Ứng dụng hệ thống SCADA trong quản lý vận hành hệ thống thủy lợi

27 CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH HIỆN TRẠNG THỦY LỢI, NHU CẦU NƯỚC CỦA HỆ THỐNG, ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SCADA TRONG QUẢN LÝ VẬN HÀNH HỆ THỐNG .... Do đó, kết quả lập và hiệu chỉnh kế

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN THỊ HUYỀN NGÂN

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SCADA TRONG QUẢN LÝ VẬN

HÀNH HỆ THỐNG THỦY LỢI KẺ GỖ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN THỊ HUYỀN NGÂN

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SCADA TRONG QUẢN LÝ VẬN

i

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Huyền Ngân

ii

LỜI CÁM ƠN

Đầu tiên, Tác giả xin gửi lời cám ơn tới Trường Đại học Thủy lợi, khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, phòng Đào tạo đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn thạc sĩ

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, tác giả xin trân trọng gửi tới người thầy hướng dẫn nghiên cứu khoa học PGS.TS Phạm Việt Hòa đã luôn dành thời gian quý báu của mình để lắng nghe, định hướng và tận tình giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình làm luận văn

Tác giả xin gửi lời cám đến các thầy cô trong Hội đồng đánh giá luận văn vì đã dành thời gian và tâm huyết để đọc và sửa chữa luận văn Tác giả cũng vô cùng biết ơn các thầy cô giáo trong và ngoài Trường Đại học Thủy lợi đã có những đóng góp quý báu giúp tác giả hoàn thiện luận văn

Tác giả cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến Viện Kinh tế và Quản lý Thủy lợi đã tạo mọi điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu.Tác giả xin cảm ơn các bạn bè, đồng nghiệp đã có những chia sẻ, động viên, giúp đỡ và luôn sát cánh bên tác giả

Cuối cùng, tác giả xin được gửi tới những người thân trong gia đình của mình lời biết

ơn sâu sắc vì sự yêu thương và ủng hộ, dành thời gian và điều kiện tốt nhất để giúp tác giả hoàn thành luận văn này

Xin trân trọng cám ơn!

iii

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU……… 4

1.1 Tổng quan về ứng dụng công nghệ tin học trong quản lý vận hành hệ thống thủy lợi cứu 4

1.1.1 Trên thế giới 4

1.1.2 Ở Việt Nam 8

1.2 Tổng quan về vùng nghiên cứu 17

1.2.1 Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu 17

1.2.2 Tình hình dân sinh kinh tế 22

1.2.3 Hiện trạng thủy lợi 25

1.2.4 Nhu cầu sử dụng nước của hệ thống 27

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH HIỆN TRẠNG THỦY LỢI, NHU CẦU NƯỚC CỦA HỆ THỐNG, ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SCADA TRONG QUẢN LÝ VẬN HÀNH HỆ THỐNG 28

2.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn để ứng dụng hệ thống SCADA vào QLVH hệ thống thủy lợi Kẻ Gỗ 29

2.1.1 Thực trạng công trình 29

2.1.2 Tình hình quản lý vận hành hệ thống 30

2.2 Lập kế hoạch sử dụng nước của hệ thống 36

2.2.1 Tính toán khí tượng 36

2.2.2 Tính toán xác định chế độ tưới cho các loại cây trồng 37

2.2.3 Tính toán yêu cầu nước của hệ thống 42

2.3 Lựa chọn và ứng dụng hệ thống SCADA trong việc nâng cao hiệu quả quản lý vận hành hệ thống thủy lợi Kẻ Gỗ 50

CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ, PHÂN BỐ, VẬN HÀNH HỆ THỐNG SCADA TRONG QUẢN LÝ VẬN HÀNH HỆ THỐNG THỦY LỢI KẺ GỖ……… 54

3.1 Phương án bố trí, phân bố hệ thống SCADA 54

iv

3.2 Phương án vận hành hệ thống SCADA 64

3.2.1 Cơ chế làm việc của hệ thống SCADA Kẻ Gỗ 64

3.2.2 Tính toán lập kế hoạch vận hành cống Kẻ Gỗ 67

3.2.3 Các bước vận hành cho hệ thống SCADA Kẻ Gỗ 77

3.3 Đánh giá hiệu quả QLVH hệ thống thủy lợi Kẻ Gỗ 79

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

1 KẾT LUẬN 82

2 KIẾN NGHỊ 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

PHỤ LỤC 85

v

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 3.1 Bản đồ bố trí hệ thống SCADA HTTL Kẻ Gỗ 55

Hình 3.2 Sơ đồ các TLV của hệ thống SCADA Kẻ Gỗ 57

Hình 3.3 Sơ đồ bố trí thiết bị tại TLV1 58

Hình 3.4 Sơ đồ bố trí thiết bị tại TLV2 59

Hình 3.5 Sơ đồ bố trí thiết bị tại TLV3 60

Hình 3.6 Sơ đồ bố trí thiết bị tại TLV4 61

Hình 3.7 Sơ đồ bố trí thiết bị tại TLV5 62

Hình 3.8 Sơ đồ bố trí thiết bị tại TLV6 63

Hình 3.9 Sơ đồ tính toán 1 70

Hình 3.10 Sơ đồ tính toán 2 71

Hình 3.11 Quan hệ Q ~ a 75

vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Nhiệt độ trung bình khu vực 19

Bảng 1.2 Độ ẩm tương đối trung bình (%) 19

Bảng 1.3 Lượng bốc hơi trung bình tháng (mm) 19

Bảng 1.4 Lượng mưa trung bình tháng (mm) 20

Bảng 1.5 Tốc độ gió (m/s) cao độ 3m 20

Bảng 1.6 Số giờ nắng 20

Bảng 1.7 Các chỉ tiêu cơ lý của đất 21

Bảng 1.8 Tình hình dân số các huyện vùng dự án 22

Bảng 1.9 Phân đoạn kênh chính 26

Bảng 1.10 Các kênh cấp II, hệ thống tưới Kẻ Gỗ 26

Bảng 1.11 Nhu cầu nước cho tưới các loại cây trồng 27

Bảng 1.12 Bảng tổng hợp nhu cầu dùng nước toàn hệ thống 28

Bảng 2.1 Cơ cấu cây trồng 31

Bảng 2.2 Lịch thời vụ 31

Bảng 2.3: Thời vụ và công thức tưới tăng sản cho lúa chiêm 31

Bảng 2.4 Thời kỳ sinh trưởng và công thức tưới tăng sản của khoai lang 32

Bảng 2.5 Thời vụ và công thức tưới tăng sản cho lúa hè thu 32

Bảng 2.6 Thời vụ và công thức tưới tăng sản cho lúa mùa 32

Bảng 2.7 Lượng bốc hơi ETo vụ chiêm 39

Bảng 2.8 Hệ số tưới đã hiệu chỉnh của hệ thống 44

Bảng 2.9 Tính lưu lượng tại đầu các kênh cấp 2 46

Bảng 2.10 Tính toán lưu lượng tại đầu hệ thống 47

Bảng 2.11 Quá trình lưu lượng ở đầu hệ thống 48

Bảng 2.12 Bảng tổng hợp nhu cầu dùng nước cho Thủy sản 49

Bảng 2.13 Bảng tổng hợp nhu cầu dùng nước của hệ thống 50

Bảng 3.1: Trạm làm việc và các thông số đo đạc tương ứng của hệ thống SCADA 56

Bảng 3.2 Kết quả tính toán chiều sâu nước trong kênh hạ lưu 69

Bảng 3.3 Tính toán xác định quan hệ (Q ~ a) 72

Bảng 3.4 Kế hoạch vận hành cống lấy nước 76

vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CTTL Công trình thủy lợi

FAO Tổ chức lương thực và nông nghiệp của Liên hợp quốc

GS&ĐK Giám sát và điều khiển

HTT Hệ thống tưới

HTTL Hệ thống thủy lợi

IMC Công ty quản lý khai thác công trình thủy lợi

NNPTNT Nông nghiệp phát triển nông thôn

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của Đề tài

Với mục tiêu đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, xây dựng nền kinh tế độc lập, đưa nước ta trở thành nước công nghiệp theo hướng hiện đại vào năm 2020, trước hết nông nghiệp phải phát triển lên một trình độ mới Để đáp ứng mục tiêu đó, công tác thủy lợi phục vụ sản xuất nông nghiệp là rất quan trọng Việc quản lý vận hành khai thác các hệ thống tưới sao cho hợp lý, hiệu quả và đáp ứng yêu cầu nước đặt

ra còn quan trong hơn Tuy nhiên, theo đánh giá thưc trạng hiện nay các công trình thủy lợi phục vụ nông nghiệp của Việt Nam còn kém phát triển chưa khai thác được hết năng lực thiết kế của công trình Vậy có sự khác nhau lớn giữa năng lực thiết kế và năng lực thực tế khi đi vào vận hành của hệ thống là do đâu? Trước tiên là do chất lượng công trình, sau một thời gian dài sử dụng lại không được thường xuyên đầu tư sửa chữa, công trình bị xuống cấp, làm suy giảm năng lực tưới tiêu Chính vì nguyên nhân này mà rất nhiều nơi chủ yếu chỉ quan tâm đến chất lượng công trình tức là chỉ tập trung xây dựng, tu bổ công trình Nhưng có một nguyên nhân rất quan trọng mà nhiều nơi chưa nhận thức đúng và đầy đủ đó là tầm quan trọng của công tác quản lý vận hành hệ thống thủy lợi

Điều đó đặt ra cho chúng ta những vấn đề cấp thiết là làm thế nào để nâng cao hiệu quả quản lý vận hành hệ thống thủy lợi?

Hiện nay, nhìn về tổng thể thì chất lượng quản lý vận hành các hệ thống thủy lợi ở Việt Nam vẫn còn hạn chế chưa đi sâu về ứng dụng công nghệ, khoa học kỹ thuật mà chủ yếu dựa vào kinh nghiệm, thủ tục hành chính, việc đổi mới diễn ra còn chậm và chưa được xem trọng Hệ thống thủy lợi Kẻ Gỗ là hệ thống được nâng cấp hiện đại hóa theo những tiến bộ khoa học kỹ thuật mới và được tài trợ bởi WB để hiện đại hóa

hệ thống Công ty quản lý hệ thống thủy lơi Kẻ Gỗ luôn cố gắng hoàn thành tốt công tác quản lý nước và công trình, công tác phòng chống lụt bão, đảm bảo tuyệt đối an toàn cho các công trình hệ thống thủy lợi phục vụ kịp thời tưới tiêu cho sản xuất nông nghiệp và dân sinh kinh tế trên địa bàn Tuy vậy, chất lượng, hiệu quả quản lý vận hành hệ thống thủy lợi Kẻ Gỗ cũng như nhiều hệ thống thủy lợi ở Việt Nam chưa cao

2

Vì vậy, với đề tài “Ứng dụng hệ thống SCADA trong quản lý vận hành hệ thống thủy lợi Kẻ Gỗ” em sẽ đưa ra phương án bố trí, phân bố và vận hành hệ thống

SCADA trong quản lý vận hành cống lấy nước và hồ chứa của hệ thống thủy lợi Kẻ

Gỗ dựa trên các cơ sở khoa học tin cậy, chính xác nhằm mục đích nâng cao hiệu quả quản lý vận hành hệ thống

2 Mục đích của Đề tài

Phân tích, đánh giá hiện trạng thủy lợi cũng như nhu cầu nước và Đề xuất phương án

bố trí, phân bố, vận hành hệ thống SCADA trong công tác quản lý vận hành hệ thống

thủy lợi Kẻ Gỗ

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: hệ thống thủy lợi Kẻ Gỗ

Phạm vi nghiên cứu: xác định được hiện trạng thủy lợi, nhu cầu sử dụng nước trên hệ thống thủy lợi Kẻ Gỗ

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

4.1 Cách tiếp cận

Tiếp cận tổng hợp và liên ngành;

Tiếp cận kế thừa có chọn lọc và bổ sung;

Tiếp cận các phương pháp, công cụ hiện đại trong nghiên cứu

4.2 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây:

- Phương pháp kế thừa, áp dụng có chọn lọc sản phẩm khoa học và công nghệ;

- Phương pháp điều tra, thu thập;

- Phương pháp phân tích thống kê các số liệu đã có;

5 Các kết quả dự kiến đạt được

Luận văn sẽ đạt được các kết quả chính sau:

a Quản lý dòng chảy và chất lượng nước (FQM – Flow and Quality Management)

Từ những năm 1980, với các kết quả nghiên cứu về quản lý dòng chảy và chất lượng nước, Công ty Rubicon Systems của Australia đã xây dựng và phát triển mô hình FQM Mô hình đó gồm 3 module chính:

- Lập kế hoạch tưới (Irrigation Planning Module);

- Mô phỏng (Simulation) hệ thống tưới;

- Giám sát (Surveillance) và điều khiển tự động các công trình thủy lợi từ xa.[1]

Module lập kế hoạch tưới có chức năng hàng ngày cập nhật yêu cầu dùng nước do các

hộ dùng nước đặt hàng thông qua mạng điện thoại chuyên dùng có lắp đặt hệ thống IVR kết nối với cơ sở dữ liệu lưu trữ trong máy chủ ở trung tâm điều khiển Trên cơ sở

đó, module này sẽ lập kế hoạch vận hành hệ thông tưới (HTT) Vì vậy, hoạt động của

hệ thống SCADA đạt hiệu quả cao, thường xuyên đáp ứng được các yêu cầu dùng nước…

b Quản lý vận hành với sự trợ giúp của máy tính (EAO - Exploitation Assistée par Ordinateur)

5

Với công trình nghiên cứu này Hiệp hội quản lý kênh Provence của Pháp đã xây dựng

và phát triển mô hình EAO Mô hình này được áp dụng khá thành công và hiệu quả trong việc quản lý điều hành HTTL Provence cung cấp nước cho cả một vùng rộng lớn thuộc miền Bắc nước Pháp

EAO cho phép giám sát và điều khiển các công trình thủy lợi tự động từ một trung tâm GS&ĐK (CGTC - Centre Général de Télécontrôle) và từ một số trạm lẻ Việc vận hành các công trình phân phối, điều tiết nước trên hệ thống tưới được thực hiện theo

nguyên tắc điều khiển “tối ưu” những thông số làm việc

c Hệ thống đo đạc và điều khiển từ xa (TC/TM - Tele-Control/Tele-Metering

Trong công trình nghiên cứu này, Trường Đại học Quốc gia Seoul đã thiết lập mô hình TC/TM để trợ giúp cho việc quản lý điều hành tự động hệ thống tưới Maeho ở Hàn Quốc Mô hình được đưa vào sử dụng từ cuối năm 1997 với 3 hệ thống thành phần:

- Hệ thống thu thập thông tin, truyền thông theo phương thức điện thoại qua modem (thiết bị định tuyến trên mạng Internet) và quản lý thông tin;

- Hệ thống trợ giúp cho việc lập kế hoạch tưới;

- Hệ thống trợ giúp ra quyết định QLVH (sử dụng kỹ thuật cuốn trình đơn - menu)

d Mô hình giám sát và điều khiển Klamath (Klamath SCADA)

Mô hình Klamath SCADA do Trung tâm đào tạo và nghiên cứu tưới thuộc Trường đại học Bách khoa California (Hoa Kỳ) xây dựng và phát triển từ năm 2001 Thiết bị điều khiển bao gồm cả các RTU và PLC Phần mềm SCADA được viết bằng ngôn ngữ lập trình LookOut Thiết bị truyền thông được sử dụng là các bộ thu phát vô tuyến trải phổ

SM (sử dụng pin năng lượng mặt trời).[2]

Klamath SCADA có chức năng tính toán bốc thoát hơi nước của cây trồng và lập kế hoạch tưới nên các thông số điều khiển công trình khá sát với yêu cầu thực tế

e Giám sát nước - cây trồng và hệ thống thông tin quản lý (CWMIS - Crop-Water Monitoring and Information System)

6

Với các kết quả nghiên cứu về hệ thống giám sát nước và cây trồng, Trung tâm nghiên cứu tài nguyên nước thuộc Trường Đại học Utah (Hoa Kỳ) đã xây dựng và phát triển một mô hình mới là CWMIS Nó cho phép theo dõi diễn biến lớp nước mặt ruộng và

độ ẩm trong đất thông qua vệ tinh

Cán bộ quản lý hệ thống tưới và người nông dân có thể tính được thời gian cùng lượng nước cần tưới trong vòng 16 ngày tiếp theo.[3][4]

CWMIS được thực hiện hoàn toàn trên mạng Internet và sử dụng công nghệ Google Maps nên nó rất thuận tiện và dễ dàng cho người sử dụng Có thể sử dụng mô hình thông qua điện thoại di động

f Mô hình kết nối đồng ruộng (FarmConnect Model)

Mô hình FarmConnect mới được Công ty Rubicon xây dựng và phát triển gần đây Các module phần cứng và phần mềm của FarmConnect được thiết kế, xây dựng đồng

bộ (tích hợp) và thực hiện thông qua mạng Internet Mô hình này cho phép giám sát tình trạng cây trồng và quản lý hệ thống tưới tự động từ xa nhờ những cảm biến độ ẩm, mực nước và thiết bị điều khiển tự động các cửa lấy nước.[5][6]

 Ưu điểm:

- Hầu hết các mô hình SCADA đều có chức năng giám sát những số liệu quan trắc định kỳ (từ vài giây, 10 phút, 15 phút hoặc lâu hơn) về các yếu tố khí tượng, lớp nước mặt ruộng, độ ẩm trong tầng đất nuôi cây và mực nước tại các công trình, vị trí cần thiết Do đó, kết quả lập và hiệu chỉnh kế hoạch tưới, kế hoạch vận hành hệ thống khá chính xác, đáp ứng tốt các dịch vụ cung cấp nước, hiệu quả QLVH cao;

- Phần mềm SCADA thường được thiết kế và xây dựng đồng bộ với phần mềm quản

lý vận hành HTT nên các mô hình khá linh hoạt, xử lý thông tin nhanh chóng, đáp ứng được yêu cầu GS&ĐK tức thời

 Hạn chế:

7

- Phần mềm tính toán SCADA hầu như hoàn toàn độc lập với phần mềm QLVH nên khó có thể đáp ứng kịp thời QLVH khi nhu cầu dùng nước và khả năng cung cấp của nguồn nước thay đổi;

- Hiện nay, hầu hết các mô hình công nghệ SCADA chỉ chủ yếu thực hiện các chức năng “tự nhiên“ của chúng là giám sát và điều khiển HTT theo một mục tiêu duy nhất sao cho cung cấp đủ nước mà chưa chú trọng đến mục tiêu hiệu quả tổng thể của HTT;

- Kinh phí đầu tư và duy trì, bảo dưỡng các hệ thống SCADA lớn;

- Những trang thiết bị truyền thông, GS&ĐK trong các mô hình SCADA ở nước ngoài đều là nhập ngoại, đắt tiền từ các hãng nổi tiếng như Allen Bradley, National Intruments, Siemens, Motorola, Hơn nữa, nhiều trang thiết bị đó phải đi kèm với dịch vụ kỹ thuật trọn gói như mô hình CWMIS, FarmConnect và các phần mềm đắt tiền dùng cho lập trình SCADA, Internet từ những hãng nổi tiếng như Wonderware (InTouch), National Intruments (LookOut), Interlution,

 Nhận xét và đánh giá

Với những kết quả nghiên cứu tổng quan và phân tích ưu, nhược điểm trên đây của các

mô hình giám sát và điều khiển tự động từ xa, có thể rút ra các nhận xét, đánh giá sau đây:

- Trên thế giới, mỗi một mô hình SCADA được xây dựng thường chỉ là để áp dụng cho một HTT cụ thể có những điều kiện riêng biệt Chưa có mô hình SCADA thích hợp nào có thể ứng dụng trực tiếp trong điều kiện Việt Nam;

- Ở nước ta, quá trình và tốc độ ứng dụng các công nghệ mới, hiện đại nói chung và ứng dụng công nghệ SCADA nói riêng thường rất chậm Vì vậy, muốn phát huy những tính năng ưu việt của công nghệ SCADA trong quản lý vận hành các HTT cần phải định hướng nghiên cứu sao cho với những HTT được quan trắc, vận hành thủ công; rồi cả những HTT được quan trắc, vận hành bán tự động vẫn có thể được hỗ trợ và giám sát, điều khiển nhờ các chức năng có thể của hệ thống SCADA ;

8

- Phần mềm SCADA cần được nghiên cứu thiết kế và xây dựng đồng bộ với phần mềm quản lý vận hành HTT mới có thể đáp ứng được những yêu cầu lưu trữ, truy cập xử lý thông tin nhanh chóng và GS&ĐK tức thời dựa trên các số liệu quan trắc;

- Hiện nay, các mô hình công nghệ SCADA chỉ chủ yếu thực hiện các chức năng “tự nhiên“ của chúng là giám sát và điều khiển HTT sao cho cung cấp đủ nước mà chưa chú trọng đến mục tiêu hiệu quả toàn diện của HTT Do đó, ở nước ta cần nghiên cứu xây dựng mô hình hiện đại hóa theo định hướng công nghệ SCADA tin cậy, linh hoạt;

- Cần nghiên cứu phát triển các mô hình SCADA theo xu hướng khai thác triệt để tính

ưu việt về truyền thông của mạng Internet cũng như mạng thông tin di động toàn cầu

Từ các nhận xét, đánh giá trên đây cho thấy: việc nghiên cứu xây dựng mô hình hiện đại hóa quản lý vận hành HTT ở Việt Nam cần theo định hướng công nghệ SCADA tin cậy, khả thi, tiện lợi, nội địa hóa và giá thành thấp

1.1.2 Ở Việt Nam

1.1.2.1 Mô hình SCADA/MAC

Sản phẩm của đề tài NCKH trọng điểm cấp Bộ: “Nghiên cứu áp dụng khoa học công nghệ tiên tiến từng bước hiện đại hoá công tác quản lý điều hành hệ thống thuỷ nông Phù Sa, Hà Tây” là mô hình SCADA/MAC được hoàn thiện và áp dụng lần đầu tiên tại HTTN Phù Sa vào năm 2002 Mô hình và phần mềm SCADA/MAC đã được Bộ Khoa học và Công nghệ, Uỷ ban Nhân dân Thành phố Hà Nội và Uỷ ban Nhân dân Thành phố Hồ Chí Minh cấp giấy Chứng nhận Công nghệ và tặng Huy chương vàng

“Hội chợ Công nghệ và Thiết bị Việt Nam - TechMart 2003” theo Quyết định số 1969/QĐ-BKHCN ngày 14/10/2003 Tác giả của luận án này là chủ nhiệm đề tài nói trên và cũng chính là tác giả của mô hình SCADA/MAC.Mô hình SCADA/MAC gồm

có 5 thành phần chính:[7]

- Thành phần thứ nhất: “Lập kế hoạch quản lý khai thác tài nguyên (Đất – Nước – Cây

trồng)“ cho phép thiết lập mô hình hóa và giải bài toán quy hoạch đa mục tiêu sử dụng

”tối ưu” tài nguyên: đất, nước, cây trồng trên HTT;

- Thành phần thứ 5: ”Đánh giá hiệu quả quản lý vận hành HTT” bằng phần mềm trực tuyến OIBS chạy trên mạng Internet, cho phép tính toán ra 4 nhóm chỉ số về: vận hành, kinh tế, tài chính và môi trường

a Ưu điểm

Mô hình SCADA/MAC được xây dựng, phát triển dựa trên các mô hình và hệ thống giám sát, điều khiển: FQM, Goulburn Murray SCADA của Australia; Klamath SCADA của Hoa Kỳ, Mekoroth SCADA của Israel,… Vì vậy, về cơ bản SCADA/MAC có các ưu điểm như của mô hình FQM và Clamath SCADA đã được nêu trong phần 1.1.1 Ngoài ra, nó còn có những ưu điểm khác được liệt kê dưới đây:

- Mô hình sử dụng ngôn ngữ lập trình Microsoft Visual Basic và hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server để lập trình SCADA nên giá thành rẻ và hoàn toàn chủ động phát triển;

- Phần lớn thiết bị giám sát và điều khiển (cảm biến và PLC) có thể mua của các hãng nổi tiếng như Omron (Nhật Bản), Istec (Hàn Quốc) với chất lượng tin cậy và giá cả hợp lý (chỉ bằng khoảng 1/3 ÷ 1/4 so với mua của các hãng châu Âu, châu Mỹ);

- Giao diện phần mềm SCADA có thể được hiển thị, giám sát và điều khiển từ xa qua mạng Internet nhờ phần mềm PCAnywhere Do đó, các cán bộ lãnh đạo công ty và

1.1.2.2 Mô hình VKHTLMB SCADA

Công trình nghiên cứu này do Viện khoa học thủy lợi miền Bắc (trước đây) thực hiện Sản phẩm là mô hình VKHTLMB SCADA được nghiên cứu xây dựng và phát triển chủ yếu dựa trên các mô hình - hệ thống SCADA của các nước châu Âu và được ứng dụng lần đầu tại HTTN Ấp Bắc - Nam Hồng (Đông Anh, Hà Nội)

Mô hình VKHTLMB SCADA gồm có 3 thành phần chính :[8]

- Trung tâm GS&ĐK;

- Hệ thống truyền thông tin hữu tuyến thông qua các máy điện thoại quay số của Việt Nam Các giao diện GS&ĐK chỉ được hiển thị tại trung tâm GS&ĐK Gần đây, mô hình GS&ĐK này được cải tiến và chuyển dần sang dùng hệ thống truyền thông vô tuyến ;

- Các thiết bị đầu cuối (RTU, PLC và cảm biến) Một số thiết bị vi xử lý được cải tiến

và do Viện khoa học thủy lợi miền Bắc (trước đây) tự chế tạo

- Các thông tin giám sát về mực nước, độ mở cống, trạng thái làm việc của máy bơm

và lệnh điều khiển được truyền qua mạng điện thoại nên mất thời gian quay số, tốc độ truyền chậm, chu kỳ quét thường không được liên tục do hiện tượng trễ tín hiệu và phải quay số lại, Các tín hiệu truyền qua mạng điện thoại có chất lượng không ổn định

và dễ bị ảnh hưởng của các nhiễu do thời tiết và các yếu tố bất thường;

- Cán bộ lãnh đạo công ty không được cung cấp, cập nhật các thông tin GS&ĐK một cách tức thời, các cơ sở dữ liệu được lưu trữ thường thưa/gián đoạn, khó phục vụ kịp thời cho người quản lý ra quyết định khi khẩn cấp ;

- Không chủ động được các trang thiết bị truyền thông tin;

- Thường các thiết bị GS&ĐK có chất lượng và tuổi thọ không cao

- Các thiết bị điều khiển: dùng cả RTU, PLC;

- Các thiết bị đầu cuối (cảm biến)

a Ưu điểm

- Kinh phí đầu tư và duy trì hệ thống GS&ĐK không nhiều, phần lớn các thiết bị dễ kiếm và dễ thay thế Chi phí quản lý, duy tu bảo dưỡng cũng không nhiều lắm;

- Một số trang thiết bị có thể tự sản xuất hoặc mua ở trong nước với giá thành thấp;

- Tương đối chủ động được các trang thiết bị truyền thông tin

b Nhược điểm

- Các thông tin giám sát về mực nước, độ mở cống, trạng thái làm việc của máy bơm

và điều khiển được truyền qua mạng điện thoại và mạng WAN nên tốc độ truyền dữ liệu không nhanh, chu kỳ quét thường chậm và thưa Các tín hiệu truyền qua mạng WAN có chất lượng không ổn định và dễ bị ảnh hưởng của các nhiễu do thời tiết;

- Phần mềm SCADA độc lập với phần mềm quản lý vận hành HTT nên mô hình VKHTLMN SCADA kém linh hoạt, xử lý thông tin chậm chạp không đáp ứng được yêu cầu GS&ĐK tức thời;

13

- Cán bộ lãnh đạo công ty không được cung cấp, cập nhật các thông tin GS&ĐK một cách tức thời, các cơ sở dữ liệu được lưu trữ thường thưa/gián đoạn, khó phục vụ kịp thời cho người quản lý ra quyết định điều khiển

c Phạm vi và khả năng ứng dụng

Có thể áp dụng phù hợp cho các HTT quy mô nhỏ và địa hình không phức tạp Không thể áp dụng cho các vùng không có mạng điện thoại công cộng và Internet

1.1.2.4 Mô hình BCEOM1 SCADA

Mô hình BCEOM1 SCADA là một trong 4 mô hình SCADA do Dự án VWRAP nghiên cứu và ứng dụng tại HTTL Yên Lập [9]

a Ưu điểm

- Sử dụng hệ thống truyền thông vô tuyến UHF: tức thời, linh hoạt và chủ động;

- Thiết bị SCADA có chất lượng cao và bền;

- Chi phí duy trì, bảo dưỡng nhỏ

b Nhược điểm

- Kinh phí đầu tư lớn;

- Trang thiết bị SCADA phải nhập ngoại;

- Phần mềm SCADA độc lập với phần mềm quản lý vận hành HTT nên mô hình này kém linh hoạt, xử lý thông tin chậm không đáp ứng được yêu cầu GS&ĐK tức thời;

- Không điều khiển tự động từ xa hoàn toàn, chỉ hỗ trợ QLVH đơn giản;

- Truyền thông dễ bị nhiễu, độ tin cậy chưa cao;

- Có truy cập Internet nhưng chỉ để cập nhật dữ liệu phần mềm chống virus

c Phạm vi và khả năng áp dụng

Có thể áp dụng khá phù hợp cho các HTT có quy mô nhỏ và địa hình không phức tạp lắm nhưng vẫn có nhiều nhược điểm, hạn chế đã nêu trên

14

1.1.2.5 Mô hình BCEOM2 SCADA

Mô hình BCEOM2 SCADA do Công ty tư vấn BCEOM nghiên cứu, thiết kế và ứng dụng tại HTTL Cầu Sơn - Cấm Sơn.[10][11]

a Ưu điểm

- Kinh phí duy trì, bảo dưỡng không nhiều;

- Các thiết bị truyền thông có thể mua ở trong nước với giá thành không cao; dễ kiếm,

1.1.2.6 Mô hình HASKONING SCADA

Mô hình HASKONING SCADA là một trong 4 mô hình SCADA do Dự án VWRAP nghiên cứu và ứng dụng tại HTTL Phú Ninh (Công ty tư vấn HASKONING nghiên cứu xây dựng)

a Ưu điểm:

- Truyền thông qua mạng GMS: tin cậy, linh hoạt và chủ động;

- Các thiết bị vi xử lý RTU có thể mua ở trong nước; dễ kiếm, dễ thay thế;

- Kinh phí đầu tư và duy trì, bảo dưỡng lớn

c Phạm vi và khả năng áp dụng:

Có thể áp dụng tương đối thích hợp chỉ với các HTT có quy mô nhỏ và vừa, địa hình phức tạp và có sẵn mạng thông tin di động toàn cầu Tuy vậy, khó có thể khắc phục được những nhược điểm, hạn chế đã nêu trên

1.1.2.7 Hệ thống SCADA cho kênh chính Dầu Tiếng và hệ thống tưới Củ Chi (Mô hình BRLI SCADA)

Mô hình BRLI SCADA cũng là một trong 4 mô hình SCADA do Dự án VWRAP nghiên cứu và ứng dụng tại HTTL Dầu Tiếng (Công ty tư vấn BRLI nghiên cứu xây dựng) [12]

a Ưu điểm:

- Sử dụng hệ thống truyền thông vô tuyến UHF: tức thời, linh hoạt và chủ động;

- Thiết bị SCADA có chất lượng cao và bền;

- Chi phí duy trì, bảo dưỡng nhỏ;

b Nhược điểm:

- Kinh phí đầu tư khá lớn;

- Trang thiết bị SCADA phải nhập ngoại;

16

- Phần mềm SCADA độc lập với phần mềm quản lý vận hành HTT nên mô hình này kém linh hoạt, xử lý thông tin chậm chạp không đáp ứng được yêu cầu GS&ĐK tức thời;

- Chỉ hỗ trợ QLVH đơn giản;

- Tín hiệu dễ bị nhiễu, độ tin cậy chưa cao

c Phạm vi và khả năng áp dụng ở Việt Nam:

Có thể chỉ áp dụng được cho các HTT có quy mô lớn, địa hình không phức tạp, nhưng khó khắc phục được những nhược điểm, hạn chế đã nêu trên

 Nhận xét và đánh giá:

Hiện nay, trên toàn quốc mặc dù đã có khá nhiều mô hình GS&ĐK các HTT nhưng về

cơ bản các mô hình đó đều là những ứng dụng được phát triển trên cơ sở 1 trong 7 mô hình công nghệ SCADA đã được trình bày ở trên Hầu hết các mô hình SCADA hiện nay chưa hoàn toàn phù hợp với điều kiện thực tế và khó có thể được áp dụng rộng rãi với lý do chính là vốn đầu tư khá lớn, trang thiết bị phải nhập ngoại đắt tiền; SCADA độc lập với tính toán quản lý vận hành, không hỗ trợ GS&ĐK qua mạng Internet Trên cơ sở phân tích các ưu, nhược điểm và xem xét khả năng ứng dụng của 7 mô hình SCADA tiêu biểu trên đây cho thấy ưu điểm chung của một số mô hình có triển vọng ứng dụng rộng rãi nhất như sau:

- Trang thiết bị GS&ĐK có độ tin cậy và chính xác cao, dễ mua, không đắt; một số thiết bị đơn giản có thể tự chế tạo được;

- Thiết bị truyền thông tin được tích hợp cả chức năng vi xử lý GS&ĐK;

- Tận dụng được các cơ sở hạ tầng về truyền thông sẵn có, GS&ĐK thông qua mạng Internet và mạng viễn thông di động toàn cầu 3G/4G ;

- Phần mềm SCADA được lồng ghép với phần mềm QLVH;

- Chi phí đầu tư ban đầu vừa phải

17

Mô hình SCADA/MAC và HASKONING SCADA có được phần lớn các ưu điểm nêu trên Chúng luôn chủ động được các khâu giám sát, điều khiển một cách linh hoạt, tin cậy mà nhất là mô hình SCADA/MAC về cơ bản đã lồng ghép phần mềm SCADA vớiphần mềm QLVH, hỗ trợ và thực hiện GS&ĐK qua mạng Internet Mô hình hiện đại hóa quản lý vận hành trong tương lai cần phải phát huy triệt để những ưu điểm nêu trên

Phần lớn các mô hình SCADA đã và đang được ứng dụng ở Việt Nam vẫn còn khá nhiều nhược điểm như của thế hệ SCADA thứ 2 và thứ 3, cụ thể là:

- Vẫn sử dụng hệ thống truyền thông chậm trễ, kém tin cậy (mạng điện thoại công cộng);

- Phần mềm SCADA độc lập với phần mềm QLVH;

- Không hỗ trợ GS&ĐK qua mạng Internet;

- Nhiều loại thiết bị GS&ĐK phải nhập ngoại đắt tiền

Muốn khắc phục những hạn chế, nhược điểm trên đây, cần đi sâu nghiên cứu tìm ra các giải pháp hiệu quả nhất về:

- Truyền thông tốc độ cao và tin cậy;

- Phát triển công nghệ SCADA trên nền tảng mạng Internet và mạng UMTS 3G/4G;

- Công nghệ lập trình mạng khai thác tính ưu việt của mạng Internet;

- Thiết bị truyền thông tích hợp chức năng vi xử lý GS&ĐK và sử dụng các thiết bị GS&ĐK theo giao thức Internet (TCP/IP), MODBUS RTU

1.2 Tổng quan về vùng nghiên cứu

1.2.1 Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu

1.2.1.1 Vị trí địa lý

Hệ thống thủy lợi Kẻ Gỗ với cụm công trình đầu mối được xây dựng trên sông Rào Cái thuộc địa phận huyện Cẩm Xuyên tỉnh Hà Tĩnh, cách thành phố Hà Tĩnh 20km về

- Phía Bắc giáp với sông Cầu Giàng;

- Phía Nam giáp với sông Rác;

- Phía Tây giáp với dãy Trà Sơn;

- Phía Đông giáp với biển Đông

1.2.1.2 Đặc điểm địa hình

Khu vực hệ thống chạy dọc theo bờ biển từ cửa Sót tới cửa Nhượng

Địa hình ở khu vực hệ thống tương đối bằng phẳng và nghiêng dần từ Tây sang Đông Cao độ cao nhất là +10,00m, cao độ thấp nhất là +2,50m, cao độ bình quân là +4,00m Đất đai trong vùng khá phì nhiêu và màu mỡ, nhưng lại chịu tác động trực tiếp và mãnh liệt của điều kiện tự nhiên: mùa mưa nước tập trung nhanh gây lũ lụt ở diện rộng, mùa khô hạn hán do rừng đầu nguồn bị cạn kiệt cộng với sự biến đổi khí hậu toàn cầu và sự xâm nhập của thủy triều từ biển gây tình trạng hạn hán nhiễm mặn và

thiếu nước ở những vùng cuối hệ thống kênh Kẻ Gỗ diễn ra gay gắt

1.2.1.3 Tình hình khí hậu thời tiết

Hệ thống nằm trong vùng khí hậu Bắc Trung Bộ thuộc chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa Hằng năm chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc Đặc trưng khí hậu trong vùng

là có mùa đông lạnh kèm theo mưa phùn gió rét và mùa hè khô nóng Gió mùa Đông Bắc hoạt động từ tháng X, XI đến tháng IV năm kế tiếp Vùng phía sườn Đông dãy Trà Sơn ít chịu ảnh hưởng của gió mùa Tây Nam

Theo tài hiệu quan trắc tại trạm khí tượng Hà Tĩnh từ năm 1958 đến nay, các đặc trưng

cơ bản về khí tượng trong vùng được thống kê như sau

19

a Nhiệt độ không khí

Nhiệt độ trung bình năm dao động trong khoảng 23.80C

Bảng 1.1 Nhiệt độ trung bình khu vực

b Độ ẩm tương đối của không khí

Độ ẩm không khí trong vùng biến động theo chế độ nhiệt và lượng mưa Trong năm độ

ẩm bình quân cao nhất xuất hiện vào tháng 2, 3 ( các tháng có mưa phùn ), thấp nhất vào tháng 6, 7 ( các tháng mùa khô ) Đặc trưng độ ẩm tương đối của không khí được tổng hợp trong bảng sau:

Bảng 1.2 Độ ẩm tương đối trung bình (%) Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Độ ẩm 91 92 92 88 81 77 74 80 87 89 89 88

c Bốc hơi

Lượng bốc hơi trong vùng tương đối lớn, lượng bốc hơi cả năm lên đến 783,7mm Phân phối bốc hơi trong vùng cũng không đều, cao nhất vào các tháng mùa khô và thấp nhất vào các tháng mùa mưa Số liệu bốc hơi bình quân tháng được tổng hợp trong bảng sau:

Bảng 1.3 Lượng bốc hơi trung bình tháng (mm)

d Mưa

Lượng mưa cả năm trên hệ thống là 2655,9 mm

20

Lượng mưa bình quân tháng được tổng hợp như bảng dưới:

Bảng 1.4 Lượng mưa trung bình tháng (mm)

e Gió

Tỉnh Hà Tĩnh hàng năm chịu ảnh hưởng của hai hướng gió chủ yếu Về mùa đông, hướng gió thịnh hành trong vùng là hướng Bắc và Đông Bắc; hướng gió thịnh hành trong mùa hè là hướng gió Tây và Tây Nam Tốc độ gió trung bình năm là 1,5 m/s

21

1.2.1.5 Tình hình đất đai

Theo tài liệu khảo sát hệ thống kênh chủ yếu đi qua các lớp đất đá sau:

Lớp 1: Đất đắp, á sét, màu xám vàng, nâu sẩm Trạng thái dẻo cứng đến nửa cúng Kết cấu chặt vừa;

Lớp 2: Đất đắp, hỗn hợp dăm sạn và đất á sét, màu nâu vàng Trạng thái dẻo cứng kết cấu chặt vừa;

Lớp 3: Đất đắp á cát màu xám vàng, xám đen, xám sáng Trạng thái hơi ẩm, kết cấu mềm rời;

Lớp 4: Đất á sét lẫn dăm sạn, màu xám nâu, xám vàng, đốm đen Trạng thái cứng, kết cấu chặt vừa;

Lớp 5: Đất á sét, màu xám vàng, xám xanh, ghi, đôi chỗ nâu đen Trạng thái dẻo cứng đến dẻo mềm, kết cấu chặt vừa đến chặt;

Lớp 6: Đất á sét lẫn cát sạn, trạng thái dẻo chảy, kết cấu kém chặt;

Lớp 7: Đất á sét màu vàng, ghi, loang lổ, nâu đỏ Trạng thái cứng, kết cấu chặt vừa; Lớp 8: Đá cát kết, sét kết, phong hóa mạnh, màu xám vàng, xám nâu, nâu vàng

Bảng 1.7 Các chỉ tiêu cơ lý của đất

Khí hậu vùng HTTL Kẻ Gỗ chia thành 2 mùa: Mùa mưa lũ thường xuất hiện muộn, từ tháng 8 đến tháng tháng 9, những trận lũ tiểu mãn thường xuất hiện trong vòng tháng 5 hoặc tháng 6 Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 5 năm sau, hạn hán thường xuyên xảy ra hàng năm

Nông nghiệp là hoạt động kinh tế chủ yếu trong vùng tưới, có diện tích là 25.610 ha, chiếm khoảng 30,5% tổng số đất đai của các huyện trong vùng tưới Cơ cấu cây trồng

mà nông dân áp dụng phần lớn phụ thuộc vào khả năng nguồn nước cung cấp

1.2.2 Tình hình dân sinh kinh tế

1.2.2.2 Phương hướng phát triển nông nghiệp

Phát triển nông nghiệp theo hướng sản xuất tập trung, hàng hoá, có kỹ thuật, năng suất cao gắn với bảo vệ môi trường sinh thái Chuyển dịch cơ cấu kinh tế nội ngành nông nghiệp, tăng tỷ trọng chăn nuôi, thuỷ sản và dịch vụ

Gắn quy hoạch phát triển nông nghiệp, nông thôn với quy hoạch phát triển công nghiệp, dịch vụ và quy hoạch phát triển các khu đô thị

Quy hoạch và hình thành các vùng chuyên canh về cây trồng, vật nuôi gắn với đầu tư xây dựng kết cấu hạ tầng phù hợp với từng vùng nhằm xây dựng các vùng sản xuất hàng hoá, nguyên liệu tập trung Đẩy mạnh thâm canh sản xuất lúa và nhân các giống lúa chất lượng tốt, có khả năng cạnh tranh trên thị trường; phát triển một số loại cây ăn quả, cây công nghiệp có năng suất, chất lượng cao như: bưởi Phúc Trạch, cam bù Hương Sơn, cây cao su

Khuyến khích, hỗ trợ phát triển chăn nuôi theo hướng công nghiệp, bán công nghiệp, trang trại, gia trại; chuyển dịch cơ cấu phù hợp với lợi thế từng vùng Quy hoạch, đầu

tư nâng cấp các cơ sở sản xuất giống, chế biến thức ăn gia súc theo hướng hiện đại; áp dụng các chương trình chăn nuôi tiên tiến, an toàn sinh học Tăng cường năng lực hệ thống thú y, chủ động phòng chống các loại dịch bệnh

Khai thác tiềm năng, lợi thế về rừng, đất rừng, gắn phát triển kinh tế với bảo vệ rừng, đặc biệt là rừng đầu nguồn, rừng phòng hộ, các khu bảo tồn, rừng chăn sóng, chắn cát ven biển; tập trung khảo sát, nghiên cứu để trồng các loại giống cây trồng phù hợp nhằm kết hợp có hiệu quả giữa rừng phòng hộ với rừng sản xuất và phát triển du lịch

24

Phát triển thuỷ sản theo hướng chú trọng cả về chất lượng và giá trị, mở rộng diện tích nuôi trồng, năng lực đánh bắt Nhân rộng các mô hình nuôi trồng và đánh bắt thuỷ sản bền vững, bảo vệ môi trường bảo vệ nguồn lợi thuỷ sản Cải tạo nâng cấp cơ sở hạ tầng vùng muối, đầu tư thâm canh các vùng sản xuất, chế biến muối sạch, nâng cao năng suất, chất lượng hạ giá thành muối, cải thiện điều kiện sản xuất và sinh hoạt của

bà con diêm dân

Tiếp tục đẩy mạnh ứng dụng các tiên bộ khoa học công nghệ vào sản xuất chế biến bảo quản nhằm nâng cao giá trị sản phẩm và gắn với thị trường tiêu thụ Tạo sự liên kết có hiệu quả giữa “4 nhà” trong sản xuất, chế biến và tiêu thụ sản phẩm Mở rộng nâng cao năng lực các cơ sở cung cấp giống nông nghiệp, lâm nghiệp, thuỷ sản; có cơ chế chính sách hỗ trợ nông dân về công nghệ bảo quản chế biến sau thu hoạch và thị trường tiêu thụ sản phẩm

Tập trung xây dựng nông thôn mới, ưu tiên cho công tác quy hoạch xây dựng nông thôn mới Ưu tiên đầu tư phát triển nhanh đồng bộ kết cấu hạ tầng kinh tế xã hội nông thôn theo quy hoạch nông thôn mới; chú trọng phát triển sản xuất dịch vụ và các hình thức tổ chức sản xuất hiệu quả, đẩy nhanh chuyển đổi cơ cấu cây trồng vật nuôi, phát triển kinh tế trang trại, gia trại Phát triển công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp ngành nghề và dịch vụ nông thôn gắn với các loại hình doanh nghiệp, hợp tác xã, tổ hợp tác

Có cơ chế, chính sách để khuyến khích và tạo điều kiện đưa cơ giới hoá vào sản xuất Tăng cường năng lực dự báo phòng chống giảm nhẹ thiên tai, bảo vệ môi trường Đẩy nhanh tiến độ xây dựng các công trình thuỷ lợi; tiếp tục đầu tư nâng cấp các công trình thuỷ lợi hiện có Củng cố nâng cấp hệ thống đê sông đê biển và rừng phòng hộ ven biển đủ khả năng phòng chống, giảm nhẹ thiên tai Xây dựng và thực hiện cơ chế duy

tu bảo dưỡng hệ thống thuỷ lợi Quan tâm củng cố phát triển quan hệ sản xuất trong nông nghiệp

25

1.2.3 Hiện trạng thủy lợi

1.2.3.1 Công trình đầu mối

- Hồ chứa Kẻ Gỗ: Hồ Kẻ Gỗ là hồ chứa nước lớn nhất Hà Tĩnh, hồ có dung tích hữu ích 360 triệu m3, diện tích lưu vực đến vị trí đầu mối khoảng 223km2 Cao trình mực nước chết = 14,7m; cao trình MNDBT = 32,5m; cao trình MNDGC = 35m

- Cống lấy nước: Cống lấy nước kiểu cống hộp bằng BTCT M200, kích thước BxH = 3x3m Cao trình đáy +10,50m Qtk = 30m3/s Phần đuôi cống chia ra làm 6 ống ø1.600mm, 3 ống dẫn vào nhà máy thủy điện (hiện không còn sử dụng), 3 ống còn lại dẫn nước ra kênh tưới

- Đập chính và 2 đập phụ:

+ Đập chính và 2 đập phụ đều là đập đất đồng chất, cao trình đỉnh đập +35,40m, đập chính dài 1,004m, cao 37,4m có tường chắn sóng bằng bê tong ở cao trình +36,40m; + Hai đập phụ có tổng chiều dài 2,220m mái thượng lưu gia cố bằng các tấm bê tông kích thước 1x1x0,2m, mái hạ lưu gia cố bằng đá lát khan Thiết bị thoát nước nằm trong thân đập;

- Tràn xả lũ:

+ Tràn chính: Đập tràn có dạng mặt cắt thực dụng, tiêu năng bằng mũi phun;

+ Tràn phụ: Tràn có dạng mặt cắt thực dụng, kết cấu BTCT M200, cao trình ngưỡng +26,5m Tràn có 2 cửa, chiều rộng mỗi cửa B=3m, Qxả TK = 322m3/s

1.2.3.2 Hệ thống kênh mương

a Kênh chính

Kênh chính: dài 16.910 m, đã được thiết kế tu sửa và gia cố như sau:

Bđáy (m)

5 K4+560 K4+715 10 29,8 Lát tấm BT M150, lót vải địa kỹ thuật

6 K4+715 K5+500 8 15,5 Lát tấm BT M150, lót vải địa kỹ thuật

7 K5+500 K9+750 7 15,3 Lát tấm BT M150, lót vải địa kỹ thuật

8 K9+750 K11+600 7 13,1 Lát tấm BT M150, lót vải địa kỹ thuật

9 K11+600 K13+260 6 10,8 Lát tấm BT M150, lót vải địa kỹ thuật

10 K13+260 K13+775 5 10,6 Lát tấm BT M150, lót vải địa kỹ thuật

11 K13+775 K16+903 4 7,3 Lát tấm BT M150, lót vải địa kỹ thuật

DT tưới (ha)

Chiều dài (km)

Qtk đầu kênh (m3/s) Ghi chú

27

trong điều kiện canh tác và các giống cây trồng mới (do việc tăng thêm diện tích, tăng

hệ số tưới nước cho 1ha cây trồng, một số loại giống cây trồng mới có yêu cầu lượng nước cao, thời vụ ngắn, việc đa dạng hóa thâm canh và nhất là mức gia tăng về hệ số tưới do ảnh hưởng của biến đổi khi hậu vv );

- Các công trình tiêu ngang kênh như cống tiêu dưới kênh, tràn vào, tràn ra chưa được đánh giá để sửa chữa, cải tạo lại sau hơn 40 năm khai thác, nên luôn đe dọa đến nguy

cơ mất an toàn cho các tuyến kênh

1.2.3.4 Hệ thống điều tiết nước mặt ruộng

Phần lớn các kênh nội đồng Kẻ Gỗ đã được gia cố, được bố trí trên từng mặt ruộng, mật độ kênh tưới khá cao trên một đơn vị canh tác và có thể áp dụng các hoạt động đối với các kênh đã gia cố

1.2.4 Nhu cầu sử dụng nước của hệ thống

Theo văn bản số 13 TB/SNN-DAKG ngày 03/01/2008 của Sở Nông nghiệp và PTNT

Hà Tĩnh, thống nhất diện tích tưới, thủy sản của hệ thống như sau:

- Diện tích đất canh tác (lúa và cây khác): 19.897 ha

- Diện tích nuôi trồng thủy sản: 1.000 ha

a Nhu cầu nước cho tưới:

Bảng 1.11 Nhu cầu nước cho tưới các loại cây trồng

Loại cây

trồng

Thời vụ (tháng)

Mức tưới theo Cropwat (m 3 /ha)

Diện tích sản xuất (ha)

Hệ số lợi dụng kênh mương

Nhu cầu nước lấy (triệu m 3 )

28

Nước để phục vụ nuôi trồng thủy sản chủ yếu cần vào mùa kiệt, từ tháng 1 đến tháng 7 hàng năm Định mức cấp cho thủy sản lấy bình quân 2.200 m3/ha Như vậy để cấp cho

1000 ha, cần lượng nước khoảng 2,2 triệu m3/năm

c Tổng hợp nhu cầu dùng nước toàn hệ thống

29

CHƯƠNG 2 HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG THỦY LỢI, NHU CẦU NƯỚC CỦA HỆ THỐNG, ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SCADA TRONG QUẢN LÝ VẬN HÀNH HỆ THỐNG

2.1 Cơ sở thực tiễn để ứng dụng hệ thống SCADA vào QLVH hệ thống thủy lợi

Kẻ Gỗ

2.1.1 Thực trạng công trình

Hệ thống tưới Kẻ Gỗ với nguồn nước chính là hồ chứa Kẻ Gỗ có dung tích khoảng

360 triệu m3 (báo cáo NCKT) với khoảng 17km kênh chính sau khi được hiện đại hóa

sẽ phục vụ tưới cho hơn 21000ha

Các công trình đầu mối bao gồm:

30

 Nhận xét:

Hiện nay hệ thống chưa được đầu tư hoàn chỉnh và đồng bộ, phần nhiều thiếu các kênh cấp dưới (vẫn còn 12km kênh cấp 2 và 91km kênh cấp 3 cho tuyến nội đồng chưa được thi công do thiếu vốn) Chính vì việc xây dựng kéo dài đã gây khó khăn cho việc quản lý , phân phối nước làm giảm hiệu quả quản lý khai thác

Hệ thống tưới được thiết kế theo kiểu kiểm soát lưu lượng bằng cống điều tiết ngang với chế độ chảy dưới cánh cống vận hành bằng thủ công Như vậy người vận hành không có khả năng điều chỉnh thường xuyên để đáp ứng những thay đổi đột ngột về nhu cầu nước

2.1.2 Tình hình quản lý vận hành hệ thống

a Tình hình lập và thực hiện kế hoạch tưới tiêu, kế hoạch vận hành các công trình

- Cơ cấu cây trồng