Xác định phương án bố trí và quy mô hợp lý của trạm bơm tưới cho cây trồng cạn trên vùng đất dốc

X¸c ®Þnh ph­¬ng ¸n bè trÝ vµ quy m« hîp lý cña tr¹m<br /> b¬m t­íi cho c©y trång c¹n trªn vïng ®Êt dèc<br /> Ths. NguyÔn TuÊn Anh<br /> PGS.TS. Lª ChÝ NguyÖn<br /> §¹i häc Thuû lîi<br /> <br /> tãm t¾t<br /> <br /> Bµi viÕt nµy tr×nh bµy mét ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ph­¬ng ¸n bè trÝ vµ quy m« hîp<br /> lý cña tr¹m b¬m t­íi cho c©y trång c¹n trªn vïng ®Êt dèc cã ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh khu<br /> t­íi liªn tôc vµ cao dÇn, sö dông nguån n­íc mÆt ë ch©n dèc (s«ng, suèi, hå chøa),<br /> m¸y b¬m c¸nh qu¹t. Ph­¬ng ph¸p dùa trªn lý thuyÕt ph©n tÝch hÖ thèng, ph©n tÝch<br /> ®Çy ®ñ c¸c th«ng sè ¶nh h­ëng, ®­a ra ®­îc m« h×nh to¸n vµ ch­¬ng tr×nh m¸y tÝnh<br /> gi¶i bµi to¸n thiÕt kÕ tèi ­u. Ch­¬ng tr×nh nµy cho phÐp t×m ra ®­îc kÕt qu¶ mét c¸ch<br /> nhanh chãng víi møc ®é tin cËy cao vµ cã thÓ øng dông tèt cho c«ng t¸c t­ vÊn thiÕt<br /> kÕ.<br /> <br /> I- §Æt vÊn ®Ò<br /> N­íc ta cã diÖn tÝch ®Êt ®åi nói kh¸ lín cã thÓ canh t¸c c©y trång c¹n gåm c¸c c©y ¨n<br /> qu¶, c©y c«ng nghiÖp, c©y l­¬ng thùc...Theo sè liÖu ®iÒu tra cña Côc qu¶n lý n­íc vµ CTTL,<br /> diÖn tÝch gieo trång c©y trång c¹n n¨m 2000 ë mét sè khu vùc nh­ sau: MiÒn nói Trung du<br /> B¾c Bé vµ B¾c Trung Bé: 1.310.576 ha; Nam Trung Bé: 425.264 ha; §«ng Nam Bé:<br /> 849.701 ha; T©y Nguyªn: 1.020.432 ha. Vµ theo quy ho¹ch ®Õn n¨m 2010 cã thÓ lªn tíi:<br /> Vïng nói Trung du B¾c Bé: 340.000 ha; vïng B¾c Trung Bé: 1.162.730 ha; vïng Duyªn h¶i<br /> Nam Trung Bé: 787.543 ha; vïng §«ng Nam Bé: 1.100.429 ha; vïng T©y Nguyªn:<br /> 1.120.000 ha.<br /> ViÖc t­íi n­íc cho c©y trång c¹n vïng ®åi nói, ngoµi viÖc tËn dông n­íc m­a, cßn l¹i<br /> chñ yÕu t­íi b»ng ®éng lùc (chiÕm kho¶ng 90%), c¸c h×nh thøc b¬m ®éng lùc cã thÓ kÓ ®Õn<br /> lµ: b¬m giÕng s©u, b¬m tia, b¬m n­íc va, b¬m thuû lu©n, b¬m c¸nh qu¹t ly t©m, lÊy n­íc<br /> ngÇm, n­íc tõ hå vµ s«ng suèi....Trong ®ã t­¬ng ®èi phæ biÕn lµ h×nh thøc dïng tr¹m b¬m ly<br /> t©m lÊy n­íc tõ s«ng, suèi, hå chøa t­íi cho c¸c d¶i ®Êt canh t¸c ven bê s«ng, suèi trªn s­ên<br /> dèc. §Æc ®iÓm c¬ b¶n cña c¸c tr¹m b¬m t­íi nµy lµ: cét n­íc yªu cÇu lín, l­u l­îng yªu cÇu<br /> nhá vµ ®Þa h×nh khu t­íi ph©n cÊp bËc thang.<br /> VÊn ®Ò ®Æt ra trong c«ng t¸c thiÕt kÕ c¸c tr¹m b¬m cho c¸c khu t­íi cã d¹ng trªn lµ cÇn<br /> x¸c ®Þnh ph­¬ng ¸n bè trÝ vµ quy m« hîp lý cho c¸c tr¹m b¬m trong c¸c ph­¬ng ¸n ph©n cÊp<br /> tr¹m b¬m vµ ph©n khu t­íi sao cho ®¶m b¶o yªu cÇu t­íi vµ víi chi phÝ ®Çu t­ x©y dùng vµ<br /> qu¶n lý lµ nhá nhÊt.<br /> Bµi to¸n nµy ®· ®­îc ®Æt ra tõ l©u vµ ®· cã nhiÒu lêi gi¶i kh¸c nhau, tuy vËy ®a sè cßn<br /> ®¬n gi¶n, ch­a ®Ò cËp ®Õn ®Çy ®ñ c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng, nªn lêi gi¶i chØ mang tÝnh s¬ bé.<br /> MÆt kh¸c trong thùc tÕ hiÖn nay khi lËp Dù ¸n thiÕt kÕ c¸c tr¹m b¬m trªn, do khèi l­îng tÝnh<br /> to¸n lín nªn ng­êi ta th­êng chØ ®­a ra mét vµi ph­¬ng ¸n bè trÝ theo ®Þnh tÝnh, v× vËy<br /> ph­¬ng ¸n ®­îc chän ch­a ®­îc tèi ­u.<br /> ë ®©y môc tiªu nghiªn cøu lµ dùa trªn c¬ së cña lý thuyÕt ph©n tÝch hÖ thèng, ph©n tÝch<br /> ®Çy ®ñ c¸c th«ng sè ¶nh h­ëng, ®­a ra thuËt to¸n gi¶i bµi to¸n tèi ­u, t×m ra ®­îc lêi gi¶i víi<br /> møc ®é tin cËy cao b»ng phÇn mÒm tÝnh to¸n, cho phÐp t×m kÕt qu¶ mét c¸ch nhanh chãng.<br /> II- Néi dung vµ ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu<br /> 2.1. Nguyªn lý chung<br /> øng dông lý thuyÕt ph©n tÝch hÖ thèng cho bµi to¸n thiÕt kÕ tèi ­u, sö dông ph­¬ng<br /> ph¸p so s¸nh gi¶i bµi to¸n theo c¸c b­íc sau:<br /> - Trªn c¬ së tµi liÖu ®Þa h×nh, ®Þa chÊt vµ tµi liÖu quy ho¹ch cña khu t­íi, tiÕn hµnh ph©n<br /> tÝch vµ lùa chän mét sè tuyÕn ®Æt tr¹m b¬m ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn kü thuËt (h­íng lÊy n­íc<br /> <br /> <br /> 1<br /> thuËn, æn ®Þnh vÒ mÆt xãi lë vµ båi l¾ng, khèng chÕ diÖn tÝch t­íi lín nhÊt, khèi l­îng ®µo<br /> ®¾p Ýt nhÊt, ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt c«ng tr×nh tèt...).<br /> - §èi víi mçi ph­¬ng ¸n vÒ tuyÕn xÐt nhiÒu lo¹i h×nh thøc bè trÝ kh¸c nhau cña tr¹m<br /> b¬m t­íi vïng cao nh­: 1 cÊp b¬m, 2 cÊp b¬m nèi tiÕp nhau - c¸c tr¹m b¬m võa t­íi võa cÊp<br /> n­íc cho tr¹m b¬m cÊp trªn, 3 cÊp b¬m nèi tiÕp nhau - c¸c tr¹m b¬m võa t­íi võa cÊp n­íc<br /> cho tr¹m b¬m cÊp trªn, 2 vµ 3 tr¹m b¬m cïng cÊp nh­ng t­íi cho c¸c khu cã cao tr×nh<br /> khèng chÕ kh¸c nhau (trong thùc tÕ th­êng bè trÝ tèi ®a lµ 23 cÊp b¬m-xem h×nh 15), víi<br /> mçi h×nh thøc bè trÝ l¹i xÐt nhiÒu ph­¬ng ¸n kh¸c nhau vÒ diÖn tÝch phô tr¸ch cña c¸c tr¹m<br /> b¬m, tæ hîp c¸c h×nh thøc bè trÝ vµ quy m« tr¹m b¬m kh¸c nhau cã ®­îc nhiÒu ph­¬ng ¸n<br /> thiÕt kÕ kh¸c nhau.<br /> - Víi mçi ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ, tÝnh to¸n ®­îc c¸c th«ng sè thiÕt kÕ cña c¸c tr¹m b¬m, tõ<br /> ®ã chän ®­îc sè m¸y b¬m vµ lo¹i m¸y b¬m.<br /> - Qua thiÕt kÕ ®Þnh h×nh x¸c ®Þnh ®­îc vèn ®Çu t­ x©y dùng cña c¸c tr¹m b¬m. Tõ tµi<br /> liÖu vÒ nhu cÇu dïng n­íc, vÒ nguån n­íc, vÒ tr¹m b¬m, x¸c ®Þnh ®­îc chÕ ®é ch¹y m¸y<br /> b¬m trong tõng thêi kú, tõ ®ã x¸c ®Þnh ®­îc chi phÝ ®iÖn n¨ng vµ chi phÝ qu¶n lý khai th¸c<br /> hµng n¨m. Cuèi cïng x¸c ®Þnh ®­îc c¸c lo¹i chi phÝ vµ vèn ®Çu t­ cña c¸c ph­¬ng ¸n.<br /> - So s¸nh kinh tÕ gi÷a c¸c ph­¬ng ¸n b»ng mét chØ tiªu tèi ­u sÏ x¸c ®Þnh ®­îc ph­¬ng<br /> ¸n tèi ­u.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 2.2. Hµm môc tiªu<br /> Cã nhiÒu chØ tiªu ®Ó x¸c ®Þnh ph­¬ng ¸n tèi ­u, trong bµi to¸n nµy sö dông chØ tiªu:<br /> Tæng chi phÝ vµ vèn ®Çu t­ quy vÒ n¨m ®Çu nhá nhÊt.<br />   1  i T  1 <br /> Cmin = min  K j  Cbqj   T <br />   i  1  i   <br /> j = 1 n<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 2<br />  Trong ®ã:<br /> Kj: Vèn ®Çu t­ ban ®Çu t­¬ng øng víi ph­¬ng ¸n j<br /> Cbqj: Chi phÝ qu¶n lý khai th¸c b×nh qu©n hµng n¨m t­¬ng øng ph­¬ng ¸n j<br /> i: L·i suÊt tÝnh to¸n<br /> T: Thêi gian ho¹t ®éng cña dù ¸n (n¨m)<br /> n: Sè ph­¬ng ¸n ®­a ra ®Ó so s¸nh<br /> §iÒu kiÖn rµng buéc:<br /> - C¸c ph­¬ng ¸n ®Òu ph¶i ®¶m b¶o t­íi cho diÖn tÝch cña toµn khu vùc lµ  cho tr­íc:<br /> [j] =  (j = 1  n)<br /> - C¸c ph­¬ng ¸n ®Òu ph¶i ®¶m b¶o tæng l­îng n­íc t­íi cho toµn khu vùc ®­îc x¸c ®Þnh<br /> tr­íc: W[j] = W (j = 1  n)<br /> 2.3. Tr×nh tù tÝnh to¸n x¸c ®Þnh ph­¬ng ¸n tèi ­u<br /> Tr×nh tù gi¶i bµi to¸n ®­îc thÓ hiÖn trong s¬ ®å khèi tæng qu¸t sau:<br /> Begin<br /> <br /> Catalog m¸y b¬m, ®­êng ®Æc<br /> Zs ~t; qi~t, , Zbt~ tÝnh H~Q, ~Q<br /> NhËp sè liÖu<br /> Dù to¸n thiÕt kÕ ®iÓn h×nh, ®¬n gi¸<br /> m¸y b¬m, ®­êng èng...<br /> <br /> Tæ hîp, x¸c ®Þnh sè ph­¬ng ¸n<br /> (Npa) vµ tÝnh to¸n c¸c th«ng sè<br /> thiÕt kÕ cho c¸c ph­¬ng ¸n<br /> <br /> <br /> j=1<br /> <br /> <br /> <br /> Chän m¸y b¬m cho ph­¬ng<br /> ¸n j<br /> <br /> TÝnh to¸n x¸c ®Þnh vèn ®Çu<br /> t­ Kj cho ph­¬ng ¸n j<br /> <br /> <br /> TÝnh to¸n chi phÝ ®iÖn vµ chi phÝ<br /> hµng n¨m Cbq cho ph­¬ng ¸n j<br /> <br /> <br /> TÝnh gi¸ trÞ hµm môc<br /> tiªu Cj cña P.¸n j<br /> <br /> <br /> §<br /> j:= j+1 j