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.