Luận án tiến sĩ: Tối ưu vận hành trữ nước tưới giảm thiểu ảnh hưởng hạn hán đến nông nghiệp vùng hạ du sông Cả

• Tác giả: Nguyễn Quang An
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Tùng Phong
• Trường học: Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam
• Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nước
• Đề tài: Nghiên cứu xây dựng bài toán tối ưu vận hành trữ nước tưới để giảm thiểu ảnh hưởng của hạn hán tới sản xuất nông nghiệp vùng hạ du sông Cả - Nghiên cứu điển hình tại hệ thống thủy lợi Lê Xuân Đào
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của luận án
• 0.2. Mục tiêu của luận án
• 0.3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
• 0.4. Phương pháp nghiên cứu và cách tiếp cận
• 0.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu
• 0.6. Những đóng góp mới của luận án
• 0.7. Bố cục của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Hạn hán và những tác động của hạn hán đối với nông nghiệp
• 1.1.1. Hạn hán và nguyên nhân
• 1.1.2. Những tác động của hạn hán đối với sản xuất nông nghiệp trên Thế giới
• 1.1.3. Những tác động của hạn hán đối với sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam
• 1.1.4. Tình hình hạn trong khu vực nghiên cứu
• 1.2. Các nghiên cứu và giải pháp chống hạn
• 1.3. Bài toán tối ưu
• 1.3.1. Tổng quan bài toán tối ưu
• 1.3.2. Các kỹ thuật tối ưu hóa
• 1.3.3. Ưu nhược điểm của các kỹ thuật tối ưu
• 1.3.4. Tổng quan ứng dụng tối ưu vận hành hệ thống tưới tiêu trên thế giới
• 1.3.5. Tổng quan ứng dụng tối ưu vận hành hệ thống tưới tiêu tại Việt Nam
• 1.4. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Giới thiệu khu vực nghiên cứu
• 2.1.1. Sơ lược khu vực nghiên cứu
• 2.1.2. Hiện trạng phát triển nông nghiệp
• 2.1.3. Hiện trạng và ảnh hưởng của hạn hán
• 2.1.4. Một số nhận xét về khu vực nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu và cách tiếp cận
• 2.3. Phương pháp và công cụ nghiên cứu
• 2.3.1. Tính toán nhu cầu nước
• 2.3.2. Tính toán cân bằng nước
• 2.3.3. Tính toán thủy lực
• 2.3.4. Xây dựng bài toán vận hành tối ưu trên hệ thống
• 2.4. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 3.1. Giải pháp thu trữ nước phục vụ cho sản xuất nông nghiệp trong mùa kiệt
• 3.1.1. Kết quả tính toán nhu cầu nước
• 3.1.2. Kết quả tính toán lượng nước thiếu hụt/cân bằng nước
• 3.1.3. Đề xuất phương án trữ nước cho mùa kiệt
• 3.2. Xây dựng hàm vận hành thời gian thực cho hệ thống 9 xã kênh Lê Xuân Đào để trữ nước cho vùng nghiên cứu
• 3.2.1. Mô hình tiêu
• 3.2.2. Tính toán các số liệu đầu vào
• 3.2.3. Mặt Pareto và giải pháp vận hành
• 3.2.4. Tính toán thử nghiệm cho năm điển hình
• 3.3. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• appendix.1. Danh mục tài liệu tiếng Việt
• appendix.2. Danh mục tài liệu tiếng Anh

Tóm tắt

I. Nghiên cứu và tối ưu vận hành trữ nước tưới

Nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng bài toán tối ưu vận hành trữ nước tưới nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của hạn hán đến sản xuất nông nghiệp vùng hạ du sông Cả. Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp toán học và mô hình hóa để tối ưu hóa việc quản lý nguồn nước, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Tối ưu vận hành được thực hiện thông qua việc xác định nhu cầu nước, tính toán cân bằng nước, và xây dựng các kế hoạch vận hành thời gian thực. Trữ nước tưới là giải pháp chính để đảm bảo nguồn nước cho mùa khô, giảm thiểu tác động của hạn hán.

1.1. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc thu thập và phân tích dữ liệu khí tượng, thủy văn, và nhu cầu nước cho nông nghiệp. Nghiên cứu sử dụng các mô hình toán học như Mike Basin để tính toán cân bằng nước và xác định lượng nước thiếu hụt. Tối ưu vận hành được thực hiện thông qua thuật toán di truyền NSGA II, giúp tìm ra các giải pháp tối ưu cho việc vận hành hệ thống tưới. Trữ nước tưới được đề xuất dựa trên kết quả tính toán và phân tích, nhằm đảm bảo nguồn nước ổn định cho sản xuất nông nghiệp.

1.2. Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng việc tối ưu vận hành hệ thống tưới có thể giảm thiểu đáng kể tác động của hạn hán. Trữ nước tưới trong mùa mưa và sử dụng hiệu quả trong mùa khô giúp đảm bảo nguồn nước cho nông nghiệp. Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp cụ thể như mở rộng kênh tưới và cải thiện hệ thống quản lý nước. Những giải pháp này có thể áp dụng cho các vùng có điều kiện tương tự, góp phần phát triển bền vững nông nghiệp.

II. Giảm thiểu hạn hán và phát triển nông nghiệp

Giảm thiểu hạn hán là mục tiêu chính của nghiên cứu, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Nông nghiệp vùng hạ du sông Cả chịu ảnh hưởng nặng nề bởi hạn hán, dẫn đến giảm năng suất và thiệt hại kinh tế. Vùng hạ du sông Cả được lựa chọn làm khu vực nghiên cứu điển hình do tình trạng hạn hán nghiêm trọng và nhu cầu cấp thiết về giải pháp quản lý nước. Nghiên cứu đề xuất các giải pháp tổng thể để cải thiện hệ thống tưới tiêu và quản lý nguồn nước hiệu quả.

2.1. Tác động của hạn hán

Hạn hán gây ra nhiều tác động tiêu cực đến nông nghiệp, bao gồm giảm năng suất cây trồng, thiếu nước tưới, và tăng chi phí sản xuất. Vùng hạ du sông Cả thường xuyên đối mặt với tình trạng thiếu nước vào mùa khô, ảnh hưởng đến sinh kế của người dân. Giảm thiểu hạn hán thông qua việc trữ nước và tối ưu hóa hệ thống tưới là giải pháp quan trọng để đảm bảo sản xuất nông nghiệp bền vững.

2.2. Giải pháp phát triển bền vững

Nghiên cứu đề xuất các giải pháp phát triển bền vững như cải thiện hệ thống tưới tiêu, thay đổi cơ cấu cây trồng, và nâng cao hiệu quả sử dụng nước. Nông nghiệp vùng hạ du sông Cả cần được hỗ trợ bởi các chính sách quản lý nguồn nước hiệu quả và đầu tư vào cơ sở hạ tầng thủy lợi. Giảm thiểu hạn hán không chỉ giúp ổn định sản xuất mà còn góp phần bảo vệ môi trường và nguồn tài nguyên nước.

III. Quản lý nước và bảo vệ môi trường

Quản lý nước là yếu tố then chốt trong việc đảm bảo nguồn nước cho nông nghiệp và các hoạt động kinh tế khác. Bảo vệ môi trường được tích hợp vào các giải pháp quản lý nước nhằm đảm bảo sự bền vững của nguồn tài nguyên. Sông Cả là nguồn nước chính cho vùng hạ du, do đó việc quản lý và bảo vệ nguồn nước này là ưu tiên hàng đầu. Nghiên cứu đề xuất các biện pháp quản lý nước hiệu quả, bao gồm cả việc sử dụng công nghệ hiện đại và nâng cao nhận thức cộng đồng.

3.1. Quy hoạch nông nghiệp

Quy hoạch nông nghiệp cần được thực hiện dựa trên nhu cầu nước và khả năng cung cấp của hệ thống tưới. Quản lý nước hiệu quả giúp tối ưu hóa việc sử dụng nguồn nước, giảm thiểu lãng phí và đảm bảo năng suất cây trồng. Sông Cả cần được quản lý chặt chẽ để đảm bảo nguồn nước ổn định cho các hoạt động nông nghiệp và sinh hoạt.

3.2. Bảo vệ môi trường

Bảo vệ môi trường là một phần không thể thiếu trong các giải pháp quản lý nước. Quản lý nước cần được thực hiện theo hướng bền vững, đảm bảo sự cân bằng giữa nhu cầu sử dụng và bảo vệ nguồn tài nguyên. Sông Cả cần được bảo vệ khỏi các tác động tiêu cực như ô nhiễm và khai thác quá mức, nhằm duy trì nguồn nước sạch và ổn định cho tương lai.