cấp đến nơi sử dụng hao phí từ 40% đến 50% [1], [2].
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

Ở nƣớc ta, từ hơn chục năm nay, một số chƣơng trình, đề tài nghiên cứu cùng các dự
án nâng cấp, hiện đại hóa QLVH các HTTL đã và đang đƣợc thực hiện với sự trợ giúp
kỹ thuật và tài chính từ các tổ chức quốc tế nhƣ Ngân hàng phát triển châu Á (ADB),
Ngân hàng Thế giới (WB),... Đáng 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 tƣới cho 6 hệ thống tƣới lớn [9]:
Yên Lập, Cầu Sơn - Cấm Sơn, Kẻ Gỗ, Phú Ninh, Đá Bàn, Dầu Tiếng. Hiện nay, trên
toàn quốc mặc dù đã có khá nhiều mô hình hiện đại hóa giám sát và điều khiển
(GS&ĐK) các HTT nhƣng hầu hết các mô hình đó chƣa hoàn toàn phù hợp với điều
kiện thực tế, chƣa đáp ứng đƣợc các yêu cầu cung cấp dịch vụ một cách chính xác, tin
cậy, linh hoạt, công bằng và khó có thể đƣợc áp dụng rộng rãi với lý do chính là vốn
đầu tƣ khá lớn, trang thiết bị phải nhập ngoại đắt tiền, GS&ĐK chỉ hỗ trợ và độc lập
với tính toán quản lý vận hành HTT, không hỗ trợ GS&ĐK qua mạng Internet… Hơn
nữa, tất cả các mô hình hiện đại hóa QLVH ở Việt Nam cũng nhƣ trên thế giới đều có
hạn chế là chỉ hỗ trợ, thực hiện một hoặc vài khâu độc lập nào đó trong công tác quản
lý HTT nên khó có thể đáp ứng đƣợc yêu cầu nâng cao hiệu quả toàn diện của HTT và
cung cấp tốt dịch vụ tƣới theo 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. Đề án: “Nâng cao hiệu quả quản lý khai thác
công trình thủy lợi hiện có“ (tháng 4/2014) có nhấn mạnh: “Bộ Nông nghiệp và PTNT
Footer Page 15 of 148.

2


Header Page 16 of 148.

xác định nhiệm vụ nâng cao hiệu quả hoạt động của các công trình thủy lợi hiện có
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


Header Page 17 of 148.

phân cấp và đa mục tiêu. Nếu không nghiên cứu ứng dụng tổng hợp những phƣơng
pháp luận của các lý thuyết kể trên sẽ khó có thể giải quyết hoàn chỉnh, trọn vẹn bài
toán quản lý khai thác, điều khiển các HTT. Với sự phát triển nhƣ vũ bão của công
nghệ thông tin, truyền thông, tự động hóa thì việc cập nhật những tiến bộ trong các lý
thuyết nêu trên và nghiên cứu ứng dụng các mô hình hiện đại hóa trong QLVH các
HTT là một đòi hỏi cấp thiết cho công cuộc đẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện đại hoá
đất nƣớc.
Tóm lại: Tính cấp thiết của đề tài luận án là xuất phát từ thực tế hiện nay đang đòi hỏi
phải đi sâu nghiên cứu xây dựng 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 phần thực hiện công
cuộc “Đẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện đại hoá nông nghiệp và nông thôn…”. Về mặt
lý luận đòi hỏi mô hình hiện đại hóa QLVH đó phải đƣợc xây dựng dựa trên các cơ sở
khoa học và phƣơng pháp luận trong quản lý vận hành HTT, lý thuyết tối ƣu, lý thuyết
quyết định, lý thuyết điều khiển với nền tảng là ứng dụng công nghệ thông tin và
truyền thông, tự động hóa…
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài luận án “Nghiên cứu xây dựng mô hình hiện đại hóa
quản lý vận hành hệ thống tƣới“ là đề xuất và xây dựng, phát triển một mô hình mới
về hiện đại hóa quản lý vận hành các hệ thống tƣới thích hợp với điều kiện thực tế ở
Việt Nam nhằm nâng cao hiệu quả toàn diện trong quản lý khai thác, vận hành HTT và
đáp ứng tốt dịch vụ cung cấp nƣớc chính xác, kịp thời, tin cậy, linh hoạt và công bằng
cho các đối tƣợng dùng nƣớc.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu trong luận án này là các hệ thống tƣới tự chảy hoặc tƣới bằng
động lực thông thƣờng phục vụ nông nghiệp, cấp nƣớc cho dân sinh, công nghiệp và
các ngành kinh tế khác...
Phạm vi nghiên cứu của đề tài luận án chủ yếu giải quyết bài toán về quản lý vận hành

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
dùng nƣớc, nâng cao năng suất cây trồng, tiết kiệm nƣớc…
- Giảm thiểu các chi phí quản lý vận hành nhờ có những thông tin giám sát tức thời và
các công cụ điều khiển chính xác từ xa theo thời gian thực.
- Tránh đƣợc những mâu thuẫn và tranh cãi, xung đột giữa các đối tƣợng dùng nƣớc
nhờ có sự phân phối nƣớc công bằng, tin cậy và chính xác.
- Có thể thƣờng xuyên cải tiến phƣơng thức quản lý khai thác, vận hành HTT trên cơ
sở phân tích các số liệu về quản lý nƣớc, quản lý công trình và quản lý kinh tế đƣợc
lƣu trữ, cập nhật trong ngân hàng dữ liệu...
Footer Page 18 of 148.

5


Header Page 19 of 148.

Ý nghĩa thực tiễn cuối cùng của Luận án là đã tạo ra một công cụ thực hiện và trợ giúp
hiện đại hóa QLVH các HTT góp phần thực hiện đề án 784 của Bộ NN&PTNT:
“Nâng cao hiệu quả quản lý khai thác công trình thủy lợi hiện có“. Đó cũng chính là
công cụ và cơ sở quan trọng bƣớc đầu để từng bƣớc tiến tới tự động hoá QLVH và
giám sát, điều khiển từng khâu hoặc toàn bộ quá trình quản lý vận hành nhằm góp
phần thực hiện nhiệm vụ công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nƣớc...
5. Những đóng góp mới của luận án
Luận án đã:
1. Đề xuất và xây dựng một mô hình mới về hiện đại hóa quản lý vận hành hệ thống
tƣới có đầy đủ các chức năng hỗ trợ và thực hiện cả 3 nhiệm vụ: quản lý nƣớc theo số

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
(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
minh họa, 1 trang liệt kê danh mục 10 công trình đã công bố của tác giả về kết quả
nghiên cứu của đề tài luận án, 5 trang liệt kê 82 tài liệu tham khảo) và 54 trang phụ
lục.
Nội dung bao gồm phần mở đầu, phần kết luận và 3 chƣơng:
Chƣơng 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chƣơng 2: Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu
Chƣơng 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận.

Footer Page 20 of 148.

7


Header Page 21 of 148.

CHƢƠNG 1



8


Header Page 22 of 148.

“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
thống giám sát, điều khiển bán tự động tại chỗ các CTTL chủ chốt. Những mô hình
nhƣ thế thƣờng đƣợc ứng dụng ở những HTT có quy mô lớn hoặc chƣa có điều kiện
HĐH toàn bộ hệ thống. Trong mục này sẽ trình bày tổng quan về đặc tính, chức năng
của một số mô hình tiêu biểu đã đƣợc công bố thông qua các công trình nghiên cứu
của các tổ chức và các nhà khoa học trên thế giới.
1. Phân tích và điều khiển hệ thống tưới (INCA - Irrigation Network Control and
Analysis)
Trong công trình nghiên cứu này, Công ty HR Wallingford (Vƣơng quốc Anh) đã xây
dựng và phát triển mô hình INCA (từ năm 1980). Các chức năng chính của INCA [8]

đất

Tài
nguyên
nƣớc

Tài
nguyên
cây
trồng

(3)

(4)

(5)

Lập kế
hoạch
tƣới
(phân
phối
nƣớc)

Lập kế
hoạch
QLVH
và
GSĐK
bán tự

(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





4




()

8

OMIS







()

9

CPOIS











TC/TM System







4

Klamath SCADA







5

CWMIS





()

6


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…
Footer Page 24 of 148.

11


Header Page 25 of 148.

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