Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Hưng Yên, thuộc đồng bằng Bắc Bộ, có địa hình bằng phẳng và khí hậu nhiệt đới gió mùa, với hệ thống thủy lợi quản lý bởi Công ty TNHH MTV Khai thác công trình thủy lợi tỉnh. Hiện nay, tỉnh quản lý vận hành 688 trạm bơm, trong đó có 478 trạm bơm tưới, 62 trạm bơm tiêu và 148 trạm bơm kết hợp tưới tiêu, phục vụ cho hơn 10 huyện, thành phố. Các trạm bơm dã chiến chủ yếu sử dụng máy bơm li tâm trục ngang sản xuất từ những năm 1960-1970, với cột nước từ 3m đến 6m, lưu lượng từ 540 m³/h đến 2500 m³/h và công suất động cơ từ 22 kW đến 37 kW. Tuy nhiên, hiệu suất làm việc thực tế của các máy bơm này chỉ đạt khoảng 45% đến 60% công suất thiết kế, đồng thời chất lượng máy bơm xuống cấp nghiêm trọng do thiếu bảo dưỡng đúng quy trình.

Nhu cầu thay thế máy bơm dã chiến bằng máy bơm có cột nước phù hợp nhằm giảm tổn thất điện năng và chi phí vận hành là cấp thiết. Công ty cơ khí điện Hải Dương đã thiết kế và lắp đặt thử nghiệm loại máy bơm cột nước thấp tại 15 vị trí cuối năm 2017, cho thấy ưu điểm tiết kiệm năng lượng từ 60% đến 75% so với máy bơm truyền thống. Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất sử dụng máy bơm cột nước thấp thay thế máy bơm dã chiến tại tỉnh Hưng Yên, nhằm nâng cao hiệu quả vận hành, giảm chi phí đầu tư và điện năng tiêu thụ. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các trạm bơm dã chiến trên địa bàn tỉnh, với dữ liệu thu thập từ năm 2016 đến 2019. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành hệ thống thủy lợi, góp phần phát triển nông nghiệp bền vững tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về máy bơm thủy lực, đặc biệt là máy bơm hướng trục và máy bơm cột nước thấp. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  1. Lý thuyết thủy lực máy bơm hướng trục: Giải thích nguyên lý hoạt động, đặc tính lưu lượng, cột nước và hiệu suất của máy bơm hướng trục, bao gồm các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất năng lượng và hiệu suất làm việc.

  2. Mô hình tính toán cột nước địa hình và tổn thất cột nước: Xác định cột nước thiết kế, cột nước lớn nhất và nhỏ nhất dựa trên mực nước bể hút, bể xả, tổn thất trên đường ống và các thiết bị phụ trợ, theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8423:2010 và QCVN 04-05:2012/BNNPTNT.

Các khái niệm chính bao gồm: cột nước thiết kế, cột nước địa hình, tổn thất cột nước, hiệu suất máy bơm, lưu lượng máy bơm, và chi phí đầu tư xây dựng trạm bơm. Ngoài ra, các tiêu chuẩn kỹ thuật về thiết kế công trình thủy lợi và lựa chọn máy bơm cũng được áp dụng để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả kinh tế.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tiếp cận hệ thống, kết hợp thu thập số liệu thực tế và phân tích lý thuyết. Cụ thể:

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu vận hành của 688 trạm bơm dã chiến tại tỉnh Hưng Yên, dữ liệu mực nước bể hút và bể xả, thông số kỹ thuật máy bơm cũ và máy bơm cột nước thấp do Công ty cơ khí điện Hải Dương cung cấp, cùng các báo cáo quy hoạch thủy lợi và tài liệu kỹ thuật liên quan.

  • Phương pháp phân tích: Tính toán cột nước địa hình, tổn thất cột nước, lựa chọn máy bơm phù hợp dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật và mô hình thủy lực. So sánh hiệu suất và chi phí vận hành giữa máy bơm dã chiến và máy bơm cột nước thấp.

  • Khảo sát thực tế: Đánh giá tình trạng vận hành các trạm bơm dã chiến, khảo sát ý kiến người vận hành và chuyên gia trong lĩnh vực máy bơm và thủy lợi.

  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và phân tích dữ liệu từ năm 2016 đến 2019, trong đó giai đoạn lắp đặt và thử nghiệm máy bơm cột nước thấp diễn ra cuối năm 2017.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ 688 trạm bơm dã chiến, trong đó tập trung phân tích chi tiết 15 trạm lắp đặt máy bơm cột nước thấp thử nghiệm. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu toàn bộ cho đánh giá hiện trạng và mẫu chọn có trọng điểm cho phân tích chuyên sâu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu suất làm việc máy bơm dã chiến thấp: Các máy bơm dã chiến hiện tại chỉ đạt khoảng 45% đến 60% công suất thiết kế, gây lãng phí năng lượng và giảm hiệu quả tưới tiêu. Tình trạng hư hỏng phổ biến do thiếu bảo dưỡng đúng quy trình.

  2. Tiết kiệm năng lượng khi sử dụng máy bơm cột nước thấp: Máy bơm cột nước thấp do Công ty cơ khí điện Hải Dương chế tạo tiết kiệm từ 60% đến 75% công suất làm việc so với máy bơm truyền thống, giảm đáng kể chi phí điện năng hàng năm.

  3. Chi phí đầu tư xây dựng giảm: So với trạm bơm dã chiến truyền thống, trạm bơm sử dụng máy bơm cột nước thấp có chi phí đầu tư xây dựng (bao gồm xây lắp và thiết bị) giảm đáng kể do kết cấu trạm bơm đơn giản hơn.

  4. Khả năng ứng dụng phù hợp với địa hình tỉnh Hưng Yên: Cột nước địa hình phổ biến tại các vùng thấp phía Nam và Đông tỉnh dao động từ 1,0 đến 3,0 m, phù hợp với phạm vi làm việc của máy bơm cột nước thấp (1-3 m). Khu vực này chiếm phần lớn diện tích tưới tiêu, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thay thế máy bơm dã chiến.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân hiệu suất thấp của máy bơm dã chiến chủ yếu do công nghệ cũ, máy bơm li tâm trục ngang sản xuất từ những năm 1960-1970, cùng với việc bảo dưỡng không đúng quy trình và thiếu phụ tùng thay thế. Việc áp dụng máy bơm cột nước thấp với thiết kế hiện đại, tỷ tốc cao và kết cấu đơn giản giúp giảm tổn thất năng lượng, tăng hiệu suất vận hành.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả tiết kiệm năng lượng và chi phí đầu tư của máy bơm cột nước thấp tại Hưng Yên tương đồng với các báo cáo về máy bơm hướng trục cột nước thấp tại Nhật Bản và Liên Xô cũ. Việc lựa chọn máy bơm phù hợp với cột nước địa hình giúp tránh hiện tượng bơm thừa cột nước, giảm tổn thất điện năng và tăng tuổi thọ thiết bị.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh hiệu suất làm việc và chi phí điện năng tiêu thụ giữa máy bơm dã chiến và máy bơm cột nước thấp, cũng như bảng tổng hợp chi phí đầu tư xây dựng và vận hành hàng năm. Điều này giúp minh họa rõ ràng lợi ích kinh tế và kỹ thuật của giải pháp đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Thay thế dần các máy bơm dã chiến bằng máy bơm cột nước thấp: Ưu tiên các trạm bơm tại khu vực có cột nước địa hình thấp (1-3 m), đặc biệt ở phía Nam và Đông tỉnh Hưng Yên. Mục tiêu hoàn thành thay thế trong vòng 3-5 năm để nâng cao hiệu quả vận hành.

  2. Đầu tư nâng cấp kết cấu trạm bơm đơn giản, phù hợp với máy bơm cột nước thấp: Thiết kế nhà máy bơm kiểu buồng ướt, máy đặt chìm hoặc đặt chim, giảm chi phí xây dựng và bảo trì. Chủ thể thực hiện là Công ty TNHH MTV Khai thác công trình thủy lợi tỉnh phối hợp với các đơn vị thiết kế và thi công.

  3. Tăng cường công tác bảo dưỡng, sửa chữa định kỳ và đào tạo nhân lực vận hành: Đảm bảo máy bơm hoạt động ổn định, kéo dài tuổi thọ thiết bị và duy trì hiệu suất cao. Thời gian thực hiện liên tục, với kế hoạch đào tạo hàng năm.

  4. Áp dụng hệ thống giám sát và điều khiển tự động cho các trạm bơm mới: Giúp tối ưu hóa vận hành, giảm tổn thất điện năng và tăng tính chủ động trong quản lý. Chủ thể thực hiện là các đơn vị quản lý trạm bơm phối hợp với nhà cung cấp thiết bị công nghệ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các đơn vị quản lý thủy lợi và trạm bơm: Nhận diện giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành, giảm chi phí điện năng và bảo trì, từ đó cải thiện chất lượng dịch vụ tưới tiêu.

  2. Các nhà thiết kế và thi công công trình thủy lợi: Áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật và phương pháp lựa chọn máy bơm phù hợp với cột nước địa hình, tối ưu hóa chi phí đầu tư xây dựng.

  3. Các nhà sản xuất và cung cấp máy bơm: Tham khảo các yêu cầu kỹ thuật và đặc tính vận hành của máy bơm cột nước thấp, phát triển sản phẩm phù hợp với thị trường địa phương.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật tài nguyên nước, cơ khí thủy lợi: Nắm bắt kiến thức về lý thuyết máy bơm, phương pháp tính toán cột nước và ứng dụng thực tiễn trong quản lý hệ thống thủy lợi.

Câu hỏi thường gặp

  1. Máy bơm cột nước thấp có ưu điểm gì so với máy bơm dã chiến truyền thống?
    Máy bơm cột nước thấp tiết kiệm năng lượng từ 60% đến 75%, giảm chi phí vận hành và đầu tư xây dựng, đồng thời có kết cấu đơn giản, dễ bảo trì. Ví dụ tại Hưng Yên, máy bơm này đã được lắp đặt thử nghiệm và cho kết quả tích cực.

  2. Phạm vi áp dụng máy bơm cột nước thấp phù hợp với những vùng nào?
    Phù hợp với các vùng có cột nước địa hình từ 1 đến 3 mét, đặc biệt là các khu vực thấp phía Nam và Đông tỉnh Hưng Yên, nơi cột nước yêu cầu bơm thấp và ổn định.

  3. Làm thế nào để tính toán cột nước thiết kế cho máy bơm?
    Cột nước thiết kế được xác định dựa trên hiệu số mực nước bể xả và bể hút, cộng với tổn thất trên đường ống và thiết bị phụ trợ, theo tiêu chuẩn TCVN 8423:2010 và QCVN 04-05:2012/BNNPTNT.

  4. Chi phí đầu tư xây dựng trạm bơm sử dụng máy bơm cột nước thấp có cao không?
    Chi phí đầu tư giảm so với trạm bơm dã chiến do kết cấu trạm bơm đơn giản hơn, giảm chi phí xây lắp và thiết bị. Ví dụ tại Hưng Yên, chi phí xây dựng trạm bơm mới giảm đáng kể so với trạm bơm truyền thống.

  5. Có cần đào tạo nhân lực khi chuyển đổi sang sử dụng máy bơm cột nước thấp không?
    Có, đào tạo nhân lực vận hành và bảo dưỡng là cần thiết để đảm bảo máy bơm hoạt động hiệu quả và bền bỉ. Việc này giúp giảm thiểu hư hỏng và tăng tuổi thọ thiết bị.

Kết luận

  • Máy bơm dã chiến tại tỉnh Hưng Yên hiện có hiệu suất thấp, gây lãng phí năng lượng và chi phí vận hành cao.
  • Máy bơm cột nước thấp do Công ty cơ khí điện Hải Dương chế tạo đã chứng minh khả năng tiết kiệm năng lượng từ 60% đến 75% và giảm chi phí đầu tư xây dựng.
  • Cột nước địa hình tại nhiều khu vực trong tỉnh phù hợp với phạm vi làm việc của máy bơm cột nước thấp, đặc biệt ở vùng thấp phía Nam và Đông tỉnh.
  • Đề xuất thay thế dần máy bơm dã chiến bằng máy bơm cột nước thấp trong vòng 3-5 năm, kết hợp nâng cấp kết cấu trạm bơm và đào tạo nhân lực vận hành.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thí điểm mở rộng, hoàn thiện thiết kế trạm bơm, và xây dựng kế hoạch bảo dưỡng định kỳ nhằm đảm bảo hiệu quả lâu dài.

Hành động ngay để nâng cao hiệu quả hệ thống thủy lợi, tiết kiệm năng lượng và phát triển bền vững nông nghiệp tại tỉnh Hưng Yên.