Công nghệ tin học và thiết bị trong việc quản lý vận hành các hệ thống công trình thủy lợi ở Việt nam

Công nghệ tin học và thiết bị trong việc quản lý vận hành các hệ thống công trình thủy lợi ở Việt nam

CÔNG NGH TIN H C VÀ

QU N LÝ V N HÀNH CÁC

PGS.TS Võ Kh c Trí

Vi n Khoa h c Th y l i mi n Nam

TÓM T"T

Các h th ng th y l i hi n nay ang óng góp

r t nhi u trong vi c phát tri n các s n ph m nông nghi p, th y h i s n và ngành công nghi p ch" bi"n $ Vi t Nam Tuy nhiên ngu*n n+,c h-u nh+ không phát tri n trong khi ó nhu c-u v l+/ng th0c ngày càng gia t1ng do s0 phát tri n dân s d4n "n vi c gia t1ng di n tích canh tác nông nghi p có t+,i 67c bi t là nh8ng vùng khan hi"m n+,c nh+ $ khu v0c Nam Trung B; và Tây Nguyên c a Vi t Nam Ngoài ra l+ ng n+,c còn ph i chia s= cho nhi u ngành kinh t" trong n+,c

và cho c các qu c gia khác n"u là l+u v0c sông qu c t" nh+ sông Mêkông $ 6BSCL Chính vì vCy Dng dEng gi i pháp công ngh tin hFc và thi"t bG trong vi c qu n lý vCn hành các h th ng công trình th y l i có th xem nh+ m;t ch+/ng trình c p thi"t nhKm nâng c p và khai thác hi u

qu n1ng l0c hoLt ;ng c a h th ng có th áp Dng nhu c-u v dGch vE c p n+,c cho hi n tLi

và trong t+/ng lai V n 7t ra là làm cách nào c i ti"n, tMng b+,c hi n Li hóa công tác

qu n lý và phân ph i n+,c m;t cách hi u qu , ti"t ki m n+,c và gi m giá thành -u t+ ang là m;t thách thDc cho nghiên cDu khoa hFc phEc vE s n xu t

I T$NG QUAN V% HI N &'I HÓA TRONG CÁC H TH NG T()I VI T NAM

Công nghi p hóa, hi n Li hóa nông nghi p, nông thôn là m;t trong nh8ng nhi m vE hàng -u c a t n+,c hi n nay S0 t1ng tr+$ng nhanh chóng c a nông nghi p ã có s0 óng góp r t l,n c a công tác th y l i vì vCy yêu c-u hi n Li hóa cho công tác qu n lý vCn hành h th ng th y l i là r t c-n thi"t nh+ng vi c nghiên cDu và Dng dEng $ Vi t Nam v4n còn ang $ b+,c ban -u M;t s các h th ng t+,i mi n BOc, mi n Trung ã + c xây d0ng khá lâu M7c dù ã + c Nhà n+,c quan tâm -u t+ xây d0ng và th+Png xuyên tu bQ nâng c p nh+ng do kinh phí hLn ch" nên nhi u v n t*n tLi trong qu n lý vCn hành v4n ch+a + c gi i quy"t Còn i v,i các h th ng th y l i $ phía Nam nh+ 6BSCL và D-u Ti"ng, Ph+,c Hòa $ mi n 6ông Nam B; (M6NB) + c xây d0ng ã óng góp r t nhi u cho vi c phát tri n nông nghi p và l+/ng th0c trong c n+,c nh+ng công tác qu n lý vCn hành sau khi xây d0ng công trình, 7c bi t là qui trình vCn hành và các công trình ki m soát ngu*n n+,c v4n ch+a + c quan tâm -u t+ úng mDc Ngay c các h th ng l,n vMa m,i xây d0ng nh+ h th ng Ba Lai hay B o 6Gnh thì vi c xây d0ng qui trình vCn hành h th ng hay lOp 7t các công trình o n+,c v4n ch+a + c th0c hi n

Do vi c thi"u thông tin ho7c thông tin v,i ; chính xác kém, không kGp thPi và c-n

xY lý cùng m;t lúc trên di n r;ng nên ã gây r t nhi u khó kh1n cho các nhà qu n lý trong vi c i u hành h th ng làm tQn th t n+,c và gi m các dGch vE c p n+,c Chính vì vCy phEc vE t t công tác qu n lý vCn hành c-n ph i -u t+ cho các h th ng thu thCp

thông tin, các công cE o Lc chính xác cZng nh+ các ph-n m m qu n lý và i u khi n cho các nhà qu n lý

Tr+,c ây cZng có m;t s các h th ng th y l i ã + c -u t+ thY nghi m v,i mLng SCADA nh+ mi n BOc có h th ng th y l i sông Chu và h th ng th y l i BOc H+ng H i,

mi n Trung có h th ng th y l i BOc Ngh An và h th ng th y l i sông Quao, 6*ng Cam, tuy nhiên các h th ng này cho "n nay ã không còn hoLt ;ng + c Nguyên nhân c a nh8ng t*n tLi này c-n + c tQng k"t ánh giá lLi, úc k"t kinh nghi m có th xu t ra nh8ng gi i pháp phEc h*i

Nh8ng n1m g-n ây Vi n Khoa hFc Th y l i cZng ã Dng dEng công ngh SCADA cho m;t s h th ng th y nông và trLm b/m tM n1m 2001 – 2004 ã h p tác v,i nhà khoa hFc trong n+,c b+,c -u s n xu t RTU (Remote Terminal Unit) bKng vi xY lý nhKm ch

;ng công ngh thay th" PLC trong t+/ng lai và xây d0ng ph-n m m H i u hành h

th ng th y nông trên giao di n ti"ng Vi t, /n gi n và thuCn ti n cho ng+Pi dùng Tr+Png 6Li hFc Th y l i cZng ã Dng dEng mLng SCADA không dây cho h th ng th y nông phù sa S/n Tây v,i thi"t bG và ph-n m m c a n+,c ngoài

Riêng i v,i các h th ng th y l i phía Nam, Vi n Khoa hFc Th y l i mi n Nam (KHTLMN) ã Dng dEng công ngh tin hFc và t0 ;ng hóa trong vi c ki m soát và d0 báo ngu*n n+,c, xây d0ng các ch+/ng trình qu n lý tài s n và th y l0c, qui trình qu n lý vCn hành cho các h th ng t+,i $ Nam M1ng Thít, 6BSCL và H th ng kênh 6ông C Chi, D-u Ti"ng Ngoài ra Vi n còn nghiên cDu Dng dEng các công ngh tiên ti"n c a th" gi,i nh+ cYa flumegate c a Úc $ các h th ng t+,i t0 ch y bKng h* chDa

II CÁC V*N &+ T,N T'I TRONG CÁC H TH NG TH Y L I HI N NAY

Nh8ng v n còn t*n tLi trong các h th ng th y l i tCp trung m;t s v n ch y"u nh+ sau:

II.1 Ho/t 12ng c6a các công trình

- Hi u su t hoLt ;ng th p c a các công trình trLm b/m, c ng -u m i, kênh m+/ng,

c ng i u ti"t ch+a Lt "n công su t thi"t k"

- Không kGp thay Qi ho7c cCp nhCt các thông s ki thuCt c a công trình sau m;t thPi gian vCn hành nh+ bG xói mòn, b*i lOng hay h+ hjng d4n "n vi c gi m hi u su t công trình

- H th ng công trình -u t+ ch+a *ng b;, 7c bi t là các kênh, c ng c p 2 và kênh n;i *ng M;t s h th ng ã +a vào hoLt ;ng nhi u n1m nh+ng v4n ch+a hoàn chknh

II.2 Phát tri@n nguBn nCDc

- BG tác ;ng b$i nhi u ngu*n nh+ ngCp lZ hay tri u c+Png, ô nhilm chua phèn hay xâm nhCp m7n

- BG ô nhilm tM n+,c th i sinh hoLt và tM ch t th i nông nghi p nh+ phân bón, thu c trM sâu và các ch t th i rOn

- Nh8ng xung ;t v sY dEng n+,c do chuy n Qi c/ c u canh tác và nuôi tr*ng th y

h i s n

II.3 VFn hành bIo trì

- Thi"u qui trình vCn hành h th ng và h+,ng d4n b o trì cho h-u h"t các h th ng t+,i hi n nay ngoài m;t s n/i có qui trình vCn hành tong các công trình riêng l=

- Thi"u trang bG các h th ng quan trOc m0c n+,c, l+u l+ ng hay ch t l+ ng n+,c tLi các công trình -u m i ho7c n"u có thì r t thô s/ lLc hCu ; chính xác không cao

- Ng+Pi qu n lý không + c ào tLo hay không quy n hành gi i quy"t nh8ng xung ;t gi8a ng+Pi sY dEng n+,c, i v,i các công trình liên tknh thì càng khó kh1n h/n

r t nhi u

- Nhi u n/i chuy n dGch c/ c u m;t cách t0 phát không theo qui hoLch ã gây khó kh1n r t nhi u cho công tác vCn hành và b o trì b$i vì ch+a có Ban qu n lý công trình liên tknh

II.4 Chính sách quIn lý nCDc

- Giá thu th y l i phí v n còn khá th p và nhi u n i !ã b$ thu phí, do !ó các

Công ty Qu-n lý Th y nông không ! trang tr-i cho các chi phí v0n hành và b-o trì h2 th3ng Ph4n l5n ! u ph-i trông ch6 vào s8 tr giúp t: ngân sách !<a ph= ng hay trung = ng Vi2c !<nh m?c tr c p c@ng phA thuBc r t nhi u t: mCi !<a ph= ng !ang qu-n lý công trình trong !<a gi5i c a mình mà không t: ! su t tính toán cA thE c a Công ty Qu-n lý t=5i

- 6 i v,i nông dân là khách hàng c a các Công ty Th y nông thì v4n ch+a tQ chDc thành H;i tham gia vào c/ c u vCn hành, cZng ch+a có khung pháp lý ng+Pi nông dân có th t0 qu n lý và vCn hành các /n vG th y l i c/ s$ tM h kênh c p 3 hay n;i *ng

III GI I PHÁP THQC HI N

6 gi i quy"t các v n trên, phLm vi hi n Li hóa các h th ng th y l i tCp trung vào các i t+ ng nh+ sau:

III.1 HiRn 1/i hóa m/ng lCDi thông tin 1o 1/c

Vi c nOm bOt thông tin chính xác v yêu c-u t+,i, kh i l+ ng và ch t l+ ng ngu*n n+,c hi n có các nhà qu n lý h th ng có th cho ra nh8ng quy"t Gnh kGp thPi và chính xác trong vi c i u ph i ngu*n n+,c là m;t yêu c-u h"t sDc c-n thi"t không th thi"u trong vi c vCn hành h th ng th y l i Hi n nay m;t s công ngh v thông tin + c

sY dEng nhi u $ các n+,c phát tri n bao g*m:

a Mô hình i u khi n mLng l+,i o Lc t0 ;ng SCADA (hình 1) hi n v4n là m;t gi i pháp công ngh m,i v,i m;t h th ng ki m tra bao g*m m;t trLm trung tâm (Master Terminal Unit = MTU) và m;t hay nhi u trLm ki m soát và thu thCp s li u hi n tr+Png hay trLm i u khi n tM xa (Remote Telemetry Unit = RTU) và ph-n m m dùng thu nhCn các thông tin tr0c ti"p và liên tEc $ b t kp vG trí nào trong h th ng 6+Png truy n c a h th ng

có th qua mLng LAN, mLng i n thoLi, mLng không dây, internet hay v tinh Công ngh này /n gi n, thích h p, chính xác và hoàn toàn t0 ;ng MLng l+,i này có nhi u thuCn l i

vì có th cho bi"t vG trí m t n+,c trên các oLn kênh, i u ti"t l+u l+ ng n+,c qua công trình hay i u ph i ngu*n n+,c tM nhánh kênh này qua các nhánh kênh khác Nó cZng cho bi"t ch t l+ ng ngu*n n+,c ang sY dEng hay nhu c-u n+,c th0c s0 c a cây tr*ng phE thu;c vào các thi"t bG + c lOp 7t tLi các trLm ki m soát

b Mơ hình Qu n lý tài s n (hình 2) hay cịn gFi là Ch+/ng trình ATLAS vì i v,i các h th ng th y l i th+Png cĩ giá trG -u t+ l,n v,i nhi u hLng mEc cơng trình trên ĩ c-n + c qu n lý vCn hành và b o d+qng Gnh kp Ng+Pi qu n lý th+Png r t khĩ nh, h"t tên cơng trình, vG trí và các thơng tin khác nh+ thơng s ki thuCt, thPi gian vCn hành,

ã duy tu sYa ch8a bao nhiêu l-n ra các gi i pháp -u t+ m,i Do ĩ cơng ngh GIS

ã + c Dng dEng m;t cách r;ng rãi trong vi c qu n lý tài s n trong các h th ng t+,i

Vi c Dng dEng cơng ngh này st giúp cho các nhà qu n lý cĩ th phân tích và ánh giá + c:

- Phân tích loLi hình dGch vE t+,i tiêu trong h th ng

- 6ánh giá các i u ki n hoLt ;ng hi n thPi c a các cơng trình

- 6ánh giá mDc ; -u t+ trong t+/ng lai

- 6ánh giá các chi phí b o trì

- Phân tích các ngu*n tài chính phEc vE yêu c-u sYa chYa ho7c xây m,i trong t+/ng lai, +,c tính chi phí thay th" sYa ch8a và niên hLn sY dEng d0a vào tuQi thF cịn lLi

c a cơng trình

- 6ánh giá các ngu*n phí thu + c tM dGch vE c p n+,c nh+ th y l i phí cho nơng nghi p, ch1n nuơi, cơng nghi p hay sinh hoLt

- 6ánh giá kh n1ng hoLt ;ng và mDc ; h+ hjng và +,c tính tuQi thF c a cơng trình

Trung tâm 1iVu hành (Master)

TrLm 1 MẠNG ĐIỆN TrLm 2 TrLm 3

THOẠI

M'NG SCADA

Hình 1: M ng SCADA c truy n qua cáp i n tho i

Xem thông tin v công trình

Tìm ki m thông tin Xem lGch vCn hành c ng

TLo lGch vCn hành công trình

Qu n lý thu phí qua c ng Thu th y l i phí

Hình nh v công trình

Xem m0c n+,c, l+u l+ ng

- Liên k"t v,i ch+/ng trình SCADA và ch+/ng trình tính ch t l+ ng và kh i l+ ng n+,c

c Mô hình tính toán kh i l+ ng và ch t l+ ng n+,c trong các h th ng th y l i

N25

K34

N31A

Hình 3: Mô hình th y l)c tính cho m+t h th,ng t -i Hình 2: H th,ng thông tin qua GIS

Hi n nay có th sY dEng nhi u ch+/ng trình và ph-n m m trong và ngoài n+,c nh+ SAL2000, VRSAP, KOD hay MIKE 11, ISIS, DUFLOW… cho vi c tính toán th y l0c vùng tri u Các ch+/ng trình nh+ IMSOP, IQQM, MIKE BASIN… cho vi c tính toán các h th ng t+,i bKng h* chDa hay trLm b/m

Tuy nhiên m;t trong nh8ng y"u t quan trFng là các ch+/ng trình này c-n + c liên k"t v,i nhau h| tr cho các nhà qu n lý trong vi c i u hành h th ng sao cho hi u qu

nh t (hình 4)

Hình 4: S2 3 liên k6t c a 3 mô hình trong h at +ng Qu8n lý v;n hành

III.2 HiRn 1/i hóa công trình 1iVu ti`t

Tr+,c ây ánh giá m;t h th ng t+,i th+Png d0a vào mDc ; qui mô c a công trình nh+ c ng, Cp, t+Png d4n dòng, kênh chính hay trung tâm i u hành qu n lý Các h

th ng này th+Png + c mô t qua tQng l+ ng n+,c c p, di n tích khu t+,i, s l+ ng nhân công, tQng chi u dài kênh và s n l+ ng nông nghi p Vi c ánh giá qua các 7c tr+ng vCt lý

k trên là h8u ích nh+ng chk có ý ngh}a v i t+ ng + c phEc vE Trong khi ó v n quan trFng nh t là n1ng l0c c a h th ng có áp Dng + c mFi yêu c-u v vCn hành hay không Do vCy các thi"t k" ph i áp Dng cho mFi i t+ ng và các yêu c-u vCn hành trong t+/ng lai

Các loLi công trình trong h th ng c-n + c hi n Li hóa bao g*m:

a Công trình d4n n+,c: kênh, c-u máng, xi phông, ng d4n, bCc n+,c Hi u qu + c ánh giá qua hi u su t dòng ch y

b Công trình i u ti"t: c ng -u kênh, c ng i u ti"t, ng+qng tràn

MÔ HÌNH QU N LÝ H TH NG GIS

• Cung c p các thông tin và cCp nhCt v công

trình trong h th ng

• Liên k"t v,i mô hình SCADA tLi vG trí các

i m ki m soát kh i l+ ng và ch t l+ ng n+,c

• Liên k"t mô hình th y l0c v lGch vCn hành

các công trình

• LCp lGch vCn hành, tính toán th y l i phí, phí

giao thông…

MÔ HÌNH TH Y LQC

• Ti"p nhCn các thông tin tM mô hình

qu n lý vCn hành và mô hình SCADA

• XY lý thông tin và xu t các quy"t Gnh vCn hành h th ng,

• Cung c p thông tin cho mô hình qu n

lý vCn hành lCp k" hoLch vCn hành và

mô hình SCADA quy"t Gnh óng m$

công trình

MÔ HÌNH &I+U KHI%N SCADA

• Truy n các thông tin v kh i l+ ng và ch t l+ ng n+,c, s cYa hoLt ;ng cho mô hình th y l0c và d0 báo

• Cung c p d8 li u cho mô hình qu n lý h

th ng tLi các i m ki m soát

• Ti"p nhCn các thông tin v yêu c-u vCn hành h th ng óng m$.

c Công trình o n+,c: th+Png k"t h p v,i công trình d4n n+,c và công trình i u ti"t xác Gnh m0c n+,c và l+u l+ ng dòng ch y qua công trình nh+: Cp tràn thành mjng ch8 nhCt, hình thang, hình V, Cp vai dài, ng venturi, th+,c n+,c, phao o n+,c, thi"t bG o l+u t c, c m bi"n o m0c n+,c

d Hi n nay công trình i u ti"t dòng ch y RUBICON (s n xu t tLi Úc) + c k"t h p v,i ch+/ng trình qu n lý vCn hành t0 ;ng i u ti"t l+u l+ ng m0c n+,c trong h

th ng thông qua mLng vô tuy"n

III.3 HiRn 1/i hóa hR thbng quIn lý

a 6 xu t các gi i pháp Qi m,i chính sách và th ch" qu n lý theo d+,ng tMng b+,c ti"n t,i xã h;i hóa trong vi c qui hoLch, -u t+ cZng nh+ cung c p dGch vE t+,i t t h/n và

có s0 tham gia c a nông dân

b 6Qi m,i ph+/ng pháp qu n lý, ào tLo và nâng c p trình ; cán b; qu n lý

c TMng b+,c nâng c p, hi n Li hóa trE s$, ph+/ng ti n, trang thi"t bG qu n lý

d 6ào tLo nâng cao n1ng l0c cán b; qu n lý vCn hành

IV K T LU N

- Nhu c-u sY dEng n+,c ngày càng t1ng cao cùng v,i s0 chuy n Qi nhanh chóng c/ c u cây tr*ng vCt nuôi hi n nay ang diln ra $ nhi u n/i Ngoài ra vi c s n xu t nông nghi p gOn li n v,i công nghi p phEc vE cho nông nghi p, công nghi p ch" bi"n và các ngành ngh khác ngày càng phát tri n… thì vi c hi n Li hóa công tác qu n lý và vCn hành h th ng áp Dng yêu c-u sY dEng ngu*n n+,c là m;t vi c làm c-n thi"t

- TM nh8ng k"t qu trên cho th y Dng dEng công ngh và thi"t bG ã h| tr r t nhi u cho các nhà qu n lý và các ki s+ vCn hành h th ng công trình th y l i 7c bi t là cho các h th ng th y l i phEc vE a mEc tiêu nh+ hi n nay Các công cE mô hình này không nh8ng cung c p nh8ng thông tin cE th v công trình trên h th ng mà giúp các

Hình 5: M+t d ng công trình i u ti6t t) +ng flumegate c a RUBICON

nhà qu n lý có th +a ra nh8ng k" hoLch khai thác, duy tu và b o d+qng công trình m;t cách có hi u qu m b o $ mDc chi phí th p nh t

- Các công cE này còn giúp cho ng+Pi qu n lý liên k"t thông tin v,i mLng giám sát và ch+/ng trình th y l0c +a ra nh8ng quy"t Gnh cho vi c d0 báo và vCn hành óng m$ công trình theo ch" ; tDc thPi ho7c theo các kGch b n Gnh s~n 67c bi t cho nh8ng vùng khan hi"m n+,c thì vi c phân ph i ngu*n n+,c h p lý là h"t sDc c-n thi"t

TÀI LI U THAM KH O

1 B.A George, H M Malano, V.K Tri và Hugh Turral Using modelling to improve

operation performance in the Cu Chi irrigation system, Vietnam Willey InterScience Journal,

2004

2 TS Võ Khfc Trí, Th S Ph/m &gc Nghha Nghiên cHu 8nh h Ing c a xâm nh;p mLn

6n vi c v;n hành các h th,ng t -i tiêu I M3ng bOng sông CPu Long M+t tr Rng h p nghiên

cHu iSn hình I h th,ng ng t hóa Gò Công Tuy n tCp Khoa hFc Công ngh , 2004

3 Võ Khfc Trí Nghiên cHu áp dVng khoa h c công ngh tiên ti6n, tWng b -c hi n i hóa công tác Qu8n lý H th,ng th y l i Gò Công, Ti n Giang Báo cáo TQng k"t tài, 2005

4 TS Võ Khfc Trí, KS Nguyjn Thái Hòa Nghiên cHu các gi8i pháp Qu8n lý v;n hành

các h th,ng th y l i l-n S b8o t3n và khai thác hi u qu8 tài nguyên n -c X MBSCL Tuy n tCp

Khoa hFc Công ngh , 2005

5 Some experiences on modernization in irrigation system rehabilitation in Sri lanka Dr

G.G.A Godaliyadda, K.R.P.M Mullegamgoda, A.M.U.B Alahakoon, 1998

6 Võ Khfc Trí Báo cáo Xây d)ng Qui trình Qu8n lý v;n hành cho h th,ng Nam M[ng

Thít