1. Căn cứ xây dựng
- Căn cứ Pháp lệnh khai thác và bảo vệ công trình thủy lợi số 32/2001/PL-UBTVQH ngày 04/4/2001;
- Căn cứ Nghị định số 143/2003/NĐ-CP ngày 28/11/2003 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của Pháp lệnh khai thác và bảo vệ công trình thủy lợi;
- Căn cứ Nghị định số 67/2012/NĐ-CP ngày 10/9/2012 của Chính phủ về việc sửa đổi, bổ sung một số điều của Nghị định số 143/2003/NĐ-CP ngày 28/11/2003 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của Pháp lệnh khai thác và bảo vệ công trình thủy lợi;
- Căn cứ Thông tư số 65/2009/TT-BNNPTNT ngày 12/10/2009 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn hướng dẫn tổ chức hoạt động và phân cấp quản lý, khai thác công trình thủy lợi;
- Căn cứ Thông tư số 56/2010/TT-BNNPTNT ngày 01/10/2010 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn quy định một số nội dung trong hoạt động của các tổ chức quản lý, khai thác công trình thủy lợi;
- Căn cứ Thông tư số 40/2011/TT-BNNPTNT ngày 27/5/2011 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn quy định năng lực của tổ chức, cá nhân tham gia quản lý, khai thác công trình thủy lợi
2. Mục tiêu chuyển đổi số trong công tác điều hành hệ thống Tưới
- Nâng cao chất lượng dịch vụ tưới.
- Giảm chi phí quản lý vận hành hệ thống tưới.
- Lập kế hoạch và hỗ trợ vận hành hệ thống tưới đảm bảo việc cấp đúng, đủ nước cho nhu cầu sử dụng của cây trồng.
3. Giải pháp công nghệ
- Công nghệ hiển thị bản đồ WebGL cho phép trình bày bản đồ chất lượng cao, hình ảnh 3 chiều, ứng dụng khối GPU để vẽ hình ảnh, tăng tốc độ xử lý, cho phép chạy mượt mà trên Web và các thiết bị di động thông minh.
- Ứng dụng các mô hình toán, các thuật toán học máy, học sâu, trí tuệ nhân tạo, hệ chuyên gia tự động phân tích, hỗ trợ người dùng.
- Ứng dụng viễn thám, giải đoán ảnh tự động cung cấp số liệu đầu vào cho hệ thống như xác định đường đặc tính hồ chứa, lập bản đồ ngập lụt, thành lập bản đồ lúa, bản đồ hạn hán, bốc thoát hơi nước ET,…
- Kiến trúc cơ sở dữ liệu lớn, mã nguồn mở như: Apache Hadoop, Hive, Spark, GreenplumDB,..giúp quản lý các nguồn dữ liệu đa dạng, dữ liệu theo thời gian (timescale).
4. Cơ sở dữ liệu
Hình ảnh sơ đồ tổng thể CSDL về thống Tưới
4.1. Dữ liệu tĩnh
.png)
Hình ảnh bản đồ WebGis hệ thống Tưới
- Quản lý, hiển thị các công trình Sông trục, Trạm bơm; các công trình Kênh chính, Kênh cấp 1, Kênh cấp 2,..; các công trình Cống; bản đồ giải thửa theo diện tích phụ trách của từng Cống trên bản đồ.
- Quản lý diện tích phụ trách của cống lấy nước mặt ruộng và của các cấp kênh.
- Quản lý số liệu về cây trồng gồm có: quản lý cơ cấu cây trồng và quản lý thời gian sinh trưởng của cây trồng.
- Quản lý số liệu tính chất cơ lý của đất cho diện tích phụ trách của các cống lấy nước gồm: tốc độ thẩm lậu, lượng nước bão hoà, thời gian ngấm bão hoà.
4.2. Quản lý dữ liệu động
.png)
Hình ảnh thông tin chung hiện trạng nguồn nước hồ chứa kẻ gỗ
- Các số liệu quan trắc tự động (mực nước thượng lưu và hạ lưu cửa cống, độ mở cửa cống, lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, số giờ chiếu nắng trong ngày) từ các trạm quan trắc tự động được cập nhật và hiển thị trên nền bản đồ.
- Cập nhật số liệu từ các trạm quan trắc thủ công: Các công trình chưa được lắp thiết bị giám sát tự động thì có thể nhập số liệu bằng thủ công qua máy tính, máy tính bảng hoặc điện thoại smartphone.
- Người dùng có thể xem các số liệu quan trắc theo từng trạm đo hoặc các thông số theo từng bảng biểu của các trạm đo.
- Dữ liệu về lịch gieo trồng của các loại cây trồng trong hệ thống tưới theo từng ngày được chia làm 2 loại: Quản lý tiến độ gieo trồng của cây trồng nước và quản lý tiến độ gieo trồng của cây trồng cạn.
5. Phân tích dữ liệu an toàn đập, hồ chứa
5.1. Quản lý dữ liệu công trình thuỷ lợi
.png)
Hình ảnh cảnh báo theo số liệu giám sát nguồn nước
Hệ thống cung cấp dữ liệu công trình của: hồ chứa, đập dâng, trạm bơm, cống, cầu máng xi phông, kênh, tràn..
5.2. Giám sát kiểm đếm nguồn nước
- Hệ thống tự động cập nhật dữ liệu quan trắc, giám sát gồm: mưa, hồ chứa, đập dâng, trạm bơm, cống qua đê, mực nước sông vào cơ sở dữ liệu.
Hình ảnh cảnh báo chất lượng nước
- Cảnh báo số liệu giám sát nguồn nước để hỗ trợ người dùng khai thác thông tin chất lượng nước: chỉ tiêu ph, Oxi hòa tan, tổng chất rắn lơ lửng TSS, COD, BOD5, Amoni, Clorua, Florua, Nitrit, Nitrat, Phosphat, Xianua, Asen, Cadimi, Chì, Crom III, Crom VI, Đồng, Kẽm, Niken...
- Giám sát các chỉ tiêu chất lượng nước trên các Hệ thống tưới nước: Chỉ tiêu Ph, ôxy hoà tan DO, COD, BOD5, Amoni.
- Kiểm đếm nguồn nước đang có tại các hệ thống tưới nước.
- Có thể khai thác thông tin chi tiết của hệ thống thuỷ nông tương ứng với công trình có hệ thống tưới.
5.3. Dự báo nguồn nước
.png)
Hình ảnh dự báo nguồn nước nhu cầu sử dụng
Dự báo lượng mưa, lưu lượng đến hồ, dự báo lưu lượng đến công trình đầu mối.
5.4. Quản lý mùa vụ cơ cấu cây trồng
.png)
Hình ảnh quản lý cơ cấu cây trồng
- Quản lý cơ cấu cây trồng theo từng vụ, theo hệ thống thuỷ nông
- Quản lý vùng tưới từ công trình đầu mối tới các cống tưới mặt ruộng.
5.5. Tính toán nhu cầu sử dụng nước
Hình ảnh dự báo nguồn nước
Từ các thông số đầu vào, hệ thống tính toán đưa ra nhu cầu dùng nước tại các cống tưới theo từng ngày.
5.6. Dự báo khả năng đáp ứng nhu cầu sử dụng nước, lập kế hoạch cấp nước, hỗ trợ điều hành
Hình ảnh danh sách kế hoạch phân bổ nước
Hệ thống hỗ trợ việc tổng hợp nhu cầu sử dụng nước từ các cống mặt ruộng lên cống đầu mối để kiểm tra khả năng cấp nước của công trình. Từ đó hệ thống sẽ dự báo lượng nước thừa, thiếu theo từng vụ để hỗ trợ việc điều chỉnh cơ cấu cây trồng cho từng hệ thống tưới nước đảm bảo việc cấp đúng đủ nước và có thể đưa ra được kế hoạch tưới của từng hệ thống tưới nước.
5.7. Hỗ trợ ra quyết định điều hành
Hỗ trợ điều khiển, vận hành hệ thống tưới theo kế hoạch đã lập sẵn:
5.7.1. Lập kế hoạch dùng nước
- Tính toán nhu cầu tưới cho từng cống lấy nước.
- Tính toán nhu cầu cấp nước tại các điểm phân phối nước trên hệ thống và tại đầu mối, đường mực nước trên kênh.
- Thông báo khả năng cung cấp nước tại các điểm cấp nước trên toàn hệ thống.
- Từ các kêt quả trên sẽ giúp điều chỉnh lịch gieo trồng, chế độ tưới luân phiên cho phù hợp với khả năng cấp nước theo kế hoạch.
5.7.2. Kế hoạch vận hành
.png)
Hình ảnh vận hành hệ thống Tưới
Cho phép quản lý và tạo lịch vận hành hệ thống tưới theo thời gian thực. Các thông tin quản lý gồm: hỗ trợ vận hành hệ thống, lịch vận hành.
5.7.3. Hỗ trợ điều hành hồ chứa
.png)
Quản lý vận hành công trình hồ chứa theo thời gian thực, tạo và quản lý kịch bản, xem thông tin vận hành trong quá khứ, các trận lũ lịch sử.
5.7.4. Vận hành theo thời gian thực
Hình ảnh vận hành theo thời gian thực của hồ chứa hệ thống Tưới
Cho phép khai thác số liệu quan trắc, dự báo (thời gian, Q đến, Q xả, mực nước) theo hồ, thông tin mực nước sông, mức báo động theo trạm.
5.7.5. Thiết lập kịch bản
Hình ảnh thiết lập kịch bản hồ chứa hệ thống Tưới
Cho phép tạo mới kịch bản dự báo lũ theo lưu vực, điều tiết hồ theo 3 lựa chọn, gợi ý xả, cập nhật thông tin lưu lượng xả, nhập mực nước khống chế, nhập thời gian khống chế, thiết lập mưa dự báo, chạy mô hình thượng lưu, chạy mô hình hạ lưu.
5.7.6. Vận hành trong quá khứ
Hình ảnh vận hành trong quá khứ hồ chứa
Giải pháp sẽ lưu trữ và hiển thị toàn bộ diễn biến vận hành hồ chứa trong quá khứ.
5.7.7. Các trận lũ lịch sử
Hình ảnh các trận lũ trong lịch sử của hồ chứa hệ thống Tưới
Cho phép khai thác thông tin các trận lũ lịch sử trong quá khứ
5.7.8. Camera và hình ảnh
Hình ảnh hệ thống Tưới tiêu
Hỗ trợ khai thác thông tin Camera và hình ảnh.
5.7.9. Hồ sơ lưu trữ điện tử
Quản lý thông tin hồ sơ, tài liệu công trình của hệ thông tưới.
6. Lợi ích sử dụng
6.1. Đối với Trung tâm điều hành
- Giúp từng bước hiện đại hoá và nâng cao hiệu quả khai thác các hệ thống thuỷ nông, giảm chi phí vận hành,..
- Giúp cán bộ quản lý điều hành phân phối nước đủ và đồng đều trên các khu vực của hệ thống và phát hiện những vị trí lấy thừa hoặc thiếu nước. Từ đó có thể ra lệnh đóng một số cống đồng thời hoặc ra lệnh mở một hoặc nhiều cống lấy nước trong khung giờ nào, lưu lượng bao nhiêu hoặc tổng lượng nước bao nhiêu thì tự động đóng lại. Khi đó có thể giải quyết được các vấn đề tranh chấp nước, tránh lãng phí nước, tiết kiệm tiền điện, đảm bảo cung cấp nước công bằng và tăng năng suất cây trồng, từng bước nâng cao đời sống của người nông dân.
- Điều chỉnh lại phương án tưới luân phiên để đảm bảo đường mực nước trên kênh là tốt nhất để có thể tưới tự chảy cho các cống lấy nước trên toàn hệ thống.
6.2. Đối với nông dân
- Chủ động trong việc tiếp nhận lượng nước điều phối phục vụ canh tác nông nghiệp.
- Hỗ trợ người dân trong việc sử dụng tiết kiệm nước trong sản xuất nông nghiệp.
7. Iot thiết bị
Dưới đây là danh sách các thiết bị hỗ trợ công tác quản lý hỗ trợ điều hành hệ thống Tưới được cung cấp từ Trung tâm Công nghệ Phần mềm Thuỷ lợi – Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam.
7.1. Các trạm khí tượng thuỷ văn chuyên dùng
7.1.1. Trạm kiểm soát lượng nước phân phối từ xa trên kênh đa năng (SGATE-TL-F Series)
.jpg)
Hình ảnh trạm kiểm soát lượng nước phân phối từ xa trên kênh đa năng
Dòng sản phẩm SGATE-TL-F Series là một sản phẩm tích hợp toàn bộ ứng dụng những công nghệ mới nhất về cơ khí, điều khiển và công nghệ thông tin vào lĩnh vực thuỷ lợi.
SGATE-TL-F Series tích hợp nhiều chức năng điều khiển, giúp người sử dụng dễ dàng thao tác và vận hành theo ý muốn. Có thể thể kể đến như: điều khiển kiểm soát lưu lượng, điều khiển kiểm soát độ mở, điều khiển giữ mực nước theo yêu cầu...
Hệ thống sử dụng nguồn đầu vào là pin mặt trời, tích hợp sẵn bộ sạc và bộ lưu trữ năng lượng, các bộ nắn dòng điện, cung cấp nguồn điện ổn định cho hệ thống vận hành, thích hợp với những vị trí lắp đặt ở xa hoặc không có nguồn điện lưới.
SGATE-TL-F Series có thể hoạt động độc lập hoặc phối hợp với các thiết bị khác, có thể điều khiển giám sát tại chỗ hoặc từ xa nhờ phầnmềm SCADA.
Ngoài ra, hệ thống có thể kết hợp với hệ thống camera giám sát và bộ cảnh báo bằng âm thanh nhằm gia tăng mức độ bảo vệ và đảm bảo an toàn cho hệ thống.
7.2. Hệ thống quan trắc, giám sát vận hành công trình
7.2.1. Thiết bị chốt cửa van tự động (CTD-TL)
Hình ảnh thiết bị chốt cửa van tự động
Dòng sản phẩm CTD-TL được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển đóng mở các chốt cửa van tự động. Tín hiệu điều khiển đơn giản, dễ dàng ghép nối với các hệ thống điều khiển tự động các cửa van hiện nay
7.2.2. Thiết bị cảnh báo mực nước tự động (WA_TL)
Hình ảnh thiết bị cảnh báo mực nước tự động
• Dòng sản phẩm WA-TL được sử dụng để cảnh báo khi mực nước đạt đến cao trình lắp cảm biến.
• Khi mực nước đến ngưỡng lắp đặt cảm biến mực nước, chuông báo động được đặt trong nhà quản lý sẽ phát âm thanh cảnh báo cho đến khi người dùng tắt thiết bị phát âm thanh hoặc mực nước xuống dưới ngưỡng lắp đặt cảm biến.
7.2.3. Cảm biến đo mực nước (PWL-TL-12 )
Hình ảnh cảm biến đo mực nước
• Cảm biến đo mực nước theo nguyên lý áp suất thuỷ tĩnh, cảm biến được nhúng trực tiếp trong nước.
• Khi mực nước thay đổi dẫn đến áp lực nước tác động lên màng cảm biến thay đổi.
• Màng cảm biến thay đổi sẽ được phần đo và chuyển đổi số liệu ghi lại và chuyển đổi thành tín hiệu chuẩn công nghiệp.
• Bằng việc xác định dòng điện này, ta xác định được mực nước thực tế.
7.2.4. Cảm biến đô độ mở kiểu bánh răng (GOG-TL)
.png)
Hình ảnh cảm biến độ mở kiểu bánh răng
• Cảm biến độ mở cống hoạt động theo nguyên lý điện trở.
• Dây kéo hoặc bánh răng được gắn vào cơ cấu làm quay điện trở cùng với hệ thống lò xo giữ.
• Đầu dây hoặc bánh răng được gắn trực tiếp lên phần động của cửa van.
• Bên trong cảm biến có bộ chuyển đổi tín hiệu điện trở ra tín hiệu chuẩn công nghiệp.
• Khi độ mở cửa thay đổi, dây kéo hoặc bánh răng sẽ thay đổi và làm quay điện trở bên trong cảm biến, điện trở thay đổi dấn đến tín hiệu ra cũng thay đổi theo.
• Bằng việc xác định được giá trị tín hiệu ra, ta sẽ xác định được độ mở cần đo.
7.2.5. Bảng điện tử hiện thị thông tin (MP-TL Series)
.png)
Hình ảnh bảng điện tử hiển thị thông minh
Dòng sản phẩm MP-TL cung cấp giải pháp hiển thị dữ liệu và các thông số từ các trạm đo quan trắc tại chỗ hoặc từ xa. Sử dụng chất liệu mica chắc chắn. Số liệu hiển thị trên đèn LED 7 thanh cho màu sắc và góc nhìn tốt. Sử dụng chất liệu mica chắc chắn. Số liệu hiển thị trên đèn LED 7 thanh cho màu sắc và góc nhìn tốt.
Bảng hiển thị thông tin giám sát được thiết kế sao cho trực quan, thể hiện được thông tin về độ mở các cửa van, thông tin mực nước và lượng mưa.
7.3. Điều khiển vận hành hệ thống Scada
Hình ảnh sơ đồ nguyên tắc ứng dụng công nghệ Scada
Trung tâm Công nghệ Phần mềm Thuỷ lợi – Viện Khoa Học Thuỷ Lợi Việt Nam đã làm chủ công nghệ Scada, nghiên cứu chế tạo tạo các thành phần chính của hệ thống SCADA bao gồm: Thiết bị thu thập, lưu trữ và truyền số liệu từ xa (thiết bị RTU); Thiết bị đo mực nước; Thiết bị đo độ mở cống; Phần mềm truyền và xử lý số liệu có chức năng truyền số liệu từ ngoài hiện trường về máy tính trung tâm và truyền lệnh điểu khiển đóng mở cống từ trung tâm đến hiện trường.
Có thể vận hành hệ thống Scada theo 2 trường hợp:
- Thứ nhất: khi chưa có đủ điều kiện kinh phí để lắp đặt một mạng lưới thiết bị đồng bộ công nghệ Scada thì phần mềm có thể nhận các thông tin đo thủ công, báo về trung tâm bằng điện thoại hay fax, sau đó nhập dữ liệu vào máy tính để xử lý cho kết quả về hiện trạng phân phối nước.
- Thứ hai là khi có điều kiện kinh phí lắp đặt đồng bộ hệ thống Scada thì phần mềm sẽ tự động nhận thông tin đo đạc tự động từ các điểm đo và xử lý trợ giúp cho cán bộ quản lý.
Hình ảnh sơ đồ tổng thể hệ thống Scada Cửa Đạt
