Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
295
MÔ HÌNH HIỆN ĐẠI HOÁ QUẢN LÝ VẬN HÀNH
HỆ THỐNG TƯỚI VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Ngô Đăng Hải
Đại học Thủy lợi, email: ngodanghai@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Ở Việt Nam, hiệu quả quản lý khai thác
các hệ thống tưới (HTT) chỉ mới đạt 65 - 80%
so với thiết kế [1], [3]. Hầu hết các HTT ở
vùng đồng bằng và nhiều HTT ở các vùng
trung du là những hệ thống động lực. Năng
lượng tiêu thụ và chi phí quản lý vận hành
(QLVH) hàng năm rất lớn.
Yêu cầu nước cho nông nghiệp, dân sinh
cũng như các ngành kinh tế khác thường xuyên
thay đổi và ngày càng gia tăng. Trong khi đó,
do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, nguồn
nước ngày một trở nên khan hiếm. Hiện nay,
cơ chế kinh tế thị trường tiêu thụ nước ở nước
ta đã, đang và sẽ phát triển theo xu hướng
“nước là hàng hoá” như ở các nước phát triển.
Do đó, đòi hỏi các công ty quản lý khai thác
công trình thủy lợi (QLKT CTTL) không
những phải không ngừng nâng cao hiệu quả
QLVH mà còn phải luôn đáp ứng tốt dịch vụ
cung cấp nước đúng, đủ theo yêu cầu của cây
trồng và của những ngành dùng nước khác.
Muốn vậy, công tác quản lý vận hành các HTT
cần phải được hiện đại hóa [1], [2], [3].
Trên thế giới, từ vài chục năm trở lại đây
nhiều mô hình QLVH các HTT theo hướng
hiện đại hóa đã được quan tâm nghiên cứu và
ứng dụng. Tuy vậy, mỗi một mô hình hiện đại
hóa QLVH đó chỉ có những tính năng và ưu,
nhược điểm cũng như phạm vi ứng dụng riêng
của nó với những điều kiện riêng biệt nên
chưa có mô hình nào có thể được ứng dụng
hoàn toàn thích hợp trong điều kiện Việt Nam.
Ở nước ta, hơn chục năm qua đã và đang
thực hiện một số chương trình, đề tài nghiên
cứu cùng các dự án nâng cấp, hiện đại hóa
QLVH các HTTL. Đáng chú ý là Dự án hỗ trợ
thủy lợi Việt Nam (VWRAP) do Ngân hàng
Thế giới (WB) tài trợ... Trên toàn quốc mặc
dù hiện nay đã có khá nhiều mô hình hiện đại
hóa giám sát và điều khiển (GS&ĐK) các
HTT nhưng hầu hết những mô hình đó chưa
hoàn toàn phù hợp với điều kiện thực tế, chưa
đáp ứng được các yêu cầu cung cấp dịch vụ
một cách chính xác, tin cậy, linh hoạt, công
bằng và khó có thể được áp dụng rộng rãi...
Đề án 784: “Nâng cao hiệu quả quản lý
khai thác công trình thủy lợi hiện có“ (tháng
4/2014) có nhấn mạnh: “Bộ Nông nghiệp và
PTNT xác định nhiệm vụ nâng cao hiệu quả
hoạt động của các công trình thủy lợi hiện
có... là nhiệm vụ trọng tâm và quan trọng
nhất hiện nay”. Mục tiêu của đề tài này là đề
xuất các định hướng nghiên cứu cho việc xây
dựng mô hình hiện đại hóa QLVH các HTT
phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam để
nâng cao hiệu quả toàn diện trong quản lý
khai thác HTT nhằm góp phần thực hiện Đề
án 784 và Nghị quyết Hội nghị Trung ương 5
Khoá IX về “Đẩy mạnh công nghiệp hoá,
hiện đại hoá nông nghiệp và nông thôn…”.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng:
- Thu thập các tài liệu, mô hình và phần
mềm về hiện đại hóa QLVH các HTT có trên
Internet và trong các sách, báo, tạp chí...
- Khảo sát thực địa, thu thập, đo đạc những
số liệu thực tế về các mô hình hiện đại hóa
QLVH, về phương thức truyền thông dữ liệu
trên mạng Internet và hệ thống viễn thông di
động toàn cầu (UMTS 3G/4G)…
- Thống kê, phân tích và tổng hợp những
số liệu liên quan đến các tính năng; ưu,
nhược điểm và phạm vi, khả năng ứng dụng
các mô hình hiện đại hóa QLVH các HTT.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
296
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, THẢO LUẬN
3.1. Tổng quan về các mô hình hiện đại
hóa quản lý vận hành hệ thống tưới
3.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Cho đến cuối thập niên 70 của thế kỷ
trước, các mô hình tính toán, quản lý vận
hành HTT vẫn còn khá thủ công, chủ yếu dựa
vào kinh nghiệm lập và thực hiện những kế
hoạch dùng nước ứng với một mức bảo đảm
tưới hay tần suất mưa, tần suất lưu lượng
dòng chảy nào đó [1], [3].
Trong vòng hơn 30 năm qua đã có nhiều
mô hình QLVH các HTT được xây dựng và
phát triển [1], [3]... Có thể sơ bộ phân loại
những mô hình QLVH đó thành 3 nhóm khác
nhau dựa trên các tính năng cơ bản của chúng:
Nhóm 1: Các mô hình lập kế hoạch tưới.
Nhóm 2: Các mô hình lập kế hoạch quản lý
vận hành và giám sát, điều khiển bán tự động.
Nhóm 3: Các mô hình giám sát và điều
khiển tự động từ xa (SCADA).
Trong phần nghiên cứu tổng quan này chỉ
tập trung đi sâu nghiên cứu những mô hình
QLVH thuộc nhóm 2 và nhóm 3. Đó là
những mô hình QLVH theo hướng hiện đại
hóa tưới [2], [3].
Hơn 100 mô hình hiện đại hóa QLVH điển
hình đã được thống kê, phân loại theo những
tính năng cơ bản của chúng. Trên cơ sở phân
tích, đánh giá cụ thể về ưu, nhược điểm và
phạm vi, khả năng ứng dụng vào Việt Nam
của 9 mô hình tiêu biểu thuộc nhóm 2 (INCA,
IMSOP, OPDM, CanalMan, IMS, SWAT,
RUSTIC, OMIS, CPOIS) và 6 mô hình tiêu
biểu (FQM, EAO, TC/TM System, Klamath
SCADA, CWMIS, FarmConnect) thuộc nhóm
3, đề tài này đã tổng hợp lại các ưu, nhược
điểm và hạn chế cơ bản, rồi đưa ra những
hướng phát huy, khắc phục như trong bảng 1.
Bảng 1. Tổng hợp những ưu, nhược điểm cơ bản của các mô hình hiện đại hóa QLVH
trên thế giới và hướng phát huy, khắc phục
TT
Ưu điểm cơ bản
Nhược điểm, hạn chế cơ bản
Hướng phát huy, khắc phục
1
Các mô hình HĐH QLVH đều
hướng đến nâng cao hiệu quả
cung cấp dịch vụ tưới...
Hầu hết các MH chưa đề cập đến nâng
cao hiệu quả toàn diện trừ CPOIS,
RUSTIC có chức năng lập kế hoạch khai
thác “tối ưu“ 1 hoặc 2 mục tiêu.
Mô hình hiện đại hóa quản lý vận
hành cần xem xét giải quyết bài
toán quản lý khai thác “tối ưu“ đa
mục tiêu.
2
Nhiều mô hình có chức năng
GS&ĐK dựa trên các số liệu
quan trắc thực tế như FQM,
Farm-Connect...
Phần lớn mô hình SCADA hiện nay:
EAO, CWMIS, TC/TM... chỉ có chức
năng hỗ trợ QLVH, độc lập với tính toán
QLVH nên khó đáp ứng được yêu cầu
GS&ĐK tức thời, xử lý nhanh..
- Cần QLVH các HTT theo số
liệu quan trắc tức thời, định kỳ.
- Xây dựng phần mềm hiện đại
hóa QLVH lồng ghép QLVH với
SCADA
3
Phần lớn các MH chỉ chú trọng đến vấn
đề quản lý nước và GS&ĐK, chỉ có
SIMIS, UNSTEADY có chức năng quản
lý công trình và quản lý kinh tế.
MH HĐH cần hỗ trợ và thực hiện
cả 3 nhiệm vụ:
quản lý nước, quản lý công trình,
quản lý kinh tế.
4
Xu hướng QLVH, GS&ĐK
qua mạng Internet và vệ tinh
(SWAT, CWMIS, Farm-
Connect,…)
Nhiều mô hình hiện đại hóa QLVH vẫn
còn sử dụng các công nghệ truyền thông
tốc độ chậm, kém tin cậy như EAO,
TC/TM, IMSOP, IMS...
Nghiên cứu phát triển công nghệ
SCADA trên nền Internet và
UMTS 3G/4G với lập trình mạng,
giao thức truyền thông IP...
5
Vốn đầu tư lớn, trang thiết bị thường phải
nhập ngoại đắt tiền và phải sử dụng dịch
vụ trọn gói,…
Nghiên cứu công nghệ khả thi
nhất về truyền thông tích hợp IP,
RTU
6
Tính toán ETc và QLVH từ số liệu khí
tượng, thủy văn trung bình nhiều năm hay
với 1 tần suất nào đó nên kế hoạch sai
khác thực tế...
Cần phải nghiên cứu ứng dụng
các phương pháp thích nghi dự
báo KTTV với độ tin cậy cao
hơn.
7
Đòi hỏi trình độ kiến thức, kỹ năng công
nghệ thông tin, tự động hóa cao và thạo
tiếng Anh...
Xây dựng mô hình - phần mềm
tiếng Việt đơn giản, hỗ trợ theo
tình huống...
3.1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Trước năm 1990, ở nước ta hầu như chưa có công trình khoa học nào đi sâu nghiên cứu về
các mô hình quản lý vận hành HTT theo hướng tiếp cận hiện đại hoá.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
297
Đến những năm cuối của thế kỷ 20 mới có
một số mô hình QLVH theo hướng hiện đại
hoá được ứng dụng vào thực tế như mô hình
QLĐH Đan Hoài, Thạch Nham, Bắc Hưng
Hải, Sông Chu... và mô hình IMSOP được áp
dụng ở HTT La Khê. Thực chất có thể coi đó
là các mô hình lập kế hoạch vận hành và hỗ
trợ GS&ĐK bán tự động.
Từ năm 2001 đến năm 2004, ba đề tài
NCKH về hiện đại hóa QLVH thuộc Chương
trình KHCN trọng điểm cấp Bộ đã đi sâu
nghiên cứu xây dựng 3 mô hình công
nghệ SCADA: SCADA/MAC, VKHTLMB
SCADA, VKHTLMN SCADA.
Từ năm 2008 đến năm 2012, Dự án
VWRAP đã nghiên cứu xây dựng 4 mô hình
công nghệ SCADA khác là BCEOM1
SCADA, BCEOM2 SCADA, HASKONING
SCADA, BRLI SCADA.
Nhìn chung, các mô hình HĐH đã được
ứng dụng ở Việt Nam cũng có hầu hết ưu,
nhược điểm và hạn chế tương tự như các mô
hình hiện đại hóa QLVH trên thế giới (như ở
bảng 1). Ở đây chỉ liệt kê một số hạn chế cơ
bản nhất để khẳng định lại những hướng khắc
phục nêu trong bảng 1 là thực sự rất cần thiết:
- Các mô hình (trừ SCADA/MAC) đều
không xem xét giải quyết bài toán quản lý
khai thác “tối ưu“ đa mục tiêu nhằm nâng cao
hiệu quả toàn diện của các HTT.
- Hầu hết các mô hình công nghệ SCADA
hiện nay chỉ mới có chức năng hỗ trợ QLVH.
- Các mô hình SCADA chỉ mới ở thế hệ
thứ 2 và 3 không hỗ trợ GS&ĐK qua mạng
Internet trong khi đó nhiều quốc gia đã phát
triển và ứng dụng SCADA thế hệ thứ 5.
- Vốn đầu tư lớn, trang thiết bị phải nhập
ngoại đắt tiền,…
3.2. Định hướng nghiên cứu xây dựng mô
hình hiện đại hóa quản lý vận hành HTT
Từ những hướng giải quyết đã đề xuất ở
bảng 1 và với các kết quả phân tích, đánh giá
tổng hợp trên đây cho thấy: mô hình hiện đại
hóa QLVH cần được nghiên cứu phát triển
theo hướng tiếp cận lý thuyết phân tích hệ
thống; hỗ trợ, thực hiện cả GS&ĐK thủ công,
bán tự động, tự động từ xa nhằm đáp ứng cả
3 nhiệm vụ chính trong công tác QLKT
(quản lý nước, quản lý công trình và quản lý
kinh tế). Cấu trúc tổng quát của mô hình hiện
đại hóa quản lý vận hành HTT có thể được
minh họa như trên hình sau đây:
Mô hình hiện đại hóa QLVH các HTT sẽ
bao gồm 6 hợp phần cơ bản:
1. Lập kế hoạch quản lý khai thác ”tối ưu”
tài nguyên (Đất – Nước – Cây trồng).
2. Lập kế hoạch dùng nước.
3. Lập kế hoạch vận hành hệ thống.
4. Giám sát và điều khiển tự động từ xa.
5. Quản lý công trình.
6. Đánh giá hiệu quả quản lý khai thác.
4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
- Hầu hết các mô hình hiện đại hóa QLVH
hiện nay đều có hạn chế là chỉ hỗ trợ, thực
hiện một hoặc vài khâu nào đó trong công tác
quản lý khai thác HTT.
- Những định hướng nghiên cứu xây dựng
mô hình hiện đại hóa QLVH đã được đề xuất
trong bài báo này là để kế thừa những ưu
điểm và khắc phục các hạn chế của các mô
hình QLVH đang được ứng dụng hiện nay
nhằm đáp ứng yêu cầu thực tế từng bước hiện
đại hóa QLVH các HTT.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 2006.
Nâng cấp, từng bước hiện đại hóa, đa dạng hóa
mục tiêu khai thác sử dụng các công trình thủy
lợi, Viện Khoa học Thủy lợi, Hà Nội.
[2] Charles Burt, 2004. Irrigation Modernization,
The World Bank, Washington DC, USA.
[3] FAO, 1997. Modernization of irrigation
schemes: Past experiences and future options,
Water Reports 12, FAO, Rome
