Nghiên cứu xây dựng hệ thống quản lý và hỗ trợ điều hành tưới tiêu theo thời gian thực

Việt Nam đã xây dựng hàng ngàn hệ thống công trình thủy lợi, phục vụ cho việc tưới tiêu nông nghiệp. 197 trang.

• Trường học: Trường Đại Học
• Chuyên ngành: Quản Lý Tưới Tiêu
• Đề tài: Hệ Thống Quản Lý Tưới Tiêu Thông Minh Theo Thời Gian Thực
• Loại tài liệu: Luận Án

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Sự cần thiết của đề tài

Việt Nam đã xây dựng hàng ngàn hệ thống công trình thủy lợi, phục vụ cho việc tưới tiêu nông nghiệp. Tuy nhiên, nhu cầu sử dụng nước đang gia tăng nhanh chóng, trong khi tài nguyên nước lại có hạn và đang bị suy thoái. Biến đổi khí hậu làm trầm trọng thêm tình hình này, dẫn đến sự thiếu hụt nước cho sản xuất nông nghiệp. Hệ thống tưới hiện tại có hiệu suất thấp, với tổn thất nước lớn do quản lý không hiệu quả. Việc điều phối tưới tiêu gặp khó khăn do thiếu thông tin chính xác về tình hình thực tế. Do đó, việc phát triển một hệ thống quản lý tưới tiêu thông minh là rất cần thiết để tối ưu hóa việc sử dụng nước và nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp.

II. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là phát triển một công cụ quản lý và hỗ trợ điều hành hệ thống tưới tiêu theo thời gian thực. Công cụ này sẽ giúp nâng cao chất lượng dịch vụ tưới, giảm chi phí quản lý và vận hành. Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc xây dựng cơ sở dữ liệu, phần mềm IMS và tích hợp các công nghệ hiện đại như IoT và WebGIS để theo dõi và điều khiển hệ thống tưới từ xa. Điều này sẽ giúp người dùng có thể quản lý và điều hành hệ thống tưới một cách hiệu quả hơn.

III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là công tác quản lý và điều hành hệ thống tưới tiêu. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống tưới kênh hở với công trình đầu mối là trạm bơm. Nghiên cứu không đề cập đến việc cấp nước cho các mục tiêu khác như công nghiệp hay sinh hoạt. Nội dung nghiên cứu bao gồm việc đề xuất cấu trúc hệ thống VNIMS, xây dựng cơ sở dữ liệu máy chủ, phát triển phần mềm IMS và tích hợp các giải pháp công nghệ để giám sát và điều khiển hệ thống tưới từ xa.

IV. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu đã xây dựng được công thức và sơ đồ thuật toán để tính toán nhu cầu tưới theo tiến độ gieo trồng thực tế. Hệ thống VNIMS sẽ giúp quản lý tổng thể các vấn đề trong công tác điều hành hệ thống tưới, từ quản lý công trình đến lập kế hoạch tưới và hỗ trợ điều hành theo thời gian thực. Về mặt thực tiễn, người dùng có thể tương tác với hệ thống qua giao diện WebGIS, giúp việc quản lý và điều hành trở nên thuận tiện hơn. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng ngay vào thực tế cho các dự án đầu tư xây dựng hệ thống SCADA, nâng cao hiệu quả đầu tư công trình.

V. Những đóng góp mới của luận án

Luận án đã đề xuất mô hình cấu trúc thành phần và nguyên lý làm việc của hệ thống VNIMS, giúp quản lý và hỗ trợ điều hành hệ thống tưới tiêu theo thời gian thực. Các giải pháp công nghệ được phát triển trong hệ thống VNIMS bao gồm việc xác định diện tích gieo trồng và tự động tính toán nhu cầu tưới. Hệ thống này không chỉ giúp tiết kiệm nước mà còn nâng cao chất lượng dịch vụ tưới, giảm chi phí vận hành. Những đóng góp này sẽ tạo ra một bước tiến mới trong việc ứng dụng công nghệ thông tin và tự động hóa trong quản lý tưới tiêu.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Hạ tầng thủy lợi Việt Nam có quy mô lớn với 6.648 hồ chứa, khoảng 10.000 trạm bơm điện lớn, 5.500 cống tưới tiêu lớn, 234.000 km kênh mương và 904 hệ thống phục vụ diện tích từ 200 ha trở lên. Các công trình này đảm bảo cấp nước tưới cho trên 7,3 triệu ha lúa (vụ Đông Xuân 2,99 triệu ha, Hè Thu 2,05 triệu ha, Mùa 2,02 triệu ha), 1,5 triệu ha rau màu và cây công nghiệp, cung cấp khoảng 6 tỷ m³ nước cho sinh hoạt và công nghiệp, ngăn mặn 0,87 triệu ha, cải tạo chua phèn 1,6 triệu ha và tiêu thoát nước trên 1,72 triệu ha đất nông nghiệp.

Tuy nhiên, tài nguyên nước đang suy thoái về số lượng và chất lượng dưới tác động của biến đổi khí hậu. Dòng chảy năm và dòng chảy mùa kiệt suy giảm từ -2% đến -24%, ranh giới độ mặn 1‰ xâm nhập sâu vào thượng lưu các lưu vực sông Cửu Long, sông Hồng - Thái Bình và miền Trung. Trong bối cảnh nông nghiệp tiêu thụ nước lớn nhất, hệ số hiệu ích của các hệ thống tưới chỉ đạt 0,5 - 0,7; tỷ lệ thất thoát nước trên hệ thống kênh chiếm từ 30% đến 50%. Tình trạng lãng phí bắt nguồn từ khâu quản lý phân phối: tưới vượt định mức, tháo nước sang kênh tiêu, đầu kênh thừa nước nhưng cuối kênh thiếu hụt, gây hạn và úng cục bộ đan xen. Trung tâm điều hành không nắm bắt được thông tin hiện trường theo thời gian thực, dẫn đến vận hành thụ động và chi phí cao.

Khoảng trống nghiên cứu thể hiện qua các hạn chế của những công cụ phần mềm hiện có tại Việt Nam:

• Các phần mềm chỉ xử lý từng bài toán riêng rẽ, thiếu tính tích hợp tổng thể công tác quản lý và điều hành.
• Chưa kết nối với thiết bị tự động hóa để hỗ trợ vận hành theo thời gian thực.
• Chủ yếu vận hành trên máy tính đơn lẻ, chưa ứng dụng công nghệ WebGIS và môi trường mạng Internet.
• Quy trình thao tác và giao diện chưa thích ứng với trình độ tin học của nhân lực quản lý khai thác.

Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu các giải pháp khoa học công nghệ để xây dựng một công cụ phục vụ quản lý và hỗ trợ điều hành hệ thống tưới theo thời gian thực (hệ thống VNIMS) nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ tưới, giảm chi phí quản lý vận hành hệ thống tưới.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Công tác quản lý, điều hành hệ thống tưới.
• Phạm vi không gian và kỹ thuật: Hệ thống tưới kênh hở có công trình đầu mối là trạm bơm điện; mạng lưới kênh dẫn dạng hở. Địa bàn thử nghiệm kiểm nghiệm là hệ thống tưới Ấp Bắc – Nam Hồng.
• Phạm vi chức năng: Điều hành cấp nước tưới cho sản xuất nông nghiệp; không bao gồm cấp nước đô thị, công nghiệp, sinh hoạt và không xử lý bài toán tiêu thoát úng ngập khi mưa lớn.

Hạng mục quy mô hạ tầng	Số lượng / Khối lượng	Diện tích / Khối lượng phục vụ
Hồ chứa các loại	6.648 hồ	Phục vụ tưới > 7,3 triệu ha lúa
Trạm bơm điện lớn	~10.000 trạm	Cấp nước 1,5 triệu ha rau màu, cây công nghiệp
Cống tưới tiêu lớn	5.500 cống	Tạo nguồn 1,3 triệu ha đất gieo trồng
Hệ thống kênh mương	234.000 km	Cấp 6 tỷ m³ nước sinh hoạt và công nghiệp
Hệ thống quy mô $\ge$ 200 ha	904 hệ thống	Ngăn mặn 0,87 triệu ha; cải tạo phèn 1,6 triệu ha

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tác giả hệ thống hóa các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước thành ba nhóm chuyên biệt:

Nhóm 1: Các phần mềm tính toán thủy lực và điều khiển trên kênh hở

• Nghiên cứu quốc tế: O. Aldana, Ruiz và Georges (2007) vận hành phần mềm giám sát, điều khiển đóng mở cống điều tiết duy trì mực nước cho 4 đoạn kênh phòng thí nghiệm [14]. Yan Ding và Sam S.Y. Wang (2006) xây dựng phần mềm kiểm soát tối ưu dòng kênh hở gồm mô-đun thủy động lực học và mô-đun tối ưu hóa dựa trên phân tích độ nhạy liên hợp [15]. P. Mujumdar và R. Gopakumar (2009) áp dụng giải thuật logic mờ điều khiển tập trung kênh tưới giải phương trình Saint-Venant ngược [17]. Các phần mềm STEADY và UNSTEADY (Đại học Utah, 1994) mô phỏng dòng ổn định không đều tại Mỹ, Ai Cập, Thái Lan. Phần mềm SIMWAT (E.P. Querner và M. Manzanera) kết hợp FEMSATS và SIMGRO tính toán mạng lưới kênh tiêu và nước ngầm tại Argentina [4]. Phần mềm ICSS (David H. Manz, Đại học Calgary) và SIC (CEMAGREF phối hợp IIMI/IWMI) tính toán thủy lực dòng ổn định và không ổn định ứng dụng tại Canada, Ai Cập, Sri Lanka, Pakistan, Mexico [4]. Phần mềm MIKE 11 (DHI Water & Environment) mô phỏng dòng chảy không ổn định một chiều giải hệ phương trình Saint-Venant [18].
• Nghiên cứu tại Việt Nam: Mô hình KODO1 (Nguyễn Ân Niên, 1974) sử dụng sơ đồ sai phân hiện Lax tính toán thủy lực và lũ cho hệ thống sông Hồng - Thái Bình [12]. Mô hình VRSAP (Nguyễn Như Khuê, 1978 cải tiến từ KRSAL) áp dụng sơ đồ sai phân ẩn Dronkers mô phỏng dòng chảy và xâm nhập mặn cho Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long [12]. Mô hình DUFLOW (Đặng Ngọc Hạnh ứng dụng năm 2004 tại trạm bơm Triều Dương, Hưng Yên) kết hợp GIS giải bài toán thủy động lực học một chiều và mưa - dòng chảy phục vụ tiêu nước [7].

Nhóm 2: Các phần mềm tính toán nhu cầu tưới

• Nghiên cứu quốc tế: Phần mềm IWREDSS (Đại học Hawaii tại Manoa) phát triển trên nền ArcGIS đơn máy để dự báo nhu cầu nước cho các mùa vụ [16]. Phần mềm Tanjung Karang (Malaysia) lập trình bằng VBA trên ArcGIS [19]. Bộ công cụ CROPWAT và CLIMWAT (Martin Smith, FAO, 1991, 1993) tính toán nhu cầu nước cây trồng phục vụ thiết kế, quy hoạch [4]. Phần mềm ISAREG và IRRICEP (Teixeira và Pereira, 1992-1993) hỗ trợ lập lịch cấp nước cho cây trồng cạn và lúa nước tại hệ thống Sorraia, Bồ Đào Nha [4].
• Nghiên cứu tại Việt Nam: CROPWAT là công cụ chủ yếu được sử dụng, chưa có phần mềm nội địa chuyên biệt được ứng dụng rộng rãi trong điều hành.

Nhóm 3: Các phần mềm quản lý và hỗ trợ điều hành hệ thống tưới tổng hợp

• Phần mềm chạy trên máy tính đơn lẻ: Mô hình INCA (Viện Thủy lợi HR Wallingford, Anh) gồm 4 mô-đun: vận hành, thủy lực, tối ưu và GIS. Mô hình SIMIS (FAO, 1993) tính toán nhu cầu nước và lập kế hoạch bảo dưỡng [4]. Mô hình IMSOP (Hector M. Malano, Đại học Melbourne) viết trên Visual Basic 6 để cân bằng nước mặt ruộng, tính toán phân phối lưu lượng và lên lịch bơm [4]. Tại Việt Nam, IMSOP được thử nghiệm tại La Khê, Đan Hoài, Củ Chi, sau đó mở rộng sang Đông Anh, Nam Sông Mã, Đồng Cam. Nguyễn Viết Chiến (luận án tiến sĩ) sử dụng IMSOP xác định hiệu quả sử dụng nước mưa theo thời kỳ sinh trưởng [4]; Trần Văn Đạt (luận án tiến sĩ) phát triển mô hình tối ưu phi tuyến trên nền IMSOP để vận hành khi thiếu hụt nguồn nước [6]. Hạn chế của IMSOP là: bỏ qua mưa tuần nếu lượng bình quân ngày dưới 2 mm; giả định toàn bộ diện tích gieo cấy đồng loạt nên hệ số $Kc$ không phản ánh đúng thực tế; tính toán thủy lực theo dòng đều; không chạy trên mạng.
• Phần mềm chạy trên môi trường Internet: Hệ thống Confluent (Rubicon, Úc) kết nối thiết bị SCADA điều hành theo nhu cầu thuê bao, chi phí bản quyền cao [20]. Hệ thống CWMIS (Đại học Utah) dùng ảnh viễn thám Landsat và MODIS dự báo nhu cầu trước 8 - 16 ngày nhưng thiếu chức năng điều hành thiết bị hiện trường [21]. Tại Việt Nam, hệ thống Waterdata (Đại học Thủy lợi) quản lý dữ liệu thủy lợi trên nền Google Maps nhưng không hỗ trợ điều hành tưới [3]. Hệ thống điều hành hồ chứa của Trung tâm Công nghệ Phần mềm Thủy lợi quản lý 6.250 hồ chứa và giám sát tự động 23 hồ, nhưng chưa áp dụng cho mạng lưới kênh tưới [9].

Khoảng trống luận án giải quyết

Luận án khắc phục các tồn tại trên bằng cách: xây dựng mô hình thuật toán tính toán nhu cầu nước chi tiết theo tiến độ gieo cấy thực tế của từng ô thửa; tích hợp mô hình thủy lực dòng không ổn định MIKE 11 vào hệ thống máy chủ; ứng dụng công nghệ WebGIS mã nguồn mở; kết nối trực tiếp với thiết bị đo đạc và điều khiển đóng mở cống từ xa theo thời gian thực qua giao thức mạng.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết tính toán nhu cầu nước và phân phối lưu lượng

Luận án chia diện tích cây trồng thành hai nhóm: nhóm lúa nước và nhóm cây trồng cạn.

1. Nhóm cây trồng lúa

Vụ Chiêm Xuân: Nhu cầu nước tổng cộng ngày thứ $i$ ($m_{\text{tổng}}[i]$, đơn vị m³) được tính theo quy trình canh tác đổ ải, ngâm đất, làm đất và tưới dưỡng: $$m_{\text{tổng}}[i] = m_{\text{đổ ải}}[i] + m_{\text{chờ}}[i] + m_{\text{tưới}}[i]$$

Lượng nước cấp cho diện tích đổ ải ($S_{\text{đổ ải}}[i]$, m²): $$m_{\text{đổ ải}}[i] = S_{\text{đổ ải}}[i] \cdot (h_{\text{bão hòa}} + a_{\text{mặt ruộng}} + h_{\text{mặt thoáng}} \cdot t_{bh} - R_e[i]) \cdot 10^{-3}$$ Trong đó: $h_{\text{bão hòa}}$ là lượng nước bão hòa tầng đất (mm); $a_{\text{mặt ruộng}}$ là lớp nước làm đất (20 mm nếu làm thủ công, 50 mm nếu làm bằng máy); $h_{\text{mặt thoáng}}$ là lượng bốc hơi mặt thoáng (mm/ngày); $t_{bh}$ là thời gian ngấm bão hòa (ngày); $R_e[i]$ là lượng mưa hiệu quả ngày thứ $i$ (mm). Theo Nguyễn Viết Chiến [4], đối với Đồng bằng sông Hồng, $R_{\max} = 50$ mm (vụ Chiêm Xuân), $R_{\max} = 60$ mm (vụ Mùa); lượng mưa nhỏ hơn $R_{\min} = 2$ mm được coi là không hiệu quả.

Lượng nước bù ngấm ổn định và bốc hơi cho diện tích chờ làm đất hoặc chờ cấy ($S_{\text{chờ}}$): $$m_{\text{chờ}}[i] = \sum S_{\text{chờ}} \cdot (h_{ôđ} + h_{\text{mặt thoáng}} - R_e[i]) \cdot 10^{-3}$$

Lượng nước duy trì mặt ruộng trong giai đoạn tưới dưỡng: $$m_{\text{tưới}}[i] = \left(\sum_{j=1}^i S_{\text{lúa}}[j]\right) \cdot a_{\text{tưới}}[i] \cdot 10^{-3} + m_{ETc}[i]$$ $$a_{\text{tưới}}[i] = (h_{ôđ}[i] + a_{\text{mặt ruộng}}[i]) - (a^o_{\text{mặt ruộng}}[i] + R_e[i])$$ Trong đó: $h_{ôđ}$ là lượng nước ngấm ổn định (mm/ngày); $a_{\text{mặt ruộng}}[i]$ và $a^o_{\text{mặt ruộng}}[i]$ lần lượt là lớp nước cuối ngày và đầu ngày thứ $i$.

Vụ Mùa: Không có giai đoạn đổ ải: $$m_{\text{tổng}}[i] = m_{\text{làm đất}}[i] + m_{\text{chờ}}[i] + m_{\text{tưới}}[i]$$ $$m_{\text{làm đất}}[i] = S_{\text{làm đất}}[i] \cdot (a_{\text{mặt ruộng}} - h_{\text{đã có}} - R_e[i]) \cdot 10^{-3}$$ Trong đó: $h_{\text{đã có}}$ là lớp nước hiện hữu trên mặt ruộng (mm).

Lượng nước tiêu hao do bốc thoát hơi ($m_{ETc}[i]$): Tính theo các thửa ruộng gieo cấy cùng ngày thứ $j$ với lịch gieo trồng $dl\text{ịchGT}$: $$m_{ETc}[i] = \sum_{j=1}^{dl\text{ịchGT}} S_{GT}[j] \cdot Kc[i - j + 1] \cdot ET_0[i]$$ $ET_0[i]$ được tính toán từ các yếu tố khí tượng và bức xạ mặt trời ($R_n, R_{ns}, R_{nL}, R_a, \delta, d_r, W_s$) với thông lượng nhiệt của đất tính theo ngày là $G = 0,38$.

2. Nhóm cây trồng cạn

Duy trì độ ẩm đất nằm trong khoảng giới hạn sinh trưởng: $\beta_{\min} < \beta < \beta_{\max}$.

3. Lan truyền lưu lượng và tổn thất trên kênh

Tính toán từ cống mặt ruộng ($Q_{off}$) ngược lên công trình đầu mối: $$Q_T(i+1) = Q_S(i+1) + Q_{off}(i+1)$$ $$Q_S(i) = Q_T(i+1) + Q_{TT}$$ Tổn thất lưu lượng do ngấm trên 1 km chiều dài kênh ($Q_{TT} = S_0 \cdot L[i]$) tính theo công thức Cốt-chia-Cốp (Kostyakov): $$S_0 = 0,0116 K_t \left(b + 2h\sqrt{1 + m^2}\right)$$ Trong đó: $b$ là chiều rộng đáy kênh; $h$ là chiều sâu cột nước; hệ số thấm của đất $K_t$ nhận giá trị: sét nặng 0,01 m/ngày; đất sét 0,01 - 0,05 m/ngày; sét pha 0,1 - 0,5 m/ngày; cát pha và cát mịn 0,4 - 1,0 m/ngày.

4. Thủy lực dòng không ổn định một chiều

Giải hệ phương trình Saint-Venant thông qua phần mềm MIKE 11:

• Phương trình liên tục: $$\frac{\partial Q}{\partial x} + \frac{\partial A}{\partial t} = q$$
• Phương trình động lượng: $$\frac{\partial Q}{\partial t} + \frac{\partial \left(\alpha \frac{Q^2}{A}\right)}{\partial x} + g A \frac{\partial h}{\partial x} + g \frac{Q |Q|}{C^2 A R} = 0$$

Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp điều tra, khảo sát: Thu thập tài liệu canh tác, hiện trạng vận hành và thông số kỹ thuật công trình tại các công ty khai thác công trình thủy lợi, đặc biệt là hệ thống tưới Ấp Bắc – Nam Hồng.
• Phương pháp mô phỏng: Ứng dụng số liệu hệ thống Ấp Bắc – Nam Hồng để mô phỏng tính toán thủy lực, nhu cầu nước và giao diện WebGIS; sử dụng thiết bị SGate tại phòng trưng bày để kiểm thử điều khiển từ xa; dùng máy chủ nội bộ mô phỏng máy chủ hệ thống VNIMS.
• Phương pháp kế thừa: Kế thừa mã nguồn mở MapServer và OpenLayers để xây dựng WebGIS; ứng dụng tập lệnh điều khiển của chip vi xử lý Q2687 (Sierra Wireless) trong thiết bị RTU-TL3; kế thừa thuật toán cân bằng nước diện tích đổ ải từ mô hình IMSOP.
• Phương pháp kiểm nghiệm: Kiểm thử các mô-đun phần mềm IMS, dịch vụ tính toán tự động, khả năng kết nối thiết bị và giao tiếp người dùng trên thiết bị di động.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan các kết quả nghiên cứu có liên quan

Chương này phân tích tổng quan thực trạng khai thác thủy lợi tại Việt Nam và phân loại các công cụ tính toán thủy lực, thủy nông trên thế giới và trong nước. Tác giả phân tích hạn chế của các mô hình thủy lực như KODO1, VRSAP (chỉ phù hợp với bài toán sông và quy hoạch vĩ mô), DUFLOW (thiết kế chuyên cho bài toán tiêu úng), MIKE 11 (hoạt động độc lập trên máy tính cá nhân, chưa tự động hóa liên kết dịch vụ).

Đối với các phần mềm điều hành, mô hình IMSOP dù đã giải quyết được bài toán cân bằng nước theo tiến độ đổ ải nhưng bộc lộ nhiều điểm yếu: tính toán hệ số $Kc$ đồng loạt, số liệu mưa gộp theo tuần, giả định dòng chảy đều trên kênh và không chạy trên mạng. Các hệ thống giám sát hiện có tại Việt Nam (như hệ thống quản lý hồ chứa hay Waterdata) chỉ dừng lại ở mức quản lý tĩnh thuộc tính công trình hoặc điều tiết hồ chứa, chưa giải quyết được bài toán phân phối nước mặt ruộng trên mạng lưới kênh hở.

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu, mô hình nghiên cứu và cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày toàn bộ cơ sở thuật toán và giải pháp công nghệ xây dựng hệ thống VNIMS. Tác giả xây dựng quy trình lập kế hoạch tưới cả vụ (dài hạn) và hỗ trợ điều hành thời gian thực (ngắn hạn theo đợt tưới). Quá trình lập kế hoạch điều hành phải tuân thủ nghiêm ngặt các điều kiện biên và ràng buộc kỹ thuật:

• Giới hạn lưu lượng cống: $Q_{off}[i] \le Q_{knc}$ (với $Q_{knc}$ là khả năng tháo tối đa của cống).
• Giới hạn ngập nước ruộng lúa: $a \le a_{\max}$.
• Giới hạn độ ẩm đất trồng cạn: $\beta \le \beta_{\max}$.
• Khả năng chuyển tải của kênh: lưu lượng kiểm tra $Q_{knk} \ge Q_{yck}$ và mực nước $Z_k \ge Z_{mnk}$.
• Khả năng cấp nước của trạm bơm đầu mối: $Q_{tb\max} \ge Q_{ycđm}$.

Cơ chế điều khiển MIKE 11 được thực hiện tự động qua một Windows Service cài đặt trên máy chủ. Service này ghi dữ liệu biên vào tệp *.DFS0 thông qua thư viện DHI.dll, gọi mô hình chạy các tệp cấu hình mạng lưới (*.NWK11), mặt cắt (*.XNS11), điều kiện biên (*.BND11), thông số thủy lực (*.HD11), sau đó trích xuất kết quả mực nước, lưu lượng từ tệp *.RES11 trả về phần mềm IMS.

Giao thức truyền thông giữa máy chủ và các thiết bị hiện trường (SGate, RTU-TL3) được thiết kế trên nền giao thức TCP/IP. Thiết bị hiện trường thu thập tín hiệu từ các cảm biến qua các cổng AI (Analog Input), DI (Digital Input) và điều khiển cơ cấu chấp hành qua AO (Analog Output), DO (Digital Output).

Tên trường dữ liệu	Độ dài	Giá trị quy định	Diễn giải chức năng
Bắt đầu	1 byte	0x00	Điểm đánh dấu mở đầu khung truyền
Phiên bản	1 byte	0x02	Phiên bản giao thức truyền thông
Chiều dài khung truyền	2 byte	0x0000 ~ 0xFFFF	Tổng số byte từ trường Bắt đầu đến Kết thúc
Kiểu gói	1 byte	0x01, 0x02, 0x10...	Định danh gói truyền dữ liệu, cảnh báo, cấu hình
Mã thiết bị	4 byte	Mã ASCII	Định danh duy nhất của thiết bị đo đạc
Số lượng thông số	1 byte	0x00 ~ 0xFF	Số lượng biến đo đạc có trong khung
Dữ liệu thông số	14 byte * n	Cấu trúc khối con	Gồm: Mã biến (1B), Thời gian (7B), Giá trị (4B), Dự trữ (2B)
Kết thúc	1 byte	0xFF	Điểm đánh dấu kết thúc khung truyền

Các mã kiểu gói truyền thông được chuẩn hóa:

• Chiều thiết bị gửi máy chủ: 0x01 (dữ liệu định kỳ), 0x02 (cảnh báo). Phản hồi từ máy chủ tương ứng: 0x81, 0x82.
• Chiều máy chủ gửi thiết bị: 0x10 (yêu cầu cài đặt tham số). Phản hồi từ thiết bị: 0x90 (chấp nhận yêu cầu).

Cơ sở dữ liệu WebGIS được xây dựng trên nền MapServer và OpenLayers kết hợp hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL/PostGIS, phân cấp quản lý công trình theo cấu trúc dạng cây từ kênh chính đến các cấp kênh con.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương này trình bày kiến trúc hoàn chỉnh của hệ thống VNIMS gồm ba cấu phần:

1. Cụm thiết bị hiện trường: Thiết bị SGate sử dụng pin mặt trời truyền dữ liệu qua GPRS, lắp tại cống phân phối và cống điều tiết; thiết bị RTU-TL3 sử dụng chip Sierra Wireless Q2687 lắp tại trạm bơm đầu mối, trạm khí tượng và trạm đo mưa tự động.
2. Trung tâm dữ liệu máy chủ: Chứa hệ quản trị dữ liệu, dịch vụ tự động tính toán (tính toán nhu cầu nước, phân phối lưu lượng và kích hoạt MIKE 11), dịch vụ truyền thông kết nối thiết bị.
3. Phần mềm IMS trên nền WebGIS: Người dùng truy cập qua trình duyệt tại địa chỉ http://vnims.vn trên máy tính hoặc thiết bị di động để cập nhật diện tích gieo cấy từng ngày, theo dõi mực nước và gửi lệnh đóng mở cống từ xa.

Kết quả thử nghiệm tại hệ thống tưới Ấp Bắc – Nam Hồng chứng minh tính khả thi của hệ thống: giao diện WebGIS cho phép cập nhật chính xác diện tích đổ ải, làm đất, gieo cấy của từng cống theo thời gian thực; tự động tính toán lưu lượng và mực nước không ổn định dọc tuyến kênh; thiết lập lịch vận hành máy bơm sát với diễn biến nguồn nước và điều khiển các cống phân phối qua mạng di động.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận

• Thiết lập công thức tổng quát và thuật toán xác định nhu cầu cấp nước của cống mặt ruộng theo tiến độ gieo trồng thực tế và thời kỳ sinh trưởng của từng ô thửa. Thuật toán phân tách chi tiết hệ số cây trồng $Kc$ theo từng nhóm diện tích được cấy ở các thời điểm khác nhau, loại bỏ giả định phi thực tế về việc gieo cấy đồng loạt trên toàn hệ thống.
• Xây dựng cơ sở khoa học để thiết lập hệ thống tích hợp VNIMS, kết nối đồng bộ giữa bài toán tính toán thủy nông mặt ruộng, mô hình tính toán thủy lực dòng chảy không ổn định trên kênh hở và hệ thống giám sát điều khiển tự động hóa.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

• Đề xuất giải pháp công nghệ cho phép người quản lý cập nhật tiến độ gieo trồng (diện tích đổ ải, diện tích làm đất, diện tích cấy) trực tiếp trên nền bản đồ WebGIS bằng điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng ngoài hiện trường.
• Tích hợp thành công phần mềm tính toán thủy lực chuyên dụng MIKE 11 chạy ngầm dưới dạng dịch vụ nền máy chủ (Service) thông qua thư viện DHI.dll, hỗ trợ xác định đường mực nước trên kênh khi có sự thay đổi về số liệu hiện trường.
• Xây dựng giao thức truyền thông TCP/IP chuẩn hóa và giải pháp kết nối hai chiều giữa máy chủ với các trạm thiết bị hiện trường (SGate, RTU-TL3), tạo điều kiện cho người vận hành giám sát và điều khiển đóng mở công trình từ xa qua Internet tại địa chỉ http://vnims.vn.
• Cung cấp công cụ hỗ trợ công tác nghiệm thu diện tích tưới thực tế phục vụ chính sách cấp bù thủy lợi phí.

Kiến nghị và đề xuất giải pháp

• Đề xuất ứng dụng hệ thống VNIMS vào các dự án hiện đại hóa công trình thủy lợi có cấu phần xây dựng SCADA đang được Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn triển khai như dự án WB7, dự án ADB6, dự án JICA 2.
• Kiến nghị triển khai chuyển giao công cụ cho các Công ty Khai thác công trình thủy lợi nhằm thay thế quy trình điều hành thủ công phân tán, giúp tiết kiệm nguồn nước và giảm chi phí điện năng bơm tưới.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

• Nghiên cứu chỉ giới hạn trong phạm vi hệ thống tưới kênh hở có công trình đầu mối là trạm bơm điện; chưa mở rộng cho các hệ thống tưới sử dụng hồ chứa tự chảy hoặc mạng lưới đường ống áp lực kín.
• Hệ thống chỉ giải quyết bài toán cấp nước phục vụ sản xuất nông nghiệp (chủ yếu là lúa và cây trồng cạn), chưa tích hợp điều phối nước cho các ngành kinh tế khác như công nghiệp, đô thị, sinh hoạt.
• Mô hình điều hành hiện tại chưa bao gồm bài toán vận hành tiêu thoát nước khi xảy ra mưa lớn gây ngập úng trên diện rộng.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

• Nghiên cứu mở rộng thuật toán để tích hợp bài toán điều hành tiêu úng, hình thành hệ thống quản lý tổng hợp cả tưới và tiêu cho vùng đồng bằng.
• Mở rộng phạm vi ứng dụng của hệ thống VNIMS cho các hệ thống thủy lợi cấp nước đa mục tiêu và các mạng lưới kênh kín có điều áp.

---

Giá trị tham khảo

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và học viên sau đại học: Thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật tài nguyên nước, Thủy văn, Quản lý khai thác công trình thủy lợi, Tự động hóa và Hệ thống thông tin địa lý. Tài liệu cung cấp phương pháp chi tiết về nhúng mô hình số trị thủy lực vào dịch vụ web và thiết kế giao thức truyền nhận dữ liệu IoT chuyên ngành.
• Cán bộ kỹ thuật tại các Công ty Khai thác công trình thủy lợi: Tham khảo quy trình số hóa tài sản công trình theo mô hình cây WebGIS, công thức xác định tổn thất kênh theo Kostyakov và phương pháp lập kế hoạch tưới luân phiên theo thời gian thực.
• Các Ban quản lý dự án ngành nông nghiệp (WB7, ADB6, JICA 2): Sử dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật về giao thức khung truyền và cơ chế tích hợp phần mềm làm tài liệu tham chiếu khi xây dựng hồ sơ thiết kế các hệ thống SCADA thủy nông.

Các phần nội dung đáng tham khảo

• Thuật toán cân bằng nước cho các giai đoạn đổ ải, ngâm đất, làm đất và tưới dưỡng có xét đến mưa hiệu quả ($R_e$) và hệ số cây trồng ($Kc$) biến thiên theo từng ngày gieo cấy.
• Cấu trúc khung truyền dữ liệu TCP/IP và sơ đồ kết nối phần cứng từ thiết bị SGate, RTU-TL3 về máy chủ.
• Phương pháp lập trình điều khiển tự động mô hình MIKE 11 từ xa thông qua thư viện liên kết động DHI.dll.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Thuật toán tính toán nhu cầu nước trong hệ thống VNIMS giải quyết nhược điểm gì của mô hình IMSOP?

Mô hình IMSOP giả định toàn bộ diện tích lúa được gieo cấy đồng loạt tại một thời điểm, dẫn đến việc tính toán hệ số cây trồng $Kc$ và nhu cầu nước trong các giai đoạn phát triển không phản ánh đúng thực tế đồng ruộng. Hệ thống VNIMS khắc phục điều này bằng cách tính toán nhu cầu nước cho từng nhóm diện tích tương ứng với ngày gieo cấy thực tế ($S_{GT}[j]$). Đồng thời, VNIMS tính toán lượng mưa hiệu quả $R_e$ theo từng ngày riêng biệt thay vì tính gộp trung bình theo tuần như IMSOP (vốn bỏ qua các trận mưa nhỏ dưới 2 mm/tuần).

2. Mô hình thủy lực MIKE 11 được tích hợp vào hệ thống VNIMS như thế nào?

MIKE 11 không chạy độc lập trên máy đơn mà được điều khiển bởi một dịch vụ nền (Windows Service) cài đặt trên máy chủ. Khi nhận được yêu cầu tính toán hoặc dữ liệu mới từ hiện trường, dịch vụ này sẽ cập nhật số liệu biên vào tệp *.DFS0 thông qua thư viện DHI.dll, tự động kích hoạt mô hình giải hệ phương trình Saint-Venant trên các tệp cấu hình mạng kênh (*.NWK11, *.XNS11, *.HD11), sau đó đọc tệp kết quả *.RES11 để trích xuất mực nước và lưu lượng tại từng mặt cắt cung cấp cho phần mềm IMS.

3. Giao thức truyền thông giữa thiết bị hiện trường và máy chủ VNIMS có cấu trúc ra sao?

Giao thức được xây dựng trên nền TCP/IP. Khung truyền dữ liệu có cấu trúc gồm: Byte mở đầu (0x00), Byte phiên bản (0x02), Chiều dài khung (2 byte), Kiểu gói (1 byte: 0x01 định kỳ, 0x02 cảnh báo, 0x10 cài đặt), Mã thiết bị (4 byte ASCII), Số lượng thông số (1 byte), Khối dữ liệu các thông số (14 byte cho mỗi biến đo gồm mã biến, thời gian đo 7 byte, giá trị đo 4 byte, vùng dự trữ 2 byte), và Byte kết thúc (0xFF). Thiết bị và máy chủ xác nhận tính toàn vẹn của gói tin qua các tín hiệu yêu cầu truyền (TX Req) và phản hồi xác nhận (ACK).

4. Các thông số lượng mưa hiệu quả và lớp nước mặt ruộng được quy định thế nào trong tính toán?

Theo số liệu kế thừa từ nghiên cứu của Nguyễn Viết Chiến cho vùng Đồng bằng sông Hồng:

• Lượng mưa hiệu quả tối đa ($R_{\max}$) trong vụ Chiêm Xuân là 50 mm, trong vụ Mùa là 60 mm.
• Lượng mưa tối thiểu có hiệu quả ($R_{\min}$) là 2 mm; các trận mưa dưới 2 mm được coi bằng 0.
• Lớp nước mặt ruộng yêu cầu để làm đất ($a_{\text{mặt ruộng}}$) là 20 mm nếu làm đất thủ công và 50 mm nếu làm đất bằng máy cày.

5. Hệ thống VNIMS sử dụng các công nghệ phần mềm nào để xây dựng nền tảng WebGIS?

Hệ thống sử dụng các giải pháp phần mềm mã nguồn mở để tối ưu hóa chi phí bản quyền, bao gồm phần mềm bản đồ MapServer kết hợp thư viện giao diện OpenLayers để hiển thị dữ liệu không gian trên trình duyệt web, cùng hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ PostgreSQL có tích hợp phần mở rộng không gian PostGIS.

---

Kết luận

Luận án đã giải quyết bài toán quản lý và hỗ trợ điều hành hệ thống tưới kênh hở thông qua việc xây dựng hệ thống phần mềm tích hợp VNIMS vận hành trên môi trường WebGIS. Bằng việc kết hợp thuật toán tính nhu cầu nước theo tiến độ gieo trồng thực tế, mô hình thủy lực dòng không ổn định MIKE 11 và công nghệ truyền thông TCP/IP kết nối thiết bị hiện trường, hệ thống cho phép giám sát và điều khiển đóng mở công trình theo thời gian thực. Kết quả thử nghiệm tại hệ thống tưới Ấp Bắc – Nam Hồng khẳng định tính ứng dụng của giải pháp trong việc giảm thiểu tổn thất nước, tiết kiệm chi phí vận hành và cung cấp công cụ chuyển đổi phương thức quản lý cho các đơn vị khai thác công trình thủy lợi.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề giải quyết tương đối toàn diện bài toán quản lý điều hành hệ thống tưới từ tính toán cân bằng nước mặt ruộng để xác định nhu cầu tưới của từng cống lấy nước, tính toán lưu lượng yêu cầu cấp tại từng nút trên hệ thống kênh, tại đầu mối và đưa ra phương án vận hành các máy bơm, đến tính toán thủy lực trên hệ thống kênh. 17  Đã tính toán nhu cầu tưới theo tiến độ đổ ải, làm đất của từng cống lấy nước. Đây là bước đột phá trong việc sử dụng công nghệ tin học để nâng cao mức độ chính xác trong việc tính toán xác định nhu tưới của các cống lấy nước.  Có thể chuyển đổi giao diện tiếng Anh sang tiếng Việt, nên thuận tiện cho người dùng khi áp dụng vào Việt Nam.

 Nhược điểm: Phần mềm này có một số nhược điểm chính như sau :  Số liệu mưa là số liệu mưa tuần, nên trong tuần có 2 trận mưa mà tổng lượng nước chia cho 7 ngày nhỏ hơn 2mm thì mô hình sẽ không tính và coi như bằng 0, nhưng thực tế lượng mưa này vẫn cung cấp nước cho cây trồng. Vì vậy kết quả tính toán của mô hình thường lớn hơn rất nhiều so với thực tế điều hành;  Hệ số Kc không được tính cho từng khu ruộng lúa ứng với từng thời kỳ sinh trưởng mà tính đồng loạt (coi như gieo cấy đồng thời), việc này làm lượng nước tính toán thường chưa sát với yêu cầu thực tế  Không thể đưa ra lịch tưới luân phiên trên các kênh theo đúng thực tế điều hành, nên rất khó khăn cho việc ứng dụng mô hình vào thực tế điều hành;  Tính toán thủy lực trên kênh theo dòng chảy đều, nên chưa sát với thực tế.  Phần mềm chạy trên máy đơn, nên không thuận tiện cho người dùng. Ở Việt Nam: Trong khuôn khổ một dự án hợp tác nghiên cứu giữa Trường đại học Melburne (Úc) và Viện Khoa học Thủy Lợi (nay là Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam), mô hình vận hành hệ thống kênh tưới (IMSOP) đã được ứng dụng thử nghiệm trên các số hệ thống tưới La Khê, Đan Hoài và Củ Chi.

Sau đó, được tác giả và nhóm nghiên cứu của Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam nghiên cứu phần mềm này và đã được cải tiến và ứng dụng mở rộng ở hệ thống tưới Đông Anh, Nam Sông Mã, Đồng Cam. Tuy nhiên đến nay, do nhiều nguyên nhân khác nhau, các đơn vị sử dụng gần như không dùng đến công cụ này để tính toán điều hành hệ thống tưới. 18 Trong khuôn khổ luận án của mình, Tiến sĩ Nguyễn Viết Chiến [4] đã sử dụng mô hình IMSOP để tính toán đưa ra hiệu quả sử dụng nước mưa ứng với từng thời kỳ sinh trưởng của cây lúa. Trong khuôn khổ luận án của mình, Tiến sĩ Trần Văn Đạt [6] đã nghiên cứu phát triển mô hình IMSOP để vận hành hệ thống tưới trong điều kiện hạn chế nguồn nước.

Tác giả đã phát triển mô hình theo hướng chọn mô hình tối ưu phi tuyến để nghiên cứu ứng dụng hỗ trợ ra quyết định trong công tác vận hành hệ thống với hàm mục tiêu là tối đa tổng sản lượng lúa trong trường hợp không đủ nước tưới. Nhóm các phần mềm được xây dựng chạy trên mạng internet Trên thế giới: Phần mềm Confluent của Rubicon – Australia [20] được xây dựng đồng bộ với thiết bị giám sát điều khiển do công ty Rubicon sản xuất. Phần mềm có ưu điểm : cho phép người dùng có thể quản lý nước, điều hành hoạt động và phục vụ khách hàng một cách linh hoạt. Bằng cách kết hợp công nghệ internet và smartphone mới nhất, phần mềm cho phép lập kế hoạch tưới với công cụ mạng trực quan, kỹ thuật điều khiển từ xa tiên tiến, và một cơ sở dữ liệu chuẩn công nghiệp, Bộ phần mềm Conflent có thể giúp người dùng giải quyết những thách thức gặp phải trong quá trình quản lý tài nguyên nước.

Nhược điểm của phần mềm là: Phần mềm chưa qua tâm đến việc tính toán nhu cầu tưới của cây trồng, yêu cầu cấp nước được khách hàng gửi đến đơn vị quản lý cung cấp nước, đơn vị này sẽ sử dụng phần mềm để lập kế hoạch phân phối nước và điều khiển từ xa vận hành hệ thống để cấp nước cho khách hàng, nên phần mềm này chưa phù hợp với điều kiện khi nguồn nước và khả năng của hệ thống công trình không thể đáp ứng theo nhu cầu của khách hàng như thực tế ở Việt Nam mà cần phải tính toán nhu cầu nước của các cống lấy nước để cấp đủ yêu cầu; do toàn bộ thiết bị và phần mềm phải mua của công ty Rubicon, nên giá thành rất cao. Phần mềm Crop-WaterMonitoring and Information System (CWMIS) do Trung tâm nghiên cứu tài nguyên nước (Center for Water Resources Research) thuộc trường đại học Utah – Mỹ phát triển [21]. Phần mềm này sử dụng công nghệ 19 ảnh viễn thám (Landsat, MODIS) để xác định diện tích cây trồng, từ đó tính toán dự báo nhu cầu tưới trước 8- 16 ngày, các hộ dùng nước có thể truy cập vào hệ thống để biết lượng nước mà mình cần cấp trong các ngày tiếp theo. Phần mềm này có ưu điểm là: sử dụng công nghệ ảnh viễn thám để xác định diện tích gieo trồng, nên việc tính toán nhu cầu tưới tương đối chính xác, phù hợp với thời gian sinh trưởng của cây trồng; sử dụng đơn giản, nông dân chỉ cần truy cập vào hệ thống bằng các thiết bị di động có kết nối internet là có thể biết được thông tin.

Phần mềm này có nhược điểm là: chưa hỗ trợ đơn vị cung cấp nước lập kế hoạch tưới, hỗ trợ điều hành tưới theo thời gian thực, chưa kết nối với thiết bị ngoài hiện trường để giám sát điều khiển vận hành hệ thống. Ở Việt Nam: Hiện nay, ở Việt Nam có rất ít kết quả nghiên cứu về vấn đề quản lý, điều hành hệ thống tưới dựa trên nền tảng web, mà chủ yếu nghiên cứu về quản lý các công trình thủy lợi trên nền tảng web. Cụ thể như sau : Hệ thống Waterdata của Đại học thủy lợi [3]. Đây là một khung cơ sở dữ liệu mở phục vụ cho việc trao đổi và chia sẻ dữ liệu thủy lợi hoạt động dựa trên nền tảng mạng internet.

Các loại dữ liệu bao gồm: Khí tượng, thủy văn, hải văn, chất lượng nước; Hệ thống kênh mương, sông suối; Địa hình (bình đồ, mặt cắt ngang), địa chất; Các hệ thống thủy lợi và công trình thủy lợi (hồ, đập, cống, trạm bơm, kênh mương, đê, kè). Hệ thống sử dụng tương tác bản đồ GIS (GoogleMaps) để quản lý các công trình thủy lợi. Hệ thống này có ưu điểm là: cho phép khai thác và cập nhật mọi lúc, mọi nơi, cho phép nhiều người cùng sử dụng. Nhược điểm là chỉ quan tâm đến quản lý về thuộc tính công trình, các tài liệu báo cáo có liên quan, đây chỉ như là một kho dữ liệu về các thông tin thủy lợi do người dùng tự cung cấp, hệ thống chưa đề cập đến vấn đề quản lý điều hành hệ thống tưới.

Hệ thống quản lý, giám sát và hỗ trợ điều hành các hồ chứa theo thời gian thực [9]. Hệ thống này do Trung tâm Công nghệ Phần mềm thủy lợi nghiên cứu, phát triển và ứng dụng cho Tổng Cục Thủy lợi. Hệ thống quản lý toàn bộ hệ thống sông suối, bản đồ nền hành chính Việt Nam, thông tin của gần 6.250 hồ được số hóa trên nền bản đồ) trên nền bản đồ WebGis; tích hợp số liệu quan trắc hàng ngày của gần 600 trạm đo mưa, gần 400 trạm đo mực nước của Trung tâm Khí tượng thủy văn, của 37 hồ chứa Tập đoàn điện lực Việt Nam và của gần 800 hồ chứa. Trong đó có 23 hồ chứa được lắp đặt thiết bị giám sát tự động (trong đó có 15 hồ được trang bị đầy đủ các hạng mục: lượng mưa trên lưu vực, độ mở cửa tràn, độ mở cống, mực nước hồ, mực nước sau tràn, sau cống và trang bị phần mềm dự báo dòng chảy đến hồ và hỗ trợ điều hành hồ chứa theo thời gian thực.

Hệ thống có các ưu điểm: Người dùng có thể xem các thông tin về các hồ chứa một cách trực quan trên bản đồ dựa trên công nghệ WebGIS, có thể xem cảnh báo về mực nước hồ, lượng mưa, mực nước sông theo các quy định về biểu tượng và màu sắc một cách trực quan; một số hồ được trang bị thiết bị đo tự động và phần mềm có chức năng dự báo dòng chảy đến hồ và hỗ trợ điều hành hồ chứa theo thời gian thực. Chức năng này giúp các đơn vị quản lý có thể điều hành hồ an toàn về mùa mưa lũ, sử dụng nước tiết kiệm trong mùa kiệt. Tuy nhiên, hệ thống này chưa đề cập đến vấn đề quản lý và điều hành hệ thống tưới. Kết luận chương 1 : Hiện nay, trên thế giới có nhiều nghiên cứu phát triển, xây dựng các phần mềm quản lý điều hành hệ thống tưới và được áp dụng khá phổ biến.

Các phần mềm quản lý, điều hành hệ thống tưới đã được nghiên cứu xây dựng và áp dụng ở Việt Nam, còn có một số hạn chế như sau : - Mỗi phần mềm chỉ giải quyết được một vấn đề trong công tác quản lý điều hành hệ thống tưới, chưa tích hợp các chức năng giải quyết các bài toán khác nhau của các phần mềm khác nhau: quản lý hệ thống công trình, diện tích tưới trên nền công nghệ thông tin địa lý (GIS); tính toán nhu cầu tưới, lập kế hoạch tưới; tính toán xác định đường mực nước trên hệ thống kênh theo chế độ dòng chảy không ổn định; kết nối với các thiết bị ngoài hiện trường để giám sát và điều khiển từ xa các thiết bị để trở thành bộ công cụ thân thiện với người dùng, giúp các công ty KTCTTL có thể quản lý và hỗ trợ điều hành hệ thống tưới theo thời gian thực và có thể sử dụng hàng ngày để điều hành hệ thống tưới của mình. 21 - Chưa xây dựng được giải pháp công nghệ giúp người dùng có thể xác định diện tích gieo trồng (diện tích đổ ải, diện tích làm đất, diện tích gieo cấy) của các cống lấy nước một cách thuận tiện; - Các phần mềm được xây dựng chạy trên máy đơn, dữ liệu và kết quả tính toán chỉ được hiện thị trên 1 máy của cán bộ kỹ thuật sử dụng, nên việc cập nhật thông tin ngoài hiện trường lên cơ sở dữ liệu, gửi thông tin đến cán bộ vận hành hệ thống tưới gặp rất nhiều khó khăn, không kịp thời.