Tổng quan luận án

Công trình "Nghiên cứu xây dựng mô hình hiện đại hóa quản lý vận hành hệ thống tưới" được Ngô Đăng Hải thực hiện tại Trường Đại học Thủy lợi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Lê Văn Ước (chuyên ngành Quy hoạch và Quản lý tài nguyên nước, mã số: 62-62-30-01, bảo vệ năm 2016). Luận án thuộc lĩnh vực khoa học kỹ thuật - quản lý tài nguyên nước, sử dụng phương pháp tiếp cận định lượng kết hợp mô hình hóa toán học, kỹ thuật điều khiển tự động và công nghệ thông tin truyền thông.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Theo số liệu thống kê của Liên hợp quốc và Ngân hàng Thế giới được trích dẫn trong luận án, chỉ có khoảng 45 - 65% lượng nước tưới đến được với cây trồng; tại nhiều quốc gia, mức hao phí từ nơi cung cấp đến nơi sử dụng dao động từ 40% đến 50%. Tại Việt Nam, hiệu quả quản lý khai thác các hệ thống tưới (HTT) mới đạt khoảng 65 - 80% so với thiết kế, hệ số sử dụng nước trên các hệ thống nhìn chung nhỏ hơn 0,82. Tình trạng ngập úng cục bộ do cấp nước thừa hoặc thiếu hụt nước do phân phối không kịp thời làm giảm năng suất cây trồng và gây lãng phí năng lượng tiêu thụ tại các trạm bơm động lực.

Về mặt lý luận, mục tiêu vận hành hệ thống tưới truyền thống thường chỉ giải quyết bài toán đơn mục tiêu (cung cấp đủ nước theo kế hoạch định trước) mà chưa giải quyết đồng thời các mục tiêu mâu thuẫn về kinh tế, tài chính, tiết kiệm tài nguyên nước và tối đa hóa diện tích phục vụ trong điều kiện tài nguyên nước ngày càng khan hiếm. Khoảng trống nghiên cứu then chốt mà luận án xác định là:

  1. Thiếu một mô hình vận hành tích hợp đầy đủ cả 3 nhiệm vụ của đơn vị quản lý khai thác công trình thủy lợi (quản lý nước, quản lý công trình, quản lý kinh tế).
  2. Sự tách rời giữa phần mềm tính toán quản lý vận hành (QLVH) với phần mềm giám sát và điều khiển tự động (SCADA), khiến hệ thống không đáp ứng được yêu cầu điều hành thời gian thực (Real-time).
  3. Các hệ thống SCADA hiện hữu tại Việt Nam có chi phí đầu tư cao, phụ thuộc thiết bị nhập ngoại và chưa ứng dụng giao thức mạng Internet/3G/4G để hỗ trợ quản lý trực tuyến phân tán với giá thành thấp.

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của luận án là đề xuất, xây dựng và phát triển mô hình hiện đại hóa quản lý vận hành các hệ thống tưới thích hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam, nhằm nâng cao hiệu quả toàn diện trong quản lý khai thác, vận hành hệ thống tưới và đáp ứng dịch vụ cung cấp nước chính xác, kịp thời, tin cậy, linh hoạt và công bằng cho các đối tượng dùng nước.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Các hệ thống tưới tự chảy hoặc tưới bằng động lực có quy mô nhỏ và vừa phục vụ sản xuất nông nghiệp, cấp nước dân sinh, công nghiệp và các ngành kinh tế khác.
  • Phạm vi không gian và kỹ thuật: Luận án tập trung giải quyết bài toán quản lý vận hành các hệ thống tưới dẫn nước bằng kênh hở có công trình đầu mối là cống lấy nước, trạm bơm hoặc kết hợp cả cống và trạm bơm; nguồn cấp nước là sông, suối hoặc hồ chứa. Địa bàn ứng dụng thực nghiệm là Hệ thống tưới Phù Sa (thị xã Sơn Tây và huyện Phúc Thọ, Hà Nội) thuộc Công ty TNHH MTV Thủy lợi Sông Tích.
  • Phạm vi loại trừ: Luận án không nghiên cứu các hệ thống tưới bán tự chảy chịu ảnh hưởng của thủy triều và nguồn nước bị nhiễm mặn; không giải quyết mối quan hệ giữa tưới và tiêu nước; không xét đến việc sử dụng các trạm bơm dã chiến bơm nước nội đồng (nước hồi quy, ao hồ) và vấn đề tiêu thoát nước trong hệ thống.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã phân loại và đánh giá có hệ thống các công trình nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam theo hai nhóm chính: nhóm mô hình lập kế hoạch - giám sát bán tự động và nhóm mô hình giám sát, điều khiển tự động từ xa (SCADA).

                    CÁC MÔ HÌNH QUẢN LÝ VẬN HÀNH HỆ THỐNG TƯỚI
MÔ HÌNH BÁN TỰ ĐỘNG                                            MÔ HÌNH SCADA TỰ ĐỘNG
- Thế giới: INCA, IMSOP, OPDM, CanalMan,                       - Thế giới: FQM, EAO, TC/TM, Klamath SCADA,
  IMS, SWAT, RUSTIC, OMIS, CPOIS                                 CWMIS, FarmConnect
- Việt Nam: QLĐH Đan Hoài, Bán tự động                         - Việt Nam: SCADA/MAC (Phù Sa), VKHTLMB SCADA
  Thạch Nham, QLĐH Bắc Hưng Hải, IMSOP cải tiến                  (Ấp Bắc - Nam Hồng), VKHTLMN SCADA (Gò Công),
                                                                 VWRAP (Yên Lập, Cầu Sơn - Cấm Sơn, Kẻ Gỗ,
                                                                 Phú Ninh, Đá Bàn, Dầu Tiếng)

Các công trình nghiên cứu trên thế giới

  1. Nhóm mô hình lập kế hoạch và điều khiển bán tự động:

    • INCA (1980) của HR Wallingford (Anh): Tính toán yêu cầu nước kênh cấp 3, theo dõi mực nước, giám sát bán tự động công trình đầu mối.
    • IMSOP (1987): Gồm 3 module ETM (bốc thoát hơi nước), IRM (nhu cầu tưới) và SOM (vận hành hệ thống), xác định độ mở cống dựa trên nhu cầu dồn tích.
    • OPDM (1996) và CanalMan của Đại học Utah (Hoa Kỳ): Mô phỏng thủy lực dòng không ổn định, ước tính suy giảm năng suất do thiếu nước hoặc mặn hóa; phát triển từ các mô hình STEADY, UNSTEADY, PDM.
    • IMS của Đại học Cranfield (Anh): Lập lịch tưới hàng ngày cho cây trồng cạn.
    • SWAT (1998): Mô phỏng thủy văn, khí tượng, chuyển nước và vận hành kênh hở.
    • RUSTIC (1994, Australia): Hỗ trợ lựa chọn thời vụ, cơ cấu cây trồng và điểm công tác máy bơm.
    • OMIS (1992 - 1993) của Viện Thủy lực Delft (Hà Lan): Mô hình hóa cân bằng nước theo tiếp cận hệ thống, tối đa hóa tổng lợi ích thực thu.
    • CPOIS: Ứng dụng quy hoạch tuyến tính đa mục tiêu (lợi ích thực thu và diện tích tưới tối đa).

  2. Nhóm mô hình SCADA tự động từ xa:

    • FQM (những năm 1980) của Rubicon Systems (Australia): Kết hợp lập kế hoạch tưới qua mạng điện thoại chuyên dùng IVR với điều khiển tự động công trình.
    • EAO của Hiệp hội quản lý kênh Provence (Pháp): Giám sát và điều khiển tối ưu hóa thông số làm việc từ trung tâm CGTC.
    • TC/TM (1997) của Đại học Quốc gia Seoul (Hàn Quốc): Ứng dụng tại hệ thống tưới Maeho qua modem mạng điện thoại.
    • Klamath SCADA (2001) của Đại học Bách khoa California (Hoa Kỳ): Sử dụng PLC/RTU, phần mềm LookOut và truyền thông trải phổ SM.
    • CWMIS (Đại học Utah) và FarmConnect (Rubicon Systems): Ứng dụng công nghệ giám sát độ ẩm đất và mặt ruộng qua vệ tinh kết hợp dịch vụ đám mây và Internet.

Các công trình nghiên cứu tại Việt Nam

  • Nhóm bán tự động: Mô hình QLĐH Đan Hoài (1995, có sự tham gia của tác giả luận án) xây dựng bài toán kế hoạch 7 hàm mục tiêu nhưng thiếu hàm mục tiêu khi vận hành; Mô hình bán tự động Thạch Nham (1998) kết hợp mô hình ARIMA, STATISTICA, HEC-RAS và CROPWAT; Mô hình QLĐH Bắc Hưng Hải (1998) truyền dữ liệu qua mạng điện thoại công cộng; Mô hình IMSOP cải tiến áp dụng tại trạm bơm La Khê.
  • Nhóm SCADA: Mô hình SCADA/MAC (2002 tại Phù Sa, tác giả luận án làm chủ nhiệm đề tài) dùng Visual Basic và SQL Server kết nối PCAnywhere; Mô hình VKHTLMB SCADA (Ấp Bắc - Nam Hồng) và VKHTLMN SCADA (Gò Công); 4 mô hình thuộc dự án VWRAP do Ngân hàng Thế giới tài trợ gồm BCEOM1 SCADA (Yên Lập - truyền sóng UHF), BCEOM2 SCADA (Cầu Sơn - Cấm Sơn, Kẻ Gỗ - dùng mạng điện thoại), HASKONING SCADA (Phú Ninh, Đá Bàn - dùng mạng GSM) và BRLI SCADA (Dầu Tiếng - dùng UHF).

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Các mô hình trong và ngoài nước đều tồn tại hạn chế: phần mềm SCADA chạy độc lập với thuật toán tính toán phân phối nước; chi phí thiết bị đắt đỏ; truyền thông phụ thuộc mạng điện thoại công cộng có độ trễ lớn hoặc mạng vô tuyến chuyên dụng chi phí cao; chỉ tập trung vào cấp nước mà bỏ qua quản lý công trình và kinh tế. Luận án giải quyết khoảng trống này bằng cách xây dựng một mô hình tích hợp đồng bộ giữa mô hình toán tối ưu đa mục tiêu, công nghệ SCADA trên nền tảng IP Modem/3G và môi trường Web trực tuyến phục vụ quản lý toàn diện.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

Luận án vận dụng tổng hợp 5 nền tảng lý thuyết:

  1. Lý thuyết phân tích hệ thống: Tiếp cận hệ thống tưới như một hệ thống kỹ thuật - kinh tế phức tạp, có cấu trúc phân cấp, đa mục tiêu, nhiều đối tượng dùng nước và nhiều người ra quyết định.
  2. Lý thuyết tối ưu hóa: Thiết lập bài toán quy hoạch phi tuyến đa mục tiêu để tìm tập nghiệm tối ưu Pareto cho việc phân bổ tài nguyên đất - nước - cây trồng.
  3. Lý thuyết điều khiển tự động: Ứng dụng nguyên lý thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát thời gian thực (SCADA).
  4. Lý thuyết dự báo chuỗi thời gian: Sử dụng mô hình tự quy hồi tích hợp trung bình trượt thích nghi để dự báo các yếu tố khí tượng, thủy văn.
  5. Lý thuyết quyết định: Hỗ trợ người quản lý lựa chọn phương án điều phối nước dựa trên tập chỉ số đánh giá hiệu quả.

Phương pháp nghiên cứu cụ thể

  • Phương pháp mô hình hóa bài toán tối ưu: Thiết lập bài toán quy hoạch phi tuyến đa mục tiêu xác định 4 biến quyết định: thời vụ gieo trồng ($T_{0_c,v}$), diện tích canh tác ($S_{c,v}$), mức tưới ($M_{c,v}$) và chế độ tưới cho từng loại cây trồng. Thuật toán giải là Thuật toán tiến hóa sai phân đa mục tiêu mở rộng (Extended Multi-Objective Differential Evolution).
  • Phương pháp dự báo thích nghi khí tượng thủy văn: Ứng dụng mô hình $\text{ARIMA}(p, d, q)$ để phân tích chuỗi số liệu nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm, bốc hơi và mực nước nguồn theo từng thời đoạn ngắn hạn, khắc phục nhược điểm dùng số liệu trung bình nhiều năm.
  • Phương pháp lập trình và công nghệ mạng: Xây dựng phần mềm tính toán trên nền Microsoft Visual Basic, cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server (CSDL OnMs), giao diện Web điều hành trực tuyến trên máy chủ đám mây, tích hợp các chuẩn giao tiếp truyền thông công nghiệp.
  • Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo, tích hợp tủ điều khiển tại hiện trường sử dụng thiết bị vi xử lý tích hợp modem mạng không dây (F2164 3G RTU), lắp đặt các cảm biến đo mực nước tự động tại trạm bơm Phù Sa và cống đầu mối, tiến hành hiệu chỉnh và kiểm định mô hình bằng chuỗi số liệu thực tế năm 2011, 2013 và 2014.

Nguồn tư liệu và dữ liệu

  • Chuỗi số liệu khí tượng thủy văn nhiều năm của Trạm quan trắc khu vực thị xã Sơn Tây và sông Hồng.
  • Hồ sơ kỹ thuật, thông số công trình, bản đồ hệ thống kênh và quy trình vận hành của Công ty TNHH MTV Thủy lợi Sông Tích.
  • Dữ liệu định mức kinh tế kỹ thuật, chi phí đầu tư các dự án hiện đại hóa thủy nông VWRAP (Bản gốc tiếng Anh và tiếng Việt dự toán SCADA Yên Lập).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương này tổng kết lịch sử phát triển các mô hình QLVH hệ thống tưới từ cuối thập niên 1970 đến năm 2015. Tác giả phân tích 9 mô hình bán tự động và 6 mô hình SCADA quốc tế, cùng 4 mô hình bán tự động và 7 mô hình SCADA tại Việt Nam.

Nhóm mô hình Tên mô hình tiêu biểu Ưu điểm chính Hạn chế chính
Bán tự động quốc tế INCA, IMSOP, OPDM, OMIS, CPOIS Chi phí thấp, giải quyết được bài toán cân bằng nước mặt ruộng Dùng số liệu KTTV trung bình; chỉ tính cho cống, ít chú trọng trạm bơm động lực
SCADA quốc tế FQM, EAO, Klamath, CWMIS, FarmConnect Thu thập dữ liệu thời gian thực, tự động hóa cao Chi phí rất lớn, thiết bị chuyên dụng đắt tiền, khó áp dụng trực tiếp tại Việt Nam
Bán tự động Việt Nam QLĐH Đan Hoài, Thạch Nham, Bắc Hưng Hải Phù hợp điều kiện quản lý thủ công, vận dụng tiếp cận hệ thống Truyền số liệu qua mạng điện thoại trễ; các bài toán tính toán bị phân tán rời rạc
SCADA Việt Nam SCADA/MAC, VKHTLMB, VWRAP (BCEOM, HASKONING, BRLI) Bước đầu hiện đại hóa công trình đầu mối, giám sát từ xa Phần mềm SCADA độc lập với phần mềm QLVH; vốn đầu tư cao; không hỗ trợ qua Web Internet

Từ việc phân tích bảng tổng hợp ưu nhược điểm, chương 1 xác lập cấu trúc mô hình hiện đại hóa tổng thể gồm 6 chức năng cơ bản: (1) Lập kế hoạch quản lý khai thác tài nguyên tối ưu; (2) Lập kế hoạch dùng nước; (3) Lập kế hoạch vận hành hệ thống; (4) Giám sát và điều khiển hệ thống tự động từ xa; (5) Quản lý công trình; (6) Đánh giá hiệu quả quản lý vận hành (quản lý kinh tế).

Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết toán học và cơ sở thuật toán của mô hình:

  • Xây dựng 4 hàm mục tiêu toán học:
    1. $F_1$: Lợi ích thực thu cực đại từ sản xuất nông nghiệp trên toàn hệ thống.
    2. $F_2$: Tổng lượng nước tưới lấy vào hệ thống trong suốt vụ là nhỏ nhất (tiết kiệm nước).
    3. $F_3$: Tổng diện tích đất canh tác được tưới là lớn nhất.
    4. $F_4$: Mức độ thiếu hụt giữa lượng nước cung cấp và nhu cầu dùng nước là nhỏ nhất (giảm thiểu tổn thất năng suất cây trồng).
  • Hệ thống ràng buộc: Ràng buộc cân bằng nước tại từng nút kênh, dung tích trữ và khả năng cấp nước của nguồn; ràng buộc công suất trạm bơm và khả năng tháo của cống; ràng buộc quỹ đất canh tác; ràng buộc về giới hạn mực nước và lưu lượng cho phép trên hệ thống kênh hở.
  • Phương pháp dự báo $\text{ARIMA}(p, d, q)$: Trình bày sơ đồ khối nhận dạng tham số tự quy hồi $p$, bậc sai phân $d$, và tham số trung bình trượt $q$ cho chuỗi dữ liệu bốc thoát hơi nước và mực nước sông Hồng.
  • Quy trình kết nối SCADA - Web: Thiết kế kiến trúc truyền dẫn dữ liệu từ các cảm biến đo mức nước (áp lực, siêu âm), qua vi điều khiển F2164 3G RTU, đẩy dữ liệu qua mạng viễn thông GPRS/3G về máy chủ cơ sở dữ liệu trung tâm SQL Server phục vụ thuật toán điều hành.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 3 trình bày các sản phẩm cụ thể và kết quả áp dụng thực tế:

  • Phần mềm tối ưu hóa: Xây dựng module tính toán tối ưu hóa đa mục tiêu bằng thuật toán tiến hóa sai phân mở rộng, tự động kết xuất đường cong Pareto để người quản lý lựa chọn phương án điều hành.
  • Hạ tầng truyền thông và thiết bị SCADA IP Modem: Đề xuất cấu trúc mạng sử dụng modem công nghiệp vi xử lý F2164 3G RTU (và dòng F2X64, F2X14). Thiết bị này tích hợp đồng thời cổng giao tiếp tín hiệu I/O của RTU và modem IP không dây, truyền trực tiếp dữ liệu qua sóng viễn thông di động về máy chủ thông qua địa chỉ IP tĩnh hoặc tên miền động, loại bỏ hoàn toàn các tổng đài quay số hoặc trạm thu phát sóng vô tuyến UHF cồng kềnh.
  • Hệ thống Web điều hành và CSDL OnMs: Thiết lập hệ thống cơ sở dữ liệu quan hệ trực tuyến quản lý toàn bộ lý lịch kỹ thuật công trình, thiết bị, lịch duy tu bảo dưỡng tự động và giám sát dữ liệu quan trắc thời gian thực qua giao diện web.
  • Bộ công cụ đánh giá hiệu quả: Cải tiến bộ 20 chỉ số đánh giá hiệu quả QLKT hệ thống thủy nông dựa trên khung chỉ số Benchmarking của ICID/IPTRID/FAO.
  • Kết quả ứng dụng tại Hệ thống tưới Phù Sa (vụ Đông Xuân và vụ Chiêm 2013 - 2014):
    • Tính toán tối ưu hóa lịch lấy nước xả tăng cường từ các hồ chứa thủy điện Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang.
    • Lập lịch vận hành chi tiết cho trạm bơm Phù Sa và cống đầu mối, đảm bảo cấp đủ nước cho các diện tích lúa và hoa màu thuộc thị xã Sơn Tây và huyện Phúc Thọ.
    • Phân tích hiệu quả kinh tế - kỹ thuật: So sánh dự toán chi phí đầu tư xây dựng hệ thống SCADA giữa công nghệ đề xuất (IP Modem - RTU F2164) với dự toán SCADA Yên Lập (dự án VWRAP). Kết quả cho thấy chi phí trực tiếp của giải pháp do luận án đề xuất chỉ chiếm dưới 28% so với chi phí của các mô hình SCADA nhập ngoại truyền thống.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học lý luận

  1. Xây dựng mô hình toán tích hợp đa mục tiêu phi tuyến: Luận án đã mô hình hóa bài toán lập kế hoạch khai thác tối ưu tài nguyên Đất - Nước - Cây trồng liên kết với bài toán phân phối nước và vận hành hệ thống tưới theo mô hình quy hoạch phi tuyến 4 mục tiêu đồng thời, giải bằng thuật toán tiến hóa sai phân đa mục tiêu mở rộng.
  2. Xác lập phương pháp luận vận hành thời gian thực thích nghi: Đưa phương pháp dự báo chuỗi thời gian ARIMA vào cập nhật tức thời các yếu tố khí tượng, thủy văn và độ ẩm đất, kết nối trực tiếp dữ liệu dự báo vào bài toán điều phối nước thời gian thực thay vì sử dụng các giả định tĩnh.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn kỹ thuật

  1. Giải pháp công nghệ SCADA chi phí thấp (IP Modem - RTU): Ứng dụng thành công dòng vi điều khiển F2X64/F2164 tích hợp tính năng IP modem không dây qua mạng 3G/GPRS, giúp truyền dữ liệu trực tiếp lên mạng Internet, giảm tổng chi phí đầu tư xuống mức không quá 28% so với các giải pháp SCADA nhập khẩu tại các dự án ODA.
  2. Bộ công cụ trực tuyến phục vụ quản trị phân tán: Thiết lập nền tảng phần mềm trực tuyến (dạng điện toán đám mây) cung cấp công cụ miễn phí cho các công ty quản lý khai thác công trình thủy lợi, hỗ trợ đơn vị chuyển đổi từng bước từ quản lý thủ công sang bán tự động và tự động hóa điều khiển từ xa.
  3. Bộ chỉ số hiệu quả cải tiến: Xây dựng hoàn chỉnh bộ 20 chỉ số hiệu quả quản lý khai thác thủy nông phù hợp thực tế quản lý tại Việt Nam, tích hợp vào phần mềm để tự động tính toán, đánh giá định kỳ hiệu quả kỹ thuật, kinh tế và môi trường.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên nội dung và phạm vi nghiên cứu được tác giả trình bày trong văn bản:

Hạn chế của đề tài

  • Mô hình mới chỉ tập trung giải quyết bài toán tưới cho hệ thống kênh hở vùng nước ngọt không bị ảnh hưởng bởi xâm nhập mặn và dao động thủy triều.
  • Chưa tích hợp bài toán liên hoàn giữa tưới và tiêu nước trong cùng một lưu vực; chưa mô hình hóa sự tham gia của các trạm bơm cục bộ dã chiến và lượng nước hồi quy nội đồng.
  • Hai nội dung về cơ sở dữ liệu công trình và bộ chỉ số đánh giá hiệu quả chỉ được nghiên cứu ở mức độ kết hợp, lồng ghép kế thừa các nghiên cứu có sẵn mà chưa đi sâu phát triển thuật toán chuyên biệt.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Mở rộng phạm vi mô hình toán để áp dụng cho các hệ thống tưới tiêu kết hợp và các hệ thống thủy nông vùng ven biển chịu tác động của thủy triều và xâm nhập mặn.
  • Bổ sung thuật toán tối ưu hóa điều hành hệ thống trạm bơm tiêu úng và bài toán tái sử dụng nước hồi quy trên mặt ruộng.
  • Tiếp tục nâng cấp phần mềm điều khiển trên các thiết bị di động thông minh và hoàn thiện các giao thức bảo mật dữ liệu công nghiệp trên môi trường điện toán đám mây.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho các nhóm đối tượng:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Chuyên ngành Quy hoạch và Quản lý tài nguyên nước, Kỹ thuật tài nguyên nước, Tự động hóa công trình thủy lợi. Phần đáng tham khảo nhất là phương pháp luận thiết lập bài toán quy hoạch phi tuyến 4 hàm mục tiêu và thuật giải tiến hóa sai phân mở rộng (Chương 2 và Phụ lục 4, 5).
  • Cán bộ kỹ thuật và lãnh đạo các Công ty TNHH MTV Quản lý khai thác công trình thủy lợi: Tham khảo giải pháp cấu trúc phần cứng SCADA chi phí thấp sử dụng modem F2164 3G RTU và cách thức tổ chức cơ sở dữ liệu vận hành OnMs để từng bước nâng cấp hệ thống tưới từ thủ công lên tự động hóa (Chương 3).
  • Các cơ quan quản lý nhà nước và tư vấn thiết kế (Bộ Nông nghiệp và PTNT, các Sở NN&PTNT): Tham khảo bộ 20 chỉ số đánh giá hiệu quả quản lý khai thác và giải pháp kinh tế - kỹ thuật nhằm thực hiện Đề án nâng cao hiệu quả quản lý khai thác công trình thủy lợi hiện có (Đề án 784).

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án giải quyết đồng thời những hàm mục tiêu toán học nào trong bài toán lập kế hoạch quản lý khai thác hệ thống tưới? Luận án thiết lập mô hình quy hoạch phi tuyến đa mục tiêu giải quyết đồng thời 4 hàm mục tiêu: (1) Lợi ích thực thu do hệ thống tưới mang lại là lớn nhất; (2) Tổng lượng nước tưới cần lấy vào hệ thống là ít nhất; (3) Tổng diện tích đất canh tác được tưới là lớn nhất; (4) Mức độ thiếu hụt giữa lượng nước hệ thống cung cấp so với nhu cầu dùng nước là nhỏ nhất.

2. Công nghệ truyền thông và thiết bị điều khiển nào được luận án đề xuất để thay thế các hệ thống SCADA truyền thống đắt tiền? Tác giả đề xuất sử dụng thiết bị vi điều khiển tích hợp modem IP không dây F2164 3G RTU (và các dòng F2X64, F2X14) kết nối qua mạng viễn thông di động toàn cầu (GPRS/3G/4G) và mạng Internet. Giải pháp này giúp truyền dữ liệu trực tiếp về máy chủ cơ sở dữ liệu trực tuyến mà không cần đầu tư các trạm thu phát sóng vô tuyến UHF riêng biệt hoặc đường dây điện thoại cố định.

3. Mức độ tiết kiệm chi phí đầu tư trực tiếp của giải pháp SCADA đề xuất trong luận án đạt bao nhiêu so với các hệ thống SCADA trước đó tại Việt Nam? Theo kết quả tính toán so sánh chi tiết với dự toán hệ thống SCADA Yên Lập (thuộc dự án VWRAP do Ngân hàng Thế giới tài trợ), chi phí trực tiếp xây dựng hệ thống SCADA theo công nghệ mới (IP Modem - RTU) do luận án đề xuất chỉ chiếm không quá 28% so với chi phí của các mô hình SCADA đang được áp dụng phổ biến.

4. Mô hình được áp dụng thử nghiệm và kiểm định thực tế tại hệ thống thủy nông nào? Mô hình và các công cụ phần mềm được cài đặt, ứng dụng và kiểm định thực tế tại Hệ thống tưới Phù Sa (thuộc Công ty TNHH MTV Thủy lợi Sông Tích, phục vụ cấp nước cho khu vực thị xã Sơn Tây và huyện Phúc Thọ, Hà Nội) trong các vụ sản xuất năm 2011, 2013 và 2014.

5. Luận án sử dụng phương pháp nào để dự báo các yếu tố khí tượng, thủy văn phục vụ điều hành thời gian thực? Luận án ứng dụng phương pháp dự báo thích nghi theo mô hình chuỗi thời gian $\text{ARIMA}(p, d, q)$ để tính toán dự báo ngắn hạn các yếu tố nhiệt độ, lượng mưa, bốc hơi và mực nước sông nguồn, thay thế cho việc sử dụng các trị số trung bình nhiều năm tĩnh.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Ngô Đăng Hải đã xây dựng thành công mô hình hiện đại hóa quản lý vận hành hệ thống tưới tích hợp đồng bộ giữa lý thuyết tối ưu hóa đa mục tiêu, công nghệ SCADA qua mạng viễn thông 3G/Internet và hệ thống phần mềm quản trị trực tuyến. Công trình đã giải quyết được bài toán phân bổ tài nguyên nước - đất - cây trồng đạt hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao, đồng thời đề xuất giải pháp công nghệ phần cứng IP Modem - RTU giúp giảm chi phí đầu tư xuống dưới 28% so với công nghệ nhập ngoại. Kết quả nghiên cứu được kiểm chứng thực tế tại Hệ thống tưới Phù Sa, cung cấp cơ sở khoa học và công cụ thực tiễn phục vụ hiện đại hóa ngành thủy lợi Việt Nam.